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1  引言
    
  　  可编程控制器(plc)是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，其具有逻辑控制、计时、计数、数据处理、联网与通信等强大功能，同时，由于plc具有很高的可靠性和较大的应用灵活性，用它来替代传统的继电接触控制系统巳成为必然。大量采用传统继电一接触控制系统的设备通过改造更新，成为plc控制的自动化系统，而且具有改造、和可靠性高等特点。本文介绍双面单工位液压传动组合机床plc控制系统的设计与应用。
             
2  组合机床的运动及控制要求
    
   　 组合机床指可同时进行多种或多处加工的机床，组合机床的加工动作常常是按预定的步骤安排的，类似于简单的程序控制，这也正是plc较擅长的。
    
   　 双面单工位液压传动组合机床采用三台电动机进行拖动，m1、m2为左右动力头电动机，m3为冷却泵电动机，其对应的控制交流接触器分别为km1、km2、km3。sa1为左动力头单独调整开关，sa2为右动力头单独调整开关，通过它们可实现左、右动力头的单独调整。sa3为冷却泵电动机工作选择开关。

组合机床为自动循环状态时，按下启动按钮后，左、右动力头电动机m1、m2同时旋转，按下“快进”按钮，电磁阀yv1、yv3通电，左、右动力头快速进给并离开原位，行程开关sq1、sq2、sq5、sq6先复位，行程sq3、sq4后复位。当sq3、sq4复位后，在动力头进给过程中，靠各自行程阀自动变快进为工进，同时压下行程开关sq，冷却泵电动机m3工作，供给冷却液。当左动力头加工完毕，将压下sq7并**在死挡铁上，其油路油压升高使kp1动作，当右动力头加工完毕，将压下sq8并使kp2动作，yv2、yv4将通电，同时yv1、yv3也将失电，左、右动力头将快退。当左动力头使sq复位后，冷却泵电动机将停转。左右动力头快退至原位时，先压下sq3、sq4，再压下sq1、sq2、sq5、sq6，使动力头电动机m1、m2断电，同时yv2、yv4断电，动力头停止，机床循环结束。加工过程中，可随时使左、右动力头快退至原位停止。
             
3  plc控制系统的硬件设计
    
    　双面单工位液压传动组合机床的控制系统首先应满足上述工作循环的基本要求，再根据工作循环及控制需要的行程开关数目，加之按钮、压力继电器、热继电器触点所需的工作点数来选择可编程控制器。

 该plc有21个输入信号（4个按钮、9个行程开关、3个热继电器动断触点、2个压力继电器触点、3个转换开关），则需占用21个输入点。在实际应用中，为节省plc的点数，可适当改变输人信号接线，如将sq8与kp2串联后作为plc的一个输入信号，就能减少一个输入点。这时plc的输入点数由减少至13点，这样可以降低设备的成本，然而由于有些接点采用了串、并联的形式输入，可能降低输入器件的可靠性和整个控制系统的可靠性。
    
    　可编程控制器输出控制对象主要是控制电路中的执行器件，如接触器、电磁阀等。双面单工位液压传动组合机床中的执行器件有交流接触器km1、km2、km3，电磁阀yv1、yv2、yv3、yv4，需占用7个输出点。依据它们的工作电压，可设计出plc的输出口接线图，由于接触器与电磁阀线圈所加电压的种类与高低不一样，故必须占用plc的两组输出通道，并选择继电器输出型的plc。通过对机床plc控制系统输入、输出电路的综合分析，选用日本三菱fx2n?32mr可编程控制器实施该机床的控制，可基本满足上述整体要求。

4  plc控制系统的程序设计
    
   　 plc控制程序采用梯型图编程完成，根据控制要求，设计出双面单工位液压传动组合机床循环工作的plc控制梯形图如图3所示。图中当组合机床处于自动循环位置时，x013、x014为接通状态，按下启动按钮sb2，y000、y001接通，km1、km2线圈通电并自锁，左、右动力头电动机启动旋转。按下按钮sb3，y004、y006接通，yv1、yv3通电，左、右动力头快速进给并离开原位。在动力头进给过程中，靠各自行程阀自动变快进为工进，同时压下sq，y002接通，km3线圈通电，冷却泵电动机m3启动。左动力头加工完毕时压下sq7并**在死挡铁上，油压升高使kp1动作，y005接通；右动力头加工完时压下sq8并使kp2动作，y007接通，yv2、yv4将通电，同时yv1、yv3也将失电，左、右动力头将快退。当左动力头使sq复位后，y002断电，km3将失电，冷却泵电动机将停转。左右动力头快退至原位时，压下各行程开关，使y000、y001断电，km1、km2线圈失电，使m1、m2停转，同时yv2、yv4断电，动力头停止，机床循环结束。若按下sb4，x003接通，可随时使左、右动力头快退至原位停止。另外，机床还设计了过载和短路保护。

