PLC在交通信號控制中的應用

張立明

（昆明學院，云南昆明，650214）

1 概述

PLC技術是由傳統電氣控制技術與微處理器編程技術結合發展而來的一種工業控制技術。相較于以往的繼電器控制，基于PLC的控制方式可以執行更加復雜的程序，完成更加復雜的任務。PLC是基于數字運算操作的一種微型電子系統，目前在很多工業生產中，PLC這種控制器都有著廣泛的應用。PLC的應用優勢也非常多，例如具有較強的可靠性，能夠適應不同程度的各種干擾，在編程、開發以及維護中也具有較好的便捷性?，F階段，在很多領域PLC都發揮著重大作用，例如閉環過程控制、運動控制、數據處理以及邏輯開關量控制等等，可以說在工業自動化發展進程中，PLC占據著十分重要的地位。

2 PLC在交通信號控制中的具體應用

2.1 設計需求分析

交通信號燈是交通信號控制的關鍵，而將PLC應用于交通信號燈控制并進行設計的過程中，應對以下幾方面需求予以考慮與分析。

第一，正常時序控制需求。交通信號燈的使用應滿足以下要求：首先， PLC交通信號燈的指示方向，即紅綠燈的指標應維持在正常范圍，方向不能發生錯誤；其次，信號燈的指示時間應維持在正常范圍；再者，信號燈閃爍時應在南北與東西兩個大方向上有一定的間隔時間；此外，信號燈閃爍的顏色應隨著南北與東西兩個大方向變換而變換。

第二，急車強通控制需求。關于急車強通控制的需求，具體涉及到以下幾方面，在設計PLC元件時，應分為有急車與無急車兩種情況。前者應該按照正?？刂崎_關控制信號等進行設計，并以正常時序運行信號燈。如果為后者，那么應按照急車強通開關控制進行設計；其次，在接通急車強通開關的過程中，紅燈與綠燈應分別閃爍于車來與非車來方向，并且在車來方向通過急車之后，信號燈應按照正常時序進行變換。

第三，模糊控制設計需求。首先，必須精密設計好準確可靠的車流量檢測裝置，再根據交通路口的流量分布情況，對信號燈進行合理設計；其次，應按照南北、東西方向對交通路口劃分并進行模糊判斷；再者，每個方向的車流控制都應按照直行、左轉彎、右轉彎進行設計。在直行與左轉彎控制區域，都應設置信號檢測器；此外，每個路口存在兩個相對方向，在設計中應將其數據進行合并。

第四：前、后十字路口信號燈之間的有效通行銜接需求。

2.2 系統配置

根據基于PLC的交通信號燈控制系統的設計需求，考慮前后十字路口的銜接及交通大數據管理的發展要求，在系統結構上應采取“計算機+PLC”的上下位機雙層網絡結構，在硬件配置上，要預留上位計算機以太網、下位PLC機RS-485網的接口或模塊！應按照I/O設計要求，合理選擇PLC外部接線，并充分考慮工作現場惡劣氣候條件下的抗干擾問題。在軟件配置上，可采用觸摸屏或組態軟件實現監控功能,采用各型號的PLC編程軟件實時控制信號燈。

2.3 設計程序

首先，根據設計規律，設計程序應對以下方面予以綜合考慮：遵循系統運行規律；遵循信號燈時間變化規律；系統屬于自動轉換，很少人工干預；應盡量減少PLC的I/O點。

其次，由于輸出端只存在信號指示，因此在設計前，要確定路口指示燈的數量。并且在設計基于PLC的交通信號燈控制系統的過程中，設計方法應從穩定性、可靠性、可編程性等方面入手。

此外，關于LED設備的安裝問題，應考慮以下幾點：保證元件之間的兼容性；為提高維護的便捷性，在選擇支架時應對其絕緣性能予以考慮；在選擇LED燈時，應考慮其壽命與返修率；在安裝過程中，要考慮安裝位置即周邊環境；如果信號燈周邊有高壓線路，應對設備采取足夠保護措施。

2.4 調試與測試

關于基于PLC的交通信號控制燈的調試工作，應從以下幾點入手：觸摸屏或上位機監控組態設計,編輯PLC控制程序功能圖或梯形圖程序；編譯PLC控制程序源代碼；下載PLC程序并進行調試；西門子PLC采用STEP-7 Micro/WIN軟件，或三菱PLC采用GX-Developer軟件,基于此運行PLC控制程序。

關于調試方法，主要涉及到以下幾點：第一，模糊算子調試可以選擇分段的形式；第二，在PLC調試過程中，由于實際信號輸入并不存在，因此可以采用模擬數據，并對內存的地址變量進行賦值；第三，在聯合調試時，應按照先主后次的順序完成。如果發生了內存地址沖突，那么應及時清理掉內存變量。

在測試PLC交通信號控制系統性能的過程中，主要涉及到硬件與軟件兩個方面。待穩定性達到要求后，則開始模擬實際工作條件，并對設備進行測試。測試應按照以下條件進行：信號燈連續運行超過100d；不定時輸入車流量，對系統各部分內容進行測試；模擬不同的不利條件。

在設計PLC交通信號控制系統時，選擇IEC61131-3，究其原因，主要有以下幾點：在全球范圍內，IEC61131-3為唯一一款合格的工業標準，且處于領先地位；在控制系統的工業標準中，IEC61131-3也在其范疇內；在全球范圍內，IEC61131-3的應用規模龐大，約有200家廠家按照IEC61131-3的工業標準來生產PLC；IEC61131-3具有較強的適用性，在諸多領域都有所應用，例如系統集成中的集散控制系統、小規?？删幊逃嬎銠C控制、電子設備集成的現場總線控制系統等等。

3 結束語

本文結合系統設計對PLC的具體應用進行了探討與分析。在基于PLC的交通信號控制系統設計中，基本控制器選擇S7-200PLC或FX系列PLC均可，同時考慮了軟件與硬件需求?？紤]到實際情況，針對PLC交通信號等的時序、PLC編程以及時序控制等方面的設計內容進行了探討。