基于三菱PLC的交通燈控制系統(tǒng)

摘要隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，交通事業(yè)得以蓬勃發(fā)展，交通安全管理特別是十字路口的安全管理一直是人們談?wù)摰脑掝}。所以現(xiàn)今十字路口交通控制器系統(tǒng)的發(fā)展方向所需要的控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是體積小、功耗小、可靠性高、調(diào)節(jié)靈活、多功能、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、使用靈活方便。現(xiàn)代基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國交通管理的現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化具有重要意義。

中圖分類號(hào):TP27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

隨著我國正在進(jìn)行的現(xiàn)代化建設(shè)，交通事業(yè)得以蓬勃發(fā)展，交通安全管理也成了人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。各個(gè)城市的建設(shè)發(fā)展增快使得交通問題日益嚴(yán)重，主要體現(xiàn)路口的車輛增多，人群流動(dòng)的頻繁以及路面的狹窄，這都造成了交通的堵塞，在此基礎(chǔ)上還要使車輛和人群安全快速的通過路口。所以基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國交通管理的現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化具有重要意義。

1 PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 PLC的定義

可編程控制器是在繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造并迅速發(fā)展起來的。早期的可編程控制器稱做可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱 PLC)它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)等功能。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置除了邏輯控制的范圍，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信與聯(lián)網(wǎng)等各種強(qiáng)大的功能，因此，現(xiàn)在這種裝置被稱做可編程控制器(Programmable Controller，簡(jiǎn)稱 PC)。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，仍將可編程控制器簡(jiǎn)稱為 PLC。

1.2 PLC的特點(diǎn)

(1)可靠性高。在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。

(2)控制功能強(qiáng)，易操作。

(3)編程方便易學(xué)。第一編程語言(梯形圖)是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的電器控制圖非常相似，非常適合現(xiàn)場(chǎng)人員學(xué)習(xí)。

(4)可用于惡劣的工作環(huán)境。

(5)與外部設(shè)備連接方便。

(6)體積小、重量輕、功耗底。

(7)性價(jià)比高。

(8)模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。

(9)維修方便，功能更靈活。

可編程控制器是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，它的體積小，功能完善，抗干擾性能強(qiáng)，將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起，因此它已是當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、過程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。

1.3 PLC的工作過程

PLC通電后，系統(tǒng)就開始串行掃描，在程序監(jiān)控下，按照一定的順序?qū)ζ鋬?nèi)部的每個(gè)任務(wù)進(jìn)行查詢，判斷，再分別執(zhí)行，每次執(zhí)行一次就是一個(gè)掃描周期，利用這種工作方式，可以將程序簡(jiǎn)化，增強(qiáng)其系統(tǒng)的安全可靠性，這樣可以避免出現(xiàn)死循環(huán)。

小型可編程控制器工作過程主要分為以下幾個(gè)階段:(1)公共處理階段:此階段主要是硬件設(shè)備、I/O總線、用戶程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部存儲(chǔ)器的檢查和內(nèi)部寄存器的清零、定時(shí)器預(yù)置等。(2)執(zhí)行用戶程序:從第一條指令開始，逐條解釋執(zhí)行每一條，結(jié)果存入輸出狀態(tài)暫存區(qū)，直到出現(xiàn)END指令，結(jié)束程序。(3)I/O刷新:此階段主要是CPU將實(shí)際輸入端的狀態(tài)讀入輸入狀態(tài)暫存區(qū)，將輸出狀態(tài)暫存區(qū)的值傳送到輸出端口。(4)外部端口服務(wù):此階段主要是檢查外部端口設(shè)備，與外部端口交換信息。

1.4 PLC的主要功能

目前生產(chǎn)的PLC概括起來主要具備以下幾項(xiàng)功能:(1)條件控制:此功能是程序執(zhí)行時(shí)，可加互鎖控制，例如電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，不能執(zhí)行反轉(zhuǎn)。(2)限時(shí)控制:此功能可以使任意工序在設(shè)備通電后，通過定時(shí)器經(jīng)過延時(shí)再執(zhí)行后續(xù)的程序，即執(zhí)行下一個(gè)工序，相當(dāng)于時(shí)間繼電器。(3)計(jì)數(shù)控制:此功能是統(tǒng)計(jì)某一命令執(zhí)行的次數(shù)，只有執(zhí)行到要求的次數(shù)后才能執(zhí)行下一工作。例如工作臺(tái)上所計(jì)的產(chǎn)品到達(dá)一定數(shù)量后才能封箱。(4)模擬量運(yùn)算:有些PLC具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，能完成對(duì)模擬量的檢測(cè)、控制和調(diào)節(jié)。(5)數(shù)據(jù)處理:有些PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。(6)通訊和聯(lián)網(wǎng):有些PLC具有通訊功能。

