威海西门子一级代理商DP电缆供应商

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1 引 言 

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。如图1所示。

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，分别取两个方向之大者。

3 模糊控制器的设计

本模糊控 制系统设计的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细的绿灯相互间关系及两个方向的输出关系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。其从属函数设计如图2所示。

图2 绿灯期间通过路口车辆数(x)从属函数设计

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”，如表1所示,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。

表1 模糊规则表

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，然后再采用法(加权平均法)解模糊，求出t2的值：

式中：μi为确定的x、y输入值所对应的不同模糊子集的从属度;ti为输出各模糊子集所对应的值。

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。图3所示的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。

图3 plc实现模糊控制的硬件连接

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如图4所示。

分别读入红绿灯方向检测区中各检测器显示值,计算大车辆数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 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 %。

表2 模糊控制与定时控制方案效果比较对照表

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，系统编程简单。操作方便，具有较好的应用推广，适合目前我国交通控制与管理的现状。

1  引言

光谱分析样件铣床由主轴和十字工作台组成，其中主轴旋转由变频器控制，转速根据样件材料的不同进行调整；工作台左右移动由变频器控制，移动速度根据样件材料的不同进行相应的调整；因样件的形状比较小，表面铣削的要求比较高，故工件的上下移动由交流伺服电机控制，每次铣削进给量可调，同时需要有磨损自动补偿功能。

根据铣床对控制系统的要求，经过反复论证，确定了性价比较高的设备控制方案：使用OMRON公司的高功能一体机 CP1H-XA40DT-D作为控制，选用OMRON 3G3JV和OMNUC G系列交流伺服电机作为运动控制，辅以NS10触摸屏，实现铣床定位精度和速度精度的控制。

2  设备工艺

由于用于光谱分析样件的制作,要求设备具有铣削精度高、速度快、表面光洁度好、等特点，并且适合各种黑色、有色金属样件的铣削。工艺对设备的要求如下:

(1)铣进给速度、铣样深度、转速可调，铣削深度2mm(max)，每步0.05mm；

(2)加工周期：可编程控制，30s内完成；

(3)主轴转速100～3000r/min连续可调，进给速度0～500mm/min连续可调，铣削深度0～2mm连续可调，可根据样件材料的不同，通过触摸屏设置不同的铣削参数，满足工艺要求；

(4)重复定位精度3μm。设备可根据预设值对样件进行铣削，确保铣削质量满足光谱分析要求；

(5)具有二次铣削功能，对于缺陷较多的样件，当操作者观察次铣削不能满足光谱分析要求时，根据系统提示不需要二次装夹便可进行二次铣削，提高铣削精度和速度；

(6)具有自诊断功能，操作维修人员可依据信息提示进行设备的操作和维修，缩短维修时间；

(7)控制系统程序采用多层结构，操作者在操作员级可选择不同的工作程序，技术员在技术员级通过人机界面对工作程序进行设置参数，包括进量和走量的设置等，从而大限度节省时间，避免过多磨损。

3  控制系统硬件设计

图1为系统硬件原理图。根据工艺要求，系统硬件设计时考虑以下内容：

图1  系统硬件原理图

3.1 PLC

控制系统PLC选用OMRON高功能一体机CP1H-XA40DT-D，负责处理各种信号的逻辑关系，负责两台变频器的控制，负责伺服电机驱动器的控制，它根据人机界面设定值，通过运算，由内置的两路模拟量输出口控制变频电机的运行，通过高速脉冲输出口控制伺服电机驱动器，实现位置的控制。为整套设备控制的。

3.2 人机界面

人机界面采用OMRON NS10触摸屏,用于设备的操作、状态显示和参数设定，通过RS232接口和PLC通讯，通讯协议采用NT-bbbb，波特率可达115kbps，稳定。

3.3 变频器

变频器选用OMRON 3G3JV系列产品，用于主轴转速和进给速度的变频调速。

3.4 伺服控制系统

伺服控制系统由OMRON新的OMNUC G系列R88D-GT15H-Z伺服驱动器和R88M-G1K530T-BS2-Z交流伺服电机组成，采用半闭环控制方式和“脉冲+方向”的控制模式，系统运行稳定，定位精度高。

