PLC的城市交通信号灯系统设计研究

关键词：PLC；信号灯；系统设计

1引言

PLC由于其在控制性能的灵活性、使用的方便性和高稳定性和较强的抗干扰能力[1]，广泛应用于工业自动化的各个领域，特别是在城市交通信号灯方面将起着不可替代的作用。

2PLC软硬件介绍

通常的PLC实际上是一种专用计算机，主要应用的场合是工业控制，分为硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统主要由CPU、存储器、I/O接口、编程器和电源构成。不同型号的PLC采用不同的CPU规格。小中型PLC的CPU采用微处理器和单片机。大型PLC虽然也采用微处理器，但CPU是高速位片式。PLC的各项任务都是CPU按照PLC赋予的功能完成的。PLC的存储器有两种：一种是系统程序存储器，在制造过程中由生产商编写并固化在存储器中；另一种是用户程序存储器，存放于RAM，方便用户修改与调试。PLC的输入接口主要有三种类型：直流、交流、交直流输入接口；输出接口也有三类：晶体管、晶闸管继电器等类型。输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件连接的接口电路。PLC的编程器可以分为简易和图形编程器[2]，将编好的程序下载至用户程序存储器。简易编程器的优点是小体积、随身携带方便，缺点是只能采用语句的形式进行联机编程。图形编程器则不同，编程形式多样，语句形式、梯形图形式、脱机形式都可进行编程。在PLC工作过程中，CPU及存储器需要的是直流电，这就需要电源将外部的交流电转换成直流电。电源是整个PLC能源供给中心。PLC的工作过程中需要采用稳压电源，这样才能保证稳定性好，抗干扰能力强，也能对外围配置进行简化。PLC软件由继电器逻辑部件、计数器逻辑部件组成。其中继电器又分为输入继电器、输出继电器、内部继电器几种，它只是一种逻辑概念，而非真正意义上的继电器，与通常的继电器相比寿命更长、速度更快、功耗更低，而且体积相对较小。PLC的软件组成部分还包含两种编程语言：梯形图语言、语句表语言。梯形图语言应用较为广泛，很多电气技术人员都能够熟练掌握。这种语言和电器控制线路图区别不大，非常直观、形象，是PLC第一编程语言。语句表语言使用不是很广泛，其使用的原理就是梯形图的描述用PLC操作命令表达出来，通过简易的编程再输入到PLC中。

3交通信号灯的设计

3.1设计要求

一般城市十字路口交通控制灯各有东西和南北三个控制灯。红色灯禁止机动车通行，黄色灯准备禁止机动车通行，绿色为机动车可以通行。在整个过程中，信号灯受启动和停止开关总体控制，开关启动东西南北信号灯开始工作，开关停止熄灭所有的信号灯。整个工作过程一直循环往复。南北方向亮红灯时，东西方向亮绿灯。在时间上，南北方向红灯亮60秒，东西绿灯亮55秒，到50秒时，东西方向的绿灯闪亮，并在3秒后熄灭，同时黄灯亮2秒钟，2秒钟结束，东西方向的红灯亮，南北方向的红灯熄灭，绿灯亮。同样的工作原理，东西方向和南北方向交替，周而复始地工作。

3.2任务控制分析

在城市交通中，由于红灯亮时南北方向或是东西方向都是停止的，绿灯亮时时同时放行的，因此只要比较南北方向和东西方向的车辆的最大值就行了，不需要对车辆总和进行比较。

4系统设计

4.1交通信号灯状态转移图

开关启动，PLC开始工作。从图2可以看出南北方向的主干道绿灯先亮，东西方向的红灯先亮[3]。信号灯亮起的顺序是按事先规定的时间次序，循环往复地工作。结束按钮启动，交通信号灯停止工作。

4.2梯形图的设计

在该系统模块中，交通信号灯的控制采用的是基本的逻辑编程，PLC软件的定时器实现灯亮，交通信号灯的闪烁则由脉冲发生器来实现。由图3可知，若M1闭合，则T0通电，0.5秒的延时后触点T0闭合，T1定时器通电，再经0.5秒的延时，断开触点T1，线圈T0失电，TO触点断开，TO定时器再次得电，再经0.5秒，又一次闭合T0，如此周而复始地工作，T0波形如图4所示。

5总结与展望

城市交通信号灯控制采用PLC来进行设计和实现，可靠性较高，输入输出接口模块也比较丰富，采用的编程语言简单易学[4]，后期安装简单，维修也较方便。设计过程的重难点就是设计的思路、梯形图的设计、编程程序的输入及调试。通过分档南北或东西方向的机动车数量，实现对南北或东西方向机动车最大限度地放行，从而减少机动车在多岔路口滞留的时间，对当前的城市交通拥堵，实现了最优化的控制，大大提高了城市交通的效率[5]。

参考文献

[1]张广明,李果,朱炜.机电系统PLC控制技术.北京:国防工业出版社,2007

[2]齐占庆,王振臣.机床电气控制技术.北京:机械工业出版社,1997

[3]李树雄.可编程控制器原理与应用及应用教程.北京:北京航空航天大学出版社,2003

[4]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术.南京:东南大学出版社,2003

[5]孙同景.PLC原理及工程应用.北京:机械工业出版社,2008