基于PLC的交通燈控制系統設計

張文

摘? 要：伴隨現代社會經濟的迅速發展，機動車成為人們日常出行的主要交通工具，這也給城市交通帶來了巨大的壓力，為了避免交通堵塞，同時又要在有限的時間內保障車輛和行人的安全，實現對十字路口交通燈的自動控制勢在必行。本文采用日本三菱FX2N系列PLC做主控制器，進行硬件接口設計，同時利用GX Developer編程軟件進行編程，實現了對十字路口交通燈的自動控制，從而保障了車輛和行人在城市道路路口的暢通及安全。

關鍵詞：PLC控制系統? 交通燈? 自動控制系統? 設計

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0100-03

Abstract： With the rapid development of modern society and economy， motor vehicles have become the main means of transportation for people's daily travel， which also brings great pressure to the urban traffic. In order to avoid traffic congestion and ensure the safety of vehicles and pedestrians in a limited time， it is imperative to realize the automatic control of traffic lights at crossroads. In this paper， Mitsubishi FX2N series PLC is used as the main controller to design the hardware interface. At the same time， the GX developer programming software is used to realize the automatic control of the traffic lights at the crossroads， so as to ensure the smooth and safe traffic of vehicles and pedestrians at the intersection of urban roads.

Key Words： PLC control system; Traffic lights; Automatic control system;Design

1? 引言

隨著社會經濟的發展，城市也在高速發展，社會自動化程度越來越高，機動車成了家家戶戶出行的主要交通工具，交通障礙也在隨之增加，為了避免交通堵塞同又要在有限的時間內保障車輛和行人的安全，實現對十字路口交通燈的自動控制勢在必行。本文結合道路交通的實際情況，給出一種簡單實用的城市交通燈控制系統的PLC設計方案。

2? 可編程邏輯控制器PLC

PLC（Programmable Logical Controller）是可編程邏輯控制器的簡稱，它是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下的應用設計，它采用可編程的存儲器，用來存儲執行邏輯運算和順序控制、定時、計數和算數運算等操作的指令，并通過數字或模擬的輸入/輸出接口，控制各種類型的機器設備或生產過程。

可編程控制器（PLC）是由軟件系統和硬件系統兩大部分組成。PLC的軟件系統分為系統程序和用戶程序，在軟件系統已經編制好的情況下，如硬件系統滿足要求，CPU就會不斷的執行軟件系統以及預先設置好的程序代碼，以達到實驗預期的目的。

可編程控制器（PLC）的硬件包含CPU、存儲器（ROM和RAM）、輸入/ 輸出（I/O）接口，外部電源等幾大部分組成。此外還可根據用戶的需要配備各種外部設備如（手持）編程器、圖形顯示器、微型計算機等都可通過通信接口與主機相連。

3? 十字路口交通燈控制系統的整體設計

本文主要介紹了三菱系列PLC在交通燈控制系統中的應用。整個控制系統可以分成兩部分，一是軟件系統，二是硬件系統，即軟件系統的運行平臺和執行平臺，這兩部分在任何控制系統中都是相輔相成的，缺一不可的。整個控制系統采用三菱FX2N系列PLC做控制器，進行硬件接口設計，同時利用GX Developer編程軟件進行編程，以達到預期實驗目的。

十字路口交通燈示意圖見圖1所示，其中交通燈由東西、南北兩組共12盞燈組成，每組皆由一對紅燈、一對綠燈、一對黃燈共六盞燈組成，其中紅燈表示禁止通行，綠燈表示允許通行，黃燈表示警戒的意思。

十字路口交通信號燈控制要求如下：

（1）設一個啟動開關SB1控制整個系統的啟動，當啟動開關接通時，整個控制系統開始工作，設一個停止開關SB2，停止開關啟動時，整個系統停止運行。

（2）南北方向綠燈和東西方向綠燈不能同時亮，如果同時亮則整個控制系統出錯并停止運行。

（3）南北方向紅燈亮25s，在南北方向紅燈亮的同時東西方向綠燈亮20s，再按1s鐘1次的規律閃爍3次，轉到東西方向黃燈亮2s，東西方向黃燈亮2s后熄滅，這時輪到東西方向紅燈點亮，同時，南北紅燈熄滅，南北綠燈點亮。

