基于PLC專家控制系統(tǒng)的十字路口紅綠燈控制設(shè)計(jì)

1、基于plc專家控制系統(tǒng)的十字路口紅綠燈控制設(shè)計(jì) 摘要 在當(dāng)今高速發(fā)展的社會(huì)里，交通問題成為大家關(guān)注的社會(huì)問題，而目前國內(nèi)十字路口的交通燈控制一般是定時(shí)切換控制的，汽車數(shù)量的直線上升及現(xiàn)有的定時(shí)切換控制方式的局限性都使得我們有必要尋求一種智能的交通控制系統(tǒng)?；诖吮菊撐闹饕悸肥牵豪锰綔y器（即電磁感應(yīng)線圈）探測出車輛的流量后，通過可編程控制器plc來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長。 關(guān)鍵詞：plc控制；交通燈；探測車流量；專家控制系統(tǒng) abstract in the high speed development of society，the traffic problem becomes the s

2、ocial problem that everybody pays attention to，but at present our country traffic lights control generally is timing. and that the quantities of cars increase straightly and the timing control of the traffic lights have some bugs make us have necessity to look for a kind of intellective transportati

3、on control system。according to that, the way of thinking of this thesis is that：the time of the traffic lights are automatically computed by plc after the locators(namely electromagnetic induction coil)have explored the discharge of the vehicle。 key words: the control of plc；traffic lights；number ca

4、rs；the expert control system i 目 錄 中英文摘要 . （i） 1引言 . （1） 2交通燈控制系統(tǒng)方案論證 . （1） 3用plc實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng) . （3） 31 plc的選型 . （3） 32 系統(tǒng)i/o分配和接線圖 . （4） 321 i/o分配表 . （4） 322 i/o接線圖 . （5） 33 傳感器探測車輛 . （5） 331 光電開關(guān)(光電傳感器) . （5） 332 電感式傳感器 . （6） 333 傳感器的鋪設(shè) . （7） 34 用專家控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)紅綠燈的時(shí)長 . （7） 341 專家控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . （7） 342 車流量的計(jì)算 . （9

5、） 343 用專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綠燈時(shí)長的智能控制 . （9） 35 程序設(shè)計(jì)和編程 . （11） 351 plc程序設(shè)計(jì) . （11） ii 352 plc的編程語言 . （15） 4程序調(diào)試的基本要點(diǎn) . （15） 5結(jié)束語 . （16） 致謝 . （16） 參考文獻(xiàn) . （16） 附錄：十字路口紅綠燈控制梯形圖 . iii 17） （ 1引言 目前，隨著我國城市道路和交通運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，交通管制顯得越來越重要。不僅要依據(jù)實(shí)際車流量來設(shè)計(jì)路口的交通紅綠燈信號控制方案，而且還要根據(jù)當(dāng)前流量統(tǒng)計(jì)，及時(shí)進(jìn)行方案的調(diào)整及優(yōu)化，保證道路暢通和單位時(shí)間流量最大化。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使小型plc可編程控制

6、器的指令功能日趨強(qiáng)大，而采用邏輯集成電路組成的信號燈控制器，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)需要，用plc控制城市交通信號燈，不僅可以滿足現(xiàn)實(shí)需要，而且投資少，周期短，人機(jī)對話界面良好，控制方案更簡單，適合于各種情況 1。傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過對交通流量的調(diào)查，運(yùn)用定時(shí)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)時(shí)間預(yù)先設(shè)置好2。這樣必然產(chǎn)生如下弊端：當(dāng)某條路段的車流量很大時(shí)卻要長時(shí)間等待紅燈，而此時(shí)另一條是空道或車流量相對少得多的道卻長時(shí)間亮的是綠燈，這種現(xiàn)象是未對實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的，這樣的交通控制系統(tǒng)效率低，容易造成交通擁擠，而且對人力、物力資源的浪費(fèi)。因此，我們有必要尋求一種能根據(jù)車流量變化

