基于PLC的交通燈控制系統設計

黃谷平　徐亮

摘 要：隨著科技的發展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現代工業中的作用更加突出。本文主要探討基于PLC的交通燈控制系統，主要基于西門子公司的一種小型的可編程序控制S7-200來設計。由于PLC具有對使用環境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實現。

關鍵詞：交通燈；PLC；S7-200

1 研究背景

在現代城市中，隨著人口和汽車的急劇增長，市區交通日益擁擠，要是沒有紅綠燈作為指揮工具，恐怕川流不息的汽車就會由于混亂而造成嚴重阻塞。因此，交通燈是交管部門管理城市交通的重要工具之一。隨著社會經濟的發展，城市交通問題越來越引起人們的關注。交通信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。而傳統的交通信號燈控制一般采用電子線路和繼電器實現。

2 PLC介紹及其發展

2.1 PLC概述

PLC的最大特點在于：電氣工程師已不再電氣的硬件上花費太多的心計，只要將按鈕開關或感應器的輸入點連接到PLC的輸入點上就能解決問題，通過輸出點連接接觸器或繼電器來控制大功率的啟動設備，而小功率的輸出設備直接連接就可以。PLC之所以高速發展，除了工業自動化的客觀需要外，還有許多適合工業控制的獨特優點，它較好地解決了工業控制領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題，一下是其主要特點。

（1）可靠性高、抗干擾能力強；

（2）編程簡單，易于掌握；

（3）設計、安裝容易、維護工作量少；

2.2 PLC的組成及結構

PLC專為工業場合設計，采用了典型的計算機結構，由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要由CPU、電源、存儲器、專門設計的I/O接口電路、外部設備和I/O擴展模塊等組成。

（1）中央處理單元（CPU）。PLC的CPU與通用微機的CPU一樣，是PLC的核心部分，它按PLC中系統程序賦予的功能，接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據。

（2）輸入/輸出單元（I/O單元）。I/O單元又稱為I/O接口電路。PLC程序執行過程中需調用的各種開關量（狀態量）、數字量和模擬量等各種外部信號或設定量，都通過輸入電路進入PLC，而程序執行結果又通過輸出電路送到控制現場實現外部控制功能。不同的是，PLC產品的I/O單元是顧及其工作環境和各種要求而經過精心設計和制造的。因此其可靠性，抗干擾能力都有比較高的質量。

2.3 PLC的交通燈控制設計目的。

利用可編程控制器交通燈控制系統集成自動控制技術、計量技術、新傳感器技術、計算機管理技術于一體的機電一體化產品；充分吸收了分散式控制系統和集中控制系統的優點，采用標準化、模塊化、系統化設計，配置靈活、組態方便。將PLC應用于交通燈系統中，可縮短車輛通行等候時間。實現科學化管理。對于交通燈的設計提供了極大的便利。

2.4 PLC交通燈控制系統基本原理

根據現實我國的交通狀況分析以及要實現的基本功能，控制流程如下：

（1）信號燈受一個啟動開關控制，當啟動開關接通時，信號燈系統開始正常工作，且先南北紅燈亮，而后東西綠燈亮。當啟動開關斷開時，所有信號燈熄滅。

（2）南北紅燈亮維持25s，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持20s。到20s 時，東西綠燈閃亮，閃亮3s后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持2s。到2s 時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮；同時南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。

（3）東西紅燈亮維持30s，南北綠燈亮維持25s，然后閃亮3s，熄滅；同時南北黃燈亮，維持2s 后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。

（4）上述信號燈狀態周而復始。

2.5 PLC交通燈控制系統的優點

（1）急車強通控制。急車強通控制即急車強通信號受急車強通開關控制。無急車時，信號燈按正常時序控制。有急車來時，將急車強通開關接通，強制讓急車來車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通過為止。急車一過，將急車強通開關斷開，信號燈的狀態立即恢復到按正常時序控制。

（2）車流量監控。利用該功能可以實現對車流量的監測，并根據車流量情況對綠燈進行延時或減時。具體如下：首先在PLC 交通燈控制系統中進行設置，設置正常情況下紅綠黃燈顯示的時間，還要設置，超過一定車輛數量后，綠燈延時的時間和車數量小于某一臨界值時，綠燈減小的時間。例如，當遠端傳感器監測到某兩方向有“車輛排隊現象”，會將“車輛排隊現象”傳送給PLC 系統。PLC 系統根據接收到的信息和另外兩方向的車輛情況進行運算，決定綠燈是否延時或延時的時間。

3 結論

在十字路口相應的位置預埋傳感線圈，對此路段上的車流量進行統計，并根據車流量的變化，改變綠燈的控制時間，可以實時地對綠燈資源進行合理調配，提高十字路口的通行能力。本次傳感器與plc相結合，以車輛等待綠燈的滯留數來確定該方向是否繁忙。如以南北向為例，每當車輛進入十字路口必先經過檢測器，檢測器就會發出2個脈沖給PLC，PLC對檢測器計數就可得到車輛進入候車入口的總數和Y。車輛繼續往前就會經過檢測器，同樣檢測器也會發出2個脈沖給PLC，PLC對檢測器脈沖的計數就會得到車輛駛出候車入口的總數和X，那么Y（進入總量）-X（駛出總量）=Z1南北向車輛滯留數），同樣，東西方向，PLC通過對檢測器脈沖的計數就可得到滯留量Z2。

參考文獻

[1]崔玉珍.PLC技術在“十字路口交通燈控制”中的應用[J].科

技傳播，2011，（11）.

[2] 趙靜. 十字路口交通燈的PLC控制設計[J]. 海峽科學2013，10.