交通信号灯智能控制系统的设计

刘 心

三门峡技师学院，河南三门峡 472000

关键字：可编程序控制器；智能控制；梯形图

我国城市道路的交通灯控制系统多数采用固定时序控制思路。产生“多等少”的弊端，对人力和物质资源造成浪费，且不利于环境保护。本文重点讨论用PLC实现交通灯智能控制的设计方法。通过模糊控制的思路将思索过程中的控制经验及推理过程纳入系统自动控制当中，使交通信号灯的控制实现智能化。

1 系统的控制需求分析

根据城市交通路口的情况，本文主要探讨采用PLC实现正常道路路口的时序控制、特殊车辆应急通过控制和车辆较少时的特殊控制。道路假设为支路和主道路。

1.1 正常道路路口的时序控制

控制系统采用一键启动控制，系统启动后进行循环工作。

主道路绿灯每次30s，支路绿灯每次亮20s，每次绿灯变红灯时，黄灯应先亮5s。

（1）主道路绿灯亮30s，主道路30s结束时，绿灯转黄灯，维持5s。在此期间，支路红灯亮35s。

（1）主道路黄灯结束后，红灯亮25s；支路绿灯亮20s，绿灯结束后黄灯亮，维持5s。

1.2 特殊车辆应急通过控制

当有紧急情况时，需紧急通车的道路亮绿灯，另外一个方向亮红灯，紧急情况结束，继续正常通行的程序。

1.3 车辆较少时的特殊控制

（1）当主道路与支道超过3min均无车辆需要通行时，主道路应保持畅通。

（2）如果支路有车，则经过30s后允许通行。

2 工作原理

当启动按钮SB0按下，X000接通，系统进入运行状态，M3常开触点闭合，Y000得电主路绿灯亮，Y004得电支路红灯亮；同时定时器T0为主路绿灯计时，定时器T5为支路红灯计时；T6为总计时。

经过30S，T0的常闭断开，常开闭控制Y000，使主道路方向的绿灯熄灭，T0常开触点吸合，Y002得电，主道路黄灯亮，同时T1计时。

经过5S，T1常闭断开，使Y002失电，主道路绿灯熄灭。T1常开闭合，使Y001得电，主道路红灯灯亮，且T2开始计时。同时，T5经过35S后，常闭触点断开，Y004失电，支路红灯熄灭，Y003得电，绿灯亮起，T3开始计时。

经过20S，T3的常闭断开，使Y003失电，绿灯熄灭。同时定时器T3的常开闭合，使Y005得电，使支路的黄灯亮起，T4开始计时。

经过5S，T4的常闭断开，常开闭合，控制Y005，使支路方向的黄灯熄灭；同时，定时器T6计时结束，常闭触点断开，使得T0、T5、T6失电。T0、T5重新开始计时，系统循环。

当主道路有紧急情况时，接通SB2，主道路方向的绿灯亮，支路方向的红灯亮。结束按下SB1，恢复正常。

3 智能化交通信号灯控制系统设计

3.1 系统硬件设计

系统输入部分包括系统的启、停及主、支道路急行按钮，由按钮箱实现；输出部分包括主道路、支路共四组交通信号灯。

一条道路上两组信号灯，工作时同种颜色的信号灯同时亮灭，故采用并联输出方式。

主道路和支路需要两组红外传感器，将传感器安装在距离十字路口10m的位置处。

综上，系统所需输入点为9个，输出点为6个，均为开关量。由此确定使用三菱公司的FX3U型小型单机控制系统作为本套系统的控制器件。

3.1.1 PLC外部输入、输出号地址分配表

根据交通信号灯系统的工作原理，确定本套控制系统中PLC外部输入、输出地址分配，见表1。

表1 交通灯控制系统I/O地址分配表

3.1.2 PLC外部接线图

根据控制要求和I/O分配表，绘制PLC硬件接线图如图1所示。

图1 PLC硬件接线图

3.2 系统的软件设计

依据控制要求和I/O分配表，设计系统程序梯形图如图2所示。

图2 系统程序梯形图

4 系统的调试

硬件调试：检查接头接触情况，无误后与电脑的通信口连接，接通电源，检查PLC是否正常工作。

软件调试：输入梯形图，并进行语法的检查，无误后设置通信口，将指令写入到可编程控制器ROM中。

运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，测试各个按钮和传感器能否正常工作。

5 结语

交通灯控制系统采用具有高可靠性、易于维护、抗干扰能力突出、通用性强等优点的PLC进行控制，并根据PLC控制系统多次模拟运行后得出的数据情况，分析交通路口的道路宽度、路口距离、车流情况和车流速度等信息，综合确定路口的信号灯时序，从而实现控制的合理化。PLC具有联网功能，可将城市路口的信号灯控制系统联网，通过一台主机进行控制、监控以及管理，并且根据不同交通路况要求，对交通路口控制程序进行适时修改，极大地提高现代化城市道路的良好运行和管理能力。