6ES7223-1BL22-0XA8厂家供应

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一、前言 
交通灯控制系统是一个老掉牙的问题，各种方式的控制系统也不断产生。随着我国经济建设的不断发展，城市化进程不断加强，机动车辆也不断增多，交通信号控制功能不断扩展，其控制效率要求不断tigao。基于plc的交通灯控制系统能把可编程控制器的软硬件系统功能强大、可靠性好，逻辑编程方法简单，易于开发复杂控制系统、有丰富的扩展模块和联网能力和应用范围十分广泛的特点结合起来，使系统易于实现。 
本系统采用日本松下电工生产的超小型fp0系列plc作主控系统，其体积小但功能强大。我们按照现有十字路口的交通灯的设计方案来说明基于plc的交通灯控制系统的方便性特点，也间接说明其在满足控制系统要求的功能扩展上也易于实现。

二、系统控制设计 
1、系统功能要求 
交通灯系统启动时，红、绿、黄灯按一定时序轮流发亮。首先，南北红灯亮，东西绿灯亮。南北红灯维持35s（可由用户设定），在南北红灯亮同时东西绿灯也亮，并维持30s，到了30s时，东西路灯闪亮，闪亮周期为1s。绿灯闪亮3s后熄灭，东西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东西黄灯熄、红灯亮，同时南北红灯熄，绿灯亮。东西红灯亮维持25s（可由用户设定）,南北绿灯亮维持20s。到20s时，南北绿灯亮3s后灭，南北黄灯亮，并维持2s。到2s时，南北黄灯熄、红灯亮，同时东西绿灯亮，开始下一周期的动作；系统可进行时间显示；当紧急状态要一侧方向通过时，可以使南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮或者南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；在特殊情况下，系统可以人为根据各方向车liuliang，进行各车道通行时间的变更；在某时段如23：00至次日6：00车liuliang很少情况下，系统可以设定为各方向的只有黄灯闪烁。 
2、系统设计 
2.1硬件设计 
硬件主要采用日本松下电工生产的小型fp0－c32ct型（带日历时钟功能）plc，其i/o分别各有16个；根据系统要求需要进行i/o扩展要求，需要配一级扩展单元fp0－e16yt，其有16个输出。其i/0分配如表1，其控制输入输出接线原理图如图1所示。输出设备是电压高，功率大的设备，可由plc输出给中间继电器，再通过中间继电器进行外部设备的输出控制。 
表1 系统i/0分配表

图1 外部接线原理图

2.2软件设计 
系统软件设计内容包括交通灯顺序循环控制、两方向的急停控制、数码时间显示控制、定时时段控制、各路通行时间变更控制几部分。顺序循环控制主要采用定时器指令编写，通过时间的顺序运行，来达到各路灯的按要求输出；通过配合各路急停开关的闭锁实现各方向的红灯或绿灯亮，当急停开关恢复后，又通过对定时器的内部经过值sv赋值，达到路灯进行切换恢复的目的，程序参考图2。我们可以通过plc内部的日历时钟功能，对内部运行的时钟数据存储区进行取值比较，用类似急停控制的方法，实现某时段各方向的黄灯闪（程序略）；由于前面采用的定时器独立的，故对于各路通行时间变更控制可以采用对定时器tm0对tm4的设定值sv赋值来改变，当然各方向时间也不能无限增大和减小，我们可以通过比较指令限制其在指定的数值范围（程序略）。通过对定时器tm0对tm4中变化的经过值ev，我们可以通过指令实时把他们转为bcd码，再由专门指令直接转换为七段码数值，用于对各方向时间的显示（程序略）。

