基于三菱PLC的交通燈控制系統(tǒng)

摘要隨著社會的發(fā)展和進步，交通事業(yè)得以蓬勃發(fā)展，交通安全管理特別是十字路口的安全管理一直是人們談?wù)摰脑掝}。所以現(xiàn)今十字路口交通控制器系統(tǒng)的發(fā)展方向所需要的控制系統(tǒng)優(yōu)點是體積小、功耗小、可靠性高、調(diào)節(jié)靈活、多功能、實現(xiàn)簡單、使用靈活方便。現(xiàn)代基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計成功對于實現(xiàn)我國交通管理的現(xiàn)代化、自動化、智能化具有重要意義。

中圖分類號:TP27文獻標識碼:A

隨著我國正在進行的現(xiàn)代化建設(shè)，交通事業(yè)得以蓬勃發(fā)展，交通安全管理也成了人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。各個城市的建設(shè)發(fā)展增快使得交通問題日益嚴重，主要體現(xiàn)路口的車輛增多，人群流動的頻繁以及路面的狹窄，這都造成了交通的堵塞，在此基礎(chǔ)上還要使車輛和人群安全快速的通過路口。所以基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計成功對于實現(xiàn)我國交通管理的現(xiàn)代化、自動化、智能化具有重要意義。

1 PLC控制系統(tǒng)簡介

1.1 PLC的定義

可編程控制器是在繼電器控制技術(shù)和計算機控制技術(shù)的基礎(chǔ)上為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造并迅速發(fā)展起來的。早期的可編程控制器稱做可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡稱 PLC)它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯運算、計數(shù)、定時等功能。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置除了邏輯控制的范圍，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、通信與聯(lián)網(wǎng)等各種強大的功能，因此，現(xiàn)在這種裝置被稱做可編程控制器(Programmable Controller，簡稱 PC)。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，仍將可編程控制器簡稱為 PLC。

1.2 PLC的特點

(1)可靠性高。在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。

(2)控制功能強，易操作。

(3)編程方便易學(xué)。第一編程語言(梯形圖)是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似，非常適合現(xiàn)場人員學(xué)習(xí)。

(4)可用于惡劣的工作環(huán)境。

(5)與外部設(shè)備連接方便。

(6)體積小、重量輕、功耗底。

(7)性價比高。

(8)模塊化結(jié)構(gòu)，擴展能力強。

(9)維修方便，功能更靈活。

可編程控制器是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計的控制設(shè)備，它的體積小，功能完善，抗干擾性能強，將機械與電氣部件有機地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起，因此它已是當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人、過程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。

1.3 PLC的工作過程

PLC通電后，系統(tǒng)就開始串行掃描，在程序監(jiān)控下，按照一定的順序?qū)ζ鋬?nèi)部的每個任務(wù)進行查詢，判斷，再分別執(zhí)行，每次執(zhí)行一次就是一個掃描周期，利用這種工作方式，可以將程序簡化，增強其系統(tǒng)的安全可靠性，這樣可以避免出現(xiàn)死循環(huán)。

小型可編程控制器工作過程主要分為以下幾個階段:(1)公共處理階段:此階段主要是硬件設(shè)備、I/O總線、用戶程序存儲器、內(nèi)部存儲器的檢查和內(nèi)部寄存器的清零、定時器預(yù)置等。(2)執(zhí)行用戶程序:從第一條指令開始，逐條解釋執(zhí)行每一條，結(jié)果存入輸出狀態(tài)暫存區(qū)，直到出現(xiàn)END指令，結(jié)束程序。(3)I/O刷新:此階段主要是CPU將實際輸入端的狀態(tài)讀入輸入狀態(tài)暫存區(qū)，將輸出狀態(tài)暫存區(qū)的值傳送到輸出端口。(4)外部端口服務(wù):此階段主要是檢查外部端口設(shè)備，與外部端口交換信息。

1.4 PLC的主要功能

目前生產(chǎn)的PLC概括起來主要具備以下幾項功能:(1)條件控制:此功能是程序執(zhí)行時，可加互鎖控制，例如電機正轉(zhuǎn)時，不能執(zhí)行反轉(zhuǎn)。(2)限時控制:此功能可以使任意工序在設(shè)備通電后，通過定時器經(jīng)過延時再執(zhí)行后續(xù)的程序，即執(zhí)行下一個工序，相當(dāng)于時間繼電器。(3)計數(shù)控制:此功能是統(tǒng)計某一命令執(zhí)行的次數(shù)，只有執(zhí)行到要求的次數(shù)后才能執(zhí)行下一工作。例如工作臺上所計的產(chǎn)品到達一定數(shù)量后才能封箱。(4)模擬量運算:有些PLC具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，能完成對模擬量的檢測、控制和調(diào)節(jié)。(5)數(shù)據(jù)處理:有些PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。(6)通訊和聯(lián)網(wǎng):有些PLC具有通訊功能。

