ZASTOSOWANIE STEROWNIKÓW PLC W SYSTEMIE SKOORDYNOWANEJ SYGNALIZACJI ŚWIETLNEJ

Z E SZ Y T Y N A U K O W E PO L IT EC H N IK I Ś LĄ SK IEJ Seria: T R A N S P O R T z. 41

2000 N r kol. 1491

Jerzy M IK U LSK I Andrzej D U SZ A [Michał PAWLICKI)

ZASTOSOWANIE STEROWNIKÓW PLC W SYSTEMIE SKOORDYNOWANEJ SYGNALIZACJI ŚWIETLNEJ

S tre szc ze n ie . A rtykuł traktuje o m ożliw ościach i zastosow aniu sterow ników program ow alnych w system ie sterow ania skoordynow aną sy gnalizacją św ietlną, w kolejnych rozdziałach opisane są:

• h istoria rozw oju i rodzaje sterow ników PLC,

• produkty firm y B em ecker & R ainer - System 2003, struktura system u i GDM.

N a zakończenie artykułu zaproponow ano system sterow ania skoordynow aną sygnalizacją św ietlną przy użyciu sterow ników B& R.

THE USE PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS IN LINKED TRAFFIC SIGNALS

S u m m a ry . The article treats o f Program m able Logic Controllers and possibilities to use them in linked traffic signals system . In follow ing chapters are described:

• history and kinds o f PLC,

• B em ecker & R ainer products - System 2003, structure and G raphical D esign M ethod.

A t the end o f the article authors offer linked lights system based on B em ecker & Rainer Program m able Logic C ontrollers.

1. W S T Ę P

Sterow niki program ow alne PLC s ą szeroko stosow ane do sterow ania różnego rodzaju urządzeniam i, procesam i przem ysłow ym i i m aszynam i. S ą to kom putery specjalizowane, które pod ko n tro lą system u operacyjnego czasu rzeczyw istego w y konują następujące zadania [ U

— zb ierają w artości pom iarów za pośrednictw em m odułów w ejściow ych z analogow ych i cyfrow ych czujników oraz urządzeń pom iarow ych,

— transm itują dane za pom ocą łącz i m odułów kom unikacyjnych,

— w y k o n u ją program y aplikacyjne na podstaw ie przyjętych param etrów i uzyskanych danych o sterow anym procesie lub m aszynie,

114 J. M ikulski, A. D usza, [M. Pawlicki|

— g en eru ją sygnały sterujące zgodne z w ynikam i obliczeń tych program ów i przekazują je poprzez m oduły w yjściow e do elem entów i urządzeń w ykonaw czych,

— realizują funkcje diagnostyki program ow ej i sprzętowej.

Rozwój sterow ników został zapoczątkow any przez firm ię G eneral M otors w roku 1968 [1]. Sterow niki program ow alne znalazły zastosow anie w przem yśle sam ochodow ym zastępując układy przekaźnikow e w urządzeniach sterow ania sekw encyjnego. N astępnie w prow adzono sterow niki w yposażone w kasety sterow ania zdalnego, które um ożliw iły m onitorow anie i uaktualnianie dużej liczby punktów w ejść / w yjść. W 1977 roku firm a Allen

— Bradley C orporation ja k o pierw sza zastosow ała w sterow nikach m ikroprocesor 8080 z w ykorzystaniem dodatkow ego koprocesora dla operacji bitow ych [1]. R ynek sterow ników gw ałtow nie w zrósł, gdy w 1983 roku w ofercie kilku japońskich producentów pojaw iły się m ałe sterow niki o sporych m ożliw ościach funkcjonalnych, a przy tym dużo tańsze od oferow anych dotychczas.

W latach dziew ięćdziesiątych, w raz z w ykorzystaniem kom puterów IBM PC do program ow ania sterow ników P LC , znacznie rozw inęły się m ożliw ości program ow e i kom unikacyjne sterow ników pracujących niejednokrotnie w rozw iniętych, sieciow ych system ach kom puterow ych. Ponadto nastąpiło gw ałtow ne pow iększenie asortym entu m odułów inteligentnych, w yposażonych w e w łasne układy m ikroprocesorow e, które realizują nieraz bardzo złożone algorytm y przetw arzania sygnałów i procedury sterow ania oraz kom unikacji.

