PLC顺序控制的城乡十字路口交通灯控制系统的设计

　　当今，红绿灯安装在各个道路口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。如何利用当今计算机与自动控制技术，有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，提高车辆速度，减少交通事故是值得我们研究的新课题。本文基于PLC设计了城乡交通灯控制系统，并就设计中的计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。

1、系统控制功能

（1）城市十字路口交通信号灯是在十字路口的东西南北各个方向装设红绿黄灯各一套。控制的任务就是让红绿黄灯按照一定的时序轮流发亮。

（2）控制时序当起动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，同时东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭;南北红灯亮25s，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20s，到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮2s，2s后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮，东西红灯亮30s。南北绿灯亮20s，然后闪3s后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。

图一 系统输入输出接线图

2、硬件接线及I/O口分配

根据设计要求，采用西门子S7-200-224型PLC为控制器，起动按钮SB1，红黄绿灯东西南北各1只。输入输出接线如图一所示。起动按钮SB1接入输入继电器I0.0端，东西方向绿灯接入输出继电器Q0.3端，东西方向的黄灯接入输出继电器Q0.4端，东西方向的红灯接入输出继电器Q0.5端，南北方向绿灯接入输出继电器Q0.0端，南北方向黄灯接入输出继电器Q0.1端，南北方向红灯接入输出继电器Q0.2端，输出端电源与输出公共端1L相连。

3、系统梯形图设计

为了设计思路清晰与便利，采用了顺序控制法。顺序控制就是指系统或生产设备在各输入信号的作用下，内部元件状态按照生产工艺预先规定的时间顺序变化，使得各执行机构在生产过程中自动有序地进行操作。PLC顺序控制设计法最基本的设计思路是将控制系统的一个完整的工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（step）。然后用转换条件控制代表各步的内部编程元件，使其状态按照一定的时间顺序变化，最终输出控制相应执行机构的动作步是根据输入量状态的变化来划分的。在任何一步之内各输出量的状态不变，但相邻两步输出量总的状态是不同的。步的这种划分方法代表各步编程编程元件的状态与各输出量状态之间有着极为简单的逻辑关系。

结合本次设计要求，可以采用单流程编程法，也可以采用双流程法。设计中采用双流程法，应用并联分支结构，把东西和南北方向信号灯的动作分为两个流程同时起动，分别运行各自的时序动作，相互之间的配合由统一的时钟进行有机的配合，不会出现偏差，简洁明了，思路清晰。

图二  交通灯控制系统梯形图

PLC上电时，系统处于初始状态S0.0，同时产生一个1s的闪烁电路。SB1按下系统起动，S0.1与S0.5同时接通，东西南北方向同时工作，现仅以东西方向的动作分析其工作原理。东西绿灯开始工作，同时定时器T37开始定时20s，20s后第一工步复位，进行第二工步S0.2，东西绿灯闪烁工作，结合初始时的1s的闪烁电路，定时器T38定3s就做到了闪3下的目的。3s后第二工步复位，进行第三工步S0.3，东西黄灯工作，定时器T39定时2s，2s后第三工步复位，进入第四工步S0.4，东西红灯开始工作。同时定时器T40开始定时，30s后返回到第一工步，如此循环下去。南北方向与东西方向相同，不再赘述。梯形图如图二所示。

4、结束语

交通灯的设计方法有多种实现方法，由于交通灯都是安装在嘈杂的交通路口，工作的稳定性、可靠性与抗干扰的能力要求均较高。传统的设计方法总存在着缺陷，而PLC专为工业环境下应用设计的，在交通灯控制系统中有着较大的优势。而PLC的顺序设计法是顺序控制系统中一种先进的设计方法，不仅容易接受，提高设计效率，节省设计时间，而且程序的调试、修改和阅读便利，缩短设计周期。本次设计的交通灯系统调试结果符合要求，在现实中有一定的推广价值。
 

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