西门子6GK7243-1EX01-0XE0诚信合作

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城市交通控制系统可以有效改善交通，缓解交通拥堵，提高路网的服务水平，增加系统交通流量，减少延误时间和停车次数，减少燃油消耗，降低交通噪声及尾气带来的环境污染，提高交通性，从而促进城市经济建设的进一步发展。

然而实施一个集中控制式城市交通控制系统需要昂贵的造价、建设周期长，一些中小城市难以承受，而且中小城市的交通信号控制往往只集中于有限的几条主干道上的路口，控制方式选择干线控制较为理想实用，所以开发一个中小规模的干线控制系统符合中小城市交通控制的需求，同时该系统也适用于大城市中未受控制交通控制系统控制的干道上各路口的交通信号协调控制。干线控制系统与集中式自适应城市交通控制系统相比具有造价省、建设的优点，易于推广应用。

干线控制系统主要由干道各路口的信号机和位于某路口（一般定义为关键路口）的干线控制计算机（路口线控计算机）组成。

可编程控制器简称——PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用多的一种设备。认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、/CAM将成为工业生产的三大支柱。 PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技术（Computer，Control，Communication）相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。

1）信号控制机

功能及性能指标

·符合人民共和国公共行业标准GA47-2002《道路交通信号控制机》；

·工作方式有：关灯、全红、黄闪、多时段定时控制、感应控制、无电缆协调、区域协调控制（包括干线协调方式）；

·具有硬件手动控制及上位机用户的软件手动控制；

·可与上位机（干线控制计算机）进行相关数据通讯；

·至少可接入32路检测器、驱动48路信号灯；

·多可执行16个相位信号控制，可设置运行32个时段、32个方案、16个特殊日时段方案；

·可通过手持设备或面板上的按键方便地设置相关参数；

·具有显示屏幕，直观显示信号机的相关工作状态及相关参数；

·可在全天候下工作。

2）干线控制计算机

功能

·与信号机通讯，信号机发来的信息、输出相关命令至信号机；

·具有良好的用户界面，显示当前干线控制系统运行信息及配置信息，并接收处理用户的输入；

·根据优化算法及相关信息计算各信号机的控制参数。

结构

硬件上可用成熟稳定的工控机及另配多串口扩展卡组成，也可用PC104嵌入式微机及串口扩展板组成，主要负责对干线下辖的信号机进行通讯控制，同时预留与上一级控制机的通讯扩展接口，主要设备需满足工业环境下运行的要求。

软件上主要是各信号机的相关信息，通过线控优化算法计算控制参数（周期、绿信比、相位差），送至相关信号机付诸执行；同时也用户的干预输入，将用户命令进行分析后，对系统配置进行修改或送至相关信号机；另外还将各信号机的执行情况在用户界面上显示。

干线控制机与路口信号机也可采用PLC可编程控制器做为主控制器，从原理上，两者可合并为一，选型的主要出发点是：

1） 输入输出点满足120点以上；

2） 具备实时时钟；

3） 具备RS232或422通讯接口；

4） 可构建点对点通讯或串行总线通讯；

5） 具备寄存器数据化管理功能；

6） 数据处理速度0.7us

7） 模块具有自诊断功能。

3） 路口信号机与干线机之间的通讯

l 通讯结构

信号机与干线控制计算机之间的通讯目前仍采用串行口RS232C方式，通讯结构为点对点的方式，设备可采用MODEM加电话线或光端机加光缆或串口设备加专线的方式进行。在干线控制机一端采用多串口扩展设备。

通讯接口内容

·信号机与上位机（干线控制计算机）之间的握手协议，及相关连接规程；

·信号机传送的信息：

日期时间；

当前的控制方式、时段、方案；

相位切换通知；

各组成部分的故障状态；

检测器的状态及实时的原始数据；

流量及占有率数据；

配置参数的改通知；

配置参数的相关内容。

·上位机（干线控制机）发送的命令：

设置信号机的日期时间；

信号机各种信息的查询，如查询信号机的日期时间、控制方式、时段方案、相位执行情况、信号机各组成部分的故障状态等命令；

读写信号机的各个配置参数；

设置信号机的控制方式，如将信号机工作方式降级为单点及人工干预降级等等；

设置信号机为软件手动工作方式，可远程手动控制相位的执行。

4） PLC构建信号控制器的实现

在PLC控制中选用KOYO S 系列中性能价格比较高的中型PLC SU-6M，其性能能够满促控制功能，并且可以使用ASCII-BASIC模块进行复杂的运算，使用DIRECTSOFT编程软件进行复杂程序编程，提高速度和降。