烟台冰轮股份有限公司是以工业制冷成套设备、中央空调等为主导产业的大型工业企业，公司是国内大的果蔬保鲜加工配套设备生产企业，*新型螺杆压缩机代表了国内水平，在该领域市场占主导地位。鲁林冰轮果蔬保鲜库是冰轮股份有限公司的**座氟工质全自动化冷库。由于冷库系统比较复杂，专业性强，功能模式繁多，系统关联性强，因而对自控系统的要求非常严格，所以选择可靠、先进的系统是非常重要的。我们选用了国际电器品牌施耐德micro系列plc，其中包括一台主plc，用于控制整个冷库系统及四台冷凝压缩机的plc通讯。
             
2  工艺控制流程
    
   　 控制过程分为两个部分：制冷和冲霜。制冷是为了实现冷库的冷藏功能；冲霜是为了增加制冷效率，因为制冷一段时间后，空气中水蒸气会在制冷管路上形成霜，严重时可能结冰，因此我们应当适时的将霜融掉，增加热交换效率。
    
  　  2.1 制冷
    
  　  当系统处于制冷状态时，可以选择自动或手动运行。手动运行时，先要选择要制冷的冷库房间号，再设定所需要的温度上下限值即可开机。开机指令发出后，系统运行。首先，开启冷却水泵；然后，开启冷却塔风机；接着，开启需制冷的压缩冷凝机组和库房冷风机电机；启动确认后，开启制冷库房相应的供液电磁阀；最后压缩机将根据蒸发压力进行能量调节，进行正常运转降温过程。自动运行时，只需选择要制冷的冷库房间号，再设定所需要的温度上下限值即可，系统将根据温度上下限值自动开停机。
    
    　2.2 冲霜
    
  　  自动冲霜根据每间库的累计运行时间进行。当本间库的运行时间到达设定值时，发出冲霜指令，系统自动冲霜。其过程为：首先，本间库的供液电磁阀关闭；然后，关闭冷风机电机；接着，开启本间库冲霜水电磁阀和开启冲霜水泵；延时20分钟后，关闭冲霜水电磁阀，冲霜过程完毕。
             
3  系统构成及配置
    
    　3.1 控制系统描述
    
 　   控制系统采用了集中监控、分散控制的模式，根据这一原则将整个冷库控制系统分为三个层次，即监控层、控制层、设备层。系统构成如下：
    
  　  （1）监控层：通过采用主plc上的rs-485通讯接口经编程电缆转换为rs-232，然后可直接与上位机通讯。主plc实现数据采集，对库间内的各个受控设备的运行情况进行集中监测，动态的显示各个控制监测点的变化。装有组态王软件的上位机并对冷库的重要数据自动生成表格，定时输出到打印机打印，并可进行远程控制及控制设置点的数据设置。原则上计算机只参与系统的监控和管理，与控制整个冷库的人机界面（与主plc通讯）并列控制，克服了以往由于计算机故障而导致整个系统瘫痪的可怕后果。硬件配置：上位机、上位机网络连接卡、打印机、plc通讯电缆等。软件配置：操作系统软件为bbbbbbs xp，监控组态软件为组态王kingview6.02。

（2）控制层：控制层是整个控制系统的核心，在整个控制系统中起着“承上启下”的作用，plc控制是非常成熟的工业控制技术，本系统采用tsx3721001系列plc及其网络系统接受现场发来的数据信息（数字量或模拟量输入信号），经过其本身cpu中所储存的控制程序的运算与处理后，发出相应的指令，对现场设备进行控制。同时通过plc网络使得层内各个plc之间可方便的进行数据交流，并由主plc通过网络将所有相关的数据上传给上位监控机。主要硬件设备：plc控制器tsx3721001、通讯卡tsxscp114、人机界面、接口模块、通讯电缆等。软件：plc编程软件pl7、人机界面组态软件、microsoft office应用软件等。

（3）设备层：设备层在整个控制系统的金字塔结构中处于底层，是整个控制系统的关键环节，主要包括库间的温度传感器、采集各个电动机工作电流的电流变送器、管路上的各种电磁阀、控制各个电动机和风机的接触器等等，直接与plc（控制层）相联系。
    
