基于PLC的交通灯控制系统设计

张文

摘  要：伴随现代社会经济的迅速发展，机动车成为人们日常出行的主要交通工具，这也给城市交通带来了巨大的压力，为了避免交通堵塞，同时又要在有限的时间内保障车辆和行人的安全，实现对十字路口交通灯的自动控制势在必行。本文采用日本三菱FX2N系列PLC做主控制器，进行硬件接口设计，同时利用GX Developer编程软件进行编程，实现了对十字路口交通灯的自动控制，从而保障了车辆和行人在城市道路路口的畅通及安全。

关键词：PLC控制系统  交通灯  自动控制系统  设计

中图分类号：TP391                            文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）12（c）-0100-03

Abstract： With the rapid development of modern society and economy， motor vehicles have become the main means of transportation for people's daily travel， which also brings great pressure to the urban traffic. In order to avoid traffic congestion and ensure the safety of vehicles and pedestrians in a limited time， it is imperative to realize the automatic control of traffic lights at crossroads. In this paper， Mitsubishi FX2N series PLC is used as the main controller to design the hardware interface. At the same time， the GX developer programming software is used to realize the automatic control of the traffic lights at the crossroads， so as to ensure the smooth and safe traffic of vehicles and pedestrians at the intersection of urban roads.

Key Words： PLC control system; Traffic lights; Automatic control system;Design

1  引言

隨着社会经济的发展，城市也在高速发展，社会自动化程度越来越高，机动车成了家家户户出行的主要交通工具，交通障碍也在随之增加，为了避免交通堵塞同又要在有限的时间内保障车辆和行人的安全，实现对十字路口交通灯的自动控制势在必行。本文结合道路交通的实际情况，给出一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。

2  可编程逻辑控制器PLC

PLC（Programmable Logical Controller）是可编程逻辑控制器的简称，它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用设计，它采用可编程的存储器，用来存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入/输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。

可编程控制器（PLC）是由软件系统和硬件系统两大部分组成。PLC的软件系统分为系统程序和用户程序，在软件系统已经编制好的情况下，如硬件系统满足要求，CPU就会不断的执行软件系统以及预先设置好的程序代码，以达到实验预期的目的。

可编程控制器（PLC）的硬件包含CPU、存储器（ROM和RAM）、输入/ 输出（I/O）接口，外部电源等几大部分组成。此外还可根据用户的需要配备各种外部设备如（手持）编程器、图形显示器、微型计算机等都可通过通信接口与主机相连。

3  十字路口交通灯控制系统的整体设计

本文主要介绍了三菱系列PLC在交通灯控制系统中的应用。整个控制系统可以分成两部分，一是软件系统，二是硬件系统，即软件系统的运行平台和执行平台，这两部分在任何控制系统中都是相辅相成的，缺一不可的。整个控制系统采用三菱FX2N系列PLC做控制器，进行硬件接口设计，同时利用GX Developer编程软件进行编程，以达到预期实验目的。

十字路口交通灯示意图见图1所示，其中交通灯由东西、南北两组共12盏灯组成，每组皆由一对红灯、一对绿灯、一对黄灯共六盏灯组成，其中红灯表示禁止通行，绿灯表示允许通行，黄灯表示警戒的意思。

十字路口交通信号灯控制要求如下：

（1）设一个启动开关SB1控制整个系统的启动，当启动开关接通时，整个控制系统开始工作，设一个停止开关SB2，停止开关启动时，整个系统停止运行。

（2）南北方向绿灯和东西方向绿灯不能同时亮，如果同时亮则整个控制系统出错并停止运行。

（3）南北方向红灯亮25s，在南北方向红灯亮的同时东西方向绿灯亮20s，再按1s钟1次的规律闪烁3次，转到东西方向黄灯亮2s，东西方向黄灯亮2s后熄灭，这时轮到东西方向红灯点亮，同时，南北红灯熄灭，南北绿灯点亮。

