基于PLC的交通燈控制

聶秀珍

(山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系， 太原 030073)

引言

傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈控制一般采用電子線路和繼電器開展設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，故障率高,較難配增功能的變更。而可編程控制器(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)。特別是由PLC實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可方便地設(shè)置定時(shí)時(shí)間，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活等，并且有完善的自診斷和顯示功能，維修工作極為簡(jiǎn)單。由于PLC內(nèi)部均配有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，因此通過PLC控制可對(duì)交通燈實(shí)施全天無人化管理。另外因?yàn)镻LC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，所以可以將同一條道路上的交通燈組成局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可以縮短車輛等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。

1 交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

信號(hào)燈受啟動(dòng)及停止按鈕的控制，當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)閃爍；當(dāng)按下“停止”按鈕時(shí)，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信號(hào)燈都熄滅。

(1)控制要求

① 南北主干道： 綠燈亮20 s，綠燈閃3 s，黃燈亮2 s，紅燈亮 25 s；

② 南北人行道： 紅燈亮30 s，綠燈亮17 s， 綠燈閃3 s；

③ 東西主干道： 紅燈亮25 s，綠燈亮20 s， 綠燈閃3 s， 黃燈亮2 s；

④ 東西人行道： 綠燈亮17 s， 綠燈閃3 s， 紅燈亮30 s。

(2)正常循環(huán)控制方式。交通燈變化順序可表述如下(單循環(huán)周期50 s)：

① 南北向(列)和東西向(行)主干道均設(shè)有綠燈20 s，綠燈閃亮3 s，黃燈2 s和紅燈25 s。當(dāng)行駛在東西主干道時(shí)，南北主干道為紅燈，此時(shí)東西主干道會(huì)按照綠燈亮、綠燈閃、黃燈亮的順序設(shè)定循環(huán)；當(dāng)行駛于南北主干道時(shí)，東西主干道為紅燈，此時(shí)南北主干道會(huì)按照綠燈亮、綠燈閃、黃燈亮的順序確定循環(huán)；

② 南北和東西人行道都設(shè)有綠燈和紅燈，綠燈表示通行，紅燈表示禁行。其中，南北方向人行道的綠燈是在其主干道綠燈亮了3 s之后才開始點(diǎn)亮，17 s之后按照主干道的預(yù)定順序循環(huán)閃爍；同理，東西方向人行道的綠燈是在其主干道綠燈亮了3 s之后才開始點(diǎn)亮，17 s之后按照主干道的排定順序反復(fù)閃爍。

(3)急車強(qiáng)通控制方式

① 急車強(qiáng)通信號(hào)受急車強(qiáng)通開關(guān)控制。無急車時(shí)，按正常循環(huán)時(shí)序控制，有急車來時(shí)，將急車強(qiáng)通開關(guān)接通，不管原來信號(hào)狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車來車方向的綠燈亮，直到急車通過為止，將急車強(qiáng)通開關(guān)斷開，信號(hào)的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行方向的綠燈閃亮3次。隨后按正常時(shí)序控制；

② 急車強(qiáng)通信號(hào)只能響應(yīng)一路方向的來車，若2個(gè)方向先后駛來急車，則響應(yīng)先來的一方，隨后再響應(yīng)另一方。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 交通信號(hào)燈PLC的I/O的分配

本系統(tǒng)共使用了6個(gè)輸入端子，10個(gè)輸出端子。根據(jù)上述選型及控制要求，編制PLC控制交通燈的I/O接口功能表，I/O的分配具體則見表1所示。

表1 I/O分配表Tab. 1 The I/O allocation table

2.2 交通信號(hào)燈PLC控制硬件接線圖

根據(jù)上述選型及控制要求，繪制PLC控制交通燈的電路接線原理圖，該模擬交通信號(hào)燈分為南北和東西兩個(gè)方向，分別由綠、黃、紅三種顏色構(gòu)成。其中，COM端為交通燈的公共端。PLC的外部接線圖如圖1所示。

圖1 PLC的外部接線圖Fig. 1 The external wiring diagram of PLC

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，車道交通燈可以用并行序列來表示真實(shí)的工作情況。本次研究得到的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖Fig. 2 The state transition diagram of the system

4 系統(tǒng)檢測(cè)與調(diào)試

4.1 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試是利用基本的檢測(cè)儀器儀表，比如：萬用表、示波器等，檢查用戶硬件接線電路中存在的故障。

PLC硬件調(diào)試是利用萬用表，并對(duì)照外部硬件接線圖進(jìn)行硬件檢測(cè)，其中每一接入電路元件各端的接線口也需整合電路檢測(cè)處理，元件本身也要經(jīng)過萬用表的周密檢測(cè)，確保每一接入電路中的元件都是可用的設(shè)備。研究中，檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件檢測(cè)圖Fig. 3 The test diagram of system hardware

4.2 軟件調(diào)試

軟件調(diào)試是根據(jù)控制要求編寫PLC梯形圖，在確保接線電路無誤的情況下，將編寫后的程序?qū)懭隤LC中進(jìn)行軟件調(diào)試。出現(xiàn)錯(cuò)誤之后，用戶修改PLC梯形圖，如此反復(fù)調(diào)試，直到成功為止。

5 結(jié)束語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題引起了人們的高度重視與關(guān)注。傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈控制一般采用電子線路和繼電器構(gòu)建生成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，故障率高,較難達(dá)到功能的變更。本文選擇三菱可編程控制器FX2N為核心部件，著重研究了硬件接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)的學(xué)科門類成果集結(jié)設(shè)計(jì)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。而且，因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。同時(shí)，更多的研究則可見于將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)的探討研發(fā)中。PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號(hào)燈組成局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。

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