  　  3.2 制冷系统描述
    
  　  整个制冷系统共配置4台半封冷凝压缩机组。冷凝压缩机组是整个系统的较关键部件，机组采用自控领域较先进的plc微电脑控制，通过模拟量和数字量的输入输出，对机组的运行进行精确控制和可靠保护。各种标准控制功能令机组在启动和整个运行过程中具有节能的特点，压力传感器可检测机组的吸气和排气压力，通过plc控制保证压缩机无级调节增减载。可靠先进的滑阀机构可通过控制系统使机组的负荷自动调节，降低了机组的能耗，工作。通过温度传感器和压力传感器进行数据采集，可配合热负荷的实际情况，进行复杂的控制运算和pid调节功能，自动控制压缩机的加载和卸载，保持系统的冷量提供，保库温的稳定，避免了压缩机的频繁开启。微电脑具有**前控制功能能及时预测故障的发生，并在故障发生前及时采取正确的措施，如在排气压力接近限定值时，控制系统将使压缩机自动卸载并发出故障报警信号，这些与传统采用压力开关的简单位式控制相比，不仅可以自我诊断传感器的好坏，更可以**前预诊断整个机组的运行情况，大大减少了故障停机的次数，增加了机组运行的可靠性。通过人机界面对话。

微电脑能记录最后8次故障的情况，包括发生的时间、记录的数据，这有助于维修人员及时排除故障。机组具有下列自动保护功能。

（1）冷风机控制：考虑到冷库面积较大，温度波动较大且分布不均匀，故每间冷库设四只温度传感器，取库温平均温度控制冷风机，采用日本理化或丹佛斯数显温控器进行控制、报警。并将温度值输送到系统控制主plc，进行除霜控制及判断。
    
    　（2）冷却塔控制：根据机组运行信号开循环水泵，根据冷凝压力控制器控制冷却风机的开停，水池自动。并具有缺水保护、冷凝压力**高报警功能。运行时遵守均衡磨损和备用自动投入原则。
    
  　  （3）冷风机除霜控制：除霜控制设有手动和自动定时除霜两种选择，（采用实时时钟控制或定时时钟控制，除霜时间及除霜间隔时间可根据实际情况自由设定。）由于热除霜存在一定的危险性，而且除霜对库温的影响较大，故每个除霜系统都采用丹佛斯的evra电磁阀和pmlx主阀进行精确控制，为保系统的可靠性，过滤器、单向阀、卸压阀均采用丹佛斯原装进口产品，电气方面加设可靠的电气互锁和库温过高保护，确保系统运行的稳定性和可靠性。另外，由于系统蒸发温度的不同，在荷捌室冷风机回气管pmlx主阀设丹佛斯cvp压力控制导阀调节系统的蒸发温度，确保整个系统运行的稳定性。
    
    　（4）热回收装置控制：根据水池水温控制水泵的开停，同时控制辅助电加热器的投入和切除。

4  软件设计
    
   　 4.1 plc软件设计
    
  　  plc软件共分为两部分：一部分是整个控制系统除压缩机控制系统的软件；另一部分是四台压缩机各自的程序软件。
    
  　  其中软件设计考虑到系统重起后对设备和重要参数的保护，充分利用了micro系列plc编程软件提供的冷启动%s0，热启动%s1，**扫描%s13对系统进行初始化，即复位所有设备状态，为下次开机作好准备。对需要保护的内部字进行保护，如设备运行时间，停机前设定好的参数等等。
    
   　 由于tsx3721001有两个rs485通讯口，因此我们分别用来连接人机界面和上位机。但是鉴于modbus通信协议的限制，要想同时使用两个接口，我们只能在编制程序时，组态unibbbway协议。
    
    　4.2 上位机软件设计
    
   　 根据系统流程图，用简单线条勾勒出整个制冷系统图并配合kingview上位机软件中自带图库使监控画面生动形象，并且大大节约设计画面时间，把宝贵的时间用到编制程序和画面的组态中去。在制冷流程图里我们可以纵观全局，全面掌握整个冷库的运行情况。然后分别做每个各个冷库房间和压缩机流程的分画面，并通过制冷流程图里相应按钮实现切换功能。画面完成之后，我们将要连接plc设备。即在组态王软件中设备目录下，将com1连接到plc。

 最后，在组态王中建立变量，与将plc中的i/o点相对应，然后连接到画面中相应设备，实现系统的监控功能。

传统的十字路通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好，然后实际的变化却是未知的，所以常常出现绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过的调度失控。本文据此提出模糊智能交通路口指挥调度控制系统。
             
