PLC在交通灯控制系统设计

一、前言
交通灯控制系统是一个老掉牙的问题，各种方式的控制系统也不断产生。随着我国经济建设的不断发展，城市化进程不断加强，机动车辆也不断增多，交通信号控制功能不断扩展，其控制效率要求不断提高。基于plc的交通灯控制系统能把可编程控制器的软硬件系统功能强大、可靠性好，逻辑编程方法简单，易于开发复杂控制系统、有丰富的扩展模块和联网能力和应用范围十分广泛的特点结合起来，使系统易于实现。
本系统采用日本松下电工生产的超小型FP0系列PLC作主控系统，其体积小但功能强大。我们按照现有十字路口的交通灯的设计方案来说明基于PLC的交通灯控制系统的方便性特点，也间接说明其在满足控制系统要求的功能扩展上也易于实现。

二、系统控制设计
1、系统功能要求
交通灯系统启动时，红、绿、黄灯按一定时序轮流发亮。首先，南北红灯亮，东西绿灯亮。南北红灯维持35s（可由用户设定），在南北红灯亮同时东西绿灯也亮，并维持30s，到了30s时，东西路灯闪亮，闪亮周期为1s。绿灯闪亮3s后熄灭，东西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东西黄灯熄、红灯亮，同时南北红灯熄，绿灯亮。东西红灯亮维持25s（可由用户设定）,南北绿灯亮维持20s。到20s时，南北绿灯亮3s后灭，南北黄灯亮，并维持2s。到2s时，南北黄灯熄、红灯亮，同时东西绿灯亮，开始下一周期的动作；系统可进行时间倒计时显示；当紧急状态要一侧方向通过时，可以使南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮或者南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；在特殊情况下，系统可以人为根据各方向车流量，进行各车道通行时间的变更；在某时段如23：00至次日6：00车流量很少情况下，系统可以设定为各方向的只有黄灯闪烁。
2、系统设计
2.1硬件设计
硬件主要采用日本松下电工生产的小型FP0－C32CT型（带日历时钟功能）PLC，其I/O分别各有16个；根据系统要求需要进行I/O扩展要求，需要配一级扩展单元FP0－E16YT，其有16个输出。其I/0分配如表1，其控制输入输出接线原理图如图1所示。输出设备是电压高，功率大的设备，可由PLC输出给中间继电器，再通过中间继电器进行外部设备的输出控制。
表1 系统I/0分配表

图1 外部接线原理图

2.2软件设计
系统软件设计内容包括交通灯顺序循环控制、两方向的急停控制、数码时间显示控制、定时时段控制、各路通行时间变更控制几部分。顺序循环控制主要采用定时器指令编写，通过时间的顺序运行，来达到各路灯的按要求输出；通过配合各路急停开关的闭锁实现各方向的红灯或绿灯亮，当急停开关恢复后，又通过对定时器的内部经过值SV赋值，达到路灯进行切换恢复的目的，程序参考图2。我们可以通过PLC内部的日历时钟功能，对内部运行的时钟数据存储区进行取值比较，用类似急停控制的方法，实现某时段各方向的黄灯闪（程序略）；由于前面采用的定时器独立的，故对于各路通行时间变更控制可以采用对定时器TM0对TM4的设定值SV赋值来改变，当然各方向时间也不能无限增大和减小，我们可以通过比较指令限制其在指定的数值范围（程序略）。通过对定时器TM0对TM4中变化的经过值EV，我们可以通过指令实时把他们转为BCD码，再由专门指令直接转换为七段码数值，用于对各方向时间的倒计时显示（程序略）。

图2 顺序循环控制和急停控制的程序

三、系统扩展性
随着城市交通系统的日趋复杂和控制自动化程度的加大，使用该套PLC的交通灯控制系统，也能实现其自动控制的过程。如某些交通道路有六车道及人行道等，各道进行相应时序控制；有些交通道路采用智能化控制，根据车流量自动改变各方向的通行时间，并通过中央控制系统对各路口交通信号和系统参数进行远程监控和设置等；FP0系列PLC体积小，软硬件功能强，具有运行速度快、程序容量大、指令功能强、具有远程通讯功能等等，其可进行三级I/O扩展单元，最大I/O点数达128个，在通讯方面，FP0可以经RS232口直接连接调制解调器，在选用调制解调器方式下，FP0使用AT命令自动拨号以实现远程通讯；其也可以使用C-NET通讯单元，把多个FP0单元连接一起构成分布式控制网络，实现计算机监控，计算机与多台PLC连接图如图3所示。通过上面说明，使用基于PLC的控制可以满足交通灯系统硬件功能的扩展和分布式监控网络化的需要。

图3 计算机与多台PLC控制单元连接图

四、总结
通过调试，本系统使用PLC中的定时器分段设置，容易配合急停控制、各方向时间变更控制和倒计时间的显示，该交通信号灯的控制系统结构简单，接线容易，程序编写的控制算法灵活方便，在软硬件的维护上比较容易，可靠性也比较高。在可扩展性方面比较容易，易实现智能的交通监控和控制，满足根据道路情况和季节变化情况的通行时间的改变，减少各方向的车辆滞留，缓解交通拥挤情况，其经济和社会效益比较明显。