7、的情況來智能控制綠燈時(shí)長，減小滯留量，提高交通控制系統(tǒng)。 基于此，本論文應(yīng)用可編程序控制器(plc)對十字路口交通實(shí)現(xiàn)專家控制：在十字路口各入路口附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測汽車的通過，并將這一信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，并用plc計(jì)數(shù)，按一定控制規(guī)律自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長,可避免出現(xiàn)空道占時(shí)現(xiàn)象。 本論文主要解決的問題是：如何檢測車輛的存在與通過，探測車輛傳感器的布置，如何應(yīng)用專家控制系統(tǒng)來控制紅綠燈時(shí)長，最后程序的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試。 2交通燈控制系統(tǒng)方案論證 (1) 采用繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，繼電器控制回路存在

8、多種弊端，如繼電器由于長期動(dòng)作容易造成咬死和損壞、繼電器回路接線復(fù)雜，而且維護(hù)困難、繼電器回路難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯的控制等。采用繼電器控制來實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、維護(hù)難，很難達(dá)到復(fù)雜的控制要求。 傳統(tǒng)十字路口紅綠燈控制就是采用此種方法來控制的。其系統(tǒng)工作過程：首先是南北紅燈亮并維持25s，在南北紅燈亮的同時(shí)，東西綠燈亮并維持20s。20s延時(shí)到，東西綠燈閃亮3s（閃亮的周期為1s即亮0.5s，熄0.5s)后熄滅，東西黃燈亮并維持2s后，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。東西紅燈亮并維持25s。 1 南北綠燈亮并維持20s,20s延時(shí)到，南北綠燈閃亮3s后熄滅，南北黃燈亮并維

9、持2s。2s延時(shí)到，南北黃燈熄滅，南北紅燈亮，同時(shí)東西紅燈熄滅，東西綠燈亮。開始下一周期的動(dòng)作，以后周而復(fù)始地循環(huán)。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號燈熄滅3。 急車強(qiáng)通信號受強(qiáng)通開關(guān)控制。無急車時(shí)，按正常循環(huán)時(shí)序控制,有急車來時(shí),將該方向急車強(qiáng)通開關(guān)接通，不管原來信號狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車方向的綠燈亮，直到急車通過為止。急車一過，斷開急車強(qiáng)通開關(guān)，信號的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行方向的綠燈閃3次，隨后按正常時(shí)序控制。 這種定時(shí)控制方式雖然考慮了緊急車輛的通行，但是交通燈的正常時(shí)序是定時(shí)切換紅綠燈，這樣必然會(huì)產(chǎn)生如下弊端：當(dāng)某條路段的車流量很大時(shí)卻要等待紅燈，而此時(shí)另一條是空道或者車流量相對少得多的路段卻

10、長時(shí)間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的。顯然，這樣的交通燈控制系統(tǒng)效率較低，無法依據(jù)道路與季節(jié)變化情況改變控制方式，容易造成交通擁擠，也浪費(fèi)人力、物力4。 (2) 采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，如dsp、專用集成電路以及單片機(jī)等。這類控制系統(tǒng)雖有較好的性價(jià)比，但使用的是高級語言、機(jī)器語言或匯編語言進(jìn)行編程，其難度大、糾正難、用戶不易掌握。 (3) 用可編程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，由于其在自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，使plc的功能日益增多。它不僅能實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制，而且能實(shí)現(xiàn)多機(jī)群控制；不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，還能實(shí)現(xiàn)過程控制、運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)處理等。它具有功能強(qiáng)大、

11、使用可靠、維修簡單、抗干擾能力強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，并且在很多地方已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。 繼電器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、電器多、占地面積大，調(diào)整延時(shí)不方便，延時(shí)準(zhǔn)確度差；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是按一定數(shù)學(xué)模型進(jìn)行跟蹤控制、效果好，但造價(jià)高，維護(hù)難度大，只適用于極重要的交通路口；可編程控制系統(tǒng)(plc)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低、堅(jiān)固耐用、在惡劣環(huán)境下也能可靠地工作、延時(shí)準(zhǔn)確，用軟件來改變控制程序和時(shí)間，極為靈活5。 專家控制系統(tǒng)需要按實(shí)際情況來改變參數(shù)，如使用繼電器控制，則很難實(shí)現(xiàn)；如使用單片機(jī)控制，則需要引入大量的i/o接口電路、硬件設(shè)計(jì)，而且這兩種控制方式的抗干擾能力都十分有限。采用可編程控制器（pl