Z czasem pojaw iła się konieczność standaryzacji sterow ników PLC, a w szczególności m etod program ow ania. W ynikiem tego było w ydanie w 1993 roku norm y IEC 1131 [1] pod n azw ą „P rogram m able C ontrollers” - „Sterow niki program ow alne” .

N orm a IEC 1131 zaw iera inform acje ogólne oraz standaryzuje osprzęt i w ym agania testow e. W części dotyczącej ję zy k ó w program ow ania norm a definiuje podstaw ow e pojęcia, zasady ogólne, m odel program ow y i kom unikacyjny oraz ujednoliconą koncepcję program ow ania P L C w ję zy k a ch tekstow ych i graficznych. Pozostałe części dotyczą w ytycznych dla użytkow nika oraz standaryzacji w zakresie w ym iany inform acji.

B iorąc pod uw agę w szechstronność zastosow ań sterow ników program ow alnych PLC ze w zględu na ich elastyczność k onstrukcyjną (budow a m odułow a) i p ro g ra m o w ą m ożliw e jest w drożenie system u sterow ania skoordynow aną sygnalizacją św ietlną opartego na sterow nikach program ow alnych PLC . Takie rozw iązanie pozw ala na ujednolicenie stosow anego sprzętu, sz y b k ą rozbudow ę system u oraz zaim plem entow anie dow olnego algorytm u optym alizacyjnego w celu koordynacji pracy sygnalizacji św ietlnych.

2. S T E R O W N IK I P R O G R A M O W A L N E

N a rynku dostępne s ą sterow niki będące produktam i takich firm , jak : G E F anuc, Sim atic A llan - B radley, A EG S chneider M odicon. Pom im o w ielu w ykonaw ców zasady program ow ania oraz budow a tych urządzeń s ą zbliżone do siebie i określone w n o n n ie IEC 1131 [1], W zw iązku z tym obecne rozw iązania konstrukcyjne sterow ników program ow alnych u m o żliw iają ich du żą elastyczność pod w zględem konfiguracji sprzętow ych. W ynika to z faktu, iż sterow niki PLC posiadają budow ę m odułow ą.

N iezbędnym elem entem konstrukcyjnym je st p łyta łączeniow a (kaseta), do której podłączane s ą określone m oduły. Podstaw ow ym i m odułam i są : m oduł zasilacza i jednostki centralnej CPU . Inne, najczęściej w ykorzystyw anym i, to [1]:

• m oduł w ejść i w yjść dw ustanow ych,

• m oduł w ejść i w y jść analogow ych,

Z astosow anie sterow ników PLC w system ie.. 115

• m oduł szybkiego liczenia H SC do obsługi wejść dw ustanow ych zm ieniających się z częstotliw ością nie w iększą niż 100 kHz, pochodzących najczęściej z przetw orników im pulsow o - obrotow ych,

• m oduł pozycjonow ania osi A PM ,

• m oduł kom unikacyjny z dw om a łączam i szeregow ym i R S-232 i R S-422/485 z określonym i protokołam i kom unikacyjnym i,

• m oduł kom unikacyjny sieci sterow nikow ych G enius GCM do podłączania sterow ników w sieci lokalnej,

• m oduł kom unikacyjny sieci Ethernet, który stanow i łącze m iędzy sterow nikam i i siecią E thernet T C P /IP LAN. U m ożliw ia on kom unikację w sieci E thernet poprzez media transm isyjne takie, ja k : kable koncentryczne, kable skrętki lub kable św iatłow odow e.

O czyw iście,każdy z produktów danej firm y charakteryzuje się pew ną sp ecyfiką zw iązaną np. ze środow iskiem program ow ania, rozw iązaniam i konstrukcyjnym i oraz oferow anym i m odułam i i bibliotekam i funkcyjnym i. Przykład m o g ą stanow ić przedstaw ione w opracow aniu sterow niki firm y B & R (B em ecker & Rainer).

