PLC的城市交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計研究
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關(guān)鍵詞：plc；信號燈；系統(tǒng)設(shè)計
1引言
PLC由于其在控制性能的靈活性、使用的方便性和高穩(wěn)定性和較強的抗干擾能力[1]，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化的各個領(lǐng)域，特別是在城市交通信號燈方面將起著不可替代的作用。
2PLC軟硬件介紹
通常的PLC實際上是一種專用計算機，主要應(yīng)用的場合是工業(yè)控制，分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)主要由CPU、存儲器、I/O接口、編程器和電源構(gòu)成。不同型號的PLC采用不同的CPU規(guī)格。小中型PLC的CPU采用微處理器和單片機。大型PLC雖然也采用微處理器，但CPU是高速位片式。PLC的各項任務(wù)都是CPU按照PLC賦予的功能完成的。PLC的存儲器有兩種：一種是系統(tǒng)程序存儲器，在制造過程中由生產(chǎn)商編寫并固化在存儲器中；另一種是用戶程序存儲器，存放于RAM，方便用戶修改與調(diào)試。PLC的輸入接口主要有三種類型：直流、交流、交直流輸入接口；輸出接口也有三類：晶體管、晶閘管繼電器等類型。輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件連接的接口電路。PLC的編程器可以分為簡易和圖形編程器[2]，將編好的程序下載至用戶程序存儲器。簡易編程器的優(yōu)點是小體積、隨身攜帶方便，缺點是只能采用語句的形式進行聯(lián)機編程。圖形編程器則不同，編程形式多樣，語句形式、梯形圖形式、脫機形式都可進行編程。在PLC工作過程中，CPU及存儲器需要的是直流電，這就需要電源將外部的交流電轉(zhuǎn)換成直流電。電源是整個PLC能源供給中心。PLC的工作過程中需要采用穩(wěn)壓電源，這樣才能保證穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，也能對外圍配置進行簡化。PLC軟件由繼電器邏輯部件、計數(shù)器邏輯部件組成。其中繼電器又分為輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部繼電器幾種，它只是一種邏輯概念，而非真正意義上的繼電器，與通常的繼電器相比壽命更長、速度更快、功耗更低，而且體積相對較小。PLC的軟件組成部分還包含兩種編程語言：梯形圖語言、語句表語言。梯形圖語言應(yīng)用較為廣泛，很多電氣技術(shù)人員都能夠熟練掌握。這種語言和電器控制線路圖區(qū)別不大，非常直觀、形象，是PLC第一編程語言。語句表語言使用不是很廣泛，其使用的原理就是梯形圖的描述用PLC操作命令表達出來，通過簡易的編程再輸入到PLC中。
3交通信號燈的設(shè)計
3.1設(shè)計要求
一般城市十字路通控制燈各有東西和南北三個控制燈。紅色燈禁止機動車通行，黃色燈準(zhǔn)備禁止機動車通行，綠色為機動車可以通行。在整個過程中，信號燈受啟動和停止開關(guān)總體控制，開關(guān)啟動?xùn)|西南北信號燈開始工作，開關(guān)停止熄滅所有的信號燈。整個工作過程一直循環(huán)往復(fù)。南北方向亮紅燈時，東西方向亮綠燈。在時間上，南北方向紅燈亮60秒，東西綠燈亮55秒，到50秒時，東西方向的綠燈閃亮，并在3秒后熄滅，同時黃燈亮2秒鐘，2秒鐘結(jié)束，東西方向的紅燈亮，南北方向的紅燈熄滅，綠燈亮。同樣的工作原理，東西方向和南北方向交替，周而復(fù)始地工作。
3.2任務(wù)控制分析
在城市交通中，由于紅燈亮?xí)r南北方向或是東西方向都是停止的，綠燈亮?xí)r時同時放行的，因此只要比較南北方向和東西方向的車輛的最大值就行了，不需要對車輛總和進行比較。
4.1交通信號燈狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖
開關(guān)啟動，PLC開始工作。從圖2可以看出南北方向的主干道綠燈先亮，東西方向的紅燈先亮[3]。信號燈亮起的順序是按事先規(guī)定的時間次序，循環(huán)往復(fù)地工作。結(jié)束按鈕啟動，交通信號燈停止工作。
4.2梯形圖的設(shè)計
在該系統(tǒng)模塊中，交通信號燈的控制采用的是基本的邏輯編程，PLC軟件的定時器實現(xiàn)燈亮，交通信號燈的閃爍則由脈沖發(fā)生器來實現(xiàn)。由圖3可知，若M1閉合，則T0通電，0.5秒的延時后觸點T0閉合，T1定時器通電，再經(jīng)0.5秒的延時，斷開觸點T1，線圈T0失電，TO觸點斷開，TO定時器再次得電，再經(jīng)0.5秒，又一次閉合T0，如此周而復(fù)始地工作，T0波形如圖4所示。
5總結(jié)與展望
城市交通信號燈控制采用PLC來進行設(shè)計和實現(xiàn)，可靠性較高，輸入輸出接口模塊也比較豐富，采用的編程語言簡單易學(xué)[4]，后期安裝簡單，維修也較方便。設(shè)計過程的重難點就是設(shè)計的思路、梯形圖的設(shè)計、編程程序的輸入及調(diào)試。通過分檔南北或東西方向的機動車數(shù)量，實現(xiàn)對南北或東西方向機動車最大限度地放行，從而減少機動車在多岔路口滯留的時間，對當(dāng)前的城市交通擁堵，實現(xiàn)了最優(yōu)化的控制，大大提高了城市交通的效率[5]。
參考文獻
[1]張廣明,李果,朱煒.機電系統(tǒng)PLC控制技術(shù).北京:國防工業(yè)出版社,2007
[2]齊占慶,王振臣.機床電氣控制技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社,1997
[3]李樹雄.可編程控制器原理與應(yīng)用及應(yīng)用教程.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003
[4]郁漢琪.電氣控制與可編程控制器應(yīng)用技術(shù).南京:東南大學(xué)出版社,2003
[5]孫同景.PLC原理及工程應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社,2008
作者：吳麗 單位：安徽省淮北市濉溪縣臨渙鎮(zhèn)政府