基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃谷平　徐亮

摘 要：隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)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(tǒng)，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(shè)計(jì)。由于PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富，可對(duì)目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制，特別對(duì)多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：交通燈；PLC；S7-200

1 研究背景

在現(xiàn)代城市中，隨著人口和汽車的急劇增長(zhǎng)，市區(qū)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(huì)由于混亂而造成嚴(yán)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(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)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(tǒng)的交通信號(hào)燈控制一般采用電子線路和繼電器實(shí)現(xiàn)。

2 PLC介紹及其發(fā)展

2.1 PLC概述

PLC的最大特點(diǎn)在于：電氣工程師已不再電氣的硬件上花費(fèi)太多的心計(jì)，只要將按鈕開關(guān)或感應(yīng)器的輸入點(diǎn)連接到PLC的輸入點(diǎn)上就能解決問題，通過輸出點(diǎn)連接接觸器或繼電器來控制大功率的啟動(dòng)設(shè)備，而小功率的輸出設(shè)備直接連接就可以。PLC之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，還有許多適合工業(yè)控制的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題，一下是其主要特點(diǎn)。

（1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；

（2）編程簡(jiǎn)單，易于掌握；

（3）設(shè)計(jì)、安裝容易、維護(hù)工作量少；

2.2 PLC的組成及結(jié)構(gòu)

PLC專為工業(yè)場(chǎng)合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要由CPU、電源、存儲(chǔ)器、專門設(shè)計(jì)的I/O接口電路、外部設(shè)備和I/O擴(kuò)展模塊等組成。

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

（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(zhí)行過程中需調(diào)用的各種開關(guān)量（狀態(tài)量）、數(shù)字量和模擬量等各種外部信號(hào)或設(shè)定量，都通過輸入電路進(jìn)入PLC，而程序執(zhí)行結(jié)果又通過輸出電路送到控制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)外部控制功能。不同的是，PLC產(chǎn)品的I/O單元是顧及其工作環(huán)境和各種要求而經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和制造的。因此其可靠性，抗干擾能力都有比較高的質(zhì)量。

2.3 PLC的交通燈控制設(shè)計(jì)目的。

利用可編程控制器交通燈控制系統(tǒng)集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中，可縮短車輛通行等候時(shí)間。實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。對(duì)于交通燈的設(shè)計(jì)提供了極大的便利。

2.4 PLC交通燈控制系統(tǒng)基本原理

根據(jù)現(xiàn)實(shí)我國(guó)的交通狀況分析以及要實(shí)現(xiàn)的基本功能，控制流程如下：

（1）信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始正常工作，且先南北紅燈亮，而后東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈熄滅。

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

（4）上述信號(hào)燈狀態(tài)周而復(fù)始。

2.5 PLC交通燈控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）急車強(qiáng)通控制。急車強(qiáng)通控制即急車強(qiáng)通信號(hào)受急車強(qiáng)通開關(guān)控制。無急車時(shí)，信號(hào)燈按正常時(shí)序控制。有急車來時(shí)，將急車強(qiáng)通開關(guān)接通，強(qiáng)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(qiáng)通開關(guān)斷開，信號(hào)燈的狀態(tài)立即恢復(fù)到按正常時(shí)序控制。

（2）車流量監(jiān)控。利用該功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車流量的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)車流量情況對(duì)綠燈進(jìn)行延時(shí)或減時(shí)。具體如下：首先在PLC 交通燈控制系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置正常情況下紅綠黃燈顯示的時(shí)間，還要設(shè)置，超過一定車輛數(shù)量后，綠燈延時(shí)的時(shí)間和車數(shù)量小于某一臨界值時(shí)，綠燈減小的時(shí)間。例如，當(dāng)遠(yuǎn)端傳感器監(jiān)測(cè)到某兩方向有“車輛排隊(duì)現(xiàn)象”，會(huì)將“車輛排隊(duì)現(xiàn)象”傳送給PLC 系統(tǒng)。PLC 系統(tǒng)根據(jù)接收到的信息和另外兩方向的車輛情況進(jìn)行運(yùn)算，決定綠燈是否延時(shí)或延時(shí)的時(shí)間。

3 結(jié)論

在十字路口相應(yīng)的位置預(yù)埋傳感線圈，對(duì)此路段上的車流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)車流量的變化，改變綠燈的控制時(shí)間，可以實(shí)時(shí)地對(duì)綠燈資源進(jìn)行合理調(diào)配，提高十字路口的通行能力。本次傳感器與plc相結(jié)合，以車輛等待綠燈的滯留數(shù)來確定該方向是否繁忙。如以南北向?yàn)槔?，每?dāng)車輛進(jìn)入十字路口必先經(jīng)過檢測(cè)器，檢測(cè)器就會(huì)發(fā)出2個(gè)脈沖給PLC，PLC對(duì)檢測(cè)器計(jì)數(shù)就可得到車輛進(jìn)入候車入口的總數(shù)和Y。車輛繼續(xù)往前就會(huì)經(jīng)過檢測(cè)器，同樣檢測(cè)器也會(huì)發(fā)出2個(gè)脈沖給PLC，PLC對(duì)檢測(cè)器脈沖的計(jì)數(shù)就會(huì)得到車輛駛出候車入口的總數(shù)和X，那么Y（進(jìn)入總量）-X（駛出總量）=Z1南北向車輛滯留數(shù)），同樣，東西方向，PLC通過對(duì)檢測(cè)器脈沖的計(jì)數(shù)就可得到滯留量Z2。

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