B& R oferuje trzy rodzaje sterow ników : System 2003, System 2005 i System 2010.

U żytkow anie i program ow anie poszczególnych typów sterow ników nie różni się, natom iast inna je s t m aksym alna liczba w ejść i w yjść różnych typów (analogow e i cyfrow e), ja k ą s ą w stanie „obsłużyć” poszczególne w ersje system u. „N ajuboższy” je st System 2003, a najbardziej rozbudow any S ystem 2010 i system y kom binow ane, czyli w ykorzystujące w szystkie rodzaje sterow ników .

Inne różnice p o le g ają na rodzaju bibliotek funkcyjnych, ja k ie oferuje dany system , oraz liczbie dostępnych rodzajów zadań, do których należą [2]: zadania standardow e, zadania w ysokiej prędkości HS i zadania specjalne.

N atom iast od strony użytkow nika podstaw ow ym narzędziem program ow ania sterow ników B & R je s t S ystem PG 2000, który składa się z części zarządzającej i środow iska program ow ania. C zęść zarząd zająca odpow iedzialna je st za otw ieranie, kopiow anie oraz usuw anie projektów , natom iast środow isko program ow e zw iązane je st z samym program ow aniem , kom pilow aniem i ładow aniem kodu źródłow ego do sterow ników .

D użym udogodnieniem w System ie PG2000 je st w prow adzenie graficznej metody projektowej G D M , ułatw iającej podzielenie złożonego projektu na m niejsze części - w arstw y, zadania i m oduły - interpretow ane graficznie. Dzięki tem u narzędziu planow anie projektu, je g o analiza oraz edycja sta ją się bardziej przyjazne dla użytkow nika. Strukturę om awianej m etody przedstaw ia rys. 1.

W arstw a projek tu je s t w arstw ą najw yższą, w yśw ietlaną zaraz po w yw ołaniu GDM.

P rzedstaw ione s ą na niej w szystkie jednostki centralne CPU (sterow niki), które obejm uje dany system .

W arstw a p rocesora je s t opcjonalna i należy j ą zainicjalizow ać, gdy je s t to konieczne. W w arstw ie tej zn a jd u ją się sym bole w szystkich m odułów m ultiprocesorow ych oraz m odułów inteligentnych.

W arstw a zad ań należy do najniżej położonych. Przedstaw ione są w niej w postaci odpow iednich sym boli graficznych zadania oraz m oduły program ow e (biblioteki funkcyjne).

116 J. M ikulski, A. Dusza, [M. Pawlicki]

Rys. 1. G raficzna m etoda projektow a G D M Fig. 1. G raphical D esign M cthod

Z adania złożone są z dw óch części [2]. Pierw sza z nich to program , druga zawiera deklarację zm iennych. Jednocześnie m oże być uruchom ionych w iele zadań, które w ym ieniają inform acje pom iędzy sobą. Z adania podzielone są w grupy nazw ane klasam i zadań. Takie ich pogrupow anie um ożliw ia ograniczenie w ym iany inform acji m iędzy zadaniam i różnych klas oraz ustalenie priorytetu w ykonania.

Program je s t częścią składow ą zadania i zaw iera dw ie części: in icjującą i głów ną. Każda z nich m oże być napisana w różnych języ k ach program ow ania.

C zęść in icju jąca w ykonyw ana je st tylko raz, podczas urucham iania program u i służy do przypisyw ania w artości stałym oraz do ustaw iania w artości początkow ych określonych zm iennych. P onadto w części inicjującej aktyw uje się sterow niki program ow e zw iązane z o b słu g ą sieci lokalnych, m odem ów itp.

C zęść głów na w ykonyw ana je s t w ielokrotnie, zaraz po zakończeniu części inicjującej.

O znacza to, że po w ykonaniu części inicjującej oraz głównej następuje pow rót do początku części głów nej. C zęść inicjująca nie je s t ju ż w ykonyw ana.

D ek laracja zm ienn ych następuje w oddzielnej części i polega na przypisaniu zm iennym w ystępującym w program ie fizycznych wejść, w yjść, adresów w pam ięci oraz określenia ich typów i innych atrybutów .

