基于PLC的交通灯监控系统设计

赵鹏, 荆红莉

(榆林学院 能源工程学院,陕西 榆林 719000)



基于PLC的交通灯监控系统设计

赵鹏, 荆红莉

(榆林学院 能源工程学院,陕西 榆林 719000)

以PC机作为上位机，组态王软件作为上位机软件，三菱PLC作为下位机，组成一套以交通灯为被控对象的三菱PLC控制管理系统。通过对交通灯的时序分析、PLC选项、I/O分配及PLC接线等环节完成系统硬件设计；软件采用梯形图编写，实现在PC机上启动、停止、在线修改信号灯时间、紧急情况处理及夜间模式切换等功能，达到PC机与PLC的实时交互。系统画面直观，能够模拟真实的控制现场，且操控方便，为系统的实际应用提供了可靠保障。

交通灯；监控系统；组态王；三菱PLC；梯形图

0 引 言

未来交通灯应该拥有网络通信功能，能自动感应地区的交通情况，若检测到当前交通拥堵能自动控制红、黄、绿灯的亮灯时间长短，并且根据实际道路对相邻十字路口的信号灯发出拥堵信号，相互控制调节。通过模糊控制、神经网络控制和遗传算法这三者结合起来用于交叉口信号灯的控制，将成为今后交通灯控制研究的重点[1]。

设计开发一种基于三菱A2US1型PLC的监控系统，具体分为系统的硬件结构设计、微机与PLC的通信方法设计以及监控界面的设计与程序实现，实现人机对话和监控功能，并可进行紧急情况处理及夜间运行模式等辅助决策，组成高性价比的控制系统。PC软件选用组态软件，设计上、下位通信程序和监控界面；PLC软件用GX Developer编写梯形图，并利用GX Simulator软件对程序进行仿真分析以及实验室条件下模拟实现。最终实现计算机控制PLC、PLC控制交通灯、交通灯运行情况实时展现在计算机界面上[2-3]。

1 系统结构与控制时序

1.1 系统结构分析

本设计的整个系统可分为上位机系统、下位机系统和被控对象三部分。上位机为PC机，显示界面由组态王实现的可视化监控界面；的下位机为PLC，其主要由电源模块、CPU模块、输入/输出模块组成；被控对象为交通灯，上位机与下位机的通信采用的是RS232总线[4]，具体结构如图1所示。

图1 系统结构框图

1.2 交通灯控制时序分析

十字路口绿灯时间为13 s，绿灯闪烁时间为3 s，黄灯时间为4 s，红灯时间为20 s。具备紧急情况处理和夜间模式，即0点到凌晨5点，所有红绿灯将停止作用，只有黄灯闪烁的显示功能。交通灯的正常控制时序如图2所示，按照信号灯置1与置0两种状态绘制的时序图，1表示信号灯亮，0表示信号灯熄灭。

图2 交通灯时序图

2 硬件设计

2.1 I/O分配

分析PLC的输入输出信号，在满足十字路口交通信号灯控制的前提下，要尽量减少占用PLC的I/O点。本设计输入由主令电器实现；输出由东西、南北方向各两组指示信号，总共计6个输出点。具体的地址、名称和功能如表1所示。

表1 I/O分配

2.2 输入模块设计

图3 输入模块

输入模块选用AX41，本模块提供32点DC 12 V/24 V，漏型输入4 mA/10 mA。在I/O分配时用到6个输入端口，分别为启动、停止、东西常绿启动、东西常绿停止、南北常绿启动、南北常绿停止。输入模块接线图如图3所示。

2.3 输出模块设计

图4 输出模块

输出模块选用AY13输出模块，32点继电器输出2 A。本设计使用了6个输出端口，分别是东西向绿灯、东西向黄灯、东西向红灯、南北向绿灯、南北向黄灯、南北向红灯。输出模块接线图如图4所示。

3 软件设计与调试

3.1 主程序设计

PLC采用周期扫描的工作方式，按启动按钮X20系统运行，初始化红黄绿灯定时器并按设定时间运行；如果出现紧急情况，按下X22启动东西常绿或按下X24启动南北常绿，直至相应解除按键按下；读取系统时间，如果在凌晨0～5点启动黄灯闪烁模式；如果停止按钮X21按下，交通灯停止运行，否则处于不断的循环扫描过程中。具体流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

