聶秀珍

(山西輕工職業(yè)技術(shù)學院 機電工程系， 太原 030073)

引言

傳統(tǒng)的交通信號燈控制一般采用電子線路和繼電器開展設(shè)計，結(jié)構(gòu)復雜，可靠性低，故障率高,較難配增功能的變更。而可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，具有可靠性高，控制功能強，使用靈活方便等優(yōu)點。特別是由PLC實現(xiàn)的控制系統(tǒng)，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語言進行程序設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，可方便地設(shè)置定時時間，編程容易，功能擴展方便，修改靈活等，并且有完善的自診斷和顯示功能，維修工作極為簡單。由于PLC內(nèi)部均配有實時時鐘，因此通過PLC控制可對交通燈實施全天無人化管理。另外因為PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，所以可以將同一條道路上的交通燈組成局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理，可以縮短車輛等候時間，實現(xiàn)科學化管理。

1 交通燈系統(tǒng)設(shè)計

信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當按下“啟動”按鈕時，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復始地循環(huán)閃爍；當按下“停止”按鈕時，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信號燈都熄滅。

(1)控制要求

① 南北主干道： 綠燈亮20 s，綠燈閃3 s，黃燈亮2 s，紅燈亮 25 s；

② 南北人行道： 紅燈亮30 s，綠燈亮17 s， 綠燈閃3 s；

③ 東西主干道： 紅燈亮25 s，綠燈亮20 s， 綠燈閃3 s， 黃燈亮2 s；

④ 東西人行道： 綠燈亮17 s， 綠燈閃3 s， 紅燈亮30 s。

(2)正常循環(huán)控制方式。交通燈變化順序可表述如下(單循環(huán)周期50 s)：

① 南北向(列)和東西向(行)主干道均設(shè)有綠燈20 s，綠燈閃亮3 s，黃燈2 s和紅燈25 s。當行駛在東西主干道時，南北主干道為紅燈，此時東西主干道會按照綠燈亮、綠燈閃、黃燈亮的順序設(shè)定循環(huán)；當行駛于南北主干道時，東西主干道為紅燈，此時南北主干道會按照綠燈亮、綠燈閃、黃燈亮的順序確定循環(huán)；

② 南北和東西人行道都設(shè)有綠燈和紅燈，綠燈表示通行，紅燈表示禁行。其中，南北方向人行道的綠燈是在其主干道綠燈亮了3 s之后才開始點亮，17 s之后按照主干道的預定順序循環(huán)閃爍；同理，東西方向人行道的綠燈是在其主干道綠燈亮了3 s之后才開始點亮，17 s之后按照主干道的排定順序反復閃爍。

(3)急車強通控制方式

① 急車強通信號受急車強通開關(guān)控制。無急車時，按正常循環(huán)時序控制，有急車來時，將急車強通開關(guān)接通，不管原來信號狀態(tài)如何，一律強制讓急車來車方向的綠燈亮，直到急車通過為止，將急車強通開關(guān)斷開，信號的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行方向的綠燈閃亮3次。隨后按正常時序控制；

② 急車強通信號只能響應(yīng)一路方向的來車，若2個方向先后駛來急車，則響應(yīng)先來的一方，隨后再響應(yīng)另一方。

2 硬件設(shè)計

2.1 交通信號燈PLC的I/O的分配

本系統(tǒng)共使用了6個輸入端子，10個輸出端子。根據(jù)上述選型及控制要求，編制PLC控制交通燈的I/O接口功能表，I/O的分配具體則見表1所示。

表1 I/O分配表Tab. 1 The I/O allocation table

2.2 交通信號燈PLC控制硬件接線圖

根據(jù)上述選型及控制要求，繪制PLC控制交通燈的電路接線原理圖，該模擬交通信號燈分為南北和東西兩個方向，分別由綠、黃、紅三種顏色構(gòu)成。其中，COM端為交通燈的公共端。PLC的外部接線圖如圖1所示。

圖1 PLC的外部接線圖Fig. 1 The external wiring diagram of PLC

3 軟件設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，車道交通燈可以用并行序列來表示真實的工作情況。本次研究得到的交通信號燈控制系統(tǒng)的PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖Fig. 2 The state transition diagram of the system

4 系統(tǒng)檢測與調(diào)試

4.1 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試是利用基本的檢測儀器儀表，比如：萬用表、示波器等，檢查用戶硬件接線電路中存在的故障。

PLC硬件調(diào)試是利用萬用表，并對照外部硬件接線圖進行硬件檢測，其中每一接入電路元件各端的接線口也需整合電路檢測處理，元件本身也要經(jīng)過萬用表的周密檢測，確保每一接入電路中的元件都是可用的設(shè)備。研究中，檢測電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件檢測圖Fig. 3 The test diagram of system hardware

4.2 軟件調(diào)試

軟件調(diào)試是根據(jù)控制要求編寫PLC梯形圖，在確保接線電路無誤的情況下，將編寫后的程序?qū)懭隤LC中進行軟件調(diào)試。出現(xiàn)錯誤之后，用戶修改PLC梯形圖，如此反復調(diào)試，直到成功為止。

5 結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題引起了人們的高度重視與關(guān)注。傳統(tǒng)的交通信號燈控制一般采用電子線路和繼電器構(gòu)建生成，結(jié)構(gòu)復雜，可靠性低，故障率高,較難達到功能的變更。本文選擇三菱可編程控制器FX2N為核心部件，著重研究了硬件接口設(shè)計，利用梯形圖進行編程，實現(xiàn)了十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動化。PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)的學科門類成果集結(jié)設(shè)計發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。而且，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。同時，更多的研究則可見于將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)的探討研發(fā)中。PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。

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