基于PLC 的交通灯控制系统分析

摘要 人们经常通过交通灯来对道路上的车辆进行控制，交通灯控制系统的好坏直接影响着交通的流畅程度，本文详细的阐述了PLC的定义、PLC的结构、PLC的工作原理、PLC的优点及基于PLC 的交通灯控制系统的简单描述。

关键词 PLC；交通灯控制；系统

中图分类号 TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）111-0245-02

0 引言

近年来，我国汽车的保有数量越来越多。但我国的交通灯控制模式仍然采用定时模式，定时模式就是事先对各个交通路口的车流量进行调研，根据各路口、各方向行驶车辆的多少来决定相应的红绿灯的时间，将设定好的的时间设置在交通灯控制系统中，用来控制车的流量。由于车流量的情况是随时变化的，也是由好多因素所决定的，当此方向有没有车通过，相对方向的车要等到此方向所设定绿灯的时间结束显示红灯后才可以通车，这样不仅浪费了时间，还使相对方向的车辆由于等待造成了“排队的现象”。所以要想减少交通的堵塞，其方法之一就是改善原有的交通灯控制系统，基于PLC 的交通灯控制系统应运而生，它不仅具有定时模式的的功能还可以根据车辆的情况自动调节红绿等的时间，保证了交通的畅通。

1 什么是PLC、PLC的结构

PLC是专门为工业环境而设计的一个可编写程序的逻辑控制器，是计算机知识、通讯技术、自动控制技术相结合的一种用于工业控制的装置。它代替了原有的电器逻辑控制装置，具有操作简单、可编程能力强、适应环境能力强、灵活性高、体积小等优点。PLC的基本结构是由中央处理器、I/O装置、存储器、技术模块、定位模块、通讯模块、电源装置所构成的，与计算机类似。

2 PLC的工作原理和PLC的优点

2 1 PLC的工作原理

PLC的工作原理分为三个步骤：输入数据、执行阶段、输出数据。正是由于这三个步骤的紧密配合，才会使PLC绝大部分用于工业控制。

2.1.1输入数据

PLC的数据输入是以扫描的方式进行输入的，它将扫描后的数据都存放在I/O映象区中指定的单元内，由于数据可能是动态的，但这不影响执行阶段和输出数据的操作，执行阶段和输出数据所处理的数据是存放在指定单元内的数据。但值得注意的是，在PLC装置在对信号进行存储和收集时，脉冲信号的宽度一定要大于扫描的一个周期。

2.1.2执行阶段

PLC是按照从上到下、从左到右的方式对用户程序进行扫描，然后对扫描后的用户程序进行逻辑运算操作，根据运算的结果，将逻辑线圈在RAM存储区中的状态、输出线圈在I/O映象区中的状态刷新，也可以根据运算结果确定梯形图所规定的特殊功能指令是否执行。

2.1.3输出数据

PLC真正的输出结果是将相应的外设驱动，在输出数据阶段，中央处理器根据I/O映象区内所有的数据和对应的状态对输出锁存电路进行刷新，然后通过输出电路来驱动相应的外设。

2.2 PLC的优点

正是因为PLC是专门为工业环境而设计的一个可编写程序的逻辑控制器，首先它就必须要具有较强的功能性。因为工业环境的数据大多是动态的、实时的，而且必须要及时的对数据进行处理，根据处理结果及时的做出相应判断。PLC的功能性较强，可以全面的对数据进行收集、存储、处理，体积较小、重量较轻、不会消耗大量的电源、结构简单、便于安放。PLC的内部安装了抗干扰装置，不会在工业环境中被某些信号所影响，导致数据的失真。PLC与计算机类似，所以系统维护起来很方便，操作起来并不困难。PLC应用较为广泛，经常应用于化工、电力、交通等方面。

3 基于PLC 的交通灯控制系统的简单描述

PLC在交通灯控制方面发挥着很大的作用，它打破了原有的交通灯定时控制模式，使交通灯可以根据车流量的情况，自动的设定绿灯的时长，减少了“车辆排队”的现象。

3.1 PLC 的交通灯控制系统的组成

PLC交通灯控制系统的是由硬件和软件两部分构成的。软件就是安装在计算机内用来收集、存储、处理、反馈信息的应用程序，构成PLC交通灯控制系统的硬件有LED交通信号灯、LED数码管、PLC及控制电路、车辆检测传感器等。下面就对PLC的交通灯控制系统的硬件结构进行详细的说明。

LED交通信号灯是PLC交通控制系统的重要组成部分，它是对多个LED灯进行分组，3～5个为一组，组间的连接方式为并联，然后将并联的LED灯组与限流电阻串联，就形成了LED交通信号灯，其工作电压为12V。

LED数码管，PLC交通控制系统的LED数码管大多选用的是7段LED数码管，因为，交通信号灯的倒计时显示绝大部分都是两位数，选用7段LED数码管就可以满足。根据交通路口的形状，每个方向的7段LED数码管一般是2个。

车辆检测传感器主要用来检测汽车的流量和“汽车排队”的数量。它是根据电磁感应的原理，首先在道路下10几厘米处安放环形的绝缘电线，当有高频的电流通过电感时，在道路面上就会形成磁场，当汽车进入到磁场时，电磁感应受到影响就会减弱，当汽车正好在感应线圈的上面时，电感就达到了最小值，车辆离开磁场区，电磁感应就会逐渐恢复。可以在环的开始端加入检测器，用来检测振幅的变化情况，这样就可以收集到车辆通过的电信号，这种电信号可以直接被PLC所监测并收集。在交通路口，各方向会安放两个传感器，近端传感器和远端传感器。可以根据实际情况来设定这两个传感器相隔的距离。近端传感器用来监测绿灯期间通过的车的数量，远端传感器用于记录“排队车辆”的数量。

对于PLC来说在输入端要具有控制按钮、开关的档位、车辆的检测器信号。在输出端要具有信号灯和倒计时器。无论是输入端还是输出端各部件、接口、按钮的数量都是根据PLC的规模来决定的。

3.2 PLC 的交通灯控制系统的原理

PLC 的交通灯控制系统的功能主要就是为了能更好的缓解交通压力，那么PLC的交通控制系统是怎样对交通灯进行控制的呢？首先系统遵循了交通灯的一般规则，例如，系统在开始运行时，南北方向显示红灯，同时东西方向显示绿灯。如东西方向和南北方向显示同一颜色的灯时，系统会自动关闭。无论哪两个方向（东西或南北）显示红灯时，另两个方向要显示绿灯，且时间要比红灯的时间短5s，在绿灯的时间倒计时为零后，绿灯有3s闪烁时间，黄灯亮2s后熄灭。然后两个方向显示灯的颜色进行交换。如此循环，就可以控制交通灯了。PLC的交通控制系统就是在这些规则的基础上，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。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。当然，如某两方向的绿灯延时，那么另两方向的红灯也会延长同样的时间，这就可以根据车辆情况对交通灯进行控制了。

参考文献

[1]王永华.现代电气控制及PLC技术[M].北京航空航天大学出版版，2005(5):67-69.

[2]吴中俊.可编程控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2004(8):17-18.