丁敏英

(湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心，湖南長(zhǎng)沙410205)

隨著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市的交通問(wèn)題也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。人車路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門要解決的重要問(wèn)題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交流疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道路與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵?tīng)顩r，成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門迫切解決的主要問(wèn)題。

可編程控制器(PLC)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動(dòng)化裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化以及改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用［1］。城市交通燈控制采用PLC技術(shù)，與傳統(tǒng)的采用電子線路和繼電器相比，具有可靠性高、維護(hù)方便、使用簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠極大地提高城市道路交通管理能力。本論文針對(duì)十字路口交通燈的實(shí)際控制要求，運(yùn)用三菱PLC技術(shù)中的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，在I/O分配的基礎(chǔ)上，將十字路口交通燈實(shí)際控制系統(tǒng)分解為白天自動(dòng)或手動(dòng)狀態(tài)、夜間黃燈閃爍以及緊急紅燈交通管制三個(gè)部分［2］，進(jìn)行PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)和程序功能分析，經(jīng)過(guò)PLC上機(jī)模擬調(diào)試，與實(shí)際控制要求完全一致。

1 工作示意圖

十字路口交通燈的工作示意，如圖1所示。

圖1 十字路口交通燈的工作示意圖

2 系統(tǒng)控制要求

(1)自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，如圖2所示，按下啟動(dòng)按鈕，南北紅燈亮25 s，同時(shí)東西綠燈亮20 s，黃燈再亮5 s，然后東西紅燈亮30 s，同時(shí)南北綠燈亮25 s，如此循環(huán);按下停止按鈕，全部不亮［3］。

(2)按下夜間黃燈按鈕，四面黃燈閃爍，按停止按鈕解除狀態(tài)。

(3)在手動(dòng)狀態(tài)(自動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi))時(shí)，由x5控制交通，常開(kāi)x5閉合，東西綠燈亮、南北紅燈亮;常開(kāi)x5斷開(kāi)，東西紅燈亮、南北綠燈亮。

(4)在任何時(shí)間，按下緊急紅燈按鈕，四面紅燈全亮，進(jìn)行交通管制，按下停止按鈕，則解除緊急狀態(tài)。

3 I/O分配表

根據(jù)以上十字路口交通燈的控制要求，所進(jìn)行的I/O分配，如以下表1所示。

表1 十字路口交通燈的I/O分配表

4 外部接線圖

I/O外部接線圖是反映PLC控制實(shí)物的模擬圖形，從很大程度上反映出其實(shí)物形態(tài)。根據(jù)以上表1中的編程元件的地址分配表，本設(shè)計(jì)的I/O外部接線圖如圖3所示。

圖2 十字路口交通燈的自動(dòng)狀態(tài)循環(huán)圖

圖3 十字路口交通燈的外部接線圖

5 自動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

順序控制是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，使生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)而有效地進(jìn)行工作。使用順序控制設(shè)計(jì)法，首先畫(huà)出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫(huà)出梯形圖。十字路口交通燈自動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示。

圖4 十字路口交通燈自動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

6 程序梯形圖

邏輯設(shè)計(jì)法是以布爾代數(shù)為理論基礎(chǔ)，根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中各工步之間的各個(gè)檢測(cè)元件(如行程開(kāi)關(guān)、傳感器等)狀態(tài)的變化，列出檢測(cè)元件的狀態(tài)表，確定所需的中間記憶元件，再列出各執(zhí)行元件的工序表，然后寫出檢測(cè)元件、中間記憶元件和執(zhí)行元件的邏輯表達(dá)式，再轉(zhuǎn)換成梯形圖。該方法在十字路口交通燈控制系統(tǒng)中，相當(dāng)于組合邏輯電路，非常適用。十字路口交通燈程序梯形圖如圖5所示。

圖5 十字路口交通燈程序梯形圖

7 程序功能分析

(1)當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕X0時(shí)，繼電器M10接通，并且能通電，同時(shí)繼電器自保，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T1、T2開(kāi)始定時(shí)，T1為 25 s，T2 為 20 s。

(2)當(dāng)T1的25 s時(shí)間一到接通M3，同時(shí)定時(shí)器T3定時(shí)5 s，5 s時(shí)間一到啟動(dòng)繼電器 M4、M5，M4、M5 通電，啟動(dòng)定時(shí)器 T4、T5，T4為30 s、T5 為25 s，當(dāng) T4 時(shí)間到接通 M6，M6通電啟動(dòng)，定時(shí)器T6定時(shí)為5 s，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)全部不亮。

(3)當(dāng)按下夜間黃燈按鈕X3(X2常斷開(kāi)的情況下)，M8013通電時(shí)，啟動(dòng)M8013產(chǎn)生觸發(fā)脈沖使四面黃燈通電，使四面黃燈閃爍。當(dāng)按下停止按鈕X1時(shí)，同時(shí)M8013失電，南北黃燈、東西黃燈失電，解除黃燈閃爍狀態(tài)。

(4)手動(dòng)狀態(tài)即X2斷開(kāi)，由X5控制交通:在常開(kāi)X5閉合，東西綠燈亮、南北紅燈亮;在X5斷開(kāi)時(shí)，東西紅燈亮、南北綠燈亮。

(5)在任何時(shí)間，按下緊急紅燈按鈕X4，接在南北、東西方向的緊急按鈕X4閉合，使南北、東西方向紅燈接通，四面紅燈全亮;按下停止按鈕X1，則南北、東西方向紅燈失電，解除緊急狀態(tài)［4］。

8 結(jié)束語(yǔ)

本論文從十字路口交通燈控制的實(shí)際需要出發(fā)，利用三菱PLC技術(shù)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并給出了其PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)上機(jī)模擬調(diào)試，與實(shí)際控制要求完全一致，方便實(shí)用。在程序設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)還可采用PLC基本指令編程法或PLC步進(jìn)指令編程法［5］，但沒(méi)有以上經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法精簡(jiǎn)。

［1］孫振強(qiáng)，王暉，孫玉峰.可編程控制器原理及應(yīng)用教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［2］楊國(guó)太，陳玉.基于PLC的數(shù)控焊接機(jī)研制［J］.新技術(shù)新工藝，2007(5):33－35.

［3］王少華，劉曉魃.電氣控制與PLC應(yīng)用［M］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2008.

［4］(英)R.J.索爾特.道路交通分析與設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1982.

［5］廖常初.PLC梯形圖的順序控制設(shè)計(jì)法［J］.電工技術(shù)雜志，2001(11):33－35.