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引言
传统的十字路口交通控制灯，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，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。
概述:
在很多行业对固态物料（也包括一些浓度很高不容易通过普通管道流量计进行计量的液态物料）的流量控制都采用专用的流量控制单元，此类控制单元一般价格昂贵，不易维修，一旦损坏供货周期很长，即有可能导致设备停机。本文将讨论利用通用的称重单元与PLC的强大功能相结合，来替代专用的流量控制单元，达到减小投资、维护方便、并且能够准确计量的目的。
图为某生产线对胶、颜料以及其它添加剂流量控制的结构框图，可以通过人机界面对工艺参数进行读写，实施对流量以及其它工艺参数的实时监控。由于是对固态物料的流量控制，不能像对液体流量一样在管道中使用流量计计量，只能通过对物料料仓的重量计算来得到实际流量。原理如下：物料通过计量螺旋（或计量泵）进入生产线，料仓的重量将逐渐减少。流量控制单元对料仓的重量进行检测，通过对单位时间里料仓重量的减少量的计算就可得到物料的实际流量。工艺参数的流量值通过Modbus送到流量控制单元，该控制单元由供应商特别设计，能够根据给定的流量数据自动计算并适时调整得到在该流量下计量螺旋（或计量泵）所需转速的模拟控制量，模拟量通过PLC的远程模拟输入单元送到CPU，再通过Profibus控制变频器的频率，达到流量控制的目的。该结构的优点是使用简单，无需专门设计流量控制程序，因为流量控制单元可以根据工艺所需的给定流量独立运行。缺点是成本高，流量控制单元不易维修，对供货商的依赖性强，一旦损坏供货周期很长，将有可能导致设备停机。
下面我们介绍一种利用通用称重单元结合PLC的计算功能构成的流量控制，以供参考。
图为某食品生产线对面粉流量控制的结构框图，在该系统中我们采用的CPU是A-B的SLC-500 ，并且使用了一个Profibus-Scanner的模块下挂通用的称重单元和变频器。该网络结构简单，通过在人机界面对工艺参数的读写可以实时监控面粉的流量以及其它工艺参数。
工艺流程如下：从人机界面写入工艺所需的面粉流量值，通过DH+送到PLC，面粉料仓称重单元的重量值通过Profibus 送到PLC。同样在面粉通过计量螺旋进入生产线时料仓的重量将逐渐减少，PLC通过对单位时间里面粉料仓重量减少量的计算就可得到面粉的实际流量。再用这个实际流量和预设的流量相比较，PLC经过一定的计算就可以得到一个相对稳定的频率值，（我们知道计量螺旋（或计量泵）旋转一周输出的体积是相对稳定的，控制了转速就控制了体积也就是控制了重量），只要用这个频率值通过Profibus 来控制计量螺旋的转速即可形成一个对面粉流量的闭环控制。
在这个控制系统中必须注意的是随着料仓面粉的逐渐减少，料仓会有一个加料的过程，这个加料过程的时间相对来说比较短，由于在这个过程中计量螺旋在不停得出料，而料仓又在加料，很显然在加料过程中的计量肯定是不准确的，在设计程序时必须考虑到这一点。我们在加料过程中的频率值可以这样来给定：一是利用料仓在加料前一瞬间的频率值作为加料过程中的恒定频率（因为这时的频率值是满足工艺参数要求的），等到加料过程结束后再重新进入正常的计量，由于加料的时间相对较短，一般不会影响生产线的产品质量。这个做法的缺点是如果在加料过程中改变工艺参数，由于这时候使用的是恒定频率，面粉的实际流量将不会随工艺参数的改变而改变，就有可能引起产品质量的波动。另一种控制方式应该是比较完善的，也就是在正常计量的PLC可以得到一个频率和面粉流量的线性关系，简单地说就是赫兹数对应的面粉流量公斤数。在加料工程中我们可以利用这个线性参数来控制输出频率值，在这种控制方式是下，在加料过程中改变工艺参数，面粉的实际流量也会随着工艺参数的改变而改变，就不会引起产品质量的波动。
可以看到采用专用的流量控制单元和普通的称重单元在控制原理上是一样的，所不同的是采用通用称重单元的控制方式减少了输入输出环节，更合理的利用了PLC，充分发挥了PLC强大的计算功能，结构更简单，投资更小
可编程控制器是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术与微电子技术相结合而形成的专门从事逻辑控制的微机系统。在PC系统应用中，梯形图的设计往往是主要的问题。梯形图不但沿用和发展了电气技术，其功能和控制指令已远远超过电气控制范畴。它不仅可实现逻辑运算，还具有算术运算、数据处理、联网通信等功能，是具有工业控制指令的微机系统。由于梯形图的设计是计算机程序设计与电气控制设计思想结合的产物，在设计方法上与计算机程序设计和电气控制设计既有相同点，也有不同点。
替代设计法
