【文章內(nèi)容簡介】 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， 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處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制 在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 5． 數(shù)據(jù)處理 4 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、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)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，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?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(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 實質(zhì) 上 是一種專用于工業(yè)控制的計算機 ， 其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機 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行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開 ，該線圈的所有觸點 (包括其常開或常閉觸點 )不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程 5 序的時間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式 掃描技術(shù)。這樣在對于 I/O 響應要求不高的場合， PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， PLC 的 CPU以 一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 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)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應位的狀態(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 當掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(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)動相應的外設(shè)。 PLC 的掃描工作過程如圖 2圖 23 所示 ： 圖 22 PLC 的掃描工作過程圖 6 圖 23 PLC 的掃描周期圖 6 3 系統(tǒng)的方案設(shè)計 系統(tǒng)的方案設(shè)計 目前的智能交通燈控制系統(tǒng)有以紅外感應車流量的 、 有按預定時間段改變通行時間的，有以電視監(jiān)控信息來干預的等多種方法與手段，各有特點。本設(shè)計是一個以車流量為核心的智能交 通燈自動控制系統(tǒng)，通過使用 一種車流量檢測系統(tǒng) 檢測車量，實現(xiàn)了十字路口交通燈的智能控制。 該 車流量檢測系統(tǒng) 利用圖像處理與識別技術(shù)，通過視頻信號檢測道路交通流量。 具體地講是 利用攝像頭作為視頻探頭，由 圖像處理設(shè)備將視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，計算機對數(shù)字圖像進行處理，識別車輛，當車輛通過 “ 虛擬線圈 ” 時統(tǒng)計車流量及相關(guān)車輛信息，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，也可存儲在硬盤上。 根據(jù) 車流量 檢測系統(tǒng)測出的車流量， 利用 數(shù)值 比較器 進行比較 ， 將南北和東西兩 個方向 車流量的比較結(jié)果送入 PLC進行控制 ， 從而 調(diào)節(jié) 兩個方向 紅綠燈 時間 的長短 。 十字路口交通燈布置圖 根據(jù) 系統(tǒng) 的方案設(shè)計可分析得出，本系統(tǒng)需要合理配置車流量線圈檢測系統(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 如果十字路口實行交通燈智能控制系統(tǒng)，則相當于一個有經(jīng)驗的交警對各方向的車輛進行統(tǒng)計，根據(jù)車流量的不同分配以不同的綠燈時間，從而進行合理的調(diào)配，防止車輛的堵塞，較好地解決了上述 問題 ， 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 測系統(tǒng) 、 數(shù)字比較器、 控制器 PLC、紅黃綠交通信號燈、輸入 輸出 接口電路和電源等組成。 其實現(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 信號燈受一個起動開關(guān)控制，當起動開關(guān)接通時， 檢測系統(tǒng)檢測到的信號經(jīng)數(shù)值 比較器，將結(jié)果送給 PLC。系統(tǒng) 開始工作，且先南北 綠 燈亮，東西 紅 燈亮。當起動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。 2 南北綠燈 亮維持一段時間后南北黃燈閃爍， 同時 東西紅燈亮相同時間后紅燈閃爍 。 3 南 北黃燈閃爍 5 秒 。 南北紅燈亮一段時間，同時東西紅燈閃爍 5 秒，東西綠燈亮與南北方向相同時間。 4 南北紅燈 亮維持 一段時間后南北紅燈閃爍 5 秒，熄滅。同時東西綠燈維持相同時間后，東西黃燈閃爍 5 秒，熄滅。 5 周而復始。 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 有開關(guān)量輸入點 4 個 ，開關(guān)量輸出點 6 個，參照西門子 S7200 系列特性（見附錄 ） ，選用主機為 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 。 車流量檢測系統(tǒng)的選用 目前市場上 有多種車流量檢測系統(tǒng)， 比如 視頻智能車輛計數(shù)系統(tǒng) 、 壓力檢測器 、 水平傳感器 、 雷達檢測或微波檢測 等 。 本系統(tǒng)使用 視 頻智能車輛計數(shù)系統(tǒng) ， 系統(tǒng) 的 功能特點與優(yōu)點 如下 ： 車輛統(tǒng)計 信息提取及管理 基于智能視頻圖像處理，可以準確智能計算停車 車 輛數(shù)目 。 該系統(tǒng)無需人工干預，完全智能化， 24 小時不間斷的實時停車場信息提取及處理。 產(chǎn)品應用安全可靠，低功耗，使用壽命長。 高準確率：白天的檢測準確率可以達到 99％以上，晚上的檢測準確率可以達到 98％ 。 可以應用于一切 十字 路口的智能車輛計數(shù)。 9 該產(chǎn)品安裝簡易方便，不對現(xiàn)場產(chǎn)生任何破壞及影響。 壓力檢測器 ： 破壞現(xiàn)場路面，安裝難度大，不易維護 ； 水平傳感器 ： 通過發(fā)送紅外線光束來檢測車流量，精確度在車流量大的時候無法保證 ； 雷達檢測或微波檢測 ： 該產(chǎn)品成本高，不易維護。 數(shù)字比較器的選用 數(shù) 值 比較器 是 用于數(shù)字信號的比較，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 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 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 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