徐輔

摘 要：常見的控制系統(tǒng)一般有單片機(jī)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)兩種，目前在工業(yè)控制中PLC可編程控制器的使用越來越普遍，PLC控制系統(tǒng)具有程序編寫簡(jiǎn)單快捷，使用方便的優(yōu)點(diǎn)，在性能及后期的維護(hù)等方面都有較好的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛使用。但是針對(duì)交通信號(hào)控制方面的應(yīng)用還不是很多，因此本文主要設(shè)計(jì)一套基于三菱PLC的交通燈控制系統(tǒng)。旨在逐步代替目前交通燈控制使用單片機(jī)的現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：三菱PLC;智能交通燈;系統(tǒng);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273 4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.333

前言：隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展以及居民消費(fèi)水平的提高，汽車這一曾經(jīng)的奢侈品如今已走進(jìn)尋常百姓家，根據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截止到2020年，我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量已達(dá)3.7億輛，其中汽車2.8億輛，我國(guó)已然從曾經(jīng)的自行車大國(guó)跨入到汽車強(qiáng)國(guó)的行列。汽車數(shù)量的爆炸式發(fā)展以及我國(guó)城市化進(jìn)程中造成的道路資源的限制。交通控制也隨著機(jī)動(dòng)車的不斷增多而向著高效通行方向發(fā)展。交通控制背景下產(chǎn)生的交通控制系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)伴隨著市民出行、貨運(yùn)物資運(yùn)輸?shù)瘸霈F(xiàn)的特殊的公共管理系統(tǒng)，交通控制的核心是使道路資源在保證安全的前提下實(shí)現(xiàn)功效最大化，除了根據(jù)時(shí)代發(fā)展制定相應(yīng)的交通規(guī)則外，對(duì)于交通控制系統(tǒng)中電子信息技術(shù)的軟硬件更新?lián)Q代以及合理科學(xué)設(shè)計(jì)也是解決道路資源配置的重中之重。

城市交通控制系統(tǒng)中的路口交通燈控制是保證道路順利通行和交通安全的關(guān)鍵所在，路口信號(hào)燈的合理運(yùn)行能使交通管理工作得到改善，也是城市交通控制系統(tǒng)高效工作的重要標(biāo)志之一。

一、設(shè)計(jì)方案

PLC可編程序控制器是一種高效穩(wěn)定的通用的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，具有程序編寫簡(jiǎn)單快捷，使用方便的優(yōu)點(diǎn)，在性能及后期的維護(hù)等方面都有較好的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛使用。由此，本文設(shè)計(jì)一種基于三菱FX2N系列PLC的多功能交通燈系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的自主控制。

1.PLC應(yīng)用的特點(diǎn)

PLC由于采用現(xiàn)代集成電路技術(shù)，生產(chǎn)工藝制造流程較為嚴(yán)格，采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，可靠性較高。使用PLC搭建控制系統(tǒng)和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，大幅度減少故障。它主要有以下特點(diǎn)：使用方便、簡(jiǎn)單易學(xué);工作可靠、抗干擾能力強(qiáng);配套齊全、功能完善、通用性強(qiáng);系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易改造。

2.系統(tǒng)總體方案

目前常用的交通燈控制系統(tǒng)，是按照系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間來工作的，這種設(shè)置在日常道路通行中可以滿足自動(dòng)調(diào)控的需要，但是在上下班高峰期，早晚時(shí)段就會(huì)出現(xiàn)擁堵，堵車現(xiàn)象正成為大中城市的“頑疾”，為更好的解決這個(gè)問題，在此設(shè)計(jì)了一種全新的信號(hào)燈控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用PLC可編程控制器和計(jì)算機(jī)控制，在自動(dòng)控制狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)平峰期的自主調(diào)控，高峰時(shí)段以及需要臨時(shí)調(diào)整的狀況下可以針對(duì)具體情況，根據(jù)要求調(diào)控信號(hào)燈的顯示時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)高效便捷的調(diào)控目的。

本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用的PLC 型號(hào)是三菱Fx-ln，使用的編程軟件是GXDeveloper編程軟件，使用MCGS昆侖通態(tài)監(jiān)控軟件和MCGS觸摸屏編程軟件作為上位機(jī)。調(diào)控的對(duì)象路口兩個(gè)方向的東、南、西、北信號(hào)燈。

3.控制方式

（1）路口的紅綠燈常規(guī)模式（一個(gè)循環(huán)周期為120s）。

將整個(gè)周期分為兩部分南方方向時(shí)紅燈時(shí)，東西方向開始直行和左行，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，交通燈開始自動(dòng)運(yùn)行，而此時(shí)南北向的左轉(zhuǎn)和直行燈是紅燈狀態(tài)，時(shí)間持續(xù)60秒;同事東西向通行時(shí)間30秒，東西向綠燈亮完之后黃燈亮3秒，緊接著紅燈27秒;與此同時(shí)東西向開始直行時(shí)，東西向的左拐燈亮33秒，左行綠燈亮27秒。這樣半個(gè)周期交通燈變化完成，開始東西方向禁行，南北方向根據(jù)燈光變化進(jìn)行同樣的通行，具體變化順序見表1.