12、c）對交通信號燈進(jìn)行管理，既能滿足控制要求，又具有高的抗干擾性和穩(wěn)定性。 基于此，本論文采用plc專家控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)十字路口紅綠燈控制，用傳感器探測車輛的存在與通過，以得到車輛脈沖，然后把這一脈沖輸入到plc，考慮到車輛脈沖的頻率，用plc內(nèi)高速計(jì)數(shù)器對車輛脈沖的上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，并按一定的智能控制原則來自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)長，從而減小滯留量，提高交通控制系統(tǒng)效率。 2 3用plc實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng) 31 plc的選型 為了簡單起見，本文只做一個(gè)十字路口的交通燈控制系統(tǒng)。一個(gè)十字路口的交通控制系統(tǒng)共有11個(gè)輸入信號，其中4個(gè)x0x3用作高速計(jì)數(shù)器（c235c238）的輸入端口，x4是啟動(dòng)開關(guān)，x5是

13、定時(shí)控制或智能控制地選擇開關(guān)，x6是高速計(jì)數(shù)器c235c238線圈的驅(qū)動(dòng)觸點(diǎn)，最后4個(gè)x10x13用作內(nèi)部計(jì)數(shù)器（c10c13）的輸入端口。輸出信號有東西方向、南北方向各兩組指示燈驅(qū)動(dòng)信號，由于每一個(gè)方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈是同時(shí)工作的。因此，可采用并聯(lián)方式輸出，從而減少了plc輸出點(diǎn)的數(shù)目。即將東西方向的紅黃綠燈分別并聯(lián)，將南北方向的紅黃綠燈分別并聯(lián)。所以，系統(tǒng)的輸出信號只有6個(gè)，為了遵循plc機(jī)型的選擇原則，本設(shè)計(jì)選用fx2n-32mr（繼電器輸出）的plc，最主要的是因?yàn)樵趂x系列的眾多機(jī)型中，要數(shù)fx2n系列的功能最強(qiáng)、處理速度最快、容量最大，屬于高檔的超小型機(jī)。它有16個(gè)

14、輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，足足可以滿足系統(tǒng)輸入、輸出的要求，而且還有一定余量。輸入繼電器的編號為x0x7、x10x17，輸出繼電器的編號為y0y7、y10y17。其輸入端接收來自各個(gè)路口車輛探測器測得的輸出標(biāo)準(zhǔn)電脈沖，輸出端接十字路口的紅黃綠信號交通燈。信號燈的選擇：選用紅、黃、綠發(fā)光二極管作為信號燈（綠燈是箭頭方向型）。fx2n的性能指標(biāo)見表1 6 3 32 系統(tǒng)i/o分配和接線圖 321 i/o分配表 本設(shè)計(jì)占用plc的11 個(gè)輸入點(diǎn)，6個(gè)輸出點(diǎn)，具體的i/o分配表見2、3 4 322 i/o接線圖 圖1 i/o接線圖 33傳感器探測車輛 331 光電開關(guān)(光電傳感器) 光電開關(guān)(也叫光電傳感

15、器)是接近開關(guān)的一種,它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射,由同步回路選通電路,從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光電信號射出，接收器再根據(jù)接受到的光線的強(qiáng)弱后有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。它具有體積小，功能多，壽命長，精度高，響應(yīng)速度快，檢測距離遠(yuǎn)以及抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，光電開關(guān)已被用作物位檢測、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、速度檢測、信號延時(shí)、色標(biāo)檢出以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。光電開關(guān)按檢測方式可分為漫反射式、鏡反射式、對射式等，它們各自的特點(diǎn)是： 5 漫反射式光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的

16、傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。 鏡反射式光電開關(guān)是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測開關(guān)信號。 對射式光電開關(guān)它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)檢測物體為不透明時(shí)，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝置。 332電感式傳感器