Z ależność m iędzy zadaniem , program em oraz ich elem entam i składow ym i przedstaw ia rys. 2.

Z astosow anie sterow ników PLC w system ie. 117

Rys. 2. Z ad an ie - elem enty składow e, hierarchia Fig. 2. T ask - structure, hierarchy

Zasadniczo zadania m ożna podzielić na: zadania niecykliczne i zadania cykliczne.

Z a d a n ia n ie cy k licz n e w ykonyw ane są w tedy, gdy system operacyjny i zadania cykliczne nie w y korzystują czasu procesora (tzw. czas jałow y procesora). Z a d a n ia cy kliczne kontrolow ane s ą czasow o [3], ja k o typow e aplikacje dla sterow ników PLC. W ykonyw ane s ą cyklicznie, w zdefiniow anych odstępach czasu i dla określonych czasów trw ania. Do tej grupy zadań zalicza się zadania standardow e oraz zadania w ysokiej prędkości. D zięki odpowiedniej architekturze system u operacyjnego (system czasu rzeczyw istego) jednocześnie m oże być w ykonyw anych w iele zadań, których liczba zależy od m aksym alnego obciążenia jednostki centralnej, określonego wzorem :

O bciążenie

A rchitekturę system u operacyjnego sterow ników B & R zobrazow ano na rys. 3, a przedstaw ione na nim aplikacje to:

— j ą d r o sy stem u o p e ra c y jn e g o — standardow y system operacyjny, który zarządza program am i (zadaniam i) i ich zasobam i, zapew niając w ielozadaniow ość,

— system ow y p r o g ra m z a rz ą d z a n ia - aktyw ow any je s t przez zegar system ow y co 10 ms i odpow iedzialny je s t za: aktyw ację zadań standardow ych, ustaw ianie w ejść i połączeń m iędzy zadaniam i standardow ym i, zarządzanie zew nętrzną kom unikacją między środow iskiem program ow ania (PG 2000) lub kom unikacją szeregow ą z panelam i,

— k la sy z a d a ń s ta n d a rd o w y c h - urucham iane są przez system ow y program zarządzania i sp ełn iają następujące zadania: k ontrolują przesyłanie danych w ejściow ych i w yjściow ych zadań standardow ych, w y w o łu ją zadania standardow e w określonej dla nich kolejności w ykonania, odśw ieżają w artości zm iennych (w każdym cyklu) przypisanych do określonych przez program istę w ejść i w yjść, ja k rów nież zm iennych w ew nętrznych,

118 J. M ikulski, A. D usza, [M. Pawlicki]

— klasy zad ań w ysokiej prędkości H S - urucham iane s ą przez przerw ania i powodują:

kontrolę oraz ustaw ianie w odpow iedniej kolejności zm iennych w ejściow ych i w yjściow ych zadań HS, w yw oływ anie zadań HS z odpow iedniej klasy w określonej dla nich kolejności w ykonania, odśw ieżanie w artości zm iennych (w każdym cyklu) przypisanych do określonych przez program istę w ejść i w yjść, ja k rów nież zm iennych w ew nętrznych,

— op rogram ow anie kom unikacyjne - urucham iane je st przez system ow y program zarządzania lub przerw ania obsługujące kom unikację. O program ow anie kom unikacyjne ładuje lub uaktualnia m oduły program ow e typu B & R , odczytuje/zapisuje wartości przetw arzanych zm iennych,

— b iblioteki fun kcyjn e - duża ilość standardow ych funkcji do program ow ania sterow ników dostarczona je st w raz z oprogram ow aniem PG2000. Funkcje te pogrupow ane są w tzw.

biblioteki funkcyjne, co oznacza, że każda z bibliotek zaw iera funkcje rozw iązujące podobne problem y,

— zadania system ow e - kontrolow ane s ą przez system lub program aplikacyjny i stanow ią rozszerzenie system u operacyjnego. N iektóre z nich przesyłane są autom atycznie do sterow nika, gdy wy w oły w ana je st określona funkcja. Inne zadania system ow e m uszą być natom iast załadow ane przez użytkow nika w tedy, gdy je s t to w ym agane,

— program y ap lik acyjne - zarządzane są przez system operacyjny. W zw iązku z tym, że S ystem B & R 2000 je s t w ielozadaniow y, uruchom ienie program ów aplikacyjnych (zadań) następuje w tym sam ym czasie, a m oc obliczeniow a procesora dzielona je s t pom iędzy obsługiw ane program y (zadania).

