張文

摘? 要：伴隨現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車成為人們?nèi)粘３鲂械闹饕煌üぞ撸@也給城市交通帶來(lái)了巨大的壓力，為了避免交通堵塞，同時(shí)又要在有限的時(shí)間內(nèi)保障車輛和行人的安全，實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通燈的自動(dòng)控制勢(shì)在必行。本文采用日本三菱FX2N系列PLC做主控制器，進(jìn)行硬件接口設(shè)計(jì)，同時(shí)利用GX Developer編程軟件進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)十字路口交通燈的自動(dòng)控制，從而保障了車輛和行人在城市道路路口的暢通及安全。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)? 交通燈? 自動(dòng)控制系統(tǒng)? 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）12（c）-0100-03

Abstract： With the rapid development of modern society and economy， motor vehicles have become the main means of transportation for people's daily travel， which also brings great pressure to the urban traffic. In order to avoid traffic congestion and ensure the safety of vehicles and pedestrians in a limited time， it is imperative to realize the automatic control of traffic lights at crossroads. In this paper， Mitsubishi FX2N series PLC is used as the main controller to design the hardware interface. At the same time， the GX developer programming software is used to realize the automatic control of the traffic lights at the crossroads， so as to ensure the smooth and safe traffic of vehicles and pedestrians at the intersection of urban roads.

Key Words： PLC control system; Traffic lights; Automatic control system;Design

1? 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市也在高速發(fā)展，社會(huì)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，機(jī)動(dòng)車成了家家戶戶出行的主要交通工具，交通障礙也在隨之增加，為了避免交通堵塞同又要在有限的時(shí)間內(nèi)保障車輛和行人的安全，實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通燈的自動(dòng)控制勢(shì)在必行。本文結(jié)合道路交通的實(shí)際情況，給出一種簡(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)方案。

2? 可編程邏輯控制器PLC

PLC（Programmable Logical Controller）是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱，它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用設(shè)計(jì)，它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算和順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入/輸出接口，控制各種類型的機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。

可編程控制器（PLC）是由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大部分組成。PLC的軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)程序和用戶程序，在軟件系統(tǒng)已經(jīng)編制好的情況下，如硬件系統(tǒng)滿足要求，CPU就會(huì)不斷的執(zhí)行軟件系統(tǒng)以及預(yù)先設(shè)置好的程序代碼，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期的目的。

可編程控制器（PLC）的硬件包含CPU、存儲(chǔ)器（ROM和RAM）、輸入/ 輸出（I/O）接口，外部電源等幾大部分組成。此外還可根據(jù)用戶的需要配備各種外部設(shè)備如（手持）編程器、圖形顯示器、微型計(jì)算機(jī)等都可通過(guò)通信接口與主機(jī)相連。

3? 十字路口交通燈控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本文主要介紹了三菱系列PLC在交通燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。整個(gè)控制系統(tǒng)可以分成兩部分，一是軟件系統(tǒng)，二是硬件系統(tǒng)，即軟件系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)和執(zhí)行平臺(tái)，這兩部分在任何控制系統(tǒng)中都是相輔相成的，缺一不可的。整個(gè)控制系統(tǒng)采用三菱FX2N系列PLC做控制器，進(jìn)行硬件接口設(shè)計(jì)，同時(shí)利用GX Developer編程軟件進(jìn)行編程，以達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

十字路口交通燈示意圖見(jiàn)圖1所示，其中交通燈由東西、南北兩組共12盞燈組成，每組皆由一對(duì)紅燈、一對(duì)綠燈、一對(duì)黃燈共六盞燈組成，其中紅燈表示禁止通行，綠燈表示允許通行，黃燈表示警戒的意思。

十字路口交通信號(hào)燈控制要求如下：

（1）設(shè)一個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SB1控制整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)，當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)開(kāi)始工作，設(shè)一個(gè)停止開(kāi)關(guān)SB2，停止開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。

（2）南北方向綠燈和東西方向綠燈不能同時(shí)亮，如果同時(shí)亮則整個(gè)控制系統(tǒng)出錯(cuò)并停止運(yùn)行。

（3）南北方向紅燈亮25s，在南北方向紅燈亮的同時(shí)東西方向綠燈亮20s，再按1s鐘1次的規(guī)律閃爍3次，轉(zhuǎn)到東西方向黃燈亮2s，東西方向黃燈亮2s后熄滅，這時(shí)輪到東西方向紅燈點(diǎn)亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，南北綠燈點(diǎn)亮。

（4）東西方向紅燈亮30s，南北方向綠燈亮25s，再按1s1次的規(guī)律閃爍3次，轉(zhuǎn)到南北方向黃燈亮2s，完成一個(gè)周期，如此循環(huán)。