17、電感式傳感器由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測量電路并接通激勵(lì)電源時(shí)，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點(diǎn)是：無活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長分辨率高靈敏度高線性度高、重復(fù)性好測量范圍寬（測量范圍大時(shí)分辨率低）無輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測量誤差對激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高7。 電感式傳感器是埋設(shè)在公路下十幾厘米深處的環(huán)狀絕緣電線，當(dāng)有高頻電流通過電感時(shí)，公路面上就會(huì)形成高頻磁場。當(dāng)汽車

18、進(jìn)入這一高頻磁場區(qū)時(shí)，汽車就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少。當(dāng)汽車正好在該感應(yīng)線圈的正上方時(shí)，該感應(yīng)線圈的電感減到最小值，當(dāng)汽車離開這高頻磁場區(qū)時(shí)，該感應(yīng)線圈的電感逐漸復(fù)原到初始狀態(tài)。由于電感變化，該感應(yīng)線圈中流動(dòng)的高頻電流的振幅和相位發(fā)生變化，因此，在環(huán)的始端連接上檢測相位或振幅變化的檢測器，就可得到汽車通過的電信號。若將環(huán)狀絕緣電線作為振蕩電路的一部分，則只要檢測振蕩頻率的變化即可知道汽車的存在和通過8。 電感式傳感器的高頻電流頻率為60khz，尺寸為23m，電感約為100uh，這種傳感器可檢測的電感變化率在0.3上。 當(dāng)今的工業(yè)自動(dòng)控制已不滿足于簡單的開關(guān)量信號，這種情形不禁

19、使我們想起以前電子式非接觸電感式傳感器取代機(jī)械開關(guān)的時(shí)期。過去，唯一的解決辦法是使用一個(gè)昂貴的測量系統(tǒng)，但其精度等級卻大大地超過了我們的應(yīng)用需要。 6 先進(jìn)的模擬量電感式傳感器恰好填補(bǔ)了這個(gè)空白。電感式傳感器能夠提供一個(gè)與物體位移成比例的電流或電壓信號，由此來完成簡單可靠的檢測和控制任務(wù)。近些年，此類產(chǎn)品的技術(shù)有了長足的發(fā)展。從技術(shù)方面講，這些裝置已經(jīng)趕上測量系統(tǒng)，但其價(jià)格與開關(guān)量電感式傳感器接近，因而在許多應(yīng)用中成為理想的替代方案。 333 傳感器的鋪設(shè) 車輛計(jì)數(shù)是智能交通控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，為防止車輛出現(xiàn)漏檢的現(xiàn)象，環(huán)狀絕緣電線在地下的鋪設(shè)將采取在每個(gè)車行道上的出口處以及在離出口處一定距離

20、的進(jìn)口處各鋪設(shè)一個(gè)相同的傳感器。同一車道上的兩個(gè)傳感器之間的距離為該車道正常運(yùn)行時(shí)所允許的最長停車車龍為好8。 圖2 十字路口傳感器的鋪設(shè) 34用專家控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)紅綠燈的時(shí)長控制 341 專家控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)控制方法的設(shè)計(jì)和分析是建立在系統(tǒng)的精確模糊基礎(chǔ)上的，而實(shí)際系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、時(shí)變性、不確定性和不完全性等，一般無法獲得精確的數(shù)學(xué)模型。采用傳統(tǒng) 7 控制理論進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須提出并遵循一些苛刻的假設(shè)，而這些假設(shè)往往與實(shí)際情況不符，使得所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能與實(shí)際情況相差很遠(yuǎn)。所以，本文由交通專家根據(jù)某個(gè)十字路口的具體情況確定綠燈延時(shí)時(shí)間的參數(shù)。 專家控制是智能控制的一個(gè)重要分支，它是把專家