Rys. 3. Struktura system u B & R 2000 [8]

Fig. 3. B & R 2 0 0 0 system structure

Z astosow anie sterow ników PLC w systemie.. 119

3. K O N C E P C JA S Y ST E M U ST E R O W A N IA SK O O R D Y N O W A N Ą SY G N A L IZ A C JĄ ŚW IE T L N Ą

Z astosow anie sterow ników PLC firmy B & R daje duże m ożliw ości pod kątem sterow ania o k reśloną lic zb ą skrzyżow ań (do 64 przy użyciu m agistrali CA N ) objętych system em sygnalizacji skoordynow anych.

O d strony program ow ej w ykorzystanie System u PG 2000 oraz graficznej metody projektowej pozw ala na standaryzację projektu. Różnice m o g ą w ystępow ać w niektórych zadaniach i doty czy ć danych zw iązanych z czasam i trw ania odpow iednich sygnałów i długościam i faz ruchu. P rzykładow ą w arstw ę zadań przedstaw iono na rys. 4.

Rys. 4. P rz y k ład o w a w arstw a zadań Fig. 4. T ask layer - exam ple

l____O - tablicę danych,

► - zm ien n ą dow olnego typu,

> - pakiet zm iennych zw iązanych z biblioteką funkcyjną.

Do sterow ania sygnalizacją św ietlną służy program głów ny (zadanie) p rg , który pobiera dane z zadania data, pow oduje załączenie odpow iednich w yjść sterow nika (w łączenie świateł w kom orach sygnalizatorów ) oraz odm ierza pobrane z zadania data czasy trw ania poszczególnych sygnałów , faz ruchu i offsetów .

Z adanie ster, np. ze sterow nika nadrzędnego pobiera dane określające rodzaj realizow anego w danej chw ili planu sygnalizacji oraz odpow iedzialne je s t za praw idłow e działanie sieci lokalnej. Proces ładow ania sterow ników „sieciow ych” następuje w części

120 J. M ikulski, A. Dusza, |M. Pawlicki]

inicjującej program u i p olega na w ykorzystaniu odpow iednich funkcji uruchom ieniow ych z biblioteki system ow ej c a n j i b , która je s t „zaim portow ana” do w arstw y zadań. B iblioteka ta stanow i zbiór funkcji zw iązanych z w ysyłaniem i odbieraniem danych poprzez m agistralę szeregow ą CAN.

Zadanie Jlash stanow i uzupełnienie program u głów nego i realizuje program żółtych św iateł m igających n a w szystkich w lotach. Zadanie to w ykonyw ane je st albo ja k o jed en z planów sygnalizacji św ietlnej (np. m iędzy godziną 22:00 a 6:00), albo w sytuacjach aw aryjnych w ynikających z niepraw idłow ej pracy system u.

Istnieje rów nież m ożliw ość podłączenia do system u panelu (paneli) operatorskiego, którego sterow anie odbyw a się w zadaniach can_key i can_disp. Zaproponow any panel może służyć do przeprow adzania czynności diagnostycznych poszczególnych sterow ników w terenie, ja k rów nież zm iany program ów sygnalizacji świetlnej.

P rzykładow a w arstw a p c c z rys. 4 m oże być pow ielana i m odyfikow ana pod względem danych dotyczących czasów trw ania poszczególnych cyklów i długości faz sygnalizacji św ietlnej na określonym skrzyżow aniu. Ilość w arstw p c c zależy oczyw iście od liczby skrzyżow ań. P rzykładow o dla czterech skrzyżow ań w arstw a projektu (znajdująca się nad w arstw ą zadań) będzie w yglądała następująco (rys. 5):

Warstwa projektu

pcc1 pcc2

pcc3 pcc4

Rys. 5. P rz y k ład o w a w arstw a projektu Fig. 5. P roject structure - exam ple

Pow racając do zadania p r g z rys. 4, je g o działanie m ożna przedstaw ić za pom ocą algorytm u, tak ja k na rys. 6. Zadanie to je s t „uniw ersalne” i m oże być w ykorzystane dla dow olnej sygnalizacji św ietlnej.