2 交通信號控制系統(tǒng)分析

2.1 普通模式

交通信號燈受PLC電源控制，PLC上電后系統(tǒng)就開始工作;先南北方向的紅色信號燈亮30s，同時東西方向的綠色信號燈常亮25s;之后東西綠色信號燈閃爍，綠色信號燈閃爍周期為1s(亮0.5s，滅0.5s);綠色信號燈閃爍3次后熄滅，東西方向的黃色信號燈亮2s;2s后，東西方向的黃色信號燈滅，東西紅色信號燈亮，同時南北紅色信號燈熄滅，南北綠色信號燈亮;東西紅色信號燈亮30s，南北綠色信號燈亮25s，之后南北綠色信號燈閃爍3次后熄滅，南北黃色信號燈亮2s;2s后，南北黃色信號燈滅，南北紅色信號燈亮，同時東西紅色信號燈滅，東西綠色信號燈亮，開始第二周期的動作。以后周而復(fù)始地循環(huán)。當(dāng)PLC斷電時，所有信號燈熄滅。

2.2 夜間模式

在晚上車流量較少時，打開夜晚模式，使雙向黃燈閃提醒車輛慢行，雙向都可通過。

2.3 強通模式

此模式受急通車輛的強通信號開關(guān)控制，沒有急需通過的車輛時，交通系統(tǒng)按照普通模式運行，一旦有急需通過的車輛，例如急救車，消防車，按下強通控制開關(guān)，交通信號燈就會讓急需通過的車輛先行，將急需通過的車輛方向變成綠燈，直到此車通過后，再將此方向的控制開關(guān)斷開，這時，會將令一方向的綠燈供電，原急車方向變?yōu)榧t燈，再按普通模式運行，如果兩個方向都有急需通過的車輛，則是先接通一個方向的車，當(dāng)此方通過后，再響應(yīng)另外一方。

3 交通燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 I/O地址分配

根據(jù)控制要求可知，該系統(tǒng)需要3個輸入點和6個輸出點。這里用一個輸入點驅(qū)動兩盞信號燈，如果PLC輸出點的輸出電流不夠大，可以用一個輸出點驅(qū)動一盞信號燈，也可以在PLC輸出端增設(shè)中間繼電器，由中間繼電器再去驅(qū)動信號燈。

3.2 硬件接線圖

根據(jù)要求及I/O分配可得硬件接線如圖所示:

3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

此系統(tǒng)的軟件設(shè)計可以采用兩種方案:一種是使用基本指令，根據(jù)功能時序圖，使用8個定時器來實現(xiàn)時間的控制，其中綠色信號燈閃爍的秒脈沖可以使用三菱的特殊繼電器M8013來實現(xiàn)，其中定時器由一個控制下一個的接通，實現(xiàn)時序的控制，在普通模式的基礎(chǔ)上，添加另外兩種模式的控制，比較容易實現(xiàn)。另一種就是使用步進指令，這樣控制程序思路非常清晰，但是特別要注意強通模式的控制。

將PLC應(yīng)用于交通系統(tǒng)的控制和監(jiān)控，有非常多的優(yōu)越性，特別是其對環(huán)境較強的適應(yīng)能力和其內(nèi)部資源豐富的定時器，能夠?qū)ΜF(xiàn)在我國使用的交通信號燈實現(xiàn)比較精準的控制，其配套的組態(tài)系統(tǒng)也能夠?qū)煌ㄟM行很好的監(jiān)控管理，介于PLC良好的聯(lián)網(wǎng)和通訊功能，可以將整個城市的信號燈組網(wǎng)實現(xiàn)統(tǒng)一的管理和調(diào)度，并且能夠?qū)嵤┮粋€城市的交通幾個人管理，節(jié)省了資源，更加科學(xué)。

我國人口眾多，交通道路擁擠已嚴重制約經(jīng)濟快速持續(xù)發(fā)展，影響人們的日常生活。本系統(tǒng)作為城市十字路口交通信號的控制系統(tǒng)，為我國“智能交通系統(tǒng)”全面開發(fā)提供了有利的支持，具有一定的實踐價值。

參考文獻

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