图2 顺序循环控制和急停控制的程序

三、系统扩展性 
随着城市交通系统的日趋复杂和控制自动化程度的加大，使用该套plc的交通灯控制系统，也能实现其自动控制的过程。如某些交通道路有六车道及人行道等，各道进行相应时序控制；有些交通道路采用智能化控制，根据车liuliang自动改变各方向的通行时间，并通过中央控制系统对各路口交通信号和系统参数进行远程监控和设置等；fp0系列plc体积小，软硬件功能强，具有运行速度快、程序容量大、指令功能强、具有远程通讯功能等等，其可进行三级i/o扩展单元，大i/o点数达128个，在通讯方面，fp0可以经rs232口直接连接调制解调器，在选用调制解调器方式下，fp0使用at命令自动拨号以实现远程通讯；其也可以使用c-net通讯单元，把多个fp0单元连接一起构成分布式控制网络，实现计算机监控，计算机与多台plc连接图如图3所示。通过上面说明，使用基于plc的控制可以满足交通灯系统硬件功能的扩展和分布式监控网络化的需要。

图3 计算机与多台plc控制单元连接图

四、总结 
通过调试，本系统使用plc中的定时器分段设置，容易配合急停控制、各方向时间变更控制和间的显示，该交通信号灯的控制系统结构简单，接线容易，程序编写的控制算法灵活方便，在软硬件的维护上比较容易，可靠性也比较高。在可扩展性方面比较容易，易实现智能的交通监控和控制，满足根据道路情况和季节变化情况的通行时间的改变，减少各方向的车辆滞留，缓解交通拥挤情况，其经济和社会效益比较明显

使用 pid 指令向导编程时，指令向导会自动调用 pid 指令，并且编写外围的控制变量标准化换算、定时采样等功能。用户在使用 pid指令向导时，需要在用户程序中用 sm0.0 调用指令向导生成的子程序（如 pidx_init 子程序）。pid向导可以生成带自动/手动切换功能的子程序，这个子程序使用一个数字量点为“1”、“0”的状态来控制是否投入 pid自动控制。
　　到目前为止（step 7-micro/win v4.0 sp5），使用 pid 向导生成的子程序时，由于用户程序不能直接使用pid指令，它的无扰切换能力因为隔了外壳子程序，所以受到了局限。如果对无扰切换要求比较严格，需要另外编一些程序加以处理。
　　考察如下 pid 控制子程序。

图 1. pid 向导生成的指令

　　图中：
　　a.过程反馈量
　　b.设定值，实数
　　c.自动/手动控制，“1”=自动，“0”=手动
　　d.手动控制输出值，0.0 - 1.0 之间的一个实数
　　e.pid 控制输出值
　　要实现无扰动切换，必须：
　　．在从自动向手动切换时，使手动输出值（vd2004）等于当前的实际控制输出值；
　　．在从手动向自动切换使，使设定值相当于当前的过程反馈值。
　　为此，可编写类似下图所示的程序，放在 pid 控制子程序之前：

图 2. 无扰切换处理程序

　　图中：
　　a.自动/手动切换控制点
　　b.从自动向手动切换时，使手动输出值等于实际当前值
　　c.从手动向自动切换时，把当前反馈量换算为相应的给定值
　　上述程序中的 scale_i_to_r就是量程变换指令库中的子程序。这是为了解决过程反馈与设定值之间的换算问题。用户也可以自己编程换算，或者根据反馈与给定的取值范围决定是否需要换算。
　　此段程序适用于 step 7-micro/win v4.0 sp5及以前版本，仅供参考，如果在实际项目中使用，上述程序未必一定适用。用户需要根据实际工艺决定自己的编程思路。

plc有三类输出：继电器输出、晶体管输出和晶闸管（可控硅）输出。plc维修时，要注意输出负载电源要求。按照plc输出主要技术指标，晶闸管输出只可接交流负载，晶体管输出只能接直流负载，继电器输出既可接交流负载也可接直流负载。当负载额定电流、功率等超过接口指标后要用接触器、继电器等过渡，通过它们接大功率电源。

继电器输出plc控制设备既有直流电源又有交流电源，可将相同性质、相同幅值电源设备接同一个com端。plc维修时，切忌将不同电源设备接在同一个com端。电源相同时，com端可以连接在一起。

响应时间0.2 ms是在条件为24v、200 ma时，实际所需时间为电路切断负载电流为0的时间，可用并联续流二极管的方法改善响应时间。如果希望响应时间短于0.5ms，应保证电源为24v、60 ma。

