交通信號燈智能控制系統(tǒng)的設計

劉 心

三門峽技師學院，河南三門峽 472000

關鍵字：可編程序控制器；智能控制；梯形圖

我國城市道路的交通燈控制系統(tǒng)多數(shù)采用固定時序控制思路。產(chǎn)生“多等少”的弊端，對人力和物質(zhì)資源造成浪費，且不利于環(huán)境保護。本文重點討論用PLC實現(xiàn)交通燈智能控制的設計方法。通過模糊控制的思路將思索過程中的控制經(jīng)驗及推理過程納入系統(tǒng)自動控制當中，使交通信號燈的控制實現(xiàn)智能化。

1 系統(tǒng)的控制需求分析

根據(jù)城市交通路口的情況，本文主要探討采用PLC實現(xiàn)正常道路路口的時序控制、特殊車輛應急通過控制和車輛較少時的特殊控制。道路假設為支路和主道路。

1.1 正常道路路口的時序控制

控制系統(tǒng)采用一鍵啟動控制，系統(tǒng)啟動后進行循環(huán)工作。

主道路綠燈每次30s，支路綠燈每次亮20s，每次綠燈變紅燈時，黃燈應先亮5s。

（1）主道路綠燈亮30s，主道路30s結(jié)束時，綠燈轉(zhuǎn)黃燈，維持5s。在此期間，支路紅燈亮35s。

（1）主道路黃燈結(jié)束后，紅燈亮25s；支路綠燈亮20s，綠燈結(jié)束后黃燈亮，維持5s。

1.2 特殊車輛應急通過控制

當有緊急情況時，需緊急通車的道路亮綠燈，另外一個方向亮紅燈，緊急情況結(jié)束，繼續(xù)正常通行的程序。

1.3 車輛較少時的特殊控制

（1）當主道路與支道超過3min均無車輛需要通行時，主道路應保持暢通。

（2）如果支路有車，則經(jīng)過30s后允許通行。

2 工作原理

當啟動按鈕SB0按下，X000接通，系統(tǒng)進入運行狀態(tài)，M3常開觸點閉合，Y000得電主路綠燈亮，Y004得電支路紅燈亮；同時定時器T0為主路綠燈計時，定時器T5為支路紅燈計時；T6為總計時。

經(jīng)過30S，T0的常閉斷開，常開閉控制Y000，使主道路方向的綠燈熄滅，T0常開觸點吸合，Y002得電，主道路黃燈亮，同時T1計時。

經(jīng)過5S，T1常閉斷開，使Y002失電，主道路綠燈熄滅。T1常開閉合，使Y001得電，主道路紅燈燈亮，且T2開始計時。同時，T5經(jīng)過35S后，常閉觸點斷開，Y004失電，支路紅燈熄滅，Y003得電，綠燈亮起，T3開始計時。

經(jīng)過20S，T3的常閉斷開，使Y003失電，綠燈熄滅。同時定時器T3的常開閉合，使Y005得電，使支路的黃燈亮起，T4開始計時。

經(jīng)過5S，T4的常閉斷開，常開閉合，控制Y005，使支路方向的黃燈熄滅；同時，定時器T6計時結(jié)束，常閉觸點斷開，使得T0、T5、T6失電。T0、T5重新開始計時，系統(tǒng)循環(huán)。

當主道路有緊急情況時，接通SB2，主道路方向的綠燈亮，支路方向的紅燈亮。結(jié)束按下SB1，恢復正常。

3 智能化交通信號燈控制系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)輸入部分包括系統(tǒng)的啟、停及主、支道路急行按鈕，由按鈕箱實現(xiàn)；輸出部分包括主道路、支路共四組交通信號燈。

一條道路上兩組信號燈，工作時同種顏色的信號燈同時亮滅，故采用并聯(lián)輸出方式。

主道路和支路需要兩組紅外傳感器，將傳感器安裝在距離十字路口10m的位置處。

綜上，系統(tǒng)所需輸入點為9個，輸出點為6個，均為開關量。由此確定使用三菱公司的FX3U型小型單機控制系統(tǒng)作為本套系統(tǒng)的控制器件。

3.1.1 PLC外部輸入、輸出號地址分配表

根據(jù)交通信號燈系統(tǒng)的工作原理，確定本套控制系統(tǒng)中PLC外部輸入、輸出地址分配，見表1。

表1 交通燈控制系統(tǒng)I/O地址分配表

3.1.2 PLC外部接線圖

根據(jù)控制要求和I/O分配表，繪制PLC硬件接線圖如圖1所示。

圖1 PLC硬件接線圖

3.2 系統(tǒng)的軟件設計

依據(jù)控制要求和I/O分配表，設計系統(tǒng)程序梯形圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)程序梯形圖

4 系統(tǒng)的調(diào)試

硬件調(diào)試：檢查接頭接觸情況，無誤后與電腦的通信口連接，接通電源，檢查PLC是否正常工作。

軟件調(diào)試：輸入梯形圖，并進行語法的檢查，無誤后設置通信口，將指令寫入到可編程控制器ROM中。

運行調(diào)試：在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確的基礎上，測試各個按鈕和傳感器能否正常工作。

5 結(jié)語

交通燈控制系統(tǒng)采用具有高可靠性、易于維護、抗干擾能力突出、通用性強等優(yōu)點的PLC進行控制，并根據(jù)PLC控制系統(tǒng)多次模擬運行后得出的數(shù)據(jù)情況，分析交通路口的道路寬度、路口距離、車流情況和車流速度等信息，綜合確定路口的信號燈時序，從而實現(xiàn)控制的合理化。PLC具有聯(lián)網(wǎng)功能，可將城市路口的信號燈控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，通過一臺主機進行控制、監(jiān)控以及管理，并且根據(jù)不同交通路況要求，對交通路口控制程序進行適時修改，極大地提高現(xiàn)代化城市道路的良好運行和管理能力。