本設(shè)計(jì)擬采用三菱FX2N--48MR系列PLC做控制器，此型號(hào)是PLC家族中最先進(jìn)的型號(hào)之一，性能高、體積小、功能齊全、價(jià)格便宜、安裝簡(jiǎn)單、維修方便。根據(jù)控制要求，需要對(duì)系統(tǒng)中的輸入輸出口（I/O）地址進(jìn)行分配，所謂輸入輸出口（I/O）的地址分配是指可編程控制器的外部輸入輸出所占用PLC的地址資源的分配。同時(shí)輸入輸出口地址分配要本著合理、簡(jiǎn)潔的原則進(jìn)行。根據(jù)交通燈控制系統(tǒng)的要求，本設(shè)計(jì)一共需要2個(gè)輸入口，即一個(gè)啟動(dòng)按鈕和一個(gè)停止按鈕，需要6個(gè)輸出口，分別對(duì)應(yīng)著十字路口的6種燈，即南北方向紅燈、東西方向綠燈、東西方向黃燈、東西方向紅燈、南北方向綠燈、南北方向黃燈。本設(shè)計(jì)采用的三菱FX2N--48MR系列的PLC一共包含了24個(gè)輸入口和24個(gè)輸出口，完全能夠滿足交通燈控制系統(tǒng)的要求。交通燈控制系統(tǒng)的I/O口地址分配表，見(jiàn)表1所示。

按照交通燈控制系統(tǒng)要求，根據(jù)表1交通燈的I/O地址分配表，繪制交通燈控制系統(tǒng)的外部硬件接線圖，見(jiàn)圖2所示。

4? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在編寫(xiě)交通燈控制系統(tǒng)的程序時(shí)，最關(guān)鍵的部分就是關(guān)于東南西北方向的時(shí)間問(wèn)題，在本設(shè)計(jì)中，東西方向綠燈點(diǎn)亮的時(shí)間23s，加上東西方向黃燈點(diǎn)亮的時(shí)間2s一共是25s，恰好等于南北方向紅燈點(diǎn)亮的時(shí)間25s。東西方向的紅燈點(diǎn)亮30s恰好等于南北方向綠燈點(diǎn)亮的時(shí)間28s加上南北方向黃燈點(diǎn)亮的時(shí)間2s。

本文采用三菱FX2N--48MR系列的PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的主控制器，采用Gx Developer編程軟件進(jìn)行編程，可以完成對(duì)整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的運(yùn)行及數(shù)據(jù)的采集。其中GX Developer是三菱PLC的編程軟件，適用于Q、QS、ANS、FX等全系列可編程邏輯控制器，它支持梯形圖、指令表、SFC、Lable語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控以及調(diào)試，具有異地讀寫(xiě)PLC程序功能，本文所設(shè)計(jì)的智能交通燈控制系統(tǒng)就可以用該軟件完成。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，編寫(xiě)交通燈控制系統(tǒng)的控制程序，見(jiàn)圖3和圖4所示。

5? 安裝、調(diào)試與運(yùn)行

PLC控制系統(tǒng)的功能對(duì)于控制條件的滿足情況要經(jīng)受現(xiàn)場(chǎng)的檢驗(yàn)調(diào)試，這里是將浙江亞龍公司生產(chǎn)的可編程控制器當(dāng)做載體，使用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列的PLC進(jìn)行控制。 將上述程序編寫(xiě)完成之后傳送到PLC主機(jī)上，確認(rèn)端子接線無(wú)誤后，即可聯(lián)機(jī)調(diào)試，將PLC安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中，系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器和硬件接線等都有可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題要及時(shí)加以解決。如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)的要求，則需要對(duì)相應(yīng)的軟件程序和硬件部分做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，通常只需要修改部分程序就可以達(dá)到調(diào)整的目的，完成指標(biāo)的要求。全部調(diào)試通過(guò)后，還需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，之后系統(tǒng)就可以投入到整個(gè)交通控制系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)如運(yùn)行穩(wěn)定，即達(dá)到預(yù)期目標(biāo).同時(shí)，對(duì)于該系統(tǒng)，只要稍加改動(dòng)，就可以應(yīng)用于更多的交通燈控制系統(tǒng)當(dāng)中。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)PLC在交通燈控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用，從控制層面、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)以及運(yùn)行調(diào)試方面，均實(shí)現(xiàn)了對(duì)十字路口交通燈的控制，驗(yàn)證了PLC系統(tǒng)運(yùn)行的可行性，對(duì)當(dāng)下的交通燈智能控制系統(tǒng)具有一定的借鑒意義。同時(shí)使用三菱FX2N系列PLC設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)靈活方便等多種優(yōu)點(diǎn)，在十字路口使用該控制系統(tǒng)能極大地提高車輛的通行效率，在一定程度上緩解了城市道路交通擁堵的現(xiàn)狀，確保車輛和行人的通行暢通。

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