2 交通信號(hào)控制系統(tǒng)分析

2.1 普通模式

交通信號(hào)燈受PLC電源控制，PLC上電后系統(tǒng)就開始工作;先南北方向的紅色信號(hào)燈亮30s，同時(shí)東西方向的綠色信號(hào)燈常亮25s;之后東西綠色信號(hào)燈閃爍，綠色信號(hào)燈閃爍周期為1s(亮0.5s，滅0.5s);綠色信號(hào)燈閃爍3次后熄滅，東西方向的黃色信號(hào)燈亮2s;2s后，東西方向的黃色信號(hào)燈滅，東西紅色信號(hào)燈亮，同時(shí)南北紅色信號(hào)燈熄滅，南北綠色信號(hào)燈亮;東西紅色信號(hào)燈亮30s，南北綠色信號(hào)燈亮25s，之后南北綠色信號(hào)燈閃爍3次后熄滅，南北黃色信號(hào)燈亮2s;2s后，南北黃色信號(hào)燈滅，南北紅色信號(hào)燈亮，同時(shí)東西紅色信號(hào)燈滅，東西綠色信號(hào)燈亮，開始第二周期的動(dòng)作。以后周而復(fù)始地循環(huán)。當(dāng)PLC斷電時(shí)，所有信號(hào)燈熄滅。

2.2 夜間模式

在晚上車流量較少時(shí)，打開夜晚模式，使雙向黃燈閃提醒車輛慢行，雙向都可通過。

2.3 強(qiáng)通模式

此模式受急通車輛的強(qiáng)通信號(hào)開關(guān)控制，沒有急需通過的車輛時(shí)，交通系統(tǒng)按照普通模式運(yùn)行，一旦有急需通過的車輛，例如急救車，消防車，按下強(qiáng)通控制開關(guān)，交通信號(hào)燈就會(huì)讓急需通過的車輛先行，將急需通過的車輛方向變成綠燈，直到此車通過后，再將此方向的控制開關(guān)斷開，這時(shí)，會(huì)將令一方向的綠燈供電，原急車方向變?yōu)榧t燈，再按普通模式運(yùn)行，如果兩個(gè)方向都有急需通過的車輛，則是先接通一個(gè)方向的車，當(dāng)此方通過后，再響應(yīng)另外一方。

3 交通燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 I/O地址分配

根據(jù)控制要求可知，該系統(tǒng)需要3個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)。這里用一個(gè)輸入點(diǎn)驅(qū)動(dòng)兩盞信號(hào)燈，如果PLC輸出點(diǎn)的輸出電流不夠大，可以用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一盞信號(hào)燈，也可以在PLC輸出端增設(shè)中間繼電器，由中間繼電器再去驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈。

3.2 硬件接線圖

根據(jù)要求及I/O分配可得硬件接線如圖所示:

3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以采用兩種方案:一種是使用基本指令，根據(jù)功能時(shí)序圖，使用8個(gè)定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)時(shí)間的控制，其中綠色信號(hào)燈閃爍的秒脈沖可以使用三菱的特殊繼電器M8013來實(shí)現(xiàn)，其中定時(shí)器由一個(gè)控制下一個(gè)的接通，實(shí)現(xiàn)時(shí)序的控制，在普通模式的基礎(chǔ)上，添加另外兩種模式的控制，比較容易實(shí)現(xiàn)。另一種就是使用步進(jìn)指令，這樣控制程序思路非常清晰，但是特別要注意強(qiáng)通模式的控制。

將PLC應(yīng)用于交通系統(tǒng)的控制和監(jiān)控，有非常多的優(yōu)越性，特別是其對(duì)環(huán)境較強(qiáng)的適應(yīng)能力和其內(nèi)部資源豐富的定時(shí)器，能夠?qū)ΜF(xiàn)在我國使用的交通信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)比較精準(zhǔn)的控制，其配套的組態(tài)系統(tǒng)也能夠?qū)煌ㄟM(jìn)行很好的監(jiān)控管理，介于PLC良好的聯(lián)網(wǎng)和通訊功能，可以將整個(gè)城市的信號(hào)燈組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理和調(diào)度，并且能夠?qū)嵤┮粋€(gè)城市的交通幾個(gè)人管理，節(jié)省了資源，更加科學(xué)。

我國人口眾多，交通道路擁擠已嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)發(fā)展，影響人們的日常生活。本系統(tǒng)作為城市十字路口交通信號(hào)的控制系統(tǒng)，為我國“智能交通系統(tǒng)”全面開發(fā)提供了有利的支持，具有一定的實(shí)踐價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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