2  交通十字路口传感器的设置
                
    　在十字路口的四个方向(e、s、w、n)的近端j(斑马线附近)和远端y(距斑马线约100米处)各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。

近端的传感器用于记录绿灯期间通过路口的车辆数(记为x)；远端的传感器用于记录红灯期间进入路口排队等候的车辆数(记为y)。为了简化运算，可以将两个相对的方向(n与s、w与e)的x、y值合并为一组，分别取两个方向之较大者。
             
3  模糊控制器的设计
    
  　  本模糊控制系统设计的核心是模糊控制器的设计，设计模糊控制器主要是求取模糊控制表。
    
  　  3.1 系统分析
                
    　确定控制器的输入变量和输出变量以及它们的数值变化范围。输入变量为x、y，输出变量为t。绿灯期间车辆通过路口的速度不**过20公里/小时，则在15秒时间内通过的较大车辆数约为15辆。则x的变化范围为0～15。当远端和近端传感器之间距离约为100米时，考虑一般车辆车身长度连同两车辆间距平均5米左右，所以100米内可能停留等待的车辆数较多可达到100/5=20辆，于是红灯方向排队等待的车辆数y变化范围为0～20。本系统的输出就是两个方向的红黄绿灯，还有斑马线处人行横道的红绿灯以及按前进方向分得更细的绿灯相互间关系及两个方向的输出关系较终归结到对当前绿灯的延时t。根据现场测试，输出变量t的变化范围为15～60。
    
   　 3.2 模糊化方法的选择与确定
                
    　为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分：其一是固定的1o秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2。绿灯期间车辆通过路口的速度不**过10m/s，则在10s内通过的较大车辆数约为l5。以红绿灯转换瞬间为计时起点，记录10s内通过的车辆数作为变量x的论域，取(0-15)，并将它分为三个模糊子集：少、中等、多。

 红灯期间排队等候车辆数(y)的模糊化， 输出量模糊分类都采用三角形属函数的设计。

 3.3 模糊规则的设计
                
  　  当两个方向的状态处于同一量级时，如同为多，或同为中等，或同为少时，绿灯的延时t2均取“短”，其目的是保证双方流量相差不多的情况下，尽快地均衡疏散。

3.4 模糊推理算法与解模糊
                
   　 从模糊规则得到的结果仍然是模糊量，还要经过模糊推理算法还原为精确量才能输出。本设计采用当今模糊控制算法的主流算法—简易模糊推理算法。对于每个确定的输入x和y值对应不同的模糊子集，具有不同的从属度。由此而的多条模糊规则以取小的策略求出各输出于模糊集的从属度，然后再采用重心法(加权平均法)解模糊，

4  系统设计
    
 　   4.1 系统硬件设计
                
    　模糊控制器采用三菱的fx2n型plc，通过编程来实现交通调度过程控制。模糊控制系统数据采集及a/d转换由模拟量输入模块fx2n-2ad完成，d/a转换由模拟量输出模块fx2n-2da完成。
其中y10-y12是东西方向红绿灯的控制线路,y13-y15则是南北方向的控制线路,yo-y7则是控制7段显示器的控制线路。
    
   　 4.2 软件设计
                
    plc编程能力强，可以将模糊化.模糊决策和解模糊方便地用软件来实现，基于交叉路口车辆等待长度的变周期交通模糊控制器模糊判决子程序的算法流程。

首先分别读入红绿灯方向检测区中各检测器显示值,计算较大车辆数x和y然后将x和y分别乘以量化因子,求得相应论域元素表征的查找控制表所需的x和y,并根据表4模糊控制规则表查得输出控制量的论域值t最后将其代入公式15+ki×t, 可计算出实际换向后绿灯的时间长度t。

5  运行测试及结果分析
                
   　 本文设计的基于plc的模糊交通控制系统，在某路口经过了试运行并现场测试，并与传统的定时控制方法进行了比较(见表2所示)，比较结果表明：在交通流较小或接近定时配时的预期量时,模糊控制与定时控制方法并无太大差别,而当交通量逐渐增大时,本系统的模糊控制的优势就明显起来,可以有效地减少延误车队长和车辆平均延误时间，其中南北方向和东西方向的平均延误分别较定时控制的减少6.74%和5.32%。

6  结束语
                
  　  理论与实践证实，应用可编程控制器plc对十字路通信号灯进行模糊控制,其控制效果要比定周期方法的控制效果明显，尤其适用在车辆信息量比较大的交叉路口。由于使用plc作为本系统控制器的核心，系统编程简单。操作方便，具有较好的应用推广价值，适合目前我国交通控制与管理的现状。