PLC在交通信號(hào)控制中的應(yīng)用

張立明

（昆明學(xué)院，云南昆明，650214）

1 概述

PLC技術(shù)是由傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)與微處理器編程技術(shù)結(jié)合發(fā)展而來的一種工業(yè)控制技術(shù)。相較于以往的繼電器控制，基于PLC的控制方式可以執(zhí)行更加復(fù)雜的程序，完成更加復(fù)雜的任務(wù)。PLC是基于數(shù)字運(yùn)算操作的一種微型電子系統(tǒng)，目前在很多工業(yè)生產(chǎn)中，PLC這種控制器都有著廣泛的應(yīng)用。PLC的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也非常多，例如具有較強(qiáng)的可靠性，能夠適應(yīng)不同程度的各種干擾，在編程、開發(fā)以及維護(hù)中也具有較好的便捷性?，F(xiàn)階段，在很多領(lǐng)域PLC都發(fā)揮著重大作用，例如閉環(huán)過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理以及邏輯開關(guān)量控制等等，可以說在工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程中，PLC占據(jù)著十分重要的地位。

2 PLC在交通信號(hào)控制中的具體應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)需求分析

交通信號(hào)燈是交通信號(hào)控制的關(guān)鍵，而將PLC應(yīng)用于交通信號(hào)燈控制并進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)對(duì)以下幾方面需求予以考慮與分析。

第一，正常時(shí)序控制需求。交通信號(hào)燈的使用應(yīng)滿足以下要求：首先， PLC交通信號(hào)燈的指示方向，即紅綠燈的指標(biāo)應(yīng)維持在正常范圍，方向不能發(fā)生錯(cuò)誤；其次，信號(hào)燈的指示時(shí)間應(yīng)維持在正常范圍；再者，信號(hào)燈閃爍時(shí)應(yīng)在南北與東西兩個(gè)大方向上有一定的間隔時(shí)間；此外，信號(hào)燈閃爍的顏色應(yīng)隨著南北與東西兩個(gè)大方向變換而變換。

第二，急車強(qiáng)通控制需求。關(guān)于急車強(qiáng)通控制的需求，具體涉及到以下幾方面，在設(shè)計(jì)PLC元件時(shí)，應(yīng)分為有急車與無急車兩種情況。前者應(yīng)該按照正常控制開關(guān)控制信號(hào)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并以正常時(shí)序運(yùn)行信號(hào)燈。如果為后者，那么應(yīng)按照急車強(qiáng)通開關(guān)控制進(jìn)行設(shè)計(jì)；其次，在接通急車強(qiáng)通開關(guān)的過程中，紅燈與綠燈應(yīng)分別閃爍于車來與非車來方向，并且在車來方向通過急車之后，信號(hào)燈應(yīng)按照正常時(shí)序進(jìn)行變換。

第三，模糊控制設(shè)計(jì)需求。首先，必須精密設(shè)計(jì)好準(zhǔn)確可靠的車流量檢測(cè)裝置，再根據(jù)交通路口的流量分布情況，對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行合理設(shè)計(jì)；其次，應(yīng)按照南北、東西方向?qū)煌房趧澐植⑦M(jìn)行模糊判斷；再者，每個(gè)方向的車流控制都應(yīng)按照直行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎進(jìn)行設(shè)計(jì)。在直行與左轉(zhuǎn)彎控制區(qū)域，都應(yīng)設(shè)置信號(hào)檢測(cè)器；此外，每個(gè)路口存在兩個(gè)相對(duì)方向，在設(shè)計(jì)中應(yīng)將其數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。

第四：前、后十字路口信號(hào)燈之間的有效通行銜接需求。

2.2 系統(tǒng)配置

根據(jù)基于PLC的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，考慮前后十字路口的銜接及交通大數(shù)據(jù)管理的發(fā)展要求，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上應(yīng)采取“計(jì)算機(jī)+PLC”的上下位機(jī)雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在硬件配置上，要預(yù)留上位計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)、下位PLC機(jī)RS-485網(wǎng)的接口或模塊！應(yīng)按照I/O設(shè)計(jì)要求，合理選擇PLC外部接線，并充分考慮工作現(xiàn)場惡劣氣候條件下的抗干擾問題。在軟件配置上，可采用觸摸屏或組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能,采用各型號(hào)的PLC編程軟件實(shí)時(shí)控制信號(hào)燈。

