【導(dǎo)讀】帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性。高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中?？刂破魇枪I(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控。人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)。進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制，特別對(duì)多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。此現(xiàn)在越來(lái)越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。十分形象地顯示出了PLC在

　　

【正文】 別為： 禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色） 準(zhǔn)備禁止通行燈 （亮?xí)r為黃色） 直通燈 （亮?xí)r為綠色） 另外行人道東西南北每面都有 2個(gè)控制燈 ,分別為： 禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色） 直通燈 （亮?xí)r為綠色） 結(jié)合十字路口交通燈實(shí)際情況設(shè)計(jì)交通燈模擬控制系統(tǒng)如下： 當(dāng)交通燈系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有綠燈 10S，綠燈 閃亮 2S（亮 滅 ） ,黃燈 2S 和紅燈 14S。當(dāng)南北主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，東西住干道應(yīng)依次點(diǎn)亮綠燈，綠燈閃亮，黃燈，反之，當(dāng)東西主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，南北主干道依次點(diǎn)亮綠燈，綠燈閃，黃燈。南北向和東西向行人道均設(shè)為通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北主干道綠燈點(diǎn)亮?xí)r點(diǎn)亮，當(dāng)南北主干道綠燈閃亮和黃燈點(diǎn)亮?xí)r南北行人道綠燈也要對(duì)應(yīng)閃亮，其它時(shí)間為紅燈。東西行人道通行綠燈于東西主干道綠燈點(diǎn)亮是點(diǎn)亮，當(dāng)東西主干道綠燈閃亮和黃燈點(diǎn)亮?xí)r東西行人道綠燈也要對(duì)應(yīng)閃亮，其它時(shí)間為紅燈。除此之外另設(shè)兩個(gè)功能，使用 10 個(gè) 脈沖開關(guān)。實(shí)現(xiàn)讓盲人可以方便通過十字路口和手動(dòng)控制車流量。其中 8 個(gè)安裝在人行道的兩邊當(dāng)東西方向行走的盲人要過馬路的時(shí)候，按下脈沖開關(guān)東西向行人道綠燈亮起，南北向主干 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 22 道紅燈閃亮，延遲 10 秒恢復(fù)原來(lái)的控制系統(tǒng)。南北向脈沖開關(guān)對(duì)應(yīng)東西向功能相同，另外兩個(gè)脈沖開可以控制車流量，當(dāng)東西向主干道等待車量較多的時(shí)候，按下東西向控制脈沖開關(guān)，東西向主干道延長(zhǎng)綠燈點(diǎn)亮?xí)r間到 15 秒。東西向行人道綠燈也要對(duì)應(yīng)延長(zhǎng)。南北向脈沖開關(guān)對(duì)應(yīng)東西向功能相同。 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 1 第四章 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC 智能化控制交通燈的方法 傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠 燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而實(shí)際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行、適用的方案，仍然會(huì)發(fā) 生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交 通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢(shì)。此系統(tǒng)就是應(yīng)用可 編程序控制器 (PLC)對(duì)十字路口交通控 制燈實(shí)現(xiàn)模糊控制傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠 燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而實(shí)際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行、適用的方案，仍然會(huì)發(fā) 生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交 通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這 方面的優(yōu)勢(shì)。 此系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器 (PLC)對(duì)十字路口交通控 制燈實(shí)現(xiàn)模糊控制此控制系統(tǒng)的輸入量是指十字路口各方向上車輛數(shù)的動(dòng)態(tài)變化 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 2 量。具體由傳感器采集后送入可編程序控制器。在十字路口的四個(gè)方向(E、 S、 W、 N)的近端 J(斑馬線附近 )和遠(yuǎn)端 Y(距斑馬線約 100 米處 )各設(shè)置一個(gè)傳感器，分別統(tǒng)計(jì)通過該處的車輛數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)模糊控制，需要將綠燈時(shí)間分為兩部分：其一是固定的 10 秒作為路口車輛狀態(tài)參數(shù)的采集時(shí)間 t1；其二是根據(jù)兩個(gè)方向車輛流量變化進(jìn)行模糊決策的延時(shí) t2。然后通過傳感器采集后的排隊(duì)等候的車輛數(shù)送往 PLC 進(jìn)行模糊推理運(yùn)算得出延遲時(shí) t2，最后由 t1 和 t2 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口車流量的靈活控制。 PLC 選擇 一、 PLC 機(jī)型和容量的選擇步驟與原則 隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展， PLC 產(chǎn)品的種類也越來(lái)越多。不同型號(hào)的 PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用 PLC，對(duì)于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 PLC 的選擇主要應(yīng)從 PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。 PLC 機(jī)型 選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： 合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 整體式 PLC 的每一個(gè) I／ O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 3 的功能擴(kuò)展靈活方便在 I／ O 點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、 I／ O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 安裝方式的選擇 PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為 集中式、遠(yuǎn)程 I／ O 式以及多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I／ O 硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I／ O 式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程 I／ O 可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程 I／ O 電源；多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊模塊。 