基于PLC的交通灯控制系统设计

黄谷平　徐亮

摘 要：随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。本文主要探讨基于PLC的交通灯控制系统，主要基于西门子公司的一种小型的可编程序控制S7-200来设计。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。

关键词：交通灯；PLC；S7-200

1 研究背景

在现代城市中，随着人口和汽车的急剧增长，市区交通日益拥挤，要是没有红绿灯作为指挥工具，恐怕川流不息的汽车就会由于混乱而造成严重阻塞。因此，交通灯是交管部门管理城市交通的重要工具之一。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。而传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现。

2 PLC介绍及其发展

2.1 PLC概述

PLC的最大特点在于：电气工程师已不再电气的硬件上花费太多的心计，只要将按钮开关或感应器的输入点连接到PLC的输入点上就能解决问题，通过输出点连接接触器或继电器来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接就可以。PLC之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，还有许多适合工业控制的独特优点，它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，一下是其主要特点。

（1）可靠性高、抗干扰能力强；

（2）编程简单，易于掌握；

（3）设计、安装容易、维护工作量少；

2.2 PLC的组成及结构

PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，由硬件和软件两部分组成。硬件主要由CPU、电源、存储器、专门设计的I/O接口电路、外部设备和I/O扩展模块等组成。

（1）中央处理单元（CPU）。PLC的CPU与通用微机的CPU一样，是PLC的核心部分，它按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器键入的用户程序和数据。

（2）输入/输出单元（I/O单元）。I/O单元又称为I/O接口电路。PLC程序执行过程中需调用的各种开关量（状态量）、数字量和模拟量等各种外部信号或设定量，都通过输入电路进入PLC，而程序执行结果又通过输出电路送到控制现场实现外部控制功能。不同的是，PLC产品的I/O单元是顾及其工作环境和各种要求而经过精心设计和制造的。因此其可靠性，抗干扰能力都有比较高的质量。

2.3 PLC的交通灯控制设计目的。

利用可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。将PLC应用于交通灯系统中，可缩短车辆通行等候时间。实现科学化管理。对于交通灯的设计提供了极大的便利。

2.4 PLC交通灯控制系统基本原理

根据现实我国的交通状况分析以及要实现的基本功能，控制流程如下：

（1）信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始正常工作，且先南北红灯亮，而后东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯熄灭。

（2）南北红灯亮维持25s，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20s。到20s 时，东西绿灯闪亮，闪亮3s后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2s。到2s 时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮；同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。

（3）东西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s，熄灭；同时南北黄灯亮，维持2s 后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

（4）上述信号灯状态周而复始。

2.5 PLC交通灯控制系统的优点

（1）急车强通控制。急车强通控制即急车强通信号受急车强通开关控制。无急车时，信号灯按正常时序控制。有急车来时，将急车强通开关接通，强制让急车来车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。急车一过，将急车强通开关断开，信号灯的状态立即恢复到按正常时序控制。

（2）车流量监控。利用该功能可以实现对车流量的监测，并根据车流量情况对绿灯进行延时或减时。具体如下：首先在PLC 交通灯控制系统中进行设置，设置正常情况下红绿黄灯显示的时间，还要设置，超过一定车辆数量后，绿灯延时的时间和车数量小于某一临界值时，绿灯减小的时间。例如，当远端传感器监测到某两方向有“车辆排队现象”，会将“车辆排队现象”传送给PLC 系统。PLC 系统根据接收到的信息和另外两方向的车辆情况进行运算，决定绿灯是否延时或延时的时间。

3 结论

在十字路口相应的位置预埋传感线圈，对此路段上的车流量进行统计，并根据车流量的变化，改变绿灯的控制时间，可以实时地对绿灯资源进行合理调配，提高十字路口的通行能力。本次传感器与plc相结合，以车辆等待绿灯的滞留数来确定该方向是否繁忙。如以南北向为例，每当车辆进入十字路口必先经过检测器，检测器就会发出2个脉冲给PLC，PLC对检测器计数就可得到车辆进入候车入口的总数和Y。车辆继续往前就会经过检测器，同样检测器也会发出2个脉冲给PLC，PLC对检测器脉冲的计数就会得到车辆驶出候车入口的总数和X，那么Y（进入总量）-X（驶出总量）=Z1南北向车辆滞留数），同样，东西方向，PLC通过对检测器脉冲的计数就可得到滞留量Z2。

参考文献

[1]崔玉珍.PLC技术在“十字路口交通灯控制”中的应用[J].科

技传播，2011，（11）.

[2] 赵静. 十字路口交通灯的PLC控制设计[J]. 海峡科学2013，10.