基于PLC的交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設計方法分析

朱孝玻 高鑫雨 吳宇浩

摘 要：本文將PC機當作上位機，而把組態(tài)王軟件當作上位機軟件，將三菱PLC當作下位機，組建一套三菱PLC控制管理系統(tǒng)（以交通燈為被控對象）。主要通過PLC接線、I/O分配、PLC選項等方面來設計系統(tǒng)硬件，并用梯形圖來進行軟件的編寫，使其PC機上具有夜間模式切換、緊急情況處理、在線修改信號燈時間及啟、停等功能，最終實現(xiàn)PLC與PC之間的實時交互。現(xiàn)對此作一深入探討。

關鍵詞：PLC;交通燈監(jiān)控系統(tǒng);設計

伴隨科學技術水平的不斷提升，許多新技術、新理念在交通燈領域中得到不錯應用，使其功能更加多樣，實用性更為突出。而展望將來，未來的交通燈應具備網(wǎng)絡通信功能，能夠?qū)λ诘貐^(qū)的交通狀況進行實時感應，如果經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)某個時段存在交通擁堵情況，那么可以對燈的亮燈時間加以控制，而且還能依據(jù)現(xiàn)實路況，將擁堵信號發(fā)送給周圍的信號燈，使其彼此之間能夠控制與調(diào)節(jié)。在不久的將來，在控制交叉口信號燈中采用多技術交融的新方式（如將遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡控制及模糊控制等技術相融合），勢必會成為交通等控制領域的未來趨向。本文根據(jù)相關需要，以PLC為基礎，就交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設計思路作一剖析。

1.系統(tǒng)結構及控制時序分析

（1）系統(tǒng)結構。針對本文所設計的系統(tǒng)而言，其主要有三部分構成，其一為被控對象，其二是上位機系統(tǒng)，其三為下位機系統(tǒng)。對于上位機來講，實際就是PC機，而在顯示界面上，主要借助組態(tài)王所內(nèi)置的可視化監(jiān)控界面來實現(xiàn);而對于下位機而言，即PLC，由多模塊構成，分別為輸入/輸出模塊、CPU模塊、電源模塊等;交通燈是被控對象;另外，還需要指出的時，上、下位機要想實現(xiàn)通信，需借助RS232總線來實現(xiàn)。（2）交通燈的控制時序。需要說明的是，位于十字路口的綠燈，其亮燈時間通常為13秒，而閃爍時間是3秒，而對于黃燈來講，其亮燈時間是4秒;針對紅燈時間而言，其亮燈時間是20秒。另外，在模式上，主要有兩種，其一為夜間模式（時間段為凌晨12點-5點），當處于此模式時，出黃燈外的其它燈均會處于停用狀態(tài)，黃燈始終保持亮燈狀態(tài)（閃爍）;其二是緊急情況處理模式，顧名思義，即為當發(fā)生諸如交通事故等情況時，才能被執(zhí)行。針對交通燈的正?？刂茣r序來分析，通常情況下，會根據(jù)兩種狀態(tài)（信號燈置1、置0）來進行時序圖的繪制，0所代表的是信號燈熄滅，而1所代表的是信號燈亮。

2.軟、硬件設計

2.1硬件設計分析

（1）I/O分配。對PLC的輸入信號與輸出信號進行深入分析，在能夠控制十字路口交通信號燈的情況下，需盡可能將占用PLC的I/O點予以減少。在實際設計過程中，由主令電器控制輸入，而在輸出上，則由位于南北方向、東西方向的指示信號（均為2組）來實現(xiàn)，輸出點共計6個。（2）設計輸入模塊。針對輸入模塊來講，選擇的是AX41，此模塊能夠根據(jù)實際需要，提供32點DC12/24V，而在具體的漏型輸入上，可以達到4/10mA。在分配I/O時，需要使用多達6個的輸入端口，分別是南北常綠停止端口、東西常綠停止端口、停止端口、啟動端口、南北常綠啟動端口與東西常綠啟動端口。（3）設計輸出模塊。針對此模塊而言，所選用的是AY13輸出模塊，針對與之相匹配的32點繼電器來講，其能夠輸出2A。本設計采用的輸出端口也為6個，分別為南北向紅燈端口、南北向綠燈端口、東西向黃燈端口、東西向綠燈端口、南北向黃燈端口與東西向紅燈端口。