（2）急車強(qiáng)通控制方式。

本系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)時(shí)，按照設(shè)置好的模式工作，但是遇到特殊情況，例如消防車、急救車和警用車輛等需要緊急通行的情況時(shí)，就需要根據(jù)險(xiǎn)情臨時(shí)管制，因此本系統(tǒng)增加了緊急狀態(tài)強(qiáng)行通行開關(guān)控制，按下此開關(guān)，在需要強(qiáng)制通行的車輛的來車方向綠燈亮起，等到車輛通過后，斷開開關(guān)，同方向的綠色指示燈閃三下，然后恢復(fù)在正常狀態(tài)。路口另一方向的信號(hào)燈控制采用同樣的工作原理。

二、系統(tǒng)硬件

1.硬件整體設(shè)計(jì)思路

通過將各個(gè)按鈕開關(guān)、限位開關(guān)以及過載保護(hù)的熱繼電器接入PLC的輸入端口，將各個(gè)繼電器線圈、各種指示燈和警鈴接入PLC的輸出端口和擴(kuò)展模塊的輸出端口，從而達(dá)到了減少硬件和控制線的效果。

2.系統(tǒng)輸入/輸出端口分配設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)的控制要求是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)部分，需要仔細(xì)分析以防出錯(cuò)，經(jīng)過分析本控制系統(tǒng)輸入點(diǎn)需要4個(gè)，輸出點(diǎn)需要42個(gè).其中輸出點(diǎn)用于信號(hào)燈的14個(gè)，數(shù)碼管顯示的28個(gè)，本控制系統(tǒng)只設(shè)計(jì)了一個(gè)方向的倒計(jì)時(shí)，輔助CD4511譯碼器將輸出點(diǎn)減少至22個(gè)，原因是數(shù)碼管占有的輸出太多。并根據(jù)實(shí)際情況，確定PLC 的型號(hào)是三菱FX2N-48MR，I/O分配如表1所示。

系統(tǒng)中交通信號(hào)燈分為南北方向上的直行、左行、人行和東西方向上的直行、左行、人幾個(gè)方向的指示燈和數(shù)碼管顯示指示，共有由綠、黃、紅三種顏色，交通燈選用LED數(shù)碼管、電源上選用24V直流電源，COM端為交通燈的公共端。

三、系統(tǒng)軟件

1.程序編寫

本交通燈控制系統(tǒng)中使用MOV指令編程，這樣做可以在編程過程中方便數(shù)字量的控制，按下X10之后線圈M0得電把交通燈運(yùn)行一個(gè)周期時(shí)間120s送到定時(shí)器TO，然后通過TO，把各個(gè)時(shí)間段交通燈運(yùn)行所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)（表3）送到Y(jié)0?Y16，從而實(shí)現(xiàn)交通燈的自動(dòng)運(yùn)行，而其交通燈閃爍采用一個(gè)振蕩電路來實(shí)現(xiàn)。

在緊急模式急車強(qiáng)通上采用MOV指令，按下強(qiáng)通按鈕X2或X3分別置位M1、M2把交通燈強(qiáng)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)（表4）送到Y(jié)0?Y16，而強(qiáng)通結(jié)束之后的閃爍采用互鎖的方式來實(shí)現(xiàn)。停止按鈕為X1，對(duì)程序所涉及的輸入輸出量進(jìn)行復(fù)位。

2.監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，組態(tài)王軟件具有開放性好、易于擴(kuò)展、適應(yīng)性好、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。還可以提供可視化監(jiān)控畫面，有利于實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。設(shè)計(jì)在完成PLC程序并仿真調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，使用組態(tài)王軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程操作及監(jiān)控管理。

四、結(jié)語

本文介紹了城市交通控制系統(tǒng)的背景及有關(guān)PLC可編程控制器的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一款基于三菱FX2N系列PLC的多功能交通燈控制系統(tǒng)，先后設(shè)計(jì)了信號(hào)燈控制系統(tǒng)的組成、功能及控制方式。本文的主要內(nèi)容有：首先介紹城市道路交通控制及路口信號(hào)控制的意義，指明了合理高效的路口交通燈對(duì)促進(jìn)道路交通資源優(yōu)化的重要性;分析了交通信號(hào)控制器的特點(diǎn)，對(duì)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)給出了基于PLC的系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案及仿真模擬。

本文設(shè)計(jì)的路口交通燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效耐用、且方便維護(hù)、調(diào)試便捷，為促進(jìn)我國(guó)道路交通系統(tǒng)的優(yōu)化現(xiàn)狀提供了積極的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宣曉娜. 基于三菱PLC的交通燈控制系統(tǒng)[J]. 科教導(dǎo)刊， 2010， 000（033）：91-92.

（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)? 吉林長(zhǎng)春? 130000）