西门子模块6ES7221-1BH22-0XA8选型说明
1 引 言
传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通liuliang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。
图1 传感器的设置
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超过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更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liuliang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超过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liuliang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jingque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。由此而激活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，求出t2的jingque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重心值。
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。
首先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对十字路口交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。
测控网络技术的应用为实现生产过程的自动化，tigao产品质量和安全生产提供了保障，Modbus通信协议具有侦错能力强、数据传输量大、实时性好等特点[1]成为目前自控领域使用非常广泛的通讯协议。通过此协议，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中控制和数据共享等。目前国外生产的层绕机自动化程度高，自动排线jingque，主动导开放线，层绕质量高，但价格昂贵。国内研制出的层绕机自动排线不够稳定，且需人工干预，大多数为被动导开放线，缠绕质量不稳定，生产效率低，均未采用网络测控。针对储丝机构料位的控制方案以及基于ModbuS协议的层绕机测控系统，采用总线结构并通过网络实时jingque控制，较好地解决了焊丝恒张力层绕控制和焊丝主动导开的技术难题，实现了焊丝的层绕线速度升降自适应，自动定长停车等功能，tigao了焊丝的层绕精度和设备的成功率，且价格低廉。
1 测控网络的结构和功能
随着各种钎丝制品（如焊丝、电机和变压器绕组等）需求量猛增，迫切需求高精度和自动化程度高的连续生产缠绕设备，tigao生产率和产品质量，加快基于全数字交流伺服的高精度缠绕技术的研究迫在眉睫。
1.1 测控网络的总体结构
基于M odbus协议的层绕机测控系统总体结构如图1所示，包括中央控制单元、收线测控单元、张力测控单元、导开测控单元、直线行走单元和人机交互系统。
1.2 各网络节点的结构和功能
中央控制单元PLC:对各单元所传来的数据进行处理，控制各单元的执行动作。
收线测控单元:利用编码器测出主轴电机速度，由PLC控制收线变频给定值。
张力测控单元:通过监测浮动辊所处位置即料位反映焊丝张力的变化情况，将料位分成9个状态，采用模糊控制对料位跟踪调整，使浮动辊处于佳位置。
导开测控单元:根据张力变化对导开电机进行控制，实现主动导开功能。
直线行走单元:采用台达伺服电机作为执行机构，保持焊丝缠绕角度。
人机交互系统:采用台达触摸屏对各种生产参数进行设置以及监测系统运行状况，发生故障作报警提示，RS一232接口连接方式。
2 通信系统介绍
Mobdus通讯协议广泛应用于工业控制领域，协议结构简单通用，大部分工控系统都支持这种协议。ModbuS标准定义了051模型第7层上的应用层报文传输协议，它还将串行链路上的协议标准化，以便在一个主节点和多个从节点之间进行查询和应答。Modbus串行链路协议是一个主/从协议，该协议位于051模型的第二层。位于051第7层的MOdbus应用协议定义了简单的独立于其下面通信层的协议数据单元（PDU），RS一485总线网络的Modbus协议映射在发起ModbuS事务处理的主节点构造Modbus PDU，然后添加附加域构造Modbus串行链路通信PDU。Modbus通信总是由主节点发起，主节点向从节点发出查询命令并处理响应，从节点在没有收到主节点的请求时并不主动发送数据，也不与其它子节点互相通信。主节点在同一时刻只会发起一个Modbus事务处理。
2.1 协议格式
Mdobus协议定义两种串行传输模式:RTU模式和ASCl模式，规定了报文域信息位（bits）在线路上串行传送方式，确定了数据信息如何形成报文和报文如何解码。本系统采用RTU模式。在消息中的每个SBit字节包含两个4Bit的十六进制字符，见表1。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下，可比ASCll方式传送更多的数据[2] 。
该模式下消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。传输过程中，网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当个域（地址域）接收到，相应的设备就对接下来的传输字符进行解码，一旦有至少3.5个字符时间的停顿就表示该消息的结束。
2.2 检查码（CRC）
主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错。错误检测域包含一16Bits值（用两个8位的字符来实现）。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测方法得出的。CRC域附加在消息的后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC的高位字节是发送消息的后一个字节。错误校验采用CRC一16校验方法图。
CRC 校验码计算如下:
2.3 通信程序编制及参数设定
2.3.1 人机交互系统
2.3.1.1 主画面
（1） 在操作面板上设有一个“重量CLR清零”按钮，此按钮按下，则已缠绕焊丝重量清零;
如果保持按下35以上，则累计重量清零（延时功能由PLC实现）。
（2）在主 画面上设有“预置重量、焊丝线径、已绕重量及累计重量”等数据。
（3）设有 “用户参数”（见表4）、“工艺参数”和“机械参数”三个子画面切换按钮。
2.3.1.2 分画面
（1） 机械参数:设置排线中心角输人，排线滞后角输人。
（2） 导开变频器给定频率补偿设定:可设置高料位导开频率补偿值、中高料位导开频率补偿值、中低料位导开频率补偿值和低料位导开频率补偿值等。
（3） 角度传感器报警和断丝报警停车。
（4） 焊丝比重设定。
2.3.2 变频器
变频器选用台达VFD一B系列，收线和导开电机各有一台变频器驱动，两台变频器与可编程序控制器遵守ModbuS通讯协议。变频器的参数设置见表5。
2.3.3 可编程序控制器
采用台达DVP一SX机型，该机为01点（4DI+ZDO+ZAI+ZAO）特殊主机，内建2位数的七段显示模块，直接对应内部寄存器。扩展模块为DVP06X一H模拟输人/输出混合模块。可编程控制器与变频器建立通讯程序见图2。
主节点访问从节点的程序流程见图3。
3 结束语
测控系统越来越走向分布式、网络化，基于Modbus的网络测控系统在层绕机上已完全实现，主节点与各从节点之间采用了RS一485串行通信总线，使测控网络的连线简洁，信号传输稳定可靠，并采用模糊控制算法取得了良好的张力控制效果，极大tigao了缠绕精度和自动化程度。可用企业局域网对测控网络进行管理，通过网关连接到Internet网实现远程测控功能，生产过程控制系统与信息管理系统结合的管控一体化发展，实现企业综合自动化。设备现场运行良好，工作稳定可靠，便于操作，具有广阔的市场前景。