SU-6M CPU模块内包含有RS-232/422通讯接口，可以用来连接触摸操作的可编程操作显示器GC-53LM3，在这个操作显示器上设定/显示所有的工作数据，运行情报和给PLC辅助运行指令，由于这个操作显示器的使用，所有的人机接口的操作非常直观和方便。

如果干线控制机也使用PLC构建，则需要扩展通讯端口，可使用DM模块。DM是数据通讯接口模块，用于整个干线或系统，指挥的联网运行。在这个网络上，可以根据网络中的站数决定是否采用管理PLC。站数较多时为了减轻计算机的负担采用专门的PLC对下级各种采集数据；站数较少时直接由上位计算机采集也可以。

为满足信号机大量的实时运算要求，可使用ABM模块。ABM是SU系列 CPU 上使用的 ASCII/BASIC 协处理器（Co-processer）模块，在ABM模块内通过BASIC程序进行复杂的数据运算，与PLC内的运算相比，不仅编程简单，速度快，重要的是可以完成SU-6M PLC 不能而的运算，例如浮点数据运算，三角函数，字符串处理等。模块通讯口可以外接通讯型显示器，计算机，打印机等。

       ASII-BASIC 模块及语言：

ABM模块通过BASIC语言程序，可以访问PLC的I/O点，中间继电器等位功能存储器，以及数据寄存器。位功能存储器的状态和数据寄存器的内容也可以被ABM控制。

SU-6M CPU的ABM模块可以安装在任意位置，并且不占I/O点。（SR系列的ABM模块略有不同。）

PLC系统上电时，ABM模块可以根据设定进入RUN或COMMAND 方式，在RUN方式下执行BASIC程序的内容，在COMMAND 方式下执行键盘键入的命令。ABM的运行于PLC CPU 的运行没。

RUN方式下的ABM BASIC语言和语法与通常BASIC相似，特别是ASIC，ABM程序可以几乎经过修改在ASIC系统下运行，只不过ABM程序中对PLC功能存储器的访问在ASIC中会被当作数组来操作，例如：SU6-R（1400），SU-6M（1000）在ABM程序中访问数据寄存器R1400和中间继电器M1000而同样程序在ASIC中会被当作大的数组。

COMMAND的方式下的命令包括程序的传送，参数地设定，打印程序等菜单操作，以及直接命令的键入，例如删除、保存、列表程序，选择程序，运行程序，运行方式改变等。

5） 线控优化算法

信号控制的基本参数是周期、绿信比和相位差。线控的算法可借鉴自适应交通控制系统中的子区优化算法，线控各路口中有一个关键路口，关键路口的周期作为所有路口的共同周期，绿信比针对各个路口单进行调节，相位差对所有路口进行*。

·检测器数据预处理

通过原始检测数据获得交通每个车流通行的周期流量及占有率数据，由于交通流的随机性波动，所以为反映实时交通变化的趋势及避免控制方案频繁的变动，应对检测器数据作平滑处理。平滑的方法是将当前周期的数量与前几个周期的数据作加权平均。

·饱和度的确定

以相位车辆占用的绿灯时间与车辆通行的有效绿灯时间之比作为此相位的饱和度。

·信号周期的*

周期大小由关键路口决定。线控算法收集三个周期内路口的交通数据，三个周期内有两个周期需增加或减少周期长度，则决定了周期变化的方向。周期的变化幅度由路口的饱和度、周期大小相关因子来确定，范围在±（1-6秒）内。线控启动时取关键路口当时的周期作为起始周期长度。

·绿信比的调节

绿信比的调节针对各路口单进行，采用“等饱和度原则”分配各相位的绿灯时间，且使各相位绿灯时间的变化值在±（1-4秒）的范围内。

·相位差的*

相位差反应了各路口间的协调。确定线控的路线，根据各路口的信号周期、绿灯时间、相位色步序列、路口间距、路段平均车速等计算路口间的相位差。目标是使线控路线的上下行绿波带宽度大。相位差的变化范围在±（1-4秒）之间。

