西门子6ES7223-1BH22-0XA8产品特点

西门子6ES7223-1BH22-0XA8产品特点 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，实际的变化却是未知的，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，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，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。

    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 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。

  本系统为汽车方向盘模架生产控制系统，改造前的系统采用继电器控制，不仅系统生产效率低，抗干扰能力低，故障率很高。为了tigao生产效率，满足汽车零部件日益增长的需要，对汽车方向盘模架的控制系统进行PLC改造。

系统硬件组成
　　汽车方向盘生产设备主要由模具、模架、高压发泡机系统组成。模具分上模、下模两套;模架用以夹持上、下模，并完成方向盘生产所必须的所有动作;高压发泡机系统用以完成iso(异氰酸脂)和pol(聚醚多元醇)两种化工原料高压混合在方向盘骨架上形成一层自结皮泡沫。
　　汽车方向盘模架生产的工艺过程如图1所示:

图1 汽车方向盘模架生产工艺过程

　　准备好做方向盘的原材料方向盘骨架和聚氨酯，先开下模、开上模再在模腔里喷脱模剂，再放预先准备好的方向盘原始骨架，接着合上上下模，再把高压发泡里的发泡料浇注到合上的上下模空间里，在特定的环境里熟化一段时间达到预期效果再开上下模架，利用模架里的顶针顶出制品。由于在模架里还是有些毛边，出来的制品在经过一定的修边准形既可入库。

　　方向盘控制系统计成一个控制柜控制2台液压模架，共有34个输入，18个输出。输入信号

有上、下模平台开合到位行程开关、上模平台安全销插入、退出行程开关、制品顶出接近开关信号、开合模按钮、自动、手动、换模工作方式选择开关等，输出信号有控制有无油压的电磁溢流阀、上、下模平台开合模电磁阀、制品顶出电磁阀、安全锁销电磁阀、定时器、声光报警器、信号灯等。根据生产工艺和机械控制要求，确定选用西门子s7-200系列plc:cpu226(24i/16o)及其扩展模块em223(16i/16o)，输入输出均留有扩展余地，将来plc外部输出触点损坏，仅修改一下程序即可，无需拆卸plc。

　　此系统控制中的电磁阀是有一号模架与二号模架控制。一号模架为主模块有s7-200系列plc-cpu226(24i/16o)控制一号电磁阀,其输入输出端子功能如表1所示。二号模架为扩展模块有s7-200系列plc-em223(16i/16o)控制二号电磁阀,其输入输出端子功能如表2所示。

表1 cpu226各输入与输出端子功能表

方向盘模架程序流程图

　　安全问题是至关重要的，机械上除安装平衡阀以使上下模平台任意位置均可停住，上模打开后安全锁销插入，防止上模落下外，电气硬件设计中采取以下措施:
　　合模设置双手按钮，防止操作工合模过程中发现骨架没放好等原因将手伸进模腔造成事故;
　　自动方式开模时不设置成点动方式，即设计成按开模按钮直到下模开到位后方可松手，防止点动开模钮后，工人即离开操作台到模架附近上模打开时的易伤人事故;
　　检测“制品”是否“顶出”的接近开关，用于检测油缸活塞杆位置，安装位置有油污，并且若信号有误，顶出器没有回位情况下合模，将导致顶出器将上模顶坏，造成设备事故。

软件设计
　　根据工艺要求，程序有三种工作模式:自动方式、手动方式、换模方式。自动方式用于正常生产，以tigao工作效率;手动方式主要用于测试模架所有动作是否可靠，以及微调整用;换模方式主要用于更换模具使用。1、2号模架程序相同。
由于一个控制柜控制2台液压模架，两台模架生产过程相同，其中一个模架的程序流程如图2所示。

　　在程序设计中，由于方向盘生产工艺要求发泡料注入模腔后的初始10s锁模力要足够大，上、下模具间要求间隙要很小，否则制品飞边较大，浪费原料，也可能产生其它因泡沫结构不好而导致次品。由于机械上不论平衡阀、油缸多好，其密封均可能磨损而导致泄漏，可将程序中控制下模关闭的电磁阀q1.1在关闭到位后延时5s再断电，持续给油缸供高压油，补偿泄漏损失，有效地解决了问题，大大tigao产品的合格率。

部分程序设计
　　图3为系统工作方式的梯形图，其中合摸设置为双手按钮是为了防止操作工在合模过程中发现骨架没放好等原因将手伸进摸腔造成事故。接通延时计时器ton设定时间t=50×100ms=5s，主要用以关下模的电磁阀到位后延时5s再断电，持续油缸供高压，补偿泄露损失，有效解决难题，大大tigao了产品合格率。图4为液压液压单元控制阀及控制聚合指示。泡沫聚合为此模架系统后道时序，聚合时要有聚合定时，当达到聚合理想值时，既聚合完毕，控制面板上聚合合完毕指示灯亮，程序完毕。图5为系统自动运行方式的梯形图，由于顶针顶出是选用的是自动模式顶针顶出，主电路i/o配置中的sb4键模架台上按下顶针顶出键，程序中还设计了换模方式下关上模与开下模的操作。图6为模架解锁/加锁控制的梯形图，上模解锁和上模加锁就是在上模已加锁限位上加一个延，来使发泡料有一定的时间聚合，ton接通延时为1s，还有检测制品是否顶出的接近开关，用于检测油缸活塞杆位置，安装 位置有油污，并且若信号有误，顶出器没有回位情况下合模，将导致顶出器将上模顶坏，造成设备事故。