2.3 設(shè)計(jì)程序

首先，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)律，設(shè)計(jì)程序應(yīng)對(duì)以下方面予以綜合考慮：遵循系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律；遵循信號(hào)燈時(shí)間變化規(guī)律；系統(tǒng)屬于自動(dòng)轉(zhuǎn)換，很少人工干預(yù)；應(yīng)盡量減少PLC的I/O點(diǎn)。

其次，由于輸出端只存在信號(hào)指示，因此在設(shè)計(jì)前，要確定路口指示燈的數(shù)量。并且在設(shè)計(jì)基于PLC的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的過程中，設(shè)計(jì)方法應(yīng)從穩(wěn)定性、可靠性、可編程性等方面入手。

此外，關(guān)于LED設(shè)備的安裝問題，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：保證元件之間的兼容性；為提高維護(hù)的便捷性，在選擇支架時(shí)應(yīng)對(duì)其絕緣性能予以考慮；在選擇LED燈時(shí)，應(yīng)考慮其壽命與返修率；在安裝過程中，要考慮安裝位置即周邊環(huán)境；如果信號(hào)燈周邊有高壓線路，應(yīng)對(duì)設(shè)備采取足夠保護(hù)措施。

2.4 調(diào)試與測(cè)試

關(guān)于基于PLC的交通信號(hào)控制燈的調(diào)試工作，應(yīng)從以下幾點(diǎn)入手：觸摸屏或上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì),編輯PLC控制程序功能圖或梯形圖程序；編譯PLC控制程序源代碼；下載PLC程序并進(jìn)行調(diào)試；西門子PLC采用STEP-7 Micro/WIN軟件，或三菱PLC采用GX-Developer軟件,基于此運(yùn)行PLC控制程序。

關(guān)于調(diào)試方法，主要涉及到以下幾點(diǎn)：第一，模糊算子調(diào)試可以選擇分段的形式；第二，在PLC調(diào)試過程中，由于實(shí)際信號(hào)輸入并不存在，因此可以采用模擬數(shù)據(jù)，并對(duì)內(nèi)存的地址變量進(jìn)行賦值；第三，在聯(lián)合調(diào)試時(shí)，應(yīng)按照先主后次的順序完成。如果發(fā)生了內(nèi)存地址沖突，那么應(yīng)及時(shí)清理掉內(nèi)存變量。

在測(cè)試PLC交通信號(hào)控制系統(tǒng)性能的過程中，主要涉及到硬件與軟件兩個(gè)方面。待穩(wěn)定性達(dá)到要求后，則開始模擬實(shí)際工作條件，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試應(yīng)按照以下條件進(jìn)行：信號(hào)燈連續(xù)運(yùn)行超過100d；不定時(shí)輸入車流量，對(duì)系統(tǒng)各部分內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試；模擬不同的不利條件。

在設(shè)計(jì)PLC交通信號(hào)控制系統(tǒng)時(shí)，選擇IEC61131-3，究其原因，主要有以下幾點(diǎn)：在全球范圍內(nèi)，IEC61131-3為唯一一款合格的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且處于領(lǐng)先地位；在控制系統(tǒng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，IEC61131-3也在其范疇內(nèi)；在全球范圍內(nèi)，IEC61131-3的應(yīng)用規(guī)模龐大，約有200家廠家按照IEC61131-3的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)PLC；IEC61131-3具有較強(qiáng)的適用性，在諸多領(lǐng)域都有所應(yīng)用，例如系統(tǒng)集成中的集散控制系統(tǒng)、小規(guī)?？删幊逃?jì)算機(jī)控制、電子設(shè)備集成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等等。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)PLC的具體應(yīng)用進(jìn)行了探討與分析。在基于PLC的交通信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基本控制器選擇S7-200PLC或FX系列PLC均可，同時(shí)考慮了軟件與硬件需求。考慮到實(shí)際情況，針對(duì)PLC交通信號(hào)等的時(shí)序、PLC編程以及時(shí)序控制等方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了探討。