所谓替代设计法，就是用PC机的程序，替代原有的继电器逻辑控制电路。它的基本思想是：将原有电气控制系统输入信号及输出信号做为PC的I/O点，原来由继电器—接触器硬件完成的逻辑控制功能由PC机的软件—梯形图及程序替代完成。例如，电动机正反转控制电路，原电气控制线路图如图1所示。由PLC控制替代后，其I/O接线图和梯形图分别如图2、3所示。
图3PC梯形图这种方法，其优点是程序设计方法简单，有现成德尔电气控制线路作依据，设计周期短。一般在旧设备电气控制系统改造中，对于不太复杂的控制系统常采用。
1 前言
PLC 控制系统的设计中，接线工作占的比重较小，大部分工作还是PLC的编程设计工作，但它是编程设计的基础，只要接线正确后，才能顺利地进行编程设计工作。而保证接线工作的正确性，就必须对PLC内部的输入输出电路有一个比较清楚的了解。
我们知道，PLC 数字输入模块为了防止外界线路产生的干扰（如尖峰电压，干扰噪声等）引起PLC的非正常工作甚至是元器件的损坏，一般在PLC 的输入侧都采用光耦，来切断PLC 内部线路和外部线路电气上的联系，保证PLC的正常工作。并且在输入线路中都设有RC 滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信号。
2 输入电路的形式
2.1 分类
PLC 的输入电路，按外接电源的类型分，可以分为直流输入电路和交流输入电路；按PLC 输入模块公共端（COM端）电流的流向分，可分为源输入电路和漏输入电路；按光耦发光二极管公共端的连接方式可分为共阳极和共阴极输入电路。如下图1所示：
图1 PLC输入电路的分类
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2.2 按外接电源的类型分类
2.2.1 直流输入电路
图2 为直流输入电路的一种形式（只画出一路输入电路）。当图1 中外部线路的开关闭合时，PLC内部光耦的发光二极管点亮，光敏三极管饱和导通，该导通信号再传送给处理器，从而CPU认为该路有信号输入；外界开关断开时，光耦中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，CPU 认为该路没有信号。
2.2.2 交流输入电路
交流输入电路如图3 所示，可以看出，与直流输入电路的区别主
要就是增加了一个整流的环节。
交流输入的输入电压一般为AC120V或230V。交流电经过电阻R的限流和电容C的隔离(去除电源中的直流成分)，再经过桥式整流为直流电，其后工作原理和直流输入电路一样，不再缀述。
图3 交流输入电路
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从以上可以看出，由于交流输入电路中增加了限流、隔离和整流三个环节，输入信号的延迟时间要比直流输入电路的要长，这是其不足之处。但由于其输入端是高电压，输入信号的可靠性要比直流输入电路要高。一般，交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境中，对响应性要求不高的场合，而直流输入方式用于环境较好，电磁干扰不严惩，对响应性要求高的场合。
2.3 按流入公共端电流的流向分类
2.3.1 漏型输入电路
漏型输入电路如图4所示，此时，电流从PLC 公共端（COM端或M端）流进，而从输入端流出，即PLC公共端接外接DC电源的正极。
图4 漏型输入电路
此图只是画出了一路的情形，如果输入有多路，所有输入的二极管阳极相连，就构成了共阳极电路。如图5所示。
图5 共阳极电路
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三菱A系列PLC的AX40/41/42/50/60及Q系列的QX40/41/42等输入模块均属于漏型输入模块。
2.3.2 源型输入电路
图3所示的电路也是源型输入电路的形式，此时，电流的流向正好和漏型的电路源型输入电路的电流是从PLC的输入端流进，而从公共端流出，即公共端接外接电源的负极。
如果所有输入回路的二极管的阴极相连，就构成了共阴极电路，如图6所示：
图6 共阴极电路
三菱A系列PLC的AX80/81/82及Q系列的QX80/81的输入模块均属于此类输入电路。
2.3.2 混合型输入电路
因为此类型的PLC公共端既可以流出电流，也可以流出电流（既PLC公共端既可以接外接电源的正极，也可以接负极），具有源输入电路和漏输入电路的特点，我们可以姑且把这种输入电路称为混合型输入电路。其电路形式如图7所示。
图7 混合型电路
作为源输入时，公共端接电源的负极；作为漏输入时，公共端接
电源的正极。这样，可以根据现场的需要来接线，给接线工作带来极大的灵活。
三菱A系列PLC的AX50-S1/60-S1/70/71/81-S1及Q系列的QX70/71/72。