（4）東西方向紅燈亮30s，南北方向綠燈亮25s，再按1s1次的規律閃爍3次，轉到南北方向黃燈亮2s，完成一個周期，如此循環。

本設計擬采用三菱FX2N--48MR系列PLC做控制器，此型號是PLC家族中最先進的型號之一，性能高、體積小、功能齊全、價格便宜、安裝簡單、維修方便。根據控制要求，需要對系統中的輸入輸出口（I/O）地址進行分配，所謂輸入輸出口（I/O）的地址分配是指可編程控制器的外部輸入輸出所占用PLC的地址資源的分配。同時輸入輸出口地址分配要本著合理、簡潔的原則進行。根據交通燈控制系統的要求，本設計一共需要2個輸入口，即一個啟動按鈕和一個停止按鈕，需要6個輸出口，分別對應著十字路口的6種燈，即南北方向紅燈、東西方向綠燈、東西方向黃燈、東西方向紅燈、南北方向綠燈、南北方向黃燈。本設計采用的三菱FX2N--48MR系列的PLC一共包含了24個輸入口和24個輸出口，完全能夠滿足交通燈控制系統的要求。交通燈控制系統的I/O口地址分配表，見表1所示。

按照交通燈控制系統要求，根據表1交通燈的I/O地址分配表，繪制交通燈控制系統的外部硬件接線圖，見圖2所示。

4? 系統軟件設計

在編寫交通燈控制系統的程序時，最關鍵的部分就是關于東南西北方向的時間問題，在本設計中，東西方向綠燈點亮的時間23s，加上東西方向黃燈點亮的時間2s一共是25s，恰好等于南北方向紅燈點亮的時間25s。東西方向的紅燈點亮30s恰好等于南北方向綠燈點亮的時間28s加上南北方向黃燈點亮的時間2s。

本文采用三菱FX2N--48MR系列的PLC作為整個系統的主控制器，采用Gx Developer編程軟件進行編程，可以完成對整個交通燈控制系統的運行及數據的采集。其中GX Developer是三菱PLC的編程軟件，適用于Q、QS、ANS、FX等全系列可編程邏輯控制器，它支持梯形圖、指令表、SFC、Lable語言程序設計，同時還可以進行程序的線上更改、監控以及調試，具有異地讀寫PLC程序功能，本文所設計的智能交通燈控制系統就可以用該軟件完成。根據系統控制要求，編寫交通燈控制系統的控制程序，見圖3和圖4所示。

5? 安裝、調試與運行

PLC控制系統的功能對于控制條件的滿足情況要經受現場的檢驗調試，這里是將浙江亞龍公司生產的可編程控制器當做載體，使用日本三菱公司生產的FX2N系列的PLC進行控制。 將上述程序編寫完成之后傳送到PLC主機上，確認端子接線無誤后，即可聯機調試，將PLC安裝在控制現場進行聯機調試，在調試過程中，系統中的傳感器、執行器和硬件接線等都有可能會出現問題，對出現的問題要及時加以解決。如果調試達不到指標的要求，則需要對相應的軟件程序和硬件部分做適當的調整，通常只需要修改部分程序就可以達到調整的目的，完成指標的要求。全部調試通過后，還需要經過一段時間的運行測試，之后系統就可以投入到整個交通控制系統當中，系統如運行穩定，即達到預期目標.同時，對于該系統，只要稍加改動，就可以應用于更多的交通燈控制系統當中。

5? 結語

本文通過PLC在交通燈控制系統當中的應用，從控制層面、系統化設計以及運行調試方面，均實現了對十字路口交通燈的控制，驗證了PLC系統運行的可行性，對當下的交通燈智能控制系統具有一定的借鑒意義。同時使用三菱FX2N系列PLC設計的交通燈控制系統具有穩定性高、抗干擾能力強、設計靈活方便等多種優點，在十字路口使用該控制系統能極大地提高車輛的通行效率，在一定程度上緩解了城市道路交通擁堵的現狀，確保車輛和行人的通行暢通。

參考文獻

[1]蘇麗敏.基于PLC的交通燈控制系統設計[J].時代農機，2019（2）：94-97.

[2]石瑤，張光旭，張吻吻.基于PLC的十字路口交通燈控制系統設計[J].現代信息科技，2018（8）：187-188.

[3]閆呈祥.基于深度強化學習的城市交通燈控制方法研究[D].西安：西安電子科技大學，2019.

[4]杜瑞雪.基于FPGA的智能交通燈控制系統的設計與實現[D].昆明：云南大學，2018.

[5]宋起濤.PLC控制的交通信號燈控制系統設計[J].中國戰略新興產業，2017（16）：101.

[6]蘇麗敏.基于PLC的交通燈控制系統設計[J].時代農機，2019，46（2）：94-95，97.