基于PLC技術的軌道交通信號燈自動化控制系統研究

趙劍勛

太原市市政公用工程質量安全站 山西 太原 030001

引言

在社會主義現代化發展的進程中，我國城市建設已進入了一個關鍵時期，城市人口數量的急劇上升，雖然在一個程度上推動了城市經濟的增長，但同時也給城市交通帶來諸多的負面效應，嚴重制約了城市的可持續發展，比如導致交通事故增多、大氣污染加重等。在這樣的背景下，軌道交通信號燈的出現逐漸得到人們的重視，可以有效緩解交通擁堵的現象，但由于受傳統控制系統的影響，使得其控制效果很難達到預期標準，因此需要加強軌道交通系統的智能化建設，而將PLC技術應用到軌道交通信號燈中，能夠起到非常突出的應用優勢，不僅可以降低交通事故發生率，同時也能對降低大氣污染，并實現交通資源的充分利用。由此可見，在新時期社會發展背景下，加強對PLC技術在軌道交通信號燈中的應用探究與分析，具有極其深遠的現實意義。

1 PLC技術的相關概述

1.1 基本概念

PLC是計算機家族中的一員，其大多數情況下都是應用在工業生產當中，用來代替繼電器實現邏輯控制的一種數字運算操作的電子系統，也被稱為可編程邏輯控制器。就現階段實際應用情況來看，PLC技術在國內外得到了廣泛應用，其涉及的行業類型非常豐富，包括石油化工、交通運輸、機械制造等等。在PLC內包含有多個單片機系統，有著較好的擴展功能和通信功能，能夠執行用戶所下達的各種指令，因此使其在多個領域中都能發揮很好的優勢作用。另外，PLC系統中還具有輸入、輸出接口，所以還能對相關設備系統進行有效管控，從而保證整個系統和設備的安全穩定運行。在實際應用中，PLC技術的使用情況通常包括如下幾點[1]：其一，開關量的邏輯控制，可以實現邏輯控制與順序控制，在注塑機、印刷機電鍍流水線中有非常好的應用優勢；其二，模擬量控制，能夠使可編程控制器用于模擬量控制，從而更好地完成數字量與模擬量之前的轉換；其三，運動控制，通常運用于各種機械、機床以及機器人等地方；其四，過程控制，能夠編制各種各樣的控制算法程序，在冶金、化工及熱處理中有很好的應用；其五，通信及聯網，現階段的PLC都具有通信接口，能夠更好地適應自動化網絡發展步伐，實現與其他職能設備間的有效通信。

1.2 優缺點分析

通過相關調查可以發現，PLC技術在各個領域中的應用都具有非常突出的應用優勢，但同時也存在一定的缺陷，需要合理看待并積極完善，這樣才能促使PLC技術更好地發揮作用。具體來說，主要表現為如下幾方面。

1.2.1 優勢分析。首先，PLC技術的抗干擾性強、可靠性高，通常情況來說，如果采用傳統的繼電器控制系統，雖然也能起到一定的抗干擾作用，但由于會連接非常多的機械觸頭，因此其影響因素也大大增加，會受到器件老化、脫焊、觸點接觸不良等等原因，而造成系統的可靠性與抗干擾性降低，進而出現故障，而PLC采用微電子技術，能夠將絕大多數的繼電器及復雜連線用軟件來代替，從而就可以有效降低影響因素，提高系統的可靠性[2]。其次，易學易用，PLC系統接口容易，編程語言也比較通俗易懂，各種圖形符號與表達方式也基本上和傳統的繼電器電路圖差不多，因此深受工程技術人員的歡迎。另外，PLC技術配套齊全、功能完善、適用性強，隨著科技的不斷發展與進步，PLC的功能單元越來越豐富，且有各種不同規模的系列化產品，可以更好地適用于不同類型的工業控制當中。最后，體積小、能耗低、維護方便、易改造，最小的PLC產品底部尺寸小于100mm，其能耗也僅僅只有數瓦，是實現機電一體化的理想控制設備，而且由于其是內部存儲，因此對其的維護和改造也會更加方便快捷。

1.2.2 缺點分析。雖然PLC技術在各行業領域中有非常多的應用優勢，但是其也存在一些不足之處，應當理性看待并科學應用，這樣才能更好地體現其價值。具體來說，其缺點主要表現為如下幾個方面：其一，成本相對較高，通常一些大型企業才會應用該技術來提高生產質量和效率，而小型企業很少接觸該技術，不僅是因為PLC系統本身成本較高，更是因為使用該系統還需要配置相應的編程人員，這也是一筆不小的成本；其二，不存在共通性，不同的PLC生產廠家，其編程語言也會有所差異，通常只能選擇自家規定的代碼指令，才能對其進行有效的操控；其三，也會受到外部環境的影響導致信號傳輸障礙，比如線路老化、信號干擾等，使得PLC控制的準確性得不到保障，在應用到具體的場景中時就會帶來不良效果。

1.3 在城市軌道交通中的應用關鍵

就當前實際情況來看，軌道交通的建設水平對城市的可持續發展起到了決定性的作用，為了減少交通事故、交通擁堵等現象的發生，必須要重視對城市軌道交通的完善與優化，而將PLC技術應用到城市軌道交通中能夠大大提升系統用運行的效率與質量，從而保障人們的交通出行安全[3]。具體來說，在城市軌道交通交通信號燈系統中，將PLC技術融入其中，可以有效實現系統的自動化運行及緊急狀態的管控，并保障性能更具有穩定性與可靠性。在管控、系統化設計等方面，PLC技術的融入基本上都能滿足十字路口信號燈管控的標準，通過構建軌道交通信號燈控制模型，可以更充分地利用現有交通資源，對系統程序進行相應的修改，從而彌補傳統信號燈的不足。在以往的軌道交通信號燈系統中，應用最多的兩個系統是SCATS和SCOOT，受軌道交通系統高復雜性與多元變化性等特征的影響，使得技術人員在構建模型時難以達到精準性，而PLC技術的可編程控制器更為可靠，可以構建準確、高精度的數據模型，從而達到控制交通信號燈的目的。

