基于三菱FX1N 型PLC 的交通灯控制系统的设计

晁 阳 黄林刚

(1、杨凌职业技术学院机电工程分院,陕西 杨凌712100 2、西安市科技交流中心,陕西 西安710000)

随着国民经济的不断增长,城市汽车保有量逐渐增加,城市交通日益拥堵,畅通的交通已成为大中型城市人民的生活必备需求。科学的控制好交通灯是保障城市交通有序、安全、快捷运行的有效方式和重要环节。PLC(可编程控制器)是一种工业控制中应用最广泛的微型控制装置,它具有体积小、功能强、运行稳定、抗干扰能力强、编程简单、灵活方便等优点,已被广泛应用到社会各个领域。

本设计将PLC 控制应用到城市交通灯控制系统中,实现用PLC 对交通灯的自动控制。使用PLC 对交通红绿灯的自动控制,可极大提高系统工作性能和稳定性。

1 设计要求

1.1 在十字路口四个方向均设置红、绿、黄三个指示灯,按下启动按钮后该12 个灯按照一定的顺序点亮或熄灭固定时间,不断循环,直到按下停止按钮,PLC 控制的交通灯系统示意图如图1 所示。

1.2 东西方向红灯亮30s,禁止通行。此时南北方向可以通行,绿灯亮24s,之后闪烁3 次,每次亮0.5s 灭0.5s,之后黄灯亮3s。

1.3 南北方向红灯亮60s,禁止通行。此时东西方向可以通行,绿灯亮54s,之后闪烁3 次,每次亮0.5s 灭0.5s,之后黄灯亮3s。

1.4 系统循环工作。

图1 PLC 控制的交通灯系统示意图

2 硬件设计

2.1 PLC 选型原则

系统选型时应以满足功能需要为主旨,并留有适当余量,以保证设计和施工成本处于较低水平,且满足日后扩容需要。切记盲目贪多,以免造成投资升高和设备资源的浪费。机型的选择可以从以下几个方面来考虑：(1)分析被控对象并提出控制要求。(2)确定与三菱PLC 连接的设备,确定输入/输出点数。(3)根据控制系统的运算量、系统所需求的控制器性能,I/O 点数等选择适当的PLC 设备。根据系统工作需求,本设计选择三菱FX1N-24MR 型PLC,这款PLC 是三菱公司生产的一款功能较为强大的小型PLC,具有24 点输入输出点,可以扩展到最大128 点,内置DC24V 电源供传感器使用和8k 步EEPROM,可连接RS-232C,RS-485 通信功能扩展板。完全能够满足系统功能的要求。

2.2 接线原理

相同方向的两个同种颜色的灯同时动作,所以采用并联输出的方法,一是保证了同方向同色灯同时动作,二是节约了输出点数。所以,四个方向的十二个灯可合并为六个输出,暂时不考虑人行横道两端的灯。但在实际施工中,由于PLC 的输出继电器采用电子器件制作而成,一般可载电流小于2A,因此,不能直接驱动红绿灯,以免长时间过电流工作造成PLC 的I/O 点烧毁,因此,在实际施工中,多采用中间继电器的方式,PLC 通过驱动中间继电器线圈吸合与断开,进而控制交通灯的点亮和熄灭。

2.3 I/O 分配表

按照系统功能要求,设计输入设备为启动按钮和停止按钮,输出设备为六组中间继电器,系统I/O 分配表如表1 所示。

表1 系统I/O 分配表

2.4 控制回路接线图

图3 PLC 控制的交通灯系统时序图

PLC 需单独接通AC220V 交流电源,需要注意的是在接PLC 电源处应设置单独的断路器对PLC 进行保护,防止突发故障导致PLC 电源烧毁。输入端接SB1、SB2 两个按钮为系统的启动和停止按钮,将其一端与PLC 输入点相连,另一端与COM 相连,当按钮接通时,形成回路使X0 端子或X1 端子得电。输出端与电源零线和火线相连,当程序运算结果输出刷新后,对应的输出继电器开启或闭合,从而将输出回路执行设备通电或断电。需要注意的是控制回路需与动力回路严格区分,防止动力电路中电流过大导致PLC 回路设备损毁。控制回路接线图2 所示。

图2 PLC 控制的交通灯系统接线图

3 软件设计

3.1 控制要求

按下启动按钮,东西方向红灯一直亮30 秒,南北方向通车,绿灯亮24 秒,闪烁3 次,每次1 秒,之后南北方向黄灯亮3 秒。30 秒时间到达后,东西方向红灯灭,绿灯亮54 秒,闪烁3 次,每次1 秒,之后黄灯亮3 秒,同时南北方向红灯一直亮60 秒,禁止通车。之后东西方向红灯亮,程序循环运行,直到按下停止按钮。系统时序图如图3 所示。

3.2 梯形图

交通灯控制系统是一种典型的时序控制系统,所有的动作都按照固定的时间顺序来进行。按下启动按钮,交通灯控制系统开始运行,梯形图程序设计时首先在上电第一个周期对各变量进行初始化复位。利用定时器的常闭触点实现循环控制。按下停止按钮,整个系统停止工作。

4 结论

随着科技的不断发展,PLC 逐渐应用于各行各业,由于它具有可靠性强、抗干扰能力强、体积小、功耗低、维修方便、控制规模大、调试安装简便等优点,越来越被设计单位广泛应用,也逐渐得到生产厂家的重视,广泛应用于接近、化工、食品、轻工、建材等多个领域和行业。