图2给出的是继电器输出时，交、直流设备混合控制时的接线示意图。图3为晶体管输出控制交流设备或控制区大功率设备时，通过继电器过渡的示意图

如图1所示是与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图。图中的plc为直流汇点式输入，即所有输入点共用一个公共端com，同时com端内带有dc24v电源。若是分组式输入，也可参照图1的方法进行分组连接。 
 
图1 plc与两位七段led的连接 
2.　旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。因些可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给plc，利用plc的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出a、b、z三相脉冲，有的只有a、b相两相，简单的只有a相。
如图2所示是输出两相脉冲的旋转编码器与fx系列plc的连接示意图。编码器有4条引线，其中2条是脉冲输出线，1条是com端线，1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用plc的dc24v电源。电源“-”端要与编码器的com端连接，“+”与编码器的电源端连接。编码器的com端与plc输入com端连接，a、b两相脉冲输出线直接与plc的输入端连接，连接时要注意plc输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地。

图2 旋转编码器与plcr连接 
3.　传感器的种类很多，其输出方式也各不相同。当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致plc的误动作，此时可在plc输入端并联旁路电阻R，如图3所示。当漏电流不足lma时可以不考虑其影响。

图3 plc与两线式传感器的连接 
旁路电阻的计算公式如下： 

式中：i为传感器的漏电流（ma），uoff为plc输入电压低电平的上限值（v），rc为plc的输入阻抗（kΩ），rc的值根据输入点不同有差异。
4.　如果plc控制系统中的某些数据需要经常修改，可使用多位拨码开关与plc连接，在plc外部进行数据设定。如图5所示为一位拨码开关的示意图，一位拨码开关能输入一位十进制数的0～9，或一位十六进制数的0～f。

图4 一位拨码开关的示意图
如图5所示4位拨码开关组装在一起，把各位拨码开关的com端连在一起，接在plc输入侧的com端子上。每位拨码开关的4条数据线按一定顺序接在plc的4个输入点上。由图可见，使用拨码开关要占用许多plc输入点，所以不是十分必要的场合，一般不要采用这种方法。 
 
图5 4位拨码开关与plc的连接 
5.　plc与输出设备连接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级可以不同，但同组（相同公共端）的输出点，其电压类型和等级应该相同。要根据输出设备电压的类型和等级来决定是否分组连接。如图6所示以fx2n为例说明plc与输出设备的连接方法。图中接法是输出设备具有相同电源的情况，所以各组的公共端连在一起，否则要分组连接。图中只画出y0-y7输出点与输出设备的连接，其它输出点的连接方法相似。
 

图6 plc与输出设备的连接 
6.　plc的输出端经常连接的是感性输出设备（感性负载），为了抑制感性电路断开时产生的电压使plc内部输出元件造成损坏。因此当plc与感性输出设备连接时，如果是直流感性负载，应在其两端并联续流二极管；如果是交流感性负载，应在其两端并联阻容吸收电路。如图7所示。

图7 plc与感性输出设备的连接 
图中，续流二极管可选用额定电流为1a、额定电压大于电源电压的3倍；电阻值可取50~120Ω，电容值可取0.1~0.47μf，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。接线时要注意续流二极管的极性。
7.　plc可直接用开关量输出与七段led显示器的连接，但如果plc控制的是多位led七段显示器，所需的输出点是很多的。
如图8所示电路中，采用具有锁存、译码、驱动功能的芯片cd4513驱动共阴极led七段显示器，两只cd4513的数据输入端a～d共用plc的4个输出瑞，其中a为低位，d为高位。le是锁存使能输入端，在le信号的上升沿将数据输入端输入的bcd数锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来。如果输入的不是十进制数，显示器熄灭。le为高电平时，显示的数不受数据输入信号的影响。显然，n个显示器占用的输出点数为p=4＋n。

图8 plc与两位七led显示器的连接 
如果plc使用继电器输出模块，应在与cd4513相连的plc各输出端接一下拉电阻，以避免在输出继电器的触点断开时cd4513的输入端悬空。plc输出继电器的状态变化时，其触点可能抖动，因此应先送数据输出信号，待该信号稳定后，再用