结语
　　该系统经过改造后，不仅tigao了生产效率和抗干扰性能，降低了废品率，系统具有友好的中文界面，能对参数进行设置和修改，对故障能进行很好的监测及显示。

  MOCVD（bbbbl Organic Chemical Vapor Debbbbbbbb）（金属有机化合物化学气相沉积）是一项制备高质量半导体晶体的新技术。此技术的优点在于[1]:可制成各种薄膜结构型的材料；可制成大面积、高均匀性的外延膜；可jingque控制膜的厚度、组成及掺杂浓度；灵活的气体源路控制技术、气体源路的快速切换技术、生长过程全自动控制,使得人的随机因素影响减至小且重复性很好。要使MOCVD的这些特点能够顺利实现，就必须对工艺参数严格控制。而MOCVD的工艺参数特别多且复杂，这就对控制方法提出了越来越高的要求。有必要采取计算机自动控制。目前MOCVD控制系统大部分依靠国外进口，成本高。研制出具有自主知识产权的MOCVD设备将是发展我国光电子产业的关键环节，意义重大，特别是随着“国家半导体照明工程”的启动，MOCVD的国产化已变得非常紧迫。

    根据MOCVD控制系统的具体工艺要求，我们自主研发设计了基于PLC的MOCVD控制系统，该系统采用上位机和可编程控制器实现整个系统的控制和管理，现场试验运行表明该系统性能稳定，响应快速。

2 系统的组成及实现原理
    本系统主要由计算机、Siemens PLC S7-300（控制单元的核心），温度控制系统、气体处理系统、反应室等组成。控制系统的基本结构见图1所示。

2.1上位机
    选用工业控制计算机作为上位机,利用WINCC 工控组态软件通过MPI 和PLC 进行通讯,从PLC 得到信息,向PLC 传送命令，其负责对系统的监控、数据记录、报警记录、数据分析，参数配置。

2.2 PLC
    选用PLC 作控制器,是因为其具有可靠性高、抗干扰能力强、硬件配套齐全、维护方便、适合于恶劣的工业应用环境等特点。PLC作为系统的核心控制器，负责整个系统运行，包括各种信号的采集、数据的处理以及各种输出信号的控制。输入信号采集包括各类仪表传感器的liuliang、压力、报警信号等。输出信号涉及电磁阀、接触器、电动机、压力控制器、liuliang控制器、RF感应加热器等控制量。

2.3 温度控制系统
    温控器、感应加热器、上位机、PLC组成了系统的温度控制系统。这里的温控系统是一个闭环控制系统，温控器通过热电偶实时地采集反应室的温度，由RS232串口反馈给上位机，经过上位机的控制算法处理后，计算出合适的控制量，传送给PLC，由PLC运行程序控制感应加热器来控制反应室的温度。

2.4 气体处理系统
    气体处理系统其硬件主要有经过化学抛光的不锈钢管道、气体纯化器、liuliang控制器、压力控制器、电磁阀和气动阀等组成。气体控制系统的主要作用是通过控制压力和liuliang控制器，调节气路上各种阀门的开度，从而达到控制各种气源配比的目的，并通过管道向反应室输送反应剂，为保证反应剂的纯度，要求管道的密封性要很好。

    气路上压力与liuliang的控制均由压力和liuliang控制器来完成。传感器将采集来的实际测量值传送给控制系统，控制系统将采集的实际值，实时与设定值比较。如果用户对控制效果不满意，可以采用闭环回路控制，实时修改传送的设定值。

3 系统软件设计
    系统的控制主要指通过PLC对信号进行自动和手动的控制，从而实现对加热系统、气体liuliang和气体压力、气动阀等的控制。我们设计的MOCVD控制系统有自动控制程序和手动控制程序两种控制方式，自动和手动可以互相切换控制。其子程序主要包括步序控制，模拟量输出控制，模拟量输入控制，数字量输出控制，数字量输入控制。

3.1 步序控制
    在MOCVD控制系统中，根据不同的配方，所控制的步运行时间不同，所要求的循环位置都不同。本系统设计方案的一个设计难点，就是在编写程序的时候，无法预先确知循环体的开始及停止位置，如何编写一个可以供多种不同配方使用的程序。

    针对MOCVD 系统工艺的要求，结合本系统运行流程，采用顺序控制设计法来控制不同步之间的动作和命令，执行不同步序循环控制策略。该方法灵活、准确地采用一个循环控制程序，根据不同配方，在不同循环位置，实现不同功能。其基本的思想是将系统的工作周期划分为50 个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step），用编程元件（存储器位M）来代表各步，每步设定运行开始标志位和结束标志位，进入循环标志位和循环结束标志位，步之间的转换条件可以是外部中断输入“前跳”信号，或者是每步运行的定时器提供的信号。

