PLC在交通信號系統中的應用研究

李瑞芳

（鄭州華信學院，河南 鄭州 451150）

1 交通信號燈的作用與和PLC的介紹

然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統研究和控制，高速道路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區同周邊地區的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門亟待解決的主要問題。

根據交通燈工藝控制要求與特點，采用了德國西門子公司S7-200型PLC。西門子PLC有小型化、高速度、高性能等特點，是S7-200系列中最高檔次的超小型程序裝置。西門子可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設備，有豐富的特殊擴展設備，其中的模擬輸入設備和通信設備是系統所必需的，能夠方便地聯網通信。本系統就是應用可編程序控制器(PLC)對十字路口交通控制燈實現控制。

本系統采用PLC是基于以下四個原因：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上。②編程能力強，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實現。③抗干擾能力強，目前空中各種電磁干擾日益嚴重，為了保證交通控制的可靠穩定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環境下正常工作的PLC；近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高，使得實際應用成為可能。

2 PLC的產生

在可編程控制器出現前，在工業電氣控制領域中，繼電器控制占主導地位，應用廣泛。但是電器控制系統存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復雜、不易更改，對生產工藝變化的適應性差。

1968年美國通用汽車公司（G.M）為了適應汽車型號的不斷更新，生產工藝不斷變化的需要，實現小批量、多品種生產，希望能有一種新型工業控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優點與電器控制系統簡單易懂、價格便宜等優點結合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。

1969年美國數字設備公司（DEC）根據美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。隨著微電子技術和計算機技術的發展，20世紀70年代中期微處理器技術應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術運算、數據傳送和數據處理等功能。

20世紀80年代以后，隨著大規模、超大規模集成電路等微電子技術的迅速發展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯網、數據處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數據處理、聯網通信等功能的名符其實的多功能控制器。

自從第一臺PLC出現以后，日本、德國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發展。目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產品，各流派PLC產品都各具特色，如日本主要發展中小型PLC，其小型PLC性能先進，結構緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位。著名的PLC生產廠家主要有美國的A-B公司、GE公司，日本的三菱電機公司等。

我國的PLC研制、生產和應用也發展很快，尤其在應用方面更為突出。在20世紀70年代末和80年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少國外的PLC。此后，在傳統設備改造和新設備設計中，PLC的應用逐年增多，并取得顯著的經濟效益，PLC在我國的應用越來越廣泛，對提高我國工業自動化水平起到了巨大的作用。目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-B公司等。

從近年的統計數據看，在世界范圍內PLC產品的產量、銷量、用量高居工業控制裝置榜首，而且市場需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成為工業自動化控制領域中占主導地位的通用工業控制裝置。

為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆字節。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。

3 PLC發展趨勢

（1）向超大型、超小型兩個方向發展 當前中小型PLC比較多，為了適應市場的多種需要，今后PLC要向多品種方向發展，特別是向超大型和超小型兩個方向發展。現已有I/O點數達14336點的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強。小型PLC由整體結構向小型模塊化結構發展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發了各種簡易、經濟的超小型微型PLC，最小配置的I/O點數為8～16點，以適應單機及小型自動控制的需要，如三菱公司α系列PLC。

（2）PLC大力開發智能模塊，加強聯網通信能力。為滿足各種自動化控制系統的要求，近年來不斷開發出許多功能模塊，如高速計數模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊，既擴展了PLC功能，又使用靈活方便，擴大了PLC應用范圍。加強PLC聯網通信的能力，是PLC技術進步的潮流。PLC的聯網通信有兩類：一類是PLC之間聯網通信，各PLC生產廠家都有自己的專有聯網手段；另一類是PLC與計算機之間的聯網通信，一般PLC都有專用通信模塊與計算機通信。

（3）增強外部故障的檢測與處理能力。根據統計資料表明：在PLC控制系統的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設備占45%，輸出設備占30%，線路占5%。前二項共20%故障屬于PLC的內部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實現檢測、處理；而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。

[l]陳立定，吳玉香，蘇開才.電氣控制與可編程控制器[M].廣州：華南理工大學出版社，2011.

[2]劉載文，李毫升，鐘亞林.電梯控制技術[M].北京：電子工業出版社，2010.