【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。 PID處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。過(guò)程控制 在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 5． 數(shù)據(jù)處理 4 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 2 PLC 的結(jié)構(gòu)及原理 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì) 上 是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī) ， 其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī) 相同。從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)框圖如 圖 21 所示 ： 圖 21 PLC 的基本結(jié)構(gòu)框圖 PLC 的工作原理 PLC 的 CPU 采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開(kāi) ，該線圈的所有觸點(diǎn) (包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn) )不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程 5 序的時(shí)間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于 I/O 響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合， PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU以 一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 1．輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2．用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描 每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 3．輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 PLC 的掃描工作過(guò)程如圖 2圖 23 所示 ： 圖 22 PLC 的掃描工作過(guò)程圖 6 圖 23 PLC 的掃描周期圖 6 3 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 目前的智能交通燈控制系統(tǒng)有以紅外感應(yīng)車流量的 、 有按預(yù)定時(shí)間段改變通行時(shí)間的，有以電視監(jiān)控信息來(lái)干預(yù)的等多種方法與手段，各有特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是一個(gè)以車流量為核心的智能交 通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)使用 一種車流量檢測(cè)系統(tǒng) 檢測(cè)車量，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈的智能控制。 該 車流量檢測(cè)系統(tǒng) 利用圖像處理與識(shí)別技術(shù)，通過(guò)視頻信號(hào)檢測(cè)道路交通流量。 具體地講是 利用攝像頭作為視頻探頭，由 圖像處理設(shè)備將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，識(shí)別車輛，當(dāng)車輛通過(guò) “ 虛擬線圈 ” 時(shí)統(tǒng)計(jì)車流量及相關(guān)車輛信息，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，也可存?chǔ)在硬盤上。 根據(jù) 車流量 檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)出的車流量， 利用 數(shù)值 比較器 進(jìn)行比較 ， 將南北和東西兩 個(gè)方向 車流量的比較結(jié)果送入 PLC進(jìn)行控制 ， 從而 調(diào)節(jié) 兩個(gè)方向 紅綠燈 時(shí)間 的長(zhǎng)短 。 十字路口交通燈布置圖 根據(jù) 系統(tǒng) 的方案設(shè)計(jì)可分析得出，本系統(tǒng)需要合理配置車流量線圈檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)值 比較器、 PLC 和紅綠燈。 其布置圖如下圖所示： 圖 31 十字路口布置圖 7 系統(tǒng)的控 制要求 如果十字路口實(shí)行交通燈智能控制系統(tǒng)，則相當(dāng)于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的交警對(duì)各方向的車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)車流量的不同分配以不同的綠燈時(shí)間，從而進(jìn)行合理的調(diào)配，防止車輛的堵塞，較好地解決了上述 問(wèn)題 ， 這是代替模擬控制的有效辦法。智能交通燈控制系統(tǒng)由 車流量檢 測(cè)系統(tǒng) 、 數(shù)字比較器、 控制器 PLC、紅黃綠交通信號(hào)燈、輸入 輸出 接口電路和電源等組成。 其實(shí)現(xiàn)的 控制流程圖 如下所示 ： 圖 32 控制流程圖 交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下： 1 信號(hào)燈受一個(gè)起動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)起動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)， 檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)數(shù)值 比較器，將結(jié)果送給 PLC。系統(tǒng) 開(kāi)始工作，且先南北 綠 燈亮，東西 紅 燈亮。當(dāng)起動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。 2 南北綠燈 亮維持一段時(shí)間后南北黃燈閃爍， 同時(shí) 東西紅燈亮相同時(shí)間后紅燈閃爍 。 3 南 北黃燈閃爍 5 秒 。 南北紅燈亮一段時(shí)間，同時(shí)東西紅燈閃爍 5 秒，東西綠燈亮與南北方向相同時(shí)間。 4 南北紅燈 亮維持 一段時(shí)間后南北紅燈閃爍 5 秒，熄滅。同時(shí)東西綠燈維持相同時(shí)間后，東西黃燈閃爍 5 秒，熄滅。 5 周而復(fù)始。 8 4 系統(tǒng)器件 選型和資源配置 系統(tǒng)器件 的選型 PLC 的選型 從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共 有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn) 4 個(gè) ，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn) 6 個(gè)，參照西門子 S7200 系列特性（見(jiàn)附錄 ） ，選用主機(jī)為 CPU222（ 8 輸入 /6 繼電器輸出）。 其外形圖如下： 圖 41 CPU222 外形圖 1M、 2M 為輸入端子的公共端。 1L、 2L 為輸出公共端。 CPU222 24V DC 電源 ， 24V DC 輸入 ， 24V DC 輸出 。 100～ 230V AC 電源 ， 24V DC 輸入繼電器輸出 。 車流量檢測(cè)系統(tǒng)的選用 目前市場(chǎng)上 有多種車流量檢測(cè)系統(tǒng)， 比如 視頻智能車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng) 、 壓力檢測(cè)器 、 水平傳感器 、 雷達(dá)檢測(cè)或微波檢測(cè) 等 。 本系統(tǒng)使用 視 頻智能車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng) ， 系統(tǒng) 的 功能特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn) 如下 ： 車輛統(tǒng)計(jì) 信息提取及管理 基于智能視頻圖像處理，可以準(zhǔn)確智能計(jì)算停車 車 輛數(shù)目 。 該系統(tǒng)無(wú)需人工干預(yù)，完全智能化， 24 小時(shí)不間斷的實(shí)時(shí)停車場(chǎng)信息提取及處理。 產(chǎn)品應(yīng)用安全可靠，低功耗，使用壽命長(zhǎng)。 高準(zhǔn)確率：白天的檢測(cè)準(zhǔn)確率可以達(dá)到 99％以上，晚上的檢測(cè)準(zhǔn)確率可以達(dá)到 98％ 。 可以應(yīng)用于一切 十字 路口的智能車輛計(jì)數(shù)。 9 該產(chǎn)品安裝簡(jiǎn)易方便，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生任何破壞及影響。 壓力檢測(cè)器 ： 破壞現(xiàn)場(chǎng)路面，安裝難度大，不易維護(hù) ； 水平傳感器 ： 通過(guò)發(fā)送紅外線光束來(lái)檢測(cè)車流量，精確度在車流量大的時(shí)候無(wú)法保證 ； 雷達(dá)檢測(cè)或微波檢測(cè) ： 該產(chǎn)品成本高，不易維護(hù)。 數(shù)字比較器的選用 數(shù) 值 比較器 是 用于數(shù)字信號(hào)的比較，例如 ： 在 數(shù)據(jù) A和 B 比較 中 ， 如果 AB，則輸出 A大于 B 的結(jié)果信號(hào) Y0(AB)=1， Y1(AB)=0,Y2(A=B)=0； 如果 A=B，則輸出 A等于 B 的結(jié)果信號(hào) Y0(AB)=0， Y1(AB)=0,Y2(A=B)=1； 如果 AB，則輸出 A小于 B 的結(jié)果信號(hào) Y0(AB)=0， Y1(AB)=1,Y2(A=B)=0。 本系統(tǒng)采用的是 4 位數(shù) 值 比較器 CC14585