交通信號燈智能控制系統的設計

劉 心

三門峽技師學院，河南三門峽 472000

關鍵字：可編程序控制器；智能控制；梯形圖

我國城市道路的交通燈控制系統多數采用固定時序控制思路。產生“多等少”的弊端，對人力和物質資源造成浪費，且不利于環境保護。本文重點討論用PLC實現交通燈智能控制的設計方法。通過模糊控制的思路將思索過程中的控制經驗及推理過程納入系統自動控制當中，使交通信號燈的控制實現智能化。

1 系統的控制需求分析

根據城市交通路口的情況，本文主要探討采用PLC實現正常道路路口的時序控制、特殊車輛應急通過控制和車輛較少時的特殊控制。道路假設為支路和主道路。

1.1 正常道路路口的時序控制

控制系統采用一鍵啟動控制，系統啟動后進行循環工作。

主道路綠燈每次30s，支路綠燈每次亮20s，每次綠燈變紅燈時，黃燈應先亮5s。

（1）主道路綠燈亮30s，主道路30s結束時，綠燈轉黃燈，維持5s。在此期間，支路紅燈亮35s。

（1）主道路黃燈結束后，紅燈亮25s；支路綠燈亮20s，綠燈結束后黃燈亮，維持5s。

1.2 特殊車輛應急通過控制

當有緊急情況時，需緊急通車的道路亮綠燈，另外一個方向亮紅燈，緊急情況結束，繼續正常通行的程序。

1.3 車輛較少時的特殊控制

（1）當主道路與支道超過3min均無車輛需要通行時，主道路應保持暢通。

（2）如果支路有車，則經過30s后允許通行。

2 工作原理

當啟動按鈕SB0按下，X000接通，系統進入運行狀態，M3常開觸點閉合，Y000得電主路綠燈亮，Y004得電支路紅燈亮；同時定時器T0為主路綠燈計時，定時器T5為支路紅燈計時；T6為總計時。

經過30S，T0的常閉斷開，常開閉控制Y000，使主道路方向的綠燈熄滅，T0常開觸點吸合，Y002得電，主道路黃燈亮，同時T1計時。

經過5S，T1常閉斷開，使Y002失電，主道路綠燈熄滅。T1常開閉合，使Y001得電，主道路紅燈燈亮，且T2開始計時。同時，T5經過35S后，常閉觸點斷開，Y004失電，支路紅燈熄滅，Y003得電，綠燈亮起，T3開始計時。

經過20S，T3的常閉斷開，使Y003失電，綠燈熄滅。同時定時器T3的常開閉合，使Y005得電，使支路的黃燈亮起，T4開始計時。

經過5S，T4的常閉斷開，常開閉合，控制Y005，使支路方向的黃燈熄滅；同時，定時器T6計時結束，常閉觸點斷開，使得T0、T5、T6失電。T0、T5重新開始計時，系統循環。

當主道路有緊急情況時，接通SB2，主道路方向的綠燈亮，支路方向的紅燈亮。結束按下SB1，恢復正常。

3 智能化交通信號燈控制系統設計

3.1 系統硬件設計

系統輸入部分包括系統的啟、停及主、支道路急行按鈕，由按鈕箱實現；輸出部分包括主道路、支路共四組交通信號燈。

一條道路上兩組信號燈，工作時同種顏色的信號燈同時亮滅，故采用并聯輸出方式。

主道路和支路需要兩組紅外傳感器，將傳感器安裝在距離十字路口10m的位置處。

綜上，系統所需輸入點為9個，輸出點為6個，均為開關量。由此確定使用三菱公司的FX3U型小型單機控制系統作為本套系統的控制器件。

3.1.1 PLC外部輸入、輸出號地址分配表

根據交通信號燈系統的工作原理，確定本套控制系統中PLC外部輸入、輸出地址分配，見表1。

表1 交通燈控制系統I/O地址分配表

3.1.2 PLC外部接線圖

根據控制要求和I/O分配表，繪制PLC硬件接線圖如圖1所示。

圖1 PLC硬件接線圖

3.2 系統的軟件設計

依據控制要求和I/O分配表，設計系統程序梯形圖如圖2所示。

圖2 系統程序梯形圖

4 系統的調試

硬件調試：檢查接頭接觸情況，無誤后與電腦的通信口連接，接通電源，檢查PLC是否正常工作。

軟件調試：輸入梯形圖，并進行語法的檢查，無誤后設置通信口，將指令寫入到可編程控制器ROM中。

運行調試：在硬件調試和軟件調試正確的基礎上，測試各個按鈕和傳感器能否正常工作。

5 結語

交通燈控制系統采用具有高可靠性、易于維護、抗干擾能力突出、通用性強等優點的PLC進行控制，并根據PLC控制系統多次模擬運行后得出的數據情況，分析交通路口的道路寬度、路口距離、車流情況和車流速度等信息，綜合確定路口的信號燈時序，從而實現控制的合理化。PLC具有聯網功能，可將城市路口的信號燈控制系統聯網，通過一臺主機進行控制、監控以及管理，并且根據不同交通路況要求，對交通路口控制程序進行適時修改，極大地提高現代化城市道路的良好運行和管理能力。