3.2 夜间模式梯形图设计

GX Developer是三菱PLC新版的编程软件，它能够进行FX系列、Q/QnA系列、A系列PLC的梯形图、指令表、SFC等编程。可采用标号编程、功能块编程、宏编程等多种方式，可以将Excel、Word等常用软件所编辑的文字与表复制、粘贴到PLC程序中，使用更加便捷[5-7]。

在凌晨0点～5点由于交通流量较小，在此时间段采用黄灯闪烁模式，需要读取系统时间，PLC系统时间为十六进制，读取后需要转换成十进制。具体控制程序如图6所示。

图6 夜间模式梯形图

3.3 组态王在线监控设计

组态王软件是用于数据采集、数据分析管理和画面动态显示的专用软件，具有完善的监控报警机制。在画面制作、定义I/O设备、构建数据库、建立动画连接完成后，进入开发系统单击“文件”选择“切换到view”进入运行系统[8-10]，对系统进行监控和数据的修改，如图7所示。

图7 组态王监控画面

3.4 系统调试

利用RS232总线作为上位机与PLC的通信媒介，通过定义外设、构建数据库、设置通信参数及配置组态王运行系统等操作，其系统运行效果如图8所示。

图8 实物图

4 结束语

从实际运行情况分析，PLC与计算机结合，通过串行口传输数据而构成的计算机控制管理系统，对于传输距离比较近的现场控制，是一种性价比较高的控制管理方案。结合计算机强大的数据处理和图形表现的能力，充分展现了PLC抗干扰能力强，适用于工业现场的优点。实践证明，该监控系统能够准确的完成数据采集、命令下达，直观动态的显示交通信号灯的运行过程，为控制系统的网络化和智能化提供保障。

[ 1 ] 吴忠鱼.基于组态技术的供水泵站监控管理系统的研究设计[D].浙江:浙江工业大学,2011.

[ 2 ] 孟彦京,王佳宁,段明亮.面向对象方法在造纸机PLC程序中的应用[J].自动化仪表,2015,36(3):29-31,35.

[ 3 ] 孟彦京,薛宁.造纸机PLC程序的结构化设计研究[J].自动化仪表,2014,35(3):49-51.

[ 4 ] 陈建国,陈颖,赵德益.三菱PLC在南桐干坝子洗选厂的应用[J].矿业安全与环保,2012,39(S1):87-88,91.

[ 5 ] 范小娟,郑源,朱飞,等.冷却塔的微型水轮机开发及自动控制[J].工业水处理,2013,33(8):37-40.

[ 6 ] 李娟,张玉杰. PLC在榆林煤矿输煤系统中的应用[J].自动化仪表,2014,35(11):44-47.

[ 7 ] 田亚娟,郭丽颖.变频恒压供水PLC控制系统的设计[J].计算技术与自动化,2010,29(1):25-28.

[ 8 ] 姜萍,孙凌燕,刘腾娇,等.自抗扰控制器的结构化文本设计与应用[J].自动化仪表,2014,35(12):10-12.

[ 9 ] 黄小兰.基于PLC的旋转型灌装机控制系统研究[D].武汉:武汉理工大学,2012.

[10] 凌志辉,邹昊,黄涛,等.二轴缠绕机PLC控制系统的设计[J].自动化仪表,2014,35(5):30-33.

有历史方有现在，惟遗产才知兴衰。

完美真实地将祖先留下的杰作传给子孙后代，是华夏儿女的责任。

Design of PLC-based Traffic Light Monitoring System

Zhao Peng, Jing Hongli

(School of Energy Engineering, Yulin University, Yulin Shaanxi 719000, China)

A Mitsubishi PLC control and management system is built up for control of traffic lights, using PC as upper computer, KingView as upper computer software and Mitsubishi PLC as lower computer. The system hardware design is completed through timing sequence analysis, PLC option, I/O distribution and PLC wiring. The software is compiled in ladder diagrams to perform such functions as start and stop through the PC, on-line modification of signal light time, emergency treatment and switch-over of night mode, so as to realize real-time interaction between the PC and PLC. This system with intuitive view can simulate actual control sites and is easy to operate, thus providing reliable guarantee for its actual application.

traffic light, monitoring system, kingview, mitsubishi PLC, ladder diagram

陕西省教育厅项目(15JK1864)

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.03.033

TP273

A

1000-3886(2016)03-0105-03

赵鹏(1982年-)，男，陕西合阳人，2010年毕业于桂林电子科技大学测试计量技术及仪器专业，获硕士学位，现为榆林学院讲师；主要从事数据采集与处理、故障诊断的研究。

定稿日期: 2015-11-06