这里需要说明的是，三菱和SIEMENS关于“源输入”和“漏输入”电路的划分正好以上是按三菱的划分方法来介绍的，这点在使用过程中要注意。
SIEMENSS7-300/400系列PLC的直流输入模块大多为漏型输入（公共端接外部电源的负极。注：按SIEMENS的划分方法）。在S7-300系列PLC中，只有SM321（-IBH50-）输入模块为源输入（公共端接正。注：按SIEMENS的划分方法），S7-400系列PLC中则没有源输入模块。小型PLCS7-200的输入模块则全部为混合型输入形式。在大的项目中不建议使用，种输入形式接线方便，但容易造成电源的混乱。字串5
3 外接开关量信号和PLC输入电路的连接
PLC外接的输入信号，除了像按钮一些干节点信号外，现在一些传感器还提供NPN和PNP集电极开路输出信号。干节点和PLC输入模块的连接比较简单，这里主要不再缀述。而对于不同的PLC输入电路，到底是使用NPN输入还是PNP输入有时感到无所适从。下面主要介绍一下这两种输入和PLC输入电路的连接。
3.1 NPN和PNP输出电路的形式
如图8和图9所示，分别是NPN和PNP输出电路的一种形式。
图8 NPN集电极开路输出 图9 PNP集电极开路输出
从图8和图9可以看出，NPN集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和0V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，OUT端和0V相通，输出0V低电平信号；PNP集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和+V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，OUT端和+V相通，输出+V高电平信号。
3.2 NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接
3.2.1 NPN集电极开路输出
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由以上分析可知，NPN集电极开路输出为0V，当输出OUT端和PLC输入相连时，电流从PLC的输入端流出，从PLC的公共端流入，此即为PLC的漏型电路的形式，即：NPN集电极开路输出只能接漏型或混合式输入电路形式的PLC，连接图如图10所示：
图10 NPN集电极开路输出和PLC的连接
3.2.2 PNP集电极开路输出
PNP集电极开路输出为+V高电平，当输出OUT端和PLC输入相连时，电流从PLC的输入端流入，从PLC的公共端流出，此即为PLC的源型电路的形式，即：PNP集电极开路输出只能接源型或混合型输入电路形式的PLC，连接图如图11所示：
图11 PNP集电极开路输出和PLC的连接
4 结束语
正是由于PLC输入模块电路形式和外接传感器输出信号的多样性，我们在PLC输入模块接线前要充分了解PLC输入电路的类型和传感器输出信号的形式，只有这样，才能确保PLC输入模块接线正确无误，为后续的PLC编程和调试工作打下一个良好的基础.
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PLC的晶体管输出和继电器输出的区别
1.负载电压、电流类型不同
负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。
电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。
电压：晶体管可接直流24V（一般大在直流30V左右，继电器可以接直流24V或交流220V。
2.负载能力不同
晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。
3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力
一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额更多。
4.晶体管响应速度快于继电器
继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。
晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频率高的输出。
5.在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制
继电器是机械元件有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。晶体管也有大电流,如5A以上.是晶体管输出的当有后接继电器时,要特别注意继电器线圈极性(一般线圈上都接有保护二极管或指示灯),否则会烧坏晶体管.