【導(dǎo)讀】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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、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)性。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于。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。據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。出了PLC在交通燈系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。

　　

【正文】 結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實(shí)驗(yàn) 在 PLC交通燈模擬模塊中，主干道東西南北每面都有 3個(gè)控制燈，分別為： 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） 北 南 東 西 圖 617 交通指揮燈示意圖 綠 黃 紅 綠 黃 紅 紅 黃 綠 綠 紅 黃 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，南北向主干道紅燈閃亮，延遲10 秒恢復(fù)原來的控制系統(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。 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 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%的裕量來確定。 存儲(chǔ)容量的選擇 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)。 COM COM 000000M 北綠 南綠 北黃 南黃 南紅 北紅 警燈 東綠 西綠 東黃 西黃 西紅 東紅 圖 619 系統(tǒng)的 I/O 接線圖 電源 SB1 SB2 F1 F0 F2 F3 F4 F5 F6 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。 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： 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 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