一、前言
交通燈控制系統(tǒng)是一個(gè)老掉牙的問題，各種方式的控制系統(tǒng)也不斷產(chǎn)生。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加強(qiáng)，機(jī)動(dòng)車輛也不斷增多，交通信號(hào)控制功能不斷擴(kuò)展，其控制效率要求不斷提高?；趐lc的交通燈控制系統(tǒng)能把可編程控制器的軟硬件系統(tǒng)功能強(qiáng)大、可靠性好，邏輯編程方法簡單，易于開發(fā)復(fù)雜控制系統(tǒng)、有豐富的擴(kuò)展模塊和聯(lián)網(wǎng)能力和應(yīng)用范圍十分廣泛的特點(diǎn)結(jié)合起來，使系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)。
本系統(tǒng)采用日本松下電工生產(chǎn)的超小型fp0系列plc作主控系統(tǒng)，其體積小但功能強(qiáng)大。我們按照現(xiàn)有十字路口的交通燈的設(shè)計(jì)方案來說明基于plc的交通燈控制系統(tǒng)的方便性特點(diǎn)，也間接說明其在滿足控制系統(tǒng)要求的功能擴(kuò)展上也易于實(shí)現(xiàn)。
二、系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)
1、系統(tǒng)功能要求
交通燈系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，紅、綠、黃燈按一定時(shí)序輪流發(fā)亮。首先，南北紅燈亮，東西綠燈亮。南北紅燈維持35s（可由用戶設(shè)定），在南北紅燈亮同時(shí)東西綠燈也亮，并維持30s，到了30s時(shí)，東西路燈閃亮，閃亮周期為1s。綠燈閃亮3s后熄滅，東西黃燈亮，并維持2s。到2s時(shí)，東西黃燈熄、紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄，綠燈亮。東西紅燈亮維持25s（可由用戶設(shè)定）,南北綠燈亮維持20s。到20s時(shí)，南北綠燈亮3s后滅，南北黃燈亮，并維持2s。到2s時(shí)，南北黃燈熄、紅燈亮，同時(shí)東西綠燈亮，開始下一周期的動(dòng)作；系統(tǒng)可進(jìn)行時(shí)間倒計(jì)時(shí)顯示；當(dāng)緊急狀態(tài)要一側(cè)方向通過時(shí)，可以使南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮或者南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；在特殊情況下，系統(tǒng)可以人為根據(jù)各方向車流量，進(jìn)行各車道通行時(shí)間的變更；在某時(shí)段如23：00至次日6：00車流量很少情況下，系統(tǒng)可以設(shè)定為各方向的只有黃燈閃爍。
2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1硬件設(shè)計(jì)
硬件主要采用日本松下電工生產(chǎn)的小型fp0－c32ct型（帶日歷時(shí)鐘功能）plc，其i/o分別各有16個(gè)；根據(jù)系統(tǒng)要求需要進(jìn)行i/o擴(kuò)展要求，需要配一級(jí)擴(kuò)展單元fp0－e16yt，其有16個(gè)輸出。其i/0分配如表1，其控制輸入輸出接線原理圖如圖1所示。輸出設(shè)備是電壓高，功率大的設(shè)備，可由plc輸出給中間繼電器，再通過中間繼電器進(jìn)行外部設(shè)備的輸出控制。
表1 系統(tǒng)i/0分配表
輸入
功能
輸出
功能
x0
系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕sb1
y0
南北紅燈
x1
系統(tǒng)停止按鈕sb2
y1
東西綠燈
x2
南北方向急停開關(guān)s1
y2
東西黃燈
x3
東西方向急停開關(guān)s2
y3
東西紅燈
x4
南北方向時(shí)間增加按鈕sb3
y4
南北綠燈
x5
南北方向時(shí)間減少按鈕sb4
y5
南北黃燈
x6
東西方向時(shí)間增加按鈕sb5
y20-y2f
用于數(shù)碼時(shí)間顯示
x7
東西方向時(shí)間減少按鈕sb6
圖1 外部接線原理圖