21、系統(tǒng)的思想和方法引入控制系統(tǒng)及其工程應(yīng)用。就其實(shí)質(zhì)而言，專家控制是基于控制對象和控制規(guī)律的各種知識(shí)的總和，而且要以智能的方式使用這些知識(shí)，求得受控系統(tǒng)更可能地優(yōu)化和實(shí)用化，它反映出智能控制的許多重要特征和功能。作一個(gè)形象的比喻，專家控制是試圖在控制閉環(huán)中加入一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的工程師，系統(tǒng)能為他提供一個(gè)“控制工具箱”，即可對控制、辨識(shí)、測量、監(jiān)視等各種算法選擇自便，調(diào)節(jié)自如。因此，專家控制實(shí)質(zhì)上是對一個(gè)“控制專家”的思路、經(jīng)驗(yàn)、策略的模擬、延伸、擴(kuò)展。 專家系統(tǒng)是一種能在某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，以人類專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來解決該領(lǐng)域中高度困難任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它的主體是一個(gè)基于知識(shí)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部具有某個(gè)領(lǐng)域

22、中大量專家水平的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問題的方法來解決該領(lǐng)域的問題。專家系統(tǒng)所要解決的問題一般沒有算法解，并且往往要在不精確或不確定或不完全的信息基礎(chǔ)上進(jìn)行推理，做出結(jié)論。專家系統(tǒng)應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家解決問題和進(jìn)行決策的過程，其獨(dú)到之處是能求解那些需要人類專家才能求解的高難度復(fù)雜問題。 在實(shí)際應(yīng)用中，專家系統(tǒng)最有吸引力、也是難度頗大的領(lǐng)域之一是專家控制。專家控制可以看成是對一個(gè)“控制專家”在解決控制問題或進(jìn)行控制操作時(shí)的思路、方法、經(jīng)驗(yàn)、策略的模擬?？刂茖＜以谕瓿煽刂迫蝿?wù)時(shí)主要進(jìn)行三項(xiàng)工作：觀察、檢測系統(tǒng)中的有關(guān)變量和狀態(tài)；綜合應(yīng)用自己的知

23、識(shí)和經(jīng)驗(yàn)判斷當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)；分析比較各種可以采用的控制策略并選擇其中最優(yōu)者予以執(zhí)行；并用計(jì)算機(jī)予以實(shí)現(xiàn)（模擬）。這三個(gè)基本功能就構(gòu)成了最基本的專家控制系統(tǒng)9。 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。在實(shí)際使用的專家系統(tǒng)中，根據(jù)具體問題其內(nèi)容可能會(huì)進(jìn)行某些調(diào)整：或簡化、或刪除、或細(xì)化、或增加某些部分。在基本結(jié)構(gòu)中，專家系統(tǒng)主要包括：知識(shí)庫全局?jǐn)?shù)據(jù)庫推理機(jī)解釋機(jī)構(gòu)知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)接口。設(shè)計(jì)一個(gè)專家系統(tǒng)主要解決的問題是知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫和推理機(jī)構(gòu)。 8 圖3 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 342車流量的計(jì)算 每條行車道的車流量通過plc來統(tǒng)計(jì),本文用高速計(jì)數(shù)器對進(jìn)入路口的車輛進(jìn)行計(jì)數(shù),而不用內(nèi)部計(jì)數(shù)器,是因?yàn)檫@時(shí)的車速比

24、較快；用內(nèi)部計(jì)數(shù)器對離開路口的車輛進(jìn)行計(jì)數(shù),高速計(jì)數(shù)器與內(nèi)部計(jì)數(shù)器是同時(shí)工作的。車輛傳感器1用來檢測紅燈期間進(jìn)入路口排隊(duì)等候的車輛數(shù)，每經(jīng)過一輛車，plc中的高速計(jì)數(shù)器就加1；車輛傳感器2用來檢測綠燈期間通過十字路口的車輛數(shù)，每經(jīng)過一輛車，內(nèi)部計(jì)數(shù)器就加1。在一個(gè)紅綠燈周期中，每當(dāng)綠燈亮之前，從高速計(jì)數(shù)器、內(nèi)部計(jì)數(shù)器中采集一次數(shù)據(jù)，即用高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值減去內(nèi)部計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，就可得到車輛滯留量，其它通道同理，并將該滯留量存放于高速計(jì)數(shù)器中。數(shù)據(jù)采集完后，內(nèi)部計(jì)數(shù)器內(nèi)的數(shù)立即清零，高速計(jì)數(shù)器則在原有的車輛滯留量的基礎(chǔ)上繼續(xù)計(jì)數(shù)，為下一個(gè)紅綠燈周期做好準(zhǔn)備。 343 用專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綠燈時(shí)長的智能

