基于三菱PLC的城市十字路口交通燈控制系統

李斯婷

摘 要：本文利用三菱公司的FX2N系列的可編程控制器，設計了一種用PLC控制的城市十字路口交通信號燈控制系統，來實現交通信號燈的自動控制。文中根據交通燈控制系統的控制要求，闡述了整個系統軟硬件的設計過程。經過上機仿真、實踐后的結果表明，該系統設計方案合理，可靠性高，達到預期目標，效果良好。

關鍵詞：十字路口交通燈 PLC 程序設計

為了實現交通道路的科學管理，本系統力求實現交通管理的先進性、科學化，并結合PLC可靠性高、抗干擾能力強、硬件配套齊全、功能完善、適用性強、容易改造、體積小、重量輕、能耗低等特點，采用可編程控制器設計交通燈管制的控制系統。實踐證明該系統實現簡單、經濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。筆者結合路口交通的實際情況，闡述了交通燈控制系統的設計方案與實現方法，給出了一種簡單實用的PLC城市交通燈控制系統的設計方案。

一、PLC功能

該系統選用中檔PLC進行控制。PLC最基本、最廣泛的應用領域就是開關量的邏輯控制，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。即使用PLC步進控制中的選擇流程順序控制來實現。

現代PLC還具有數學運算、數據傳送、數據轉換、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。此交通燈控制系統也大量地利用了PLC的數據處理功能。

二、傳感器的選用

在系統中，我們選用了電感式傳感器進行闖紅燈車輛檢測，如圖1所示。

圖1 測量基本原理

當每經過一輛汽車時，傳感器就輸出一次直流電壓U，該直流電壓用于觸發驅動控制器件，從而達到非接觸式檢測的目的，如圖2所示。

圖2 傳感器檢測原理框圖

1.傳感器的選用

根據系統對傳感器的要求，考慮到選用的傳感器需要檢測的范圍較大，還需要預埋入地下，而且要采用脈沖輸出的特點，我們選用了西普E210M-D90NK長距離接近開關。參數：直流電壓10～30V、輸出電流200mA、頻率15Hz、額定動作距離90mm。

2.傳感器的鋪設

要在每個車道的闖紅燈警戒線處鋪設傳感器。

三、交通燈控制電路的設計

1.交通燈功能分析

（1）啟動、停止功能。

（2）手動/自動工作模式選擇功能。利用轉換開關進行工作模式的切換。

自動功能：按下啟動按鈕，所有的交通燈自動按照預定時序循環運行工作。

手動功能：在特殊情況，如遇特殊車輛（軍用車、消防車等）需強制通行，則可利用此功能。要分別設置南北方向強制通行與東西方向強制通行兩個按鈕。

（3）車輛闖紅燈攝像啟動功能。不論是東西方向還是南北方向，當紅燈亮時，一旦有車輛闖紅燈，系統馬上啟動攝像功能，記錄下闖紅燈的車輛。

2.正常時序情況

技術要點分析如下。

（1）信號燈分類。交通路面信號燈分為兩大類：主干道和人行道。分為兩大方向：東西方向和南北方向。

（2）時間控制。在主干道和人行道中，東西、南北方向的紅、黃、綠三種信號燈的時間控制應非常準確。在主干道中，閃爍提醒部分均需設置為周期為2s、占空比為50%的閃爍控制，閃爍3次，共需6s。在人行道中，因為人們行走速度較車輛行駛速度慢，所以閃爍時間相對較長，閃爍提醒部分需設置周期為2s、占空比為50%的閃爍控制，閃爍10次，共需20s。

（3）除了各方向的機動車道和人行道的信號燈控制外，還需設置四個右轉彎黃燈的信號控制。在啟動交通燈控制系統后，四個右轉彎黃燈始終閃爍，一方面始終允許車輛右轉彎，另一方面，提醒車輛，前方有人行道，需慢行通過。閃爍控制：周期為2s、占空比為50%。輸出繼電器分配為：Y14、Y15、Y16、Y17。

3.急車強通情況

在手動工作模式下，有南北強制通行與東西強制通行兩個按鈕。此功能用于特殊情況，如遇特殊車輛（軍用車、消防車等）需強制通行的狀況。

按下南北強制通行按鈕，主干道中的東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮；人行道中的東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮。

按下東西方向強制通行按鈕，主干道中的東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮；人行道中的東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮。

4.攝像啟動情況

在主干道中設置4個傳感器，用于感應在紅燈亮時，車輛有無越過規定界線，若傳感器感應到有車輛通過，則立刻啟動攝像系統進行拍攝。

5.PLC的I/O分配情況（表1、表2）

表1 輸入信號分配表

作用 輸入繼電器 作用 輸入繼電器

啟動 X0 南北方向傳感器1 X5

停止 X1 東西方向傳感器1 X6

手動/自動轉換開關 X2 南北方向傳感器2 X7

南北強制通行 X3 東西方向傳感器2 X10

東西強制通行 X4

表2 輸出信號分配表

作用 輸出繼電器 作用 輸出繼電器

主干道東西左轉彎燈 Y0 四個方向

右轉彎

黃燈 Y14

主干道東西綠燈 Y1 Y15

主干道東西黃燈 Y2 Y16

主干道東西紅燈 Y3 Y17

主干道南北紅燈 Y4 四個

攝像系統

啟動信號 Y20

主干道南北左轉彎燈 Y5 Y21

主干道南北綠燈 Y6 Y22

主干道南北黃燈 Y7 Y23

人行道東西綠燈 Y10

人行道東西紅燈 Y11

人行道南北紅燈 Y12

人行道南北綠燈 Y13

6.PLC選型

結合PLC功能、交通燈功能以及PLC的I/O分配情況，此系統選擇日本三菱公司的FX2N-48MR PLC進行設計。

7.程序編制、仿真、調試情況

（1）程序調試、仿真。程序調試采用廣東三向教學儀器制造有限公司的SX-608D設備平臺。在此平臺上進行程序的調試及輸出信號的仿真，成功實現了交通燈系統的所有功能。

（2）系統調試。系統調試的技術要點為兩個裝置的位置調試。第一，傳感器的鋪設深度。傳感器鋪設在地底，離地面約10cm處。第二，電子攝像機的安裝位置。攝像機的位置和角度應調整在能夠清晰地拍攝到闖紅燈車輛的位置。

四、難點總結

第一，交通燈系統的總體功能設計。要包括各方向的主干道及人行道的各種信號燈的輸出時間的控制、輸出繼電器的分配、狀態繼電器的分配、定時器的分配、計數器的分配。

第二，手動控制與自動控制兩種工作模式的切換，以及手動狀態下實現兩個方向的強制通行。

第三，闖紅燈記錄系統。在紅燈亮的情況下，對應的傳感器有信號輸入，對應的攝像系統馬上啟動，進行拍攝。

城市十字路口過去采用環形圓島疏導交通，現在采用十字路口交通燈系統后，交通狀況大大改善，車輛及行人過往更為有序，交通事故大大減少。同時，由于PLC的現場環境適應性強，抗粉塵能力強，運行穩定，所以此系統故障率較低，大大減少了維修次數、時間及維修成本，有較強的實用性。