李斯婷

摘 要：本文利用三菱公司的FX2N系列的可編程控制器，設(shè)計(jì)了一種用PLC控制的城市十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)交通信號燈的自動控制。文中根據(jù)交通燈控制系統(tǒng)的控制要求，闡述了整個(gè)系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)過程。經(jīng)過上機(jī)仿真、實(shí)踐后的結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案合理，可靠性高，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，效果良好。

關(guān)鍵詞：十字路口交通燈 PLC 程序設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)交通道路的科學(xué)管理，本系統(tǒng)力求實(shí)現(xiàn)交通管理的先進(jìn)性、科學(xué)化，并結(jié)合PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、硬件配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng)、容易改造、體積小、重量輕、能耗低等特點(diǎn)，采用可編程控制器設(shè)計(jì)交通燈管制的控制系統(tǒng)。實(shí)踐證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。筆者結(jié)合路口交通的實(shí)際情況，闡述了交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)方法，給出了一種簡單實(shí)用的PLC城市交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

一、PLC功能

該系統(tǒng)選用中檔PLC進(jìn)行控制。PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域就是開關(guān)量的邏輯控制，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。即使用PLC步進(jìn)控制中的選擇流程順序控制來實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代PLC還具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。此交通燈控制系統(tǒng)也大量地利用了PLC的數(shù)據(jù)處理功能。

二、傳感器的選用

在系統(tǒng)中，我們選用了電感式傳感器進(jìn)行闖紅燈車輛檢測，如圖1所示。

圖1 測量基本原理

當(dāng)每經(jīng)過一輛汽車時(shí)，傳感器就輸出一次直流電壓U，該直流電壓用于觸發(fā)驅(qū)動控制器件，從而達(dá)到非接觸式檢測的目的，如圖2所示。

圖2 傳感器檢測原理框圖

1.傳感器的選用

根據(jù)系統(tǒng)對傳感器的要求，考慮到選用的傳感器需要檢測的范圍較大，還需要預(yù)埋入地下，而且要采用脈沖輸出的特點(diǎn)，我們選用了西普E210M-D90NK長距離接近開關(guān)。參數(shù)：直流電壓10～30V、輸出電流200mA、頻率15Hz、額定動作距離90mm。

2.傳感器的鋪設(shè)

要在每個(gè)車道的闖紅燈警戒線處鋪設(shè)傳感器。

三、交通燈控制電路的設(shè)計(jì)

1.交通燈功能分析

（1）啟動、停止功能。

（2）手動/自動工作模式選擇功能。利用轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行工作模式的切換。

自動功能：按下啟動按鈕，所有的交通燈自動按照預(yù)定時(shí)序循環(huán)運(yùn)行工作。

手動功能：在特殊情況，如遇特殊車輛（軍用車、消防車等）需強(qiáng)制通行，則可利用此功能。要分別設(shè)置南北方向強(qiáng)制通行與東西方向強(qiáng)制通行兩個(gè)按鈕。

（3）車輛闖紅燈攝像啟動功能。不論是東西方向還是南北方向，當(dāng)紅燈亮?xí)r，一旦有車輛闖紅燈，系統(tǒng)馬上啟動攝像功能，記錄下闖紅燈的車輛。

2.正常時(shí)序情況

技術(shù)要點(diǎn)分析如下。

（1）信號燈分類。交通路面信號燈分為兩大類：主干道和人行道。分為兩大方向：東西方向和南北方向。

（2）時(shí)間控制。在主干道和人行道中，東西、南北方向的紅、黃、綠三種信號燈的時(shí)間控制應(yīng)非常準(zhǔn)確。在主干道中，閃爍提醒部分均需設(shè)置為周期為2s、占空比為50%的閃爍控制，閃爍3次，共需6s。在人行道中，因?yàn)槿藗冃凶咚俣容^車輛行駛速度慢，所以閃爍時(shí)間相對較長，閃爍提醒部分需設(shè)置周期為2s、占空比為50%的閃爍控制，閃爍10次，共需20s。