使用PLC做为信号控制器的主控单元，大大降低了硬件开发的周期。由于其具有强大的通讯和计算能力，使得信号机的实时控制需求得到了充分的满足。

1、引言

高频高压发生器是X光射线机单元。医用X光射线机高频高压发生器由三相工频供电。三相工频电源通过桥式整流、高频逆变、变压器升压，得到150KV的30KHz高频高压。高频高压经过二次（高压）整流，成为X光射线管直流高压激发电源。通过不同的激发电压、电流的设定值，产生不同强度的X光用于和拍片等医学检测。稳定的高压恒直流电源对于确保拍片成像质量、特别是控制X射线生物辐射危害的重要基础。随着电子电路的发展，X光机产生X光的电源也从原来的工频电路发展成现在的通过数字化技术控制逆变电路。患者检测床台是X光机的运动控制单元。出于避免和减少患者检测过程的移动，X光机配置有X光机随动控制检测床台。检测床台与X光机配合实现患者特定部位的成像检测。

本文在介绍基于PLC自动化技术的新型X光机一体化解决方案的基础上，论述台达EX系列PLC系统通讯设计技术。

2、技术方案

项目选用台达DVP-20EX做PLC主机，通过RS485通讯接口和X光射线机高频高压发生器进行数据交换。PLC输入出点用来控制床升降、旋转等各种机构的控制，彩色触摸屏和PLC进行连接作为HMI输入和显示数据，从而展示了一个全新的X光机电路控制系统。其中是利用PLC的通讯功能和RS指令的使用，实现了PLC和X光射线机高频高压发生器之间的数据交换，让X光射线机高频高压发生器的使用加丰富多彩。

基于PLC的X光机自动化系统控制原理：翻译指令；存入寄存器；RS指令发送、接收；判断接收指令；输出信号。

由于X光射线机发生系统指令为ASCII字符指令。一条指令由换行符开始，回车符结束。一条指令完整包含换行符、指令助记符、参数、回车符。被控机接到一句有效指令，执行后必做回答。例如：LF KVN75 CR意思是设置管电压为75KV，被控机在接到此指令后回答LF KVN75 CR表示收到该指令。

3、系统通讯与RS指令应用

利用台达PLC中的RS串列资料传输指令，把编译好的指令根据需要从PLC逐条发出。PLC每发送一条指令，发生器就回答一句指令。这些指令主要分两种：一种是不带数据的控制指令，例如：LF PI CR（接通系统功率电源），反馈一条相同的指令；一种是包含数据的指令用于设定数据，例如：LF KVN75 CR设置射线管电压75KV，反馈一条相同的指令LF KVN75 CR。这些指令需要变成ASCII码，对于换行符、回车符有现成的SACII码，而指令助记符和数值则需要逐个字母翻译成ASCII码，根据指令要求把这些语句通过RS（串列资料传输）的功能传送给X光射线机高频高压发生器，X光射线机高频高压发生器就会按照这些指令去工作。工作流程是：

3.1 输入固定的通讯指令

（1）翻译助记符，助记符分两类，一类是计算机常用的，比如换行符LF，有固定的十六位数值0A，回车符CR，有固定的十六位数值是0D，这些数值不需要翻译直接用MOV指令把数值转移到相应寄存器中即可；另一类助记符不是计算机固定使用的助记符，这些助记符是没有固定数值，比如：接通电源指令的助记符是PI，于是就要分别把代表P的数值H50和代表I的数值H49用MOV指令转移到相应的寄存器当中；数字0~9也分别变换成相应的十六制数值，转移到相应的寄存器当中。

（2）其次，通过程序固定的通讯格式进行连接，通过使用RS串列资料传输指令，把命令和数值发送给被控机。例如：开机指令：LF PI CR

LDP M100

SET M1122 //送信要求

MOV 0A D200 // LF换行符

MOV H50 D201 // P

MOV H49 D202 // I

MOV 0D D203 // CR回车符

LD M100 //发送启动

LDP M0

RS D200 K4 D206 K4

3.3 EX通讯指令深入研讨

通常，被控机在接受到正确指令后就会按照事先好的指令进行回答，对于回答的这些指令需要进行判断是否正确，比如上述例子，D206对应是LF，D207对应是P，D208对应是I，D209对应是CR，正确处理这些指令和数值，产生的结果可以通过内部中间继电器和寄存器表现出来，使之通过RS232通讯到触摸屏让医生得到正确的判断，知道被控机现在的状态，然后进行下一步的工作；如果数据不正确，进行相应的提示，通过提示目录知道机器的不良状态，同样方便医生做出下一步判断。