Z astosow anie sterow ników PLC w systemie.. 121

Rys. 6. A lgorytm z ad an ia prg Fig. 6. A lgorith o f task prg

122 J. M ikulski, A. Dusza, [ML Pawlicki|

O prócz struktury poszczególnych w arstw projektu istotna je st transm isja danych między sterow nikam i objętym i system em skoordynow anej sygnalizacji św ietlnej. M ożliw e je s t tu zastosow anie m agistrali szeregow ej CA N (C ontroller A rea N etw ork), która oprócz przesyłania danych zapew nia: kom unikację sterow nik - PG 2000 oraz obsługę i program ow anie kontrolerów nieinteligentnych i inteligentnych (C l 10, C130, C 200, C300) paneli operatorskich. M agistrala CA N zapew nia przesyłanie danych na m aksym alną odległość 1000 m z p rędkością transm isji od 10 kbps do 512 kbps. M ożliw e je s t również podłączenie m aksym alnie 64 stacji (jednostek centralnych różnych typów , paneli sterujących, kom puterów przem ysłow ych).

P raktycznym uzupełnieniem przedstaw ionych rozw ażań je s t zaproponow any system sterow ania sk o o rd y n o w an ą sy gnalizacją św ietlną oparty na sterow nikach S ystem u 2003 firmy B & R (B em ecker & R ainer), dla którego przyjęto następujące założenia:

- sterow anie sygnalizacją św ietlną odbyw a się na czterech skrzyżow aniach w sieci przedstaw ionej n a rys. 7,

- każde ze skrzyżow ań posiada cztery w loty i dw ie fazy ruchu - naprzem iennie dla w lotów przeciw ległych,

- sterow anie ruchem dotyczy pojazdów ,

- fazy sygnalizacji dla pieszych nie są uw zględniane,

- sym ulow anie natężeń ruchu (zm iana planu sygnalizacji św ietlnej) przeprow adzane je st z w ykorzystaniem p anelu operatorskiego,

- do dyspozycji je s t sześć planów sygnalizacji świetlnej.

Rys. 7. M o d el sieci ulic Fig. 7. R oad net m odel

Zastosow anie sterow ników PLC w system ie.. 123

S ygnalizacja św ietlna n a każdym ze skrzyżow ań sterow ana je s t przez je d en sterow nik lokalny połączony z pozostałym i m agistralą szeregow ą CAN. M agistrala ta tw orzy sieć lokalną. S terow niki obsługujące węzły „2” , „3” i „4” są rów noupraw nione i realizują odpow iednie program y sygnalizacji świetlnej w zależności od sytuacji ruchow ej w sieci.

W szystkie dane o ruchu analizow ane s ą w sterow niku nadrzędnym um ieszczonym przy skrzyżow aniu „1” . W zależności od natężeń ruchu na w lotach w szystkich skrzyżowań sterow nik ten w y sy ła odpow iednie inform acje do sieci lokalnej pow odując zm ianę planu sygnalizacji św ietlnej.

Część program ow a system u sterow ania skoordynow aną sygnalizacją św ietlną została opracow ana przy u życiu narzędzia PG 2000, z w ykorzystaniem graficznej m etody projektowej GDM . D zięki G D M cały projekt został podzielony na odpow iednie elem enty przyporządkow ane określonym sterow nikom oraz elem enty odpow iedzialne za:

w ykonyw anie program u głów nego, kom unikację, przechow yw anie struktur danych i inicjację sterow ników program ow ych.

W pierw szej w arstw ie graficznej m etody projektowej (warstw ie projektu) um ieszczone zostały cztery elem enty odpow iadające ilości jednostek centralnych (pcc) sterow ników sterujących sygn alizacją św ietlną na skrzyżowaniach.