4  控制系统软件设计

设备控制系统软件设计包括PLC程序设计和HMI操作画面的开发二部分。图2为手动操作画面。

图2  手动操作画面

4.1 HMI界面开发

人机界面设计以满足工艺要求、方便实用为主，包括设备所有动作的手动操作、工艺参数的设定、设备状态信息显示、设备工作流程实时显示、报警信息提示、加工件数量显示等各种功能，操作者根据操作提示即可进行设备的正常操作，维修人员可根据报警信息和维修指南方便地进行故障修理。图3为坐标值显示画面，图4为参数设定画面。

一． 引言

供水设备技术新日益发展，随着相关电气设备的技术进步而不断完善。随着富士新一代小型PLC-SPB的上市，在变频供水技术改造上得到进一步发展，实现了控制功能强，价格低的改进型控制柜。

二． 系统介绍

该系统为一拖三型式，计有30点PLC壹台，2.2KW变频器壹台,水泵三台,相关低压电器一批,由于其主要器件全部选用富士电机工控产品,也可称为富士恒压变频供水控制柜.系统图如下:

三． 功能介绍

此种变频柜是一种一拖三控制方式，其过程为1号泵调速运行至满负荷时仍达在到设定压力，PLC将当前运行泵转换为工频，再软启动2号泵，开始调速设定压力值，如仍不能满足要求则将2号泵也转为工频运行，3号泵软启动后投入调速运行，以达到设定压力值，减泵时按3号、2号、1号泵顺序执行。如此循环往复，实现闭环调节控制恒压供水。即可节省能源，又可做到经济，可实现无间断供水或自动定时供水，设备运行合理，性高，配置灵活，操作维护简单。

四． 系统工作原理

该系统工作流程为：运传压力表将供水管网内的压力信号直接输入到变频器的模拟量输入端子，作为变频闭环PID控制的反馈量，变频调速器的给定信号由控制端子X1-X4给定，由于变频供水对频率精度要求不高，4个端子可组成16级频率给定变化。X1—X4由PLC的四个输出点来控制组合，同时PLC的输出点可控制工频/变频的切换。其重要一点是利用变频器的FMP端子，输出与频率成比例的脉冲串，再输入到SPB-PLC的高速计数端子，计算出变频器的实际输出频率，经过PLC运算比较，实现各台泵的自然切换，真正达到恒压供水的目的。在消防运行时，按下消防按纽，执行相应PLC程序，所有水泵逐台切入工频运行，以保证消防用水压力。

五． 设备选型

  1． 变频器：选用日本富士电机FVR2.2E11S-4JE型变频器。该型号低噪声、转矩大、体积小、功能强，自带PID功能，可在各种场合使用，是小功率变频器的。

  2． 可编程序控制器：选用富士电机新推出SPB系列小型PLC：NWOP30R-31（16入/14出），该机特点如下：

一． 体积小巧、功能强大、处理速度快、品种齐全（20、30、40、60点主机，16、32点扩展）；

二． 直接带扩展，无须另接电源，大可达124点；

三． 带有自举螺钉端子，接线方便，不掉螺钉；

四． 备有各种外接单元，如模拟量（4入，2出，3入/1出型），RS-232C、RS-485通讯单元、AS-I总线单元；

五． 高速计数可达100KHZ

六． 软件功能强大：

（1） 具有各种32位运算指令；

（2） 40点、60点带内部时钟；

（3） 具有浮点运算功能，及相应三角函数运算功能；

（4） 具有PWM等脉冲控制功能；

（5） 具有多段斜坡保持控制功能；

（6） 具有矩阵、PID、数字开关读入等功能；

3． 低压电器：

（1） 空气开关：富士电机EA33B/1。

（2） 接触器：富士电机SC-E03额定电流12A。

热继电器：富士电机TK-E02/9-13A带断相保护。

六． 结束语

该变频恒压供水控制柜可广泛应用于城乡各种类型自来水供水系统，高层建筑供水，生活用水及消防供水工业生产工况闭环用水的恒压控制。  

 富士NB系列可编程程序控制器的通讯接口标准为：RS485/ RS422；采用8针RJ45模块型插座；其不能直接与RS232接口连接，先经过转换。RJ45各针脚的布置如下：

RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。RS485和RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接受，不需要数字地线。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响，而RS485只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线。RS422和RS485在19kpbs下能传输1200米。NB2系列PLC默认通讯标准：通讯口COM1，波特率19.2K，停止位1位，奇偶校验：奇校验，字节8位。富士NB编程电缆的制作方法一：到电脑市场购买一个USB/RS232和RS232转422/485转换头,一根8芯水晶头连接线、一个DB25F插座。按转换头的说明书的说明，把8芯水晶头连接线和25芯插座按照下面接起来：