X光射线机高频高压发生器的通讯指令有很多条，可以全部使用，也可以根据需要进行选择。这是因为有些指令是正常中常用的，这类指令一般要被经常用到；有些指令是调试机器使用的，这些指令单制作一台调试仪，只在调试机器时使用，一般不提供给医生平时使用；有些指令是使用键盘输入时用到的，比如：增加或减少键，由于使用触摸屏可以直接输入参数就不需要了，等等这些，把需要处理的指令助记符按上述方法进行整理后，基本上就可以进行数据交换的操作了。

4、 结束语

通过采用台达PLC的RS指令的应用，加深入地了解了台达PLC在不同设备之间进行通讯的处理方法和使用。现在日新月异的设备具有了智能控制，具有了各种交流的方法和手段，要在PLC各种功能的应用上要不断探索，寻找出多的具体的应用方法，发挥PLC新技术新功能的实际使用工效。

编码器的信号输出
编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出。
1． 并行输出：
编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是在接口上有多点高低电平输出，以代表数码的1或0，对于位数不高的编码器，一般就直接以此形式输出数码，可直接进入PLC或上位机的I/O接口，输出即时，连接简单。但是并行输出有如下问题：
1、是格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位变化，读数会在短时间里造成错码。
2、所有接口确保连接好，因为如有个别连接不良点，该点电位始终是0，造成错码而无法判断。
3、传输距离不能远，一般在一两米，对于复杂环境，有隔离。
4、对于位数较多，要许多芯电缆，并要确保连接优良，由此带来工程难度，同样，对于编码器，要同时有许多节点输出，增加编码器的故障损坏率。
2． 串行SSI输出：
串行输出就是通过约定，在时间上有先后的数据输出，这种约定称为通讯规约，其连接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。
由于编码器好的厂家都是在德国，所以串行输出大部分是与德国的西门子配套的，如SSI同步串行输出。
SSI接口(RS422模式)，以两根数据线、两根时钟线连接，由接收设备向编码器发出中断的时钟脉冲，的位置值由编码器与时钟脉冲同步输出至接收设备。由接收设备发出时钟信号触发,编码器从高位(MSB)开始输出与时钟信号同步的串行信号.
串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保护和性就大大提高了。
一般高位数的编码器都是用串行输出的。
3． 现场总线型输出
现场总线型编码器是多个编码器各以一对信号线连接在一起，通过设定地址， 用通讯方式传输信号，信号的接收设备只需一个接口，就可以读多个编码器信号。总线型编码器信号遵循RS485的物理格式，其信号的编排方式称为通讯规约，目前全世界有多个通讯规约，各有优点，还未统一，编码器常用的通讯规约有如下几种：
PROFIBUS-DP； CAN； DeviceNet； Interbus等
总线型编码器可以节省连接线缆、接收设备接口，传输距离远，在多个编码器集中控制的情况下还可以大大节省成本。
4．变送一体型输出

连接编码器的电气二次设备：
连接编码器的设备可以是可编程控制器PLC、上位机，也可以是显示信号转换仪表，由仪表再输出信号给PLC或上位机。
1．直接进入PLC或上位机：
编码器如果是并行输出的，可以直接连接PLC或上位机的输入输出接点I/O，其信号数学格式应该是格雷码。编码器有多少位就要占用PLC的多少位接点，如果是24伏推挽式输出，高电平有效为1，低电平为0；如果是集电开路NPN输出，则连接的接点也是NPN型的，其低电平有效，低电平为1。
2．编码器如果是串行输出的，由于通讯协议的限制，后接电气设备有对应的接口。
例如SSI串行，可连接西门子的S7-300系列的PLC，有SM338等模块，或S7-400的FM451等模块，对于其他的PLC，往往没有模块或有模块也很贵。
3．编码器如是总线型输出，接受设备需配的总线模块，例如PROFIBUS-DP。
但是，如选择总线型输出编码器，在编码器与接收设备PLC中间，就无法加入其他显示仪表，如需现场显示，就要从PLC 再转出信号给与信号匹配的显示仪表。