2.2軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容包括交通燈順序循環(huán)控制、兩方向的急?？刂啤?shù)碼時(shí)間顯示控制、定時(shí)時(shí)段控制、各路通行時(shí)間變更控制幾部分。順序循環(huán)控制主要采用定時(shí)器指令編寫，通過時(shí)間的順序運(yùn)行，來達(dá)到各路燈的按要求輸出；通過配合各路急停開關(guān)的閉鎖實(shí)現(xiàn)各方向的紅燈或綠燈亮，當(dāng)急停開關(guān)恢復(fù)后，又通過對(duì)定時(shí)器的內(nèi)部經(jīng)過值sv賦值，達(dá)到路燈進(jìn)行切換恢復(fù)的目的，程序參考圖2。我們可以通過plc內(nèi)部的日歷時(shí)鐘功能，對(duì)內(nèi)部運(yùn)行的時(shí)鐘數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行取值比較，用類似急停控制的方法，實(shí)現(xiàn)某時(shí)段各方向的黃燈閃（程序略）；由于前面采用的定時(shí)器獨(dú)立的，故對(duì)于各路通行時(shí)間變更控制可以采用對(duì)定時(shí)器tm0對(duì)tm4的設(shè)定值sv賦值來改變，當(dāng)然各方向時(shí)間也不能無限增大和減小，我們可以通過比較指令限制其在指定的數(shù)值范圍（程序略）。通過對(duì)定時(shí)器tm0對(duì)tm4中變化的經(jīng)過值ev，我們可以通過指令實(shí)時(shí)把他們轉(zhuǎn)為bcd碼，再由專門指令直接轉(zhuǎn)換為七段碼數(shù)值，用于對(duì)各方向時(shí)間的倒計(jì)時(shí)顯示（程序略）。
圖2 順序循環(huán)控制和急?？刂频某绦?
三、系統(tǒng)擴(kuò)展性
隨著城市交通系統(tǒng)的日趨復(fù)雜和控制自動(dòng)化程度的加大，使用該套plc的交通燈控制系統(tǒng)，也能實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制的過程。如某些交通道路有六車道及人行道等，各道進(jìn)行相應(yīng)時(shí)序控制；有些交通道路采用智能化控制，根據(jù)車流量自動(dòng)改變各方向的通行時(shí)間，并通過中央控制系統(tǒng)對(duì)各路口交通信號(hào)和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和設(shè)置等；fp0系列plc體積小，軟硬件功能強(qiáng)，具有運(yùn)行速度快、程序容量大、指令功能強(qiáng)、具有遠(yuǎn)程通訊功能等等，其可進(jìn)行三級(jí)i/o擴(kuò)展單元，最大i/o點(diǎn)數(shù)達(dá)128個(gè)，在通訊方面，fp0可以經(jīng)rs232口直接連接調(diào)制解調(diào)器，在選用調(diào)制解調(diào)器方式下，fp0使用at命令自動(dòng)撥號(hào)以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊；其也可以使用c-net通訊單元，把多個(gè)fp0單元連接一起構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控，計(jì)算機(jī)與多臺(tái)plc連接圖如圖3所示。通過上面說明，使用基于plc的控制可以滿足交通燈系統(tǒng)硬件功能的擴(kuò)展和分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化的需要。
圖3 計(jì)算機(jī)與多臺(tái)plc控制單元連接圖
四、總結(jié)
通過調(diào)試，本系統(tǒng)使用plc中的定時(shí)器分段設(shè)置，容易配合急?？刂啤⒏鞣较驎r(shí)間變更控制和倒計(jì)時(shí)間的顯示，該交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，接線容易，程序編寫的控制算法靈活方便，在軟硬件的維護(hù)上比較容易，可靠性也比較高。在可擴(kuò)展性方面比較容易，易實(shí)現(xiàn)智能的交通監(jiān)控和控制，滿足根據(jù)道路情況和季節(jié)變化情況的通行時(shí)間的改變，減少各方向的車輛滯留，緩解交通擁擠情況，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益比較明顯。