相應(yīng)的功能要求 一般小型 (低檔 )PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 對(duì)于以開關(guān)量控制 為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／ D 和 D／ A 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。 對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。 響應(yīng)速度要求 PLC 是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次 PLC 的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 4 或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考 慮 PLC 的響應(yīng)速度，可選用具有高速 I／ O 處理功能的 PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的 PLC 等。 系統(tǒng)可靠性的要求 對(duì)于一般系統(tǒng) PLC 的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 機(jī)型盡量統(tǒng)一 主要考慮到以下三方面問題： 1)機(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理。 2)機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。 3)機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于 聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。 二、 PLC 容量的選擇步驟與原則 PLC 的容量包括 I／ O 點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)容量?jī)蓚€(gè)方面。 I／ O 點(diǎn)數(shù)的選擇 PLC 平均的 I／ O 點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用 PLC 的 I／ O點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的 I／ O 點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。 通常 I／ O 點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上 10%~15%的裕量來(lái)確定。 存儲(chǔ)容量的選擇 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 5 用戶程序所需的存儲(chǔ)容量大小不僅與 PLC 系統(tǒng) 的功能有關(guān)，而且還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員和一個(gè)初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時(shí)，其程序量可能相差 25%之多，所以對(duì)于初學(xué)者應(yīng)該在存儲(chǔ)容量估算時(shí)多留裕量。 PLC 的 I／ O 點(diǎn)數(shù)的多少，在很大程序上反映了 PLC 系統(tǒng)的功能要求，因此可在 I／ O 點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加 20%~30%的裕量。 存儲(chǔ)容量 (字節(jié) )＝開關(guān)量 I／ O點(diǎn)數(shù) 10＋模擬量 I／ O通道數(shù) 100 三、本系統(tǒng)選擇的 PLC 本次交通燈設(shè)計(jì)用的是來(lái)自 OMRON的 CPM1A30CDRA可 編程控制器。 產(chǎn)品規(guī)格： CPM1A CPU 單元 CPM1A 在編程環(huán)境等方面，它不僅具備了以往的小型 PLC 所具有的功能，盡可能使安裝空間最小化，并實(shí)現(xiàn)了具有 10 點(diǎn) 100 點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的彈性構(gòu)成。而且還可 連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無(wú)前例的靈活運(yùn)用。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作為小型控制器或在傳感器應(yīng)用中，亦能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不同的需求 ，AC 電源輸入，繼電器輸出，能加擴(kuò)展單元。 可編程控制器 I/O 端口分配 根據(jù)對(duì)交通指揮信號(hào)燈系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)采用自動(dòng)控制方式，輸入有系統(tǒng)開啟與停止按 鈕信號(hào)；輸出有東西方向、南北方向各兩組指示信號(hào)和故障指示驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于每一個(gè)方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈同時(shí)工作，為了節(jié)省輸出點(diǎn)數(shù)，可采用并聯(lián)輸出方法。由此 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 6 可知，該系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)數(shù)為 2，輸出點(diǎn)數(shù)為 7，全部是開關(guān)量，則可將 I//O 分配用 表 68 表示。 表 68 交通指揮燈的 I/O 分配表 輸入元件 輸入地址 輸出元件 輸出地址 開啟按鈕 SB1 南北綠燈 F0 停止按鈕 SB2 南北黃燈 F1 南北紅燈 F2 警燈（故障指示）F3 東西綠燈 F4 東西黃燈 F5 東西紅燈 F6 PLC 的外部接線圖 根據(jù)上述 I/O 表可知， I/O 所需點(diǎn)數(shù)只有 9 點(diǎn)，故選用 CPM2AH 微型PLC 即可。但本書還是以 CS1 為例，則 PLC 外部輸入輸出的信號(hào)接線如 圖619 所示。其中，每一方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈并聯(lián)，用 PLC 的同一個(gè)輸出點(diǎn)。 000000M 北綠 南綠 北黃 南黃 南紅 北紅 警燈 東綠 西綠 東黃 SB1 SB2 F1 F0 F2 F3 F4 F5 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 7 十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖 交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)工作時(shí)，對(duì)指揮燈的控制 要求按一定時(shí)序進(jìn)行，如圖 618 所示。 啟動(dòng) / 停止 南北紅燈 東西綠 燈 東西黃燈 東西紅燈 南北綠燈 南北黃燈 圖 618 交通信號(hào)燈時(shí)序狀態(tài)示意圖 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 8 流程圖 根據(jù)交通燈的實(shí)際控制情況，可得出其流程圖如下： 基于 PLC 的交通燈控制系統(tǒng) 9 啟動(dòng)開關(guān) 南北紅燈亮 南北綠燈 南北綠燈閃 14S 10S 4S 東西綠燈亮 東西綠燈閃 東西紅燈亮 10S 4S 14S 東西行人道 南北行人道 結(jié)束 10S 2S 2S 14S 14S 10S 2S 2S 南北主干道 啟動(dòng)開關(guān) 東西綠燈亮 東西綠燈閃 東西黃燈亮 東西紅燈亮 東西主干道 南北紅燈亮 南北綠燈亮 南北綠燈閃 南北黃燈亮 結(jié)束 交通燈模擬控制系統(tǒng)流程圖 基于 PLC 的交