25、控制 專家參數(shù)的調(diào)用可以采用變址寄存器來實(shí)現(xiàn)，本文采取的智能控制綠燈時(shí)長的方法是:通過傳感器探測出各個(gè)車道上的車輛數(shù),經(jīng)過比較得出東西、南北方向的最大車輛數(shù)，在通過查表法得出綠燈延時(shí)時(shí)間t，（t是由兩個(gè)函數(shù)t=maxte,tw和tmaxts,tn組成的），將其與綠燈固定的最小時(shí)間t0（10s）相加，這樣就可得到綠燈亮的時(shí)間t=固定的最小時(shí)間t0+綠燈延時(shí)時(shí)間t（是專家參數(shù)），專家參數(shù)是非線性的、不確定的，可以采用變址寄存器v/z來調(diào)用專家參數(shù)。其中最小固定時(shí)間是為了避免紅 9 綠燈切換過頻；最大綠燈亮的時(shí)間是為了保障公平性，不能讓其它路口的車輛過分久等。 本文中同一車道上的兩個(gè)傳感器之間的距離

26、設(shè)為100米，這樣就可以檢測出每個(gè)車道上的車輛數(shù)，按平均每輛車的長度與車間距之和為5米計(jì)算，100米的車道上最多停車20輛。當(dāng)東西（或南北）車道上的最大車輛數(shù)為1時(shí)，綠燈延時(shí)時(shí)間為2s，此后，每增加一輛，綠燈延時(shí)時(shí)間就增加2s，由此類推，最長的綠燈延時(shí)時(shí)間為40s，最大綠燈亮的時(shí)間為50s。綠燈延時(shí)時(shí)間見表4，這是為了設(shè)置方便而假設(shè)的參數(shù)。 表4 綠燈延時(shí)時(shí)間表 綠燈延時(shí)時(shí)間是用變址寄存器v/z來改變的，變址寄存器v/z實(shí)際上是一種特殊用途的數(shù)據(jù)寄存器，其作用相當(dāng)于微機(jī)中的變址寄存器，用于改變元件的編號（變址），例如z=5，則執(zhí)行d0z時(shí)，被執(zhí)行的編號為d5（d05）。變址寄存器可以像其它數(shù)據(jù)

27、寄存器一樣進(jìn)行讀寫，當(dāng)要進(jìn)行32位數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)，可將v、z串聯(lián)使用（z為低位，v為高位），這樣用變址寄存器就可以很容易的查找東西或南北方向的車輛數(shù)。 將綠燈查表中的綠燈延時(shí)時(shí)間t分別存放在數(shù)據(jù)寄存器d1d20中，將東西（或南北）車道上的最大車輛數(shù)存在變址寄存器z0(或z1)中，由最大車輛數(shù)通過查表可得綠燈延時(shí)時(shí)間t（d0z0或d0z1）并將其存入數(shù)據(jù)寄存器d22(或d23)中，將固定的最小綠燈時(shí)間t0(10s)存在數(shù)據(jù)寄存器d21中，在與d22(d23)中的數(shù)據(jù)相加并存于數(shù)據(jù)寄存器d40中，即d40為綠燈亮的時(shí)間。當(dāng)綠燈熄滅時(shí)，計(jì)算出東西(或南北)車道上的車流量，并將其存入高速計(jì)數(shù)器內(nèi)，同時(shí)，將