2.2軟件設計分析

（1）設計主程序。PLC在工作方式上，所選用的是周期掃描方式，按下啟動按鈕，此時，X20系統(tǒng)便開始運行，使紅黃綠燈定時器處于初始化狀態(tài)，且依據(jù)實現(xiàn)設定好的時間來運行;需說明的是，若發(fā)生一些緊急情況，可按下X22，將東西常綠啟動，或者是按X24，將南北常綠啟動，直到按下解除按鍵;另外，對系統(tǒng)時間進行讀取，若為凌晨12～5點，那么可以將黃燈閃爍模式啟動;若想要停止，可按下X21按鈕，使交通燈處于一種停運狀態(tài)，不然的話，則會處于一種持續(xù)循環(huán)掃描狀態(tài)。（2）設計夜間模式梯形圖。針對GX Developer而言，其實為三菱PLC的一種實用且先進的編程軟件，其可以用作多種編程，比如SFC、Q/QnA系列、FX系列、指令表等。而在選用方式上，可選擇宏編程、功能塊編程及標號編程等，可把常用軟件（比如Word、Excel等）所編輯的表或文字，粘貼或者復制至PLC程序當中，便于使用與操作。當處于凌晨12～5點時，因有著比較小的溝通流量，此時，可選擇黃燈閃爍模式，并對系統(tǒng)時間進行讀取;而對于PLC系統(tǒng)時間來講，通常采用的是十六進制，當讀取之后，需向十進制進行轉(zhuǎn)換。（3）設計組態(tài)王在線監(jiān)控。針對組態(tài)王軟件來講，其能夠用于畫面動態(tài)顯示，此外，還能用于數(shù)據(jù)的分析管理以及數(shù)據(jù)采集等;當前，其在監(jiān)控報警機制上已比較健全。當完成畫面制作、將I/O設備定義好、完成數(shù)據(jù)庫構建、完成動畫連接等工作后，進入到開發(fā)系統(tǒng)當中，點擊“文件”，選其中的“切換到view”，最后進到運行系統(tǒng)當中，修改數(shù)據(jù)或監(jiān)控系統(tǒng)運行。（4）系統(tǒng)調(diào)試。將RS232總線當作實現(xiàn)PLC與上位機之間通信的媒介，并通過通信參數(shù)設置、構建數(shù)據(jù)庫、定義外設以及組態(tài)王運行系統(tǒng)的配置等，來獲得更好的運行效果。

3.結語

綜上，將計算機與PLC相融合，借助串行口進行數(shù)據(jù)傳輸，構建更加完整且健全的計算機控制管理系統(tǒng);在現(xiàn)場控制方面，針對有著較近的傳輸距離，那么此種管理方案有著比較高的性價比。在設計此系統(tǒng)時，可利用計算機所具有的強化功能，將PLC的抗干擾能力給展現(xiàn)出來，提高交通燈的監(jiān)控效能與水平。經(jīng)匯總既往實踐結果得知，此監(jiān)控系統(tǒng)可以比較高效且準確的采集數(shù)據(jù)，并完成指令下達，將交通信號燈的運行過程直觀且動態(tài)化的顯示出來，因而能夠為系統(tǒng)運行的智能化、網(wǎng)絡化提供可靠保證。

參考文獻：

[1]劉艷軍， 張春青， 趙海賢. 基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設計及教學應用[J]. 科技創(chuàng)新導報， 2011（20）：152-153.

[2]楊日容. 基于PLC和組態(tài)技術的交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]. 荊楚理工學院學報， 2008（6）：31-33.

[3]吳凌云. 基于PLC的十字路口交通燈模糊控制器的設計與實現(xiàn)[J]. 可編程控制器與工廠自動化（10）：117-119.

作者簡介：

朱孝玻（1997年7月），性別：男，民族：漢族，籍貫：陜西省安康市.