基于PLC的交通燈智能控制系統探究

摘 要：紅綠燈是交通疏導的最常見和最有效方式，要在車多、人多、道路少的當今道路狀況下更好地發揮交通疏導的作用，采用有效的方法優化交通燈勢在必行。可編程控制器（PLC）因其結構緊湊，使用方便，具有很強的適應性等優點，在交通燈控制領域應用廣泛，基于PLC的交通燈控制系統為解決目前交通擁堵指明了方向。

關鍵詞：PLC；交通信號燈；模糊控制

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

一、PLC的基本概念

PLC它是按照成熟而有效的繼電器控制概念和設計思想，利用不斷發展的新技術、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產品，是一種數字運算操作的專用電子計算機。隨著技術的發展，這種采用微型計算機技術的工業功能己經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式控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機的簡稱混淆，所以將可編程式控制器簡稱PLC。PLC可以理解為是一種由“事先存貯的程序”來確定控制功能的工控類計算機。

二、PLC的基本結構

PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：電源，中央處理單元（CPU），存儲器，輸入輸出界面電路，功能模塊，通信模塊。

三、PLC的工作原理

當PLC投入運行后，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。在整個運行期間，PLC的CPU以固定的掃描速度不間斷地重復上述三個階段。

（一）輸入采樣階段。PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應的單元內，這一過程稱為輸入采樣階段。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。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。

（二）用戶程序執行階段。在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而卜，由左到右的順序依次地掃描用戶程序，并進行邏輯運算然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。

在程序執行的過程中，如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。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別。

（三）輸出刷新階段。當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

四、十字路口交通燈控制實際情況描述

（1）南北方向綠燈和東西方向的不能同時亮；如果同時亮，應自動立即關閉信號燈系統，并立即發出報警信號；（2）系統工作后，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，結束一個工作和循環。

當交通燈系統啟動，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l1s，黃燈2s和紅燈14s、當南北主干道點亮紅燈時，東西主干道應依次點亮綠燈，綠燈閃亮，黃燈。反之，當東西主干道點亮紅燈時，南北主干道依次點亮綠燈，閃，黃燈。南北向和東西向行人道均設為通告綠燈和禁行。南北人行道通告應在南北主干道點亮綠燈時點亮，當南北主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時南北方向行人道綠燈也要對應閃亮，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亮時點亮，當東西主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時東西行人道綠燈也要對應閃亮，其他時間為紅燈。除此之外另設兩個功能：（1）盲人保護功能。使用l0個脈沖開關，可以實現在自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，當東西方向街的，盲人要過馬路時，按下脈沖開關，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秒恢復原來的控制系統。南北向脈沖開關對應東西向功能相同，另外2個脈沖開關可以用來控制車流量，當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，東西向主干道延長點亮時間到15s。東西向行人道也要對應延長；（2）學生保護功能。在學校上學和放學的時間段，針對學生流和時間段密集的時間，可以通過脈沖開關對交通燈作出相應的調整。

傳統的十字路口交通控制燈，通常是事先經過交通流量的調查，運用統計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預告設置好，這個設定很長時間不會改變。然而實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生很大的差異。即使過長期運行適用的方案，也仍然會發生這樣的現象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的，統計的方法己不能適應迅猛發展的現狀，需要有一種能夠及時根據流量變化情況自適應控制的交通燈、而模糊控制恰好在這方面具有的優勢。此系統就是應用編程式控制器（PLC）對十字路口交通控制燈實現模糊控制。此控制系統的輸入量是指十字路口各方向上車輛數的動態變化。具體由傳感器采集數據后送入可編程式控制器在十字路口的四個方向的近端（斑馬線附近）和遠端（距斑馬線約100米處）各設置一個傳感器，分別統計通過該處的車輛數。為了實現模糊控制，需要將綠燈時間分為兩部分：其一是固定的l0s作為路口車輛狀態參數的采集時間；其二是根據兩個方向車輛流量變化進行模糊決策的延時。然后通過傳感器采集后的排隊等候的車輛數送往PLC進行模糊推理運算得出延遲時，實現對十字路口車流量的靈活控制。經過這樣處理就能實時的對路口進行監測并有效管理了。

因為基于PLC的交通控制系統能夠根據實際情況，及時更改控制程序，優化道路資源的配置，所以能適應當下的復雜道路狀況，應用范圍將更加廣泛。

參考文獻：

[1]張洪濤.PLC應用技術[J/OL].

[2]廖常出.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3]胡漢文，張鑫.主電氣控制與PLC[J].案例教程，2002.