（4）东西方向红灯亮30s，南北方向绿灯亮25s，再按1s1次的规律闪烁3次，转到南北方向黄灯亮2s，完成一个周期，如此循环。

本设计拟采用三菱FX2N--48MR系列PLC做控制器，此型号是PLC家族中最先进的型号之一，性能高、体积小、功能齐全、价格便宜、安装简单、维修方便。根据控制要求，需要对系统中的输入输出口（I/O）地址进行分配，所谓输入输出口（I/O）的地址分配是指可编程控制器的外部输入输出所占用PLC的地址资源的分配。同时输入输出口地址分配要本着合理、简洁的原则进行。根据交通灯控制系统的要求，本设计一共需要2个输入口，即一个启动按钮和一个停止按钮，需要6个输出口，分别对应着十字路口的6种灯，即南北方向红灯、东西方向绿灯、东西方向黄灯、东西方向红灯、南北方向绿灯、南北方向黄灯。本设计采用的三菱FX2N--48MR系列的PLC一共包含了24个输入口和24个输出口，完全能够满足交通灯控制系统的要求。交通灯控制系统的I/O口地址分配表，见表1所示。

按照交通灯控制系统要求，根据表1交通灯的I/O地址分配表，绘制交通灯控制系统的外部硬件接线图，见图2所示。

4  系统软件设计

在编写交通灯控制系统的程序时，最关键的部分就是关于东南西北方向的时间问题，在本设计中，东西方向绿灯点亮的时间23s，加上东西方向黄灯点亮的时间2s一共是25s，恰好等于南北方向红灯点亮的时间25s。东西方向的红灯点亮30s恰好等于南北方向绿灯点亮的时间28s加上南北方向黄灯点亮的时间2s。

本文采用三菱FX2N--48MR系列的PLC作为整个系统的主控制器，采用Gx Developer编程软件进行编程，可以完成对整个交通灯控制系统的运行及数据的采集。其中GX Developer是三菱PLC的编程软件，适用于Q、QS、ANS、FX等全系列可编程逻辑控制器，它支持梯形图、指令表、SFC、Lable语言程序设计，同时还可以进行程序的线上更改、监控以及调试，具有异地读写PLC程序功能，本文所设计的智能交通灯控制系统就可以用该软件完成。根据系统控制要求，编写交通灯控制系统的控制程序，见图3和图4所示。

5  安装、调试与运行

PLC控制系统的功能对于控制条件的满足情况要经受现场的检验调试，这里是将浙江亚龙公司生产的可编程控制器当做载体，使用日本三菱公司生产的FX2N系列的PLC进行控制。 将上述程序编写完成之后传送到PLC主机上，确认端子接线无误后，即可联机调试，将PLC安装在控制现场进行联机调试，在调试过程中，系统中的传感器、执行器和硬件接线等都有可能会出现问题，对出现的问题要及时加以解决。如果调试达不到指标的要求，则需要对相应的软件程序和硬件部分做适当的调整，通常只需要修改部分程序就可以达到调整的目的，完成指标的要求。全部调试通过后，还需要经过一段时间的运行测试，之后系统就可以投入到整个交通控制系统当中，系统如运行稳定，即达到预期目标.同时，对于该系统，只要稍加改动，就可以应用于更多的交通灯控制系统当中。

5  结语

本文通过PLC在交通灯控制系统当中的应用，从控制层面、系统化设計以及运行调试方面，均实现了对十字路口交通灯的控制，验证了PLC系统运行的可行性，对当下的交通灯智能控制系统具有一定的借鉴意义。同时使用三菱FX2N系列PLC设计的交通灯控制系统具有稳定性高、抗干扰能力强、设计灵活方便等多种优点，在十字路口使用该控制系统能极大地提高车辆的通行效率，在一定程度上缓解了城市道路交通拥堵的现状，确保车辆和行人的通行畅通。

参考文献

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