2 PLC技術在軌道交通信號燈自動化控制系統中的應用

2.1 對交通信號燈的控制要求

隨著城市化進程的不斷加快，大部分城市都面臨著道路交通承載超負荷的情況，使得交通事故以及交通擁堵事件的發生率逐漸上升，極大地影響了城市的穩定發展以及居民的正常生活。而交通信號燈是維持城市交通有序運行的關鍵，對改善城市交通的現狀起到了不可或缺的重要作用，為了使軌道交通信號燈充分發揮其應用價值，應當更多的應用PLC技術控制的交通信號燈，其具有可靠性高、維護方便等優勢，能夠實現多臺PLC的聯網控制和管理，一定程度上有效增強了我國城市道路交通管理能力。

在應用PLC技術來對軌道交通信號燈進行控制的過程中，應當遵循以下幾個要求[4]：其一，交通信號燈通常有一個總的啟動開關來對其進行操控，只有當整個系統的開關合上之后，該信號燈系統才會啟動運行程序并開始工作；其二，交通信號燈的閃滅順序為南北綠燈亮4s后閃2s滅，緊接著就是黃燈亮2s滅，紅燈亮8s，然后循環往復，東西方向的信號燈閃滅則相反，先是紅燈亮8s，然后綠燈亮4s后閃2s滅，最后是黃燈亮2s；其三，PLC技術下的交通信號燈能夠自動控制，周而復始，當開關斷開后，則所有信號燈都熄滅。

2.2 PLC系統結構設計

PLC是一種自動控制系統，由于自帶邏輯運算和順序控制等功能，因此通常被用來替換掉一些陳舊的控制設備，在現階段社會發展進程中，運用PLC技術在自動控制領域中已成為各企業的首選。通過對該視乎設計的控制系統分析，其系統結構由三個部分構成，即設置層的時間外部設置模塊、控制層的信號燈控制模塊以及顯示層的時間顯示模塊。在各模塊具體運行的過程中，時間外部設置模塊主要是負責將十字路口信號裝置各個方位的綠燈相連時段借助輸入端相連，并設置好間隔時間；而信號燈控制模塊的主要任務就是將各方位上的信號燈行為標記成順序行為，并控制東西南北方位信號燈的輸出；最后是時間顯示模塊，主要負責呈現各個方向的信號燈倒計時。

對PLC控制系統機芯硬件結構設計的過程中，為了更好地實現其應用優勢，PLC的選型是至關重要的一項內容，通常需要先掌握各個控制對象的驅動要求，然后分析對象的控制要求，最后確定所控制參數的精度與類型。就現階段實際情況來看，我國市面上比較常見的PLC產品非常多，比如GE-Fanuc公司的產品、德國西門子公司的產品以及日本三菱、歐姆龍等公司的產品等等。在選擇時應當綜合考慮多方面的因素，優選通用性強、便于學習、維護方便的產品，這樣才能更好地滿足系統設計要求。

2.3 現場調試檢驗

想要確保PLC技術的軌道交通信號燈自動化控制系統的質量符合實際需求，則通常還需要對系統設計的合理性進行驗證。具體來說，主要從以下幾個方面展開檢驗與分析：首先是對信號燈屬性設置進行全面檢查，主要檢查的內容包括燈色、光強、波長、額定功率、工作溫度、外殼材料質量以及外形包裝等等，確保各項參數都能滿足被控對象的控制要求；其次需要對系統運行情況進行調試檢驗，通常包括兩個方法[5]：模擬調試和聯機調試，需要結合實際情況來進行選擇調試方法，如果是在實驗室進行，可以采用模擬調試，接通開關之后，通過對PLC上的發光二極管的具體呈現情況，來更清晰地掌握輸出信號的狀態，并判斷各方位信號燈循環顯示是否正常，如若沒有產生其他不正常的現象，則說明該控制系統設計符合要求，反之則說明不滿足條件，需要繼續進行設計與完善；最后還需要對交通信號燈的周期及延誤這兩項內容之間的關系進行檢驗，通過分別對傳統系統與PLC控制系統的試驗和比較，可以掌握兩者之間的關系是否發生變化，并明確基于PLC控制系統的控制效果情況。

3 結束語

綜上所述，隨著現代化社會的持續發展與進步，我國城市軌道交通建設已取得了巨大的成績，不僅極大地改善了城市居民交通出行難的問題，提高了路網運輸效率，同時也有效降低了傳統交通運輸工具對大氣質量造成的影響，促使城市發展更加安全穩定。而將PLC技術應用到軌道交通信號燈自動化控制系統中，則更能夠保障系統性能的穩定性與可靠性，并進一步緩解高峰期的交通壓力，使軌道交通智能系統發揮更大的作用與價值。因此，相關技術人員必須要重視PLC技術在軌道交通信號燈中的應用，并持續加大對其的研究與分析，使其能夠更好地適應不斷發展變化的軌道交通建設需求，從而推動我國現代化城市的進一步發展。