基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)

　　摘 要： 紅綠燈是交通疏導(dǎo)的最常見和最有效方式，要在車多、人多、道路少的當(dāng)今道路狀況下更好地發(fā)揮交通疏導(dǎo)的作用，采用有效的方法優(yōu)化交通燈勢在必行。PLC以微處理器為核心，具有可靠性高，控制功能強(qiáng)，使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)為解決目前交通擁堵指明了方向。
　　關(guān)鍵詞： PLC 交通信號燈 模糊控制
　　
　　1.PLC的基本概念
　　早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍。因此，今天這種裝置被稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。［１］
　　2.PLC的基本結(jié)構(gòu)
　　PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：電源，中央處理單元（CPU），存儲器，輸入輸出接口電路，功能模塊，通信模塊。
　　3.PLC的工作原理
　　當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程通常劃分為三個階段：輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以固定的掃描速度不間斷地重復(fù)上述三個階段。
　　（1）輸入采樣階段
　　PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)，這一過程稱為輸入采樣階段。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
　　（2）用戶程序執(zhí)行階段
　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下，由左到右的順序依次地掃描用戶程序，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。［２］
　　在程序執(zhí)行的過程中，如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值也不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。
　　（3）輸出刷新階段
　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。
　　4.十字路口交通燈控制實(shí)際情況描述
　　（1）南北方向綠燈和東西方向的不能同時亮；如果同時亮，應(yīng)自動立即關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并立即發(fā)出報(bào)警信號。
　　（2）系統(tǒng)工作后，首先南北紅燈亮并維持25s；與此同時，東西綠燈亮，并維持20s時間，到20s時，東西綠燈閃亮，閃亮3s后熄滅。
　　（3）在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮并維持2s，然后東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。
　　（4）東西紅燈亮并維持30s，與此同時，南北綠燈亮并維持25s；然后，南北閃亮3s后熄滅。
　　（5）南北綠燈熄滅時，南北黃燈亮維持2s后熄滅；南北紅燈亮，東西綠燈亮。至此，結(jié)束一個工作和和循環(huán)。［３］
　　當(dāng)交通燈系統(tǒng)啟動，南北向（列）和東西向（行）主干道上均有綠燈10s，綠燈閃亮2s（亮1s滅1s），黃燈2s和紅燈14s。當(dāng)南北主干道點(diǎn)亮紅燈時，東西主干道應(yīng)依次點(diǎn)亮綠燈，綠燈閃亮，黃燈。反之，當(dāng)東西主干道點(diǎn)亮紅燈時，南北主干道依次點(diǎn)亮綠燈，閃，黃燈。南北向和東西向行人道均設(shè)為通告綠燈和禁行。南北人行道通告應(yīng)在南北主干道點(diǎn)；亮綠燈時點(diǎn)亮，當(dāng)南北主干道綠燈閃亮和黃燈點(diǎn)亮?xí)r南北方向行人道綠燈也要對應(yīng)閃亮，其余時間為紅燈。東西行人道通告綠燈于東西主干道綠燈點(diǎn)亮?xí)r點(diǎn)亮，當(dāng)東西主干道綠燈閃亮和黃燈點(diǎn)亮?xí)r東西行人道綠燈也要對應(yīng)閃亮，其它時間為紅燈。除此之外另設(shè)兩個功能：（1）盲人保護(hù)功能。使用10個脈沖開關(guān)。可以實(shí)現(xiàn)在盲人通過十字路口時手動控制車流量。其中8個安裝在人行道的兩邊當(dāng)東西方向街的盲人要過馬路時，按下脈沖開關(guān)，東西向行人道亮起綠燈，此時南北向主干道紅燈閃亮，延遲10秒恢復(fù)原來的控制系統(tǒng)。南北向脈沖開關(guān)對應(yīng)東西向功能相同，另外2個脈沖開關(guān)可以用來控制車流量，當(dāng)東西向主干道等待車量較多的時候，就按下東西向控制脈沖開關(guān)，東西向主干道延長點(diǎn)亮?xí)r間到15s。東西向行人道也要對應(yīng)延長。（2）學(xué)生保護(hù)功能。在學(xué)校上學(xué)和放學(xué)的時間段，針對學(xué)生流和時間段密集的時間，可以通過脈沖開關(guān)對交通燈作出相應(yīng)的調(diào)整。
　　傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個方向紅綠燈的延時預(yù)告設(shè)置好，這個設(shè)定很長時間不會改變。然而實(shí)際上交通流量的變化往往是不確定的，有很多路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行適用的方案，可仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象:綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展現(xiàn)狀，需要有一種能夠及時根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰好在這方面具有的優(yōu)勢。此系統(tǒng)就是應(yīng)用編程序控制器（PLC）對十字路口交通控制燈實(shí)現(xiàn)模糊控制。此控制系統(tǒng)的輸入量是指十字路口各方向上車輛數(shù)的動態(tài)變化。具體由傳感器采集數(shù)據(jù)后送入可編程序控制器在十字路口的四個方向（E、S、W、N）的近端J（斑馬線附近）和遠(yuǎn)端Y（距斑馬線約100米處）各設(shè)置一個傳感器，分別統(tǒng)計(jì)通過該處的車輛數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)模糊控制，需要將綠燈時間分為兩部分:其一是固定的10s作為路口車輛狀態(tài)參數(shù)的采集時間t1；其二是根據(jù)兩個方向車輛流量變化進(jìn)行模糊決策的延時t2。然后通過傳感器采集后的排隊(duì)等候的車輛數(shù)送往PLC進(jìn)行模糊推理運(yùn)算得出延遲時t2，最后由t1和t2來實(shí)現(xiàn)對十字路口車流量的靈活控制。經(jīng)過這樣處理就能實(shí)時的對路口進(jìn)行監(jiān)測并有效管理了。［4］
　　因?yàn)榛赑LC的交通控制系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況，及時更改控制程序，優(yōu)化道路資源的配置。所以能適應(yīng)當(dāng)下的復(fù)雜道路狀況，應(yīng)用范圍將更加廣泛。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］張洪濤主編.PLC應(yīng)用技術(shù).
　　［2］廖長出.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.
　　［3］胡漢文，張鑫主編.電氣控制與PLC.案例教程.
　　［4］王整風(fēng)，謝云敏主編.可編程控制器原理與實(shí)踐教程.