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
输入 |
功能 |
输出 |
功能 |
X0 |
系统启动按钮SB1 |
Y0 |
南北红灯 |
X1 |
系统停止按钮SB2 |
Y1 |
东西绿灯 |
X2 |
南北方向急停开关S1 |
Y2 |
东西黄灯 |
X3 |
东西方向急停开关S2 |
Y3 |
东西红灯 |
X4 |
南北方向时间增加按钮SB3 |
Y4 |
南北绿灯 |
X5 |
南北方向时间减少按钮SB4 |
Y5 |
南北黄灯 |
X6 |
东西方向时间增加按钮SB5 |
Y20-Y2F |
用于数码时间显示 |
X7 |
东西方向时间减少按钮SB6 |
|
|
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)。[page]
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***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***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。
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