基于三菱PLC的交通灯控制系统设计

徐辅

摘 要：常见的控制系统一般有单片机控制系统和PLC控制系统两种，目前在工业控制中PLC可编程控制器的使用越来越普遍，PLC控制系统具有程序编写简单快捷，使用方便的优点，在性能及后期的维护等方面都有较好的优势，因此被广泛使用。但是针对交通信号控制方面的应用还不是很多，因此本文主要设计一套基于三菱PLC的交通灯控制系统。旨在逐步代替目前交通灯控制使用单片机的现状。

关键词：三菱PLC;智能交通灯;系统;设计

中图分类号：TP273 4                                            文献标识码：A                                             DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.333

前言：随着我国汽车工业的发展以及居民消费水平的提高，汽车这一曾经的奢侈品如今已走进寻常百姓家，根据公安部统计数据显示，截止到2020年，我国机动车保有量已达3.7亿辆，其中汽车2.8亿辆，我国已然从曾经的自行车大国跨入到汽车强国的行列。汽车数量的爆炸式发展以及我国城市化进程中造成的道路资源的限制。交通控制也随着机动车的不断增多而向着高效通行方向发展。交通控制背景下产生的交通控制系统，是现代工业社会伴随着市民出行、货运物资运输等出现的特殊的公共管理系统，交通控制的核心是使道路资源在保证安全的前提下实现功效最大化，除了根据时代发展制定相应的交通规则外，对于交通控制系统中电子信息技术的软硬件更新换代以及合理科学设计也是解决道路资源配置的重中之重。

城市交通控制系统中的路口交通灯控制是保证道路顺利通行和交通安全的关键所在，路口信号灯的合理运行能使交通管理工作得到改善，也是城市交通控制系统高效工作的重要标志之一。

一、设计方案

PLC可编程序控制器是一种高效稳定的通用的自动控制装置，它将传统的继电器技术、计算机技术和通信技术相结合，具有程序编写简单快捷，使用方便的优点，在性能及后期的维护等方面都有较好的优势，因此被广泛使用。由此，本文设计一种基于三菱FX2N系列PLC的多功能交通灯系统来实现信号灯的自主控制。

1.PLC应用的特点

PLC由于采用現代集成电路技术，生产工艺制造流程较为严格，采取了先进的抗干扰技术，可靠性较高。使用PLC搭建控制系统和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，大幅度减少故障。它主要有以下特点：使用方便、简单易学;工作可靠、抗干扰能力强;配套齐全、功能完善、通用性强;系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造。

2.系统总体方案

目前常用的交通灯控制系统，是按照系统预先设定的时间来工作的，这种设置在日常道路通行中可以满足自动调控的需要，但是在上下班高峰期，早晚时段就会出现拥堵，堵车现象正成为大中城市的“顽疾”，为更好的解决这个问题，在此设计了一种全新的信号灯控制系统，本系统设计中采用PLC可编程控制器和计算机控制，在自动控制状态下可以实现平峰期的自主调控，高峰时段以及需要临时调整的状况下可以针对具体情况，根据要求调控信号灯的显示时间，从而实现高效便捷的调控目的。

本次设计的系统采用的PLC 型号是三菱Fx-ln，使用的编程软件是GXDeveloper编程软件，使用MCGS昆仑通态监控软件和MCGS触摸屏编程软件作为上位机。调控的对象路口两个方向的东、南、西、北信号灯。

3.控制方式

（1）路口的红绿灯常规模式（一个循环周期为120s）。

将整个周期分为两部分南方方向时红灯时，东西方向开始直行和左行，当按下启动按钮后，交通灯开始自动运行，而此时南北向的左转和直行灯是红灯状态，时间持续60秒;同事东西向通行时间30秒，东西向绿灯亮完之后黄灯亮3秒，紧接着红灯27秒;与此同时东西向开始直行时，东西向的左拐灯亮33秒，左行绿灯亮27秒。这样半个周期交通灯变化完成，开始东西方向禁行，南北方向根据灯光变化进行同样的通行，具体变化顺序见表1.

（2）急车强通控制方式。

本系统在正常工作状态时，按照设置好的模式工作，但是遇到特殊情况，例如消防车、急救车和警用车辆等需要紧急通行的情况时，就需要根据险情临时管制，因此本系统增加了紧急状态强行通行开关控制，按下此开关，在需要强制通行的车辆的来车方向绿灯亮起，等到车辆通过后，断开开关，同方向的绿色指示灯闪三下，然后恢复在正常状态。路口另一方向的信号灯控制采用同样的工作原理。

二、系统硬件

1.硬件整体设计思路

通过将各个按钮开关、限位开关以及过载保护的热继电器接入PLC的输入端口，将各个继电器线圈、各种指示灯和警铃接入PLC的输出端口和扩展模块的输出端口，从而达到了减少硬件和控制线的效果。

2.系统输入/输出端口分配设计

PLC控制系统的控制要求是整个系统的重点部分，需要仔细分析以防出错，经过分析本控制系统输入点需要4个，输出点需要42个.其中输出点用于信号灯的14个，数码管显示的28个，本控制系统只设计了一个方向的倒计时，辅助CD4511译码器将输出点减少至22个，原因是数码管占有的输出太多。并根据实际情况，确定PLC 的型号是三菱FX2N-48MR，I/O分配如表1所示。

系统中交通信号灯分为南北方向上的直行、左行、人行和东西方向上的直行、左行、人几个方向的指示灯和数码管显示指示，共有由绿、黄、红三种颜色，交通灯选用LED数码管、电源上选用24V直流电源，COM端为交通灯的公共端。

三、系统软件

1.程序编写

本交通灯控制系统中使用MOV指令编程，这样做可以在编程过程中方便数字量的控制，按下X10之后线圈M0得电把交通灯运行一个周期时间120s送到定时器TO，然后通过TO，把各个时间段交通灯运行所对应的十进制数（表3）送到Y0?Y16，从而实现交通灯的自动运行，而其交通灯闪烁采用一个振荡电路来实现。

在紧急模式急车强通上采用MOV指令，按下强通按钮X2或X3分别置位M1、M2把交通灯强通时所对应的十进制数（表4）送到Y0?Y16，而强通结束之后的闪烁采用互锁的方式来实现。停止按钮为X1，对程序所涉及的输入输出量进行复位。

2.监控画面设计

本系统采用组态王对监控系统进行设计，组态王软件具有开放性好、易于扩展、适应性好、经济、开发周期短等优点。还可以提供可视化监控画面，有利于实时现场监控。设计在完成PLC程序并仿真调试成功的基础上，使用组态王软件进行远程操作及监控管理。

四、结语

本文介绍了城市交通控制系统的背景及有关PLC可编程控制器的相关知识，设计了一款基于三菱FX2N系列PLC的多功能交通灯控制系统，先后设计了信号灯控制系统的组成、功能及控制方式。本文的主要内容有：首先介绍城市道路交通控制及路口信号控制的意义，指明了合理高效的路口交通灯对促进道路交通资源优化的重要性;分析了交通信号控制器的特点，对所设计的控制系统给出了基于PLC的系统硬件电路设计方案及仿真模拟。

本文设计的路口交通灯控制系统结构简单、高效耐用、且方便维护、调试便捷，为促进我国道路交通系统的优化现状提供了积极的意义。

参考文献：

[1] 宣晓娜. 基于三菱PLC的交通灯控制系统[J]. 科教导刊， 2010， 000（033）：91-92.

（长春工业大学  吉林长春  130000）