8芯水晶头的3(RXD-)—16（R-）4(RXD+)—17（R+）5(TXD-)—14（T-）6(TXD+)—15（T+）脚1，7(SG)—7，8 2，8（5V）—12，13 把25芯插座和422/485转换头接起来就可以了。富士NB编程电缆的制作方法二： PC的RS232是9针，不能和NB的RJ45直接连接的,RJ45这边是RS422,所以需要转换模块,如果有三菱的SC-09电缆可以用它再做个和RJ45的连接线即可。SC-09 编程电缆为 RS232 接口（俗称 COM 口）到 RS422 接口的转换电缆，通用于三菱 A 系列和 FX 系列PLC ，支持所有通信协议，用于电脑与 PLC 的编程通信和各种上位机软件，并可替代三菱通信模块 FX-232AW （或 FX-232AWC ），该电缆的 RS422 端口和 RS232 端口均内置± 15kVESD 保护电路，可带电任意带电插拔。DB25母头引脚定义如下： 

RS-232模式：采用标准的DB25针串口标准，2脚（收），3脚（发），7脚（地）； 

RS-485模式：采用DB25母头的14（485-），15（485+）脚； 

RS-422模式：采用DB25母头的14（T-），15（T+），16（R-），17（R+）脚；电脑机箱后方的9芯插座，旁边一般有 "|O|O|" 样标识。RS-232C接口电气特性 

EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定： 

在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V 

逻辑0(SPACE)=+3～＋15V 

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 

信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V 

信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V RS-232-C标准规定的速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。 旧制JIS名称 新制JIS名称 全 称 说 明 

FG SG Frame Ground 连到机器的接地线 

TXD SD Transmitted Data 数据输出线 

RXD RD Received Data 数据输入线 

RTS RS Request to Send 要求发送数据 

CTS CS bbbbb to Send 回应对方发送的RTS的发送许可，告诉对方可以发送 

DSR DR Data Set Ready 告知本机在待命状态 

DTR ER Data Terminal Ready 告知数据终端处于待命状态 

CD CD Carrier Detect 载波检出，用以确认是否收到Modem的载波 

SG SG Signal Ground 信号线的接地线（严格的说是信号线的零标准线） 

简单连接   

连接   

串口故障检测　　按以下步骤逐步检查：

1、有些机型有LOCK键，检查其是否按下；

2、主机RS232接口与计算机接口定义相同： 2—收，3---发，5---地线，因此要求主机与计算机之间的连线2，3对调，并检查其是否连通；

3、计算机波特率设置是否正确； 

4、计算机COM口设置是否正确；

5、设备地址设置是否正确；

6、是否有回读，有回读，并按通讯协议核对回读内容。

如以上几项全部正确，仍无应答，请打开机盖：

1、RS232连接的小扁线一端插头是否因运输途中摔出、摔松、未插紧；

2、检查小扁线与主机232接口是否连通。　　软件检测说明：1、 此窗口说明通讯线路不通或者、奇偶校验、波特率等设置错误，通讯连接不上。2、 此窗口说明通讯口设置错误。3、 此图为正确的设置。4、如果出现”Integer overflow”说明编程软件的版本与系统软件不匹配。换软件。

一、 基本指令系统特点

PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：

1、图形式指令结构：

程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件已把工业控制中所需的立运算功能编制成象征图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎

2、明确的变量常数：

图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由

产品型号决定，可查阅产品目录手册。

3、简化的程序结构：

PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。

4、简化应用软件生成过程：

使用汇编语言和语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。

5、强化调试手段：

无论是汇编程序，还是语言程序调试，都是令编辑人员的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。

总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。

二、编程语言的形式

本教材采用常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。

虽然一些的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、的语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。

编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。

指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前弄清PLC的指令系统

程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，难读，所以多数程序用梯形图表达。

梯形图：梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。下图是三菱公司的FX2N系列产品的简单的梯形图例：

它有两组，组用以实现启动、停止控制。二组仅一个END指令，用以 结束程序。

梯形图与助记符的对应关系： 助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为：

地址 指令 变量

0000 LD X000

0001 OR X010

0002 AND NOT X001

0003 OUT Y000

0004 END

反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。

梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，互锁指令（IL、ILC）可看成总开关，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。

有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。