基于PLC的交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

隨著自動(dòng)化控制技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC作為前沿的工業(yè)控制器，具有體積小、可靠性高、易操作、靈活性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域。用內(nèi)部編程取代繼電器邏輯控制電路中大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，簡化了控制路線，提高了系統(tǒng)控制的可靠性，這是PLC最大的優(yōu)點(diǎn)。借助于書序控制圖和梯形圖來編制用戶控制程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)順序控制，是PLC的主要功能之一。

1 控制信號(hào)系統(tǒng)

在車水馬龍的都市，當(dāng)交通干道不便于挖掘地下通道或架設(shè)天橋的時(shí)候，為了穿越馬路行人的安全，需要在指定的人行橫道兩端設(shè)置人行道口的的紅綠燈。交通燈控制工藝：南北、東西向的十字路口，均設(shè)有紅、黃、綠三只信號(hào)燈。六只燈依一定的時(shí)序循環(huán)往復(fù)工作，圖1 為交通信號(hào)燈時(shí)序圖。

控制交通信號(hào)燈的 PLC可選用 FX2N-32MR，從時(shí)序圖可以看出，該系統(tǒng)有一個(gè)輸入裝置和 6個(gè)輸出裝置。表1 為輸入裝置與輸出裝置與PLC的地址編號(hào)對(duì)應(yīng)表。

交通信號(hào)燈的控制是一個(gè)典型的時(shí)序控制圖，其梯形圖設(shè)計(jì)關(guān)鍵是各燈(Y0~Y5)狀態(tài)變化的“時(shí)間點(diǎn)”表示出來、時(shí)間的精確計(jì)算用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，本例將用T0~T9共 10 個(gè)定時(shí)器;燈的閃爍次數(shù)要用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，本例將用兩個(gè)計(jì)數(shù)器，表是各定時(shí)器和計(jì)數(shù)器形成時(shí)間點(diǎn)的使用說明。

2 順序控制的概率及方法

PLC 是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時(shí)、記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能。PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、操作方便、抗干擾能力強(qiáng)、編程靈活簡單、工作安全可靠、能耗低等優(yōu)點(diǎn)使其很快在工業(yè)自動(dòng)化控制中占據(jù)主導(dǎo)地位，PLC外部接線簡單方便，通過預(yù)先編制的程序來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

2.1 系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)

開關(guān) X0，選擇開關(guān)按下以后程序開始循環(huán)啟動(dòng)，東西向綠1亮 25s，南北向紅2 亮30s;T0 為綠 1 亮 25s 定時(shí)器，T0 設(shè)定值 K250，從 X0 接通起計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到綠 1 斷開，T1計(jì)時(shí);T1、T2 為綠 1 閃動(dòng) 3 次控制，T1、T2 形成振蕩，T1 通時(shí)綠 1 亮，C0 計(jì)數(shù);C0 為東西向黃1亮2s起點(diǎn)，T2為 C0計(jì)數(shù)信號(hào)，C0 接通時(shí)黃 1 點(diǎn)亮;T3為黃 1 亮 2s定時(shí)器，T3 設(shè)定值 K20，T3 設(shè)定值 K20，T3 接通時(shí)為紅 1、綠 2 點(diǎn)亮，紅 2 熄滅;T4 為紅 1 亮 30s定時(shí)器，T4設(shè)定值K300，T4接通時(shí)紅 1 熄滅，一循環(huán)周期結(jié)束。T5為綠 2亮 25s定時(shí)器，T5設(shè)定值 K250，從T3接通起計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到綠2斷開，T6計(jì)時(shí);T6、T7為綠 2 閃動(dòng) 3次控制，T6、T7 形成振蕩，T6 通時(shí)綠 2 點(diǎn)亮，C1計(jì)數(shù);C1 為南北向黃 2 亮 2s 起點(diǎn)，T7為 C1 計(jì)數(shù)信號(hào)，C0 接通時(shí)黃2 點(diǎn)亮;T8為黃 2 亮2s定時(shí)器，T8設(shè)定值 K20，T8接通時(shí)黃 2 熄滅，一循環(huán)周期結(jié)束。

2.2 順序控制法

順序控制是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有秩序地進(jìn)行操作。PLC 的設(shè)計(jì)者們繼承了繼電器順序控制的思想，為順序控制程序的設(shè)計(jì)提供了大量通用的和專用的編程元件和指令，開發(fā)了供設(shè)計(jì)順序控制程序用的順序功能圖語言，使之成為當(dāng)前 PLC程序設(shè)計(jì)的主要方法。 順序控制設(shè)計(jì)法又稱步進(jìn)控制設(shè)計(jì)法， 它是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法， 很容易被初學(xué)者接受，有經(jīng)驗(yàn)的工程師也會(huì)提高設(shè)計(jì)的效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。

圖 2 和圖 3為交通信號(hào)燈的順序功能圖和步進(jìn)梯形圖設(shè)計(jì)。

這兩個(gè)圖有以下特點(diǎn)：

1)將復(fù)雜的任務(wù)或過程分解成若干個(gè)工序(狀態(tài))。無論多么復(fù)雜的過程均能分化為小的工序，這非常有利于程序的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。

2)相對(duì)于某一具體的工序來說， 控制任務(wù)實(shí)現(xiàn)了簡化， 給局部程序的編程帶來了方便。

3)整體程序是局部程序的綜合，只要弄清各工序成立的條件、工序轉(zhuǎn)移的條件和轉(zhuǎn)移的方向，就可進(jìn)行這類圖形的設(shè)計(jì)。

4)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖可讀性強(qiáng)、容易理解，能清晰地反映工藝控制全過程。

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是狀態(tài)編程法的重要工具。狀態(tài)編程的一般思想為：將一個(gè)復(fù)雜的控制過程分解為若干個(gè)工作狀態(tài)，弄清各狀態(tài)的工作內(nèi)容(狀態(tài)的功能、轉(zhuǎn)移條件和轉(zhuǎn)移方向)，根據(jù)總的控制順序要求，將各獨(dú)立狀態(tài)聯(lián)系起來，形成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，進(jìn)行繪制梯形圖程序，寫出語句表。

2.3 經(jīng)驗(yàn)梯形圖設(shè)計(jì)法

下面將經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行適當(dāng)比較，以便設(shè)計(jì)時(shí)選用。采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，不可能找出一種簡單通用的設(shè)計(jì)方法。

順序控制設(shè)計(jì)法將整個(gè)程序分成了控制程序和輸出程序兩個(gè)部分。 由于步是根據(jù)輸出Y的狀態(tài)劃分的，所以M和Y 之間具有很簡單的邏輯關(guān)系，輸出程序的設(shè)計(jì)極為簡單。而代

表步的輔助繼電器或狀態(tài)繼電器的控制程序，不管多么復(fù)雜，其設(shè)計(jì)方法都是相同的，并且很容易掌握。

3 結(jié)論

本文是一個(gè)比較典型的十字路口交通燈的梯形圖設(shè)計(jì)，最為一種設(shè)計(jì)實(shí)踐，主要是為PLC在交通控制系統(tǒng)中提出一種設(shè)計(jì)理論，為以后PLC在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中提出一種可行的理論方案。在實(shí)際應(yīng)用中，采用PLC控制城市交通信號(hào)燈，能根據(jù)不同路況要求，隨時(shí)修改控制程序， 以改變各信號(hào)燈的工作時(shí)間和工作狀況。與繼電器或邏輯電路控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更高的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。