28、內(nèi)部計(jì)數(shù)器及數(shù)據(jù)寄存器d40清零。如以東西方向車輛為例，設(shè)東方向的車輛數(shù)為5輛，西方向的車輛數(shù)為3輛，經(jīng)比較，取東方向的車輛數(shù)（5輛）為東西方向的最大車輛數(shù)，將其存于變址寄存器z0中，再將d0z0（即 10 d5）中的數(shù)據(jù)10存于d22中，再加上最小固定時(shí)間10s（即20s）存入d40中，作為東西方向綠燈亮的最長時(shí)間。 35程序設(shè)計(jì)和編程 351 plc程序設(shè)計(jì) 三菱fx2n系列plc具有順序功能圖(狀態(tài)轉(zhuǎn)移sfc圖)的順序控制功能，利用這種順序控制功能圖編制交通信號燈控制程序，條理清楚，方便簡單，易于理解，三菱plc步進(jìn)指令表示的方法是，將控制的各個(gè)動(dòng)作或工序用狀態(tài)（s）表示，然后將輸入條件

29、與輸出按順序編程，fx2n序列plc有狀態(tài)寄存器（s）1000點(diǎn)（s0s999），其中s0s9共10個(gè)為初始狀態(tài)，一般狀態(tài)從s20開始。初始狀態(tài)用雙線框表示，通常用特殊輔助繼電器m8002的常開觸點(diǎn)提供初始信號，其作用是為啟動(dòng)做好準(zhǔn)備，防止運(yùn)行中的誤操作引起的再次啟動(dòng)。 由于本設(shè)計(jì)是多任務(wù)實(shí)時(shí)并行處理系統(tǒng)，車流量的計(jì)數(shù)是不間斷的，與紅綠燈控制系統(tǒng)呈并行關(guān)系，簡單的用狀態(tài)流程圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)較煩瑣。因此還可使用plc的一些基本指令，將順序控制設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合起來。 plc控制程序流程圖如下： 11 圖4 程序流程圖 12 根據(jù)上面的流程圖設(shè)計(jì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下： 13 圖5 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 14 352

30、plc的編程語言 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，使用梯形圖編程。梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為plc的第一編程語言。梯形圖是一種圖形語言，它沿用繼電器的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等圖形符號，同時(shí)增加繼電器系統(tǒng)沒有的符號。具有形象、直觀、易于接受的優(yōu)點(diǎn)。 梯形圖的編程規(guī)則如下： （1）梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列。 各邏輯行中所有觸點(diǎn)應(yīng)畫在線圈左邊（左母線省略）。 線圈不能與左母線直接相連。 （2）軟繼電器線圈不能串聯(lián)。 （3）觸點(diǎn)可無限次使用，但同一繼電器的線圈一般只允許出現(xiàn)一次。雙線圈輸出：在同一程序中，同一繼電器的線圈使用了兩次或兩次以上。 注意：雙線圈輸出只有最后一次輸出有效，或者可能出現(xiàn)語

31、法錯(cuò)誤。 （4）支路并聯(lián)時(shí)，應(yīng)把串聯(lián)觸點(diǎn)多的支路畫在上面。 （5）支路串聯(lián)時(shí)，應(yīng)把并聯(lián)觸點(diǎn)多的支路畫在左邊。 （6）梯形圖中不允許畫電流交叉的電路。 4程序調(diào)試的基本要點(diǎn) （1）紅綠燈的時(shí)長有一個(gè)最大值和最小值，最小值過小則導(dǎo)致紅綠燈切換過頻，過大又不能實(shí)現(xiàn)適時(shí)控制，為了保證公平性，不能讓紅燈方向的車輛久等。 （2）在編寫cmp數(shù)據(jù)比較指令時(shí)出現(xiàn)“梯形圖錯(cuò)誤”的提示。原因是：stl內(nèi)的母線一旦寫入ld或ldi指令后，對不需要觸點(diǎn)的線圈就不能在編程。所以把這一操作放在該狀態(tài)步后就可以了。 （3）觸點(diǎn)比較類指令，如ld=,and<,or<>等指令，雖然有點(diǎn)煩瑣，但程序更易理解。 （4）對非智能控制程序先進(jìn)行調(diào)試，程序可以實(shí)現(xiàn)交通燈定