W w arstw ie zadań, drugiej po w arstw ie projektu (w arstw a procesora je st pom ijana), um ieszczone s ą zadania (program y). K ażde z nich odpow iedzialne je st za pew ną część sterow ania sy g n alizacją św ietlną.

W szystkie program y napisano w opierając się na ję zy k u program ow ania PL2000, jed en y m z trzech ję z y k ó w dostępnych w System ie PG2000. Spośród ję zy k a schem atów drabinkow ych, ję z y k a listy instrukcji i ję zy k a PL2000, w ybrano w łaśnie PL2000 ze względu na podobieństw o do Turbo Pascala lub C. K olejnym argum entem przem aw iającym za użyciem tego ję z y k a był łatw y dostęp do w ym aganych bloków funkcyjnych oraz sterow ników program ow ych inicjujących pracę sieci.

K onfiguracja sieci opartej n a m agistrali CAN w system ie skoordynow anej sygnalizacji świetlnej została przedstaw iona na rys. 8.

Do sterow nika nadrzędnego p c c l (sterow nik przy węźle „1”) podłączony je st kom puter klasy PC z zainstalow anym System em PG 2000. K om unikacja sterow nik „1” - kom puter PC odbyw a się p rzez złącze RS232. U m ożliw ia to ładow anie oraz m odyfikow anie program ów w tym sterow niku. P rzesyłanie program ów do pozostałych jednostek centralnych z PG2000 następuje poprzez interfejs RS232 oraz m agistralę CAN. Jednocześnie przesyłane są dane ze sterow nika nadrzędnego do pozostałych, obsługujących w ęzły „2” , „3” i „4” .

W system ie sterow ania skoordynow aną sygnalizacją św ietlną zastosow ano następujące jednostki centralne i m oduły:

— C P 4 7 0 - je d n o s tk a centralna,

— C P 4 7 4 - je d n o s tk a centralna,

— D M 435 - m oduł w yjść i w ejść dyskretnych,

— C l 30 - nieinteligentny panel sterujący.

124 J. M ikulski, A. D usza, |M. Pawlicki!

Rys. 8. B udow a sieci w system ie Fig. 8. N et structure

O bsługa system u sprow adza się do zadaw ania w ybranych num erów planów sygnalizacji świetlnej przy użyciu panelu operatorskiego C130. N a w yśw ietlaczu ciekłokrystalicznym panelu podaw ane s ą rów nocześnie inform acje o stanie system u, N atom iast w izualizacja procesów zachodzących w system ie odbyw a się na w ykonanym m odelu sieci z rys. 7.

4. P O D S U M O W A N IE

W system ach sterow ania skoordynow aną sygnalizacją św ietlną opartych na sterow nikach program ow alnych, w odróżnieniu od istniejących system ów , m ożliw e je s t program ow anie sterow ników przy u życiu ję z y k a schem atów drabinkow ych, ję zy k a w ysokiego poziom u (np.

ję z y k PL 2000 lub C).

S ystem zapew nia odpow iednie sterow anie ruchem w zależności od sytuacji w sieci.

W szystkie inform acje o natężeniach ruchu analizow ane s ą w sterow niku nadrzędnym , natom iast odpow iednie program y sygnalizacji w sterow nikach lokalnych. Takie rozw iązanie zapew nia sz y b k ą rozbudow ę system u bez konieczności ingerow ania w cały system , lecz tylko je g o fragm ent. R ów nież aktualizacja program ów sygnalizacji świetlnej na danym skrzyżow aniu m oże przebiegać bez zakłócania pracy pozostałych sterow ników . T a k ą korzyść daje zastosow anie sieci CA N . Sieć um ożliw ia połączenie jednostek centralnych sterow ników na m a k sy m a ln ą odległość lOOOm. O dległość ta je s t w ystarczająca ze w zględu na ograniczenie oddziaływ ania d opły w ó w i odpływ ów b ocznych w sieci ulic.

B udow a m odułow a sterow ników program ow alnych um ożliw ia łatw ą i elastyczną rozbudow ę system u sterow ania skoordynow aną sy gnalizacją św ietlną pod kątem sprzętow ym .