（3）除了各方向的機(jī)動車道和人行道的信號燈控制外，還需設(shè)置四個(gè)右轉(zhuǎn)彎黃燈的信號控制。在啟動交通燈控制系統(tǒng)后，四個(gè)右轉(zhuǎn)彎黃燈始終閃爍，一方面始終允許車輛右轉(zhuǎn)彎，另一方面，提醒車輛，前方有人行道，需慢行通過。閃爍控制：周期為2s、占空比為50%。輸出繼電器分配為：Y14、Y15、Y16、Y17。

3.急車強(qiáng)通情況

在手動工作模式下，有南北強(qiáng)制通行與東西強(qiáng)制通行兩個(gè)按鈕。此功能用于特殊情況，如遇特殊車輛（軍用車、消防車等）需強(qiáng)制通行的狀況。

按下南北強(qiáng)制通行按鈕，主干道中的東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮；人行道中的東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮。

按下東西方向強(qiáng)制通行按鈕，主干道中的東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮；人行道中的東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮。

4.攝像啟動情況

在主干道中設(shè)置4個(gè)傳感器，用于感應(yīng)在紅燈亮?xí)r，車輛有無越過規(guī)定界線，若傳感器感應(yīng)到有車輛通過，則立刻啟動攝像系統(tǒng)進(jìn)行拍攝。

5.PLC的I/O分配情況（表1、表2）

表1 輸入信號分配表

作用 輸入繼電器 作用 輸入繼電器

啟動 X0 南北方向傳感器1 X5

停止 X1 東西方向傳感器1 X6

手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān) X2 南北方向傳感器2 X7

南北強(qiáng)制通行 X3 東西方向傳感器2 X10

東西強(qiáng)制通行 X4

表2 輸出信號分配表

作用 輸出繼電器 作用 輸出繼電器

主干道東西左轉(zhuǎn)彎燈 Y0 四個(gè)方向

右轉(zhuǎn)彎

黃燈 Y14

主干道東西綠燈 Y1 Y15

主干道東西黃燈 Y2 Y16

主干道東西紅燈 Y3 Y17

主干道南北紅燈 Y4 四個(gè)

攝像系統(tǒng)

啟動信號 Y20

主干道南北左轉(zhuǎn)彎燈 Y5 Y21

主干道南北綠燈 Y6 Y22

主干道南北黃燈 Y7 Y23

人行道東西綠燈 Y10

人行道東西紅燈 Y11

人行道南北紅燈 Y12

人行道南北綠燈 Y13

6.PLC選型

結(jié)合PLC功能、交通燈功能以及PLC的I/O分配情況，此系統(tǒng)選擇日本三菱公司的FX2N-48MR PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7.程序編制、仿真、調(diào)試情況

（1）程序調(diào)試、仿真。程序調(diào)試采用廣東三向教學(xué)儀器制造有限公司的SX-608D設(shè)備平臺。在此平臺上進(jìn)行程序的調(diào)試及輸出信號的仿真，成功實(shí)現(xiàn)了交通燈系統(tǒng)的所有功能。

（2）系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試的技術(shù)要點(diǎn)為兩個(gè)裝置的位置調(diào)試。第一，傳感器的鋪設(shè)深度。傳感器鋪設(shè)在地底，離地面約10cm處。第二，電子攝像機(jī)的安裝位置。攝像機(jī)的位置和角度應(yīng)調(diào)整在能夠清晰地拍攝到闖紅燈車輛的位置。

四、難點(diǎn)總結(jié)

第一，交通燈系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)。要包括各方向的主干道及人行道的各種信號燈的輸出時(shí)間的控制、輸出繼電器的分配、狀態(tài)繼電器的分配、定時(shí)器的分配、計(jì)數(shù)器的分配。

第二，手動控制與自動控制兩種工作模式的切換，以及手動狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的強(qiáng)制通行。

第三，闖紅燈記錄系統(tǒng)。在紅燈亮的情況下，對應(yīng)的傳感器有信號輸入，對應(yīng)的攝像系統(tǒng)馬上啟動，進(jìn)行拍攝。

城市十字路口過去采用環(huán)形圓島疏導(dǎo)交通，現(xiàn)在采用十字路口交通燈系統(tǒng)后，交通狀況大大改善，車輛及行人過往更為有序，交通事故大大減少。同時(shí)，由于PLC的現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，抗粉塵能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，所以此系統(tǒng)故障率較低，大大減少了維修次數(shù)、時(shí)間及維修成本，有較強(qiáng)的實(shí)用性。