PLC順序控制的城鄉(xiāng)十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道路口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。

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)燈控制與交通疏導(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。如何利用當(dāng)今計(jì)算機(jī)與自動(dòng)控制技術(shù)，有效地疏導(dǎo)交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，提高車輛速度，減少交通事故是值得我們研究的新課題。本文基于PLC設(shè)計(jì)了城鄉(xiāng)交通燈控制系統(tǒng)，并就設(shè)計(jì)中的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問題來進(jìn)行具體分析討論。

1、系統(tǒng)控制功能

（1）城市十字路口交通信號(hào)燈是在十字路口的東西南北各個(gè)方向裝設(shè)紅綠黃燈各一套?？刂频娜蝿?wù)就是讓紅綠黃燈按照一定的時(shí)序輪流發(fā)亮。

（2）控制時(shí)序當(dāng)起動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，同時(shí)東西綠燈亮。當(dāng)起動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅;南北紅燈亮25s，在南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持20s，到20s時(shí)，東西綠燈閃亮，3s后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮2s，2s后東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，綠燈亮，東西紅燈亮30s。南北綠燈亮20s，然后閃3s后熄滅，同時(shí)南北黃燈亮，維持2s后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮。周而復(fù)始。

圖一 系統(tǒng)輸入輸出接線圖

2、硬件接線及I/O口分配

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用西門子S7-200-224型PLC為控制器，起動(dòng)按鈕SB1，紅黃綠燈東西南北各1只。輸入輸出接線如圖一所示。起動(dòng)按鈕SB1接入輸入繼電器I0.0端，東西方向綠燈接入輸出繼電器Q0.3端，東西方向的黃燈接入輸出繼電器Q0.4端，東西方向的紅燈接入輸出繼電器Q0.5端，南北方向綠燈接入輸出繼電器Q0.0端，南北方向黃燈接入輸出繼電器Q0.1端，南北方向紅燈接入輸出繼電器Q0.2端，輸出端電源與輸出公共端1L相連。

3、系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)

為了設(shè)計(jì)思路清晰與便利，采用了順序控制法。順序控制就是指系統(tǒng)或生產(chǎn)設(shè)備在各輸入信號(hào)的作用下，內(nèi)部元件狀態(tài)按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的時(shí)間順序變化，使得各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)過程中自動(dòng)有序地進(jìn)行操作。PLC順序控制設(shè)計(jì)法最基本的設(shè)計(jì)思路是將控制系統(tǒng)的一個(gè)完整的工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，這些階段稱為步（step）。然后用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的內(nèi)部編程元件，使其狀態(tài)按照一定的時(shí)間順序變化，最終輸出控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作步是根據(jù)輸入量狀態(tài)的變化來劃分的。在任何一步之內(nèi)各輸出量的狀態(tài)不變，但相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。步的這種劃分方法代表各步編程編程元件的狀態(tài)與各輸出量狀態(tài)之間有著極為簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。

結(jié)合本次設(shè)計(jì)要求，可以采用單流程編程法，也可以采用雙流程法。設(shè)計(jì)中采用雙流程法，應(yīng)用并聯(lián)分支結(jié)構(gòu)，把東西和南北方向信號(hào)燈的動(dòng)作分為兩個(gè)流程同時(shí)起動(dòng)，分別運(yùn)行各自的時(shí)序動(dòng)作，相互之間的配合由統(tǒng)一的時(shí)鐘進(jìn)行有機(jī)的配合，不會(huì)出現(xiàn)偏差，簡(jiǎn)潔明了，思路清晰。

圖二 ?交通燈控制系統(tǒng)梯形圖

PLC上電時(shí)，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)S0.0，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)1s的閃爍電路。SB1按下系統(tǒng)起動(dòng)，S0.1與S0.5同時(shí)接通，東西南北方向同時(shí)工作，現(xiàn)僅以東西方向的動(dòng)作分析其工作原理。東西綠燈開始工作，同時(shí)定時(shí)器T37開始定時(shí)20s，20s后第一工步復(fù)位，進(jìn)行第二工步S0.2，東西綠燈閃爍工作，結(jié)合初始時(shí)的1s的閃爍電路，定時(shí)器T38定3s就做到了閃3下的目的。3s后第二工步復(fù)位，進(jìn)行第三工步S0.3，東西黃燈工作，定時(shí)器T39定時(shí)2s，2s后第三工步復(fù)位，進(jìn)入第四工步S0.4，東西紅燈開始工作。同時(shí)定時(shí)器T40開始定時(shí)，30s后返回到第一工步，如此循環(huán)下去。南北方向與東西方向相同，不再贅述。梯形圖如圖二所示。

4、結(jié)束語(yǔ)

交通燈的設(shè)計(jì)方法有多種實(shí)現(xiàn)方法，由于交通燈都是安裝在嘈雜的交通路口，工作的穩(wěn)定性、可靠性與抗干擾的能力要求均較高。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法總存在著缺陷，而PLC專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)的，在交通燈控制系統(tǒng)中有著較大的優(yōu)勢(shì)。而PLC的順序設(shè)計(jì)法是順序控制系統(tǒng)中一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，不僅容易接受，提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，而且程序的調(diào)試、修改和閱讀便利，縮短設(shè)計(jì)周期。本次設(shè)計(jì)的交通燈系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果符合要求，在現(xiàn)實(shí)中有一定的推廣價(jià)值。
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