Z astosow anie sterow ników PLC w system ie.. 125

D la system u działającego w układzie rzeczyw istym w ym iana lub dołączenie dodatkow ych m odułów pozw ala na zastosow anie pętli indukcyjnych, a tym sam ym lepsze dostosow anie planów sygnalizacji lub ich generow anie na bieżąco. Podłączenie pętli do system u m ożliw e je st przy użyciu m odułów analogow ych w ejść cyfrow ych a przetw arzanie pobranych inform acji bezpośrednio w program ie. Zasilanie pętli indukcyjnych m oże natom iast odbyw ać się z szafy zasilającej.

P onadto w system ie sterow ania zapew nione są podstaw ow e w ym ogi bezpieczeństw a staw iane sygnalizacjom św ietlnym . W system ie odbyw a się kontrola sygnałów czerw onych.

W przypadku przepalenia żarówki w kom orze św iatła czerw onego następuje przełączenie sterow nika w tryb pracy aw aryjnej (żółty sygnał m igający). T aka usterka nie zakłóca pracy pozostałych sterow ników . Ze w zględu na budow ę program u oraz form at przechow yw anych danych niem ożliw e je s t podanie przez sterow nik sygnałów zielonych dla relacji kolizyjnych.

Zbędne je s t zatem w prow adzenie dodatkow ego program u kontrolno-zabezpieczającego.

W przypadku w ystąpienia niepraw idłow ości w działaniu sieci lokalnej CAN poszczególne sterow niki przech o w u ją inform acje o ostatnio realizow anym planie sygnalizacji świetlnej w ykonując odpow iadający m u program . R ów nież i w tym przypadku praca system u nie zostaje zakłócona.

Z astosow any w system ie panel operatorski m a na celu zm ianę planów sygnalizacji św ietlnej. Jednak w rzeczyw istym system ie m oże on być w ykorzystany do m odyfikow ania program ów w sterow nikach lokalnych „w terenie” i przeprow adzania czynności diagnostycznych. Innym zastosow aniem panelu operatorskiego m oże być ułatw ienie przejazdu przez sieć ulic pojazdom uprzyw ilejow anym . Panel ten pełniłby rolę lokalnego centrum sterow ania i w pływ ałby na generow anie odpow iednich planów sygnalizacji, ułatw iając np. w yjazd karetki pogotow ia ratunkow ego. Znacznie lepszym rozw iązaniem ułatw iającym w yjazd pojazdów uprzyw ilejow anych m ogłoby być zastosow anie na tych pojazdach radiom odem ów kom unikujących się z systemem.

W celu nadzoru pracy w szystkich sterow ników m ożliw e je s t przeprow adzenie w izualizacji procesów sterow ania przy użyciu program u „In Touch” . T akie rozwiązanie um ożliw iłoby stw orzenie centrum sterow ania zapew niającego szybką diagnostykę usterek oraz m odyfikow anie program ów sygnalizacji świetlnej z jednego m iejsca.

N atom iast w ykorzystanie algorytm u program u opartego na odpow iedniej m etodzie optym alizacyjnej spow odow ałoby lepsze dostosow anie planu sygnalizacji świetlnej do sytuacji ruchow ej w sieci.

L ite r a tu r a

1. D atka S., S uchorzew ski M.: Inżynieria ruchu. W KiŁ, W arszaw a 1999.

2. P rogram ing Languages. B & R Industrial A utom ation - 1998.

3. S ystem S oftw are R eference M anuał. B & R Industrial A utom ation - 1988.

Recenzent: Doc. dr inż. Z bigniew Ginalski

126 J. M ikulski, A. Dusza, [M. Pawlicla|

A b s tra c t

T he B & R 2000 P LC fam ily is an autom ation system that is setting new standards in perform ance capability, functionality and operational safety.

T he B & R 2003 system covers the com plete range o f applications from sim ple logic control to com plex rem ote autom ation system s.

D eterm inistic m ultitasking operating system s allow s the tim ing o f the controller to be set optim ally. T he m odular design o f the operating system m eans this can be set up to m atch the application.

T he conception o f linked traffic signals show s, that it’s possible to use Program m able Logic C ontrollers in traffic aplications.