    对于处理不确定的循环位置问题，在每步结束时,判断该步循环结束标志位是否为1，如果不为1，则直接跳到下一步运行，如果为1 再读取剩余循环次数是否为0，如果为0 则跳到下一步运行，如果不为0 则剩余循环次数减1，跳到进入循环的步序运行。其算法流程如图2 所示。

3.2 模拟量输出控制
    模拟量输出，主要包括8路压力、20路liuliang以及温度。在模拟量输出中，防止冲击是一项很重要的指标。为了防止冲击，输出时采用爬行渐增的输出控制策略，使模拟量的输出在额定时间内，准时渐增到所需要的输出值，每一次所递增的量要尽量的小，以降低冲击的可能性，保证生长的进行。

    基本思想：每步运行开始时，读取步序号并调用该步的模拟量的目标设定值（IN2），前级步结束的输出值（IN1）及要爬升的步数（D），求出步进量S＝（IN2-IN1）/D,再判断实际值和设定值的大小，决定实际值是加上或者减去步进量，再判断实际值是否达到设定值，如果满足则结束本步爬升。分两种情况考虑，步进量为大于等于0或为负，如图3所示为步进量S为大于等于0的程序算法流程图。

    模拟量输出程序主要采用语句表（STL）的编程方法，它是一种类似于汇编的语言，执行速度高于梯形图，占用内存空间小，能够解决复杂的循环及跳步。针对于本系统多模拟量，步序复杂且循环不定，而CPU内存有限，此方案能很好的解决这个问题。

3.3 模拟量输入控制
    MOCVD 控制系统有29 路模拟输入量，如果全部用模拟量输入模块直接输入，需要29 点的输入。这样设计成本较高，考虑到本系统对模拟量采集实时性要求不高，采用ADG408 译码选择通道，分时输入。每个ADG408 可以接入8 路模拟量信号，使用4 个模拟量通道，就可以输入32 路模拟量，本方案中模拟量输入子系统的成本可以大幅度降低。在系统实时性要求不高的情况下是一种较佳的选择。

    模拟量输入子程序采用多路分时选择输入方案，通过译码器在某一时刻选择其中的一路作为输出传送到模拟量输入模块上的一个通道。ADG408 芯片译码选通和PLC 模拟输入量读数处理，在时序上应该严格区分，避免读数混乱。保证在译码选通和PLC 读数的任何时刻，仅有一路模拟输入量处于选通及输入读数状态。如图4 所示，8 路模拟量AI1—AI8,接入ADG408 中，编写程序输出数字量信号控制ADG408 的使能端EN,信号控制端A2、A1、A0，从而实现分时选择多路模拟量中的一路，将其输入到PLC 的模拟量输入模块中，数据进行相应的存储及处理。

3.4 数字量输出控制
    数字数出量的控制对象主要由电磁阀、接触器、电机、气动阀等。对于数字量输出控制，其程序设计思想，在每步开始的时候，从相应的数据区中，调用本步对应数字量的数据，为了实现上位机实时控制的功能，判断上位机监控系统是否实时修改某个数字量的输出值，如果上位机修改了， 则数字量的有效输出值以上位机修改值为准，否则按配方表的配方设定的进行输出。

3.5 数字量输入控制
    数字量输入控制主要指系统的报警及故障处理程序，报警程序设计包括自动和手动。报警信号由传感器检测，传送给PLC，程序根据报警信号做出相应的安全保护动作，给出触发信号使报警信号灯亮，蜂鸣器响，暂停系统运行，切断感应加热器、或者关闭相应的liuliang压力控制器。

4 结论
    本文提出的控制系统应用于西安电子科技大学第二代MOCVD系统，相对于代MOCVD控制系统，特别在步序子程序设计和模拟量输出控制上有了很大的改进，在步序控制上采用顺序控制设计法来控制不同步之间的动作和命令，相对于代移位控制方法[2]，步序控制法对于解决复杂循环的问题，更加灵活、可靠。在模拟量输出控制上采用PLC语句表（STL）的编程方法，编写模拟量渐进爬升子程序，解决了在代系统中，大量的模拟量输出由上位机来计算处理再通过PLC进行控制，造成上位机负载过大，控制延迟，响应速度较慢的问题。系统现场试验运行表明，该控制系统稳定、快速、安全，完全满足工艺的要求，具有很高的应用价值，本系统的研制成功将促进国内微电子行业的发展，在国内居于地位。

    本文作者创新点:本文提出了一种基于PLC的MOCVD控制系统的设计及实现。特别是在软件程序设计上运用了先进的控制思想，采用顺序控制法解决了MOCVD系统中对于复杂步序的控制，在模拟量输出控制上采用了PLC的语句表（STL）编程方法，来编写模拟量渐进爬升子程序，其处理速度快于梯形图，内存占用少，解决了模拟量输出防止冲击的可能。本系统提出的控制方案，完全满足了系统工艺的要求。