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PLC在交通信号控制中的应用

2018-04-17张立明

电子测试 2018年19期
关键词:交通信号信号灯时序

张立明

(昆明学院,云南昆明,650214)

1 概述

PLC技术是由传统电气控制技术与微处理器编程技术结合发展而来的一种工业控制技术。相较于以往的继电器控制,基于PLC的控制方式可以执行更加复杂的程序,完成更加复杂的任务。PLC是基于数字运算操作的一种微型电子系统,目前在很多工业生产中,PLC这种控制器都有着广泛的应用。PLC的应用优势也非常多,例如具有较强的可靠性,能够适应不同程度的各种干扰,在编程、开发以及维护中也具有较好的便捷性。现阶段,在很多领域PLC都发挥着重大作用,例如闭环过程控制、运动控制、数据处理以及逻辑开关量控制等等,可以说在工业自动化发展进程中,PLC占据着十分重要的地位。

2 PLC在交通信号控制中的具体应用

2.1 设计需求分析

交通信号灯是交通信号控制的关键,而将PLC应用于交通信号灯控制并进行设计的过程中,应对以下几方面需求予以考虑与分析。

第一,正常时序控制需求。交通信号灯的使用应满足以下要求:首先, PLC交通信号灯的指示方向,即红绿灯的指标应维持在正常范围,方向不能发生错误;其次,信号灯的指示时间应维持在正常范围;再者,信号灯闪烁时应在南北与东西两个大方向上有一定的间隔时间;此外,信号灯闪烁的颜色应随着南北与东西两个大方向变换而变换。

第二,急车强通控制需求。关于急车强通控制的需求,具体涉及到以下几方面,在设计PLC元件时,应分为有急车与无急车两种情况。前者应该按照正常控制开关控制信号等进行设计,并以正常时序运行信号灯。如果为后者,那么应按照急车强通开关控制进行设计;其次,在接通急车强通开关的过程中,红灯与绿灯应分别闪烁于车来与非车来方向,并且在车来方向通过急车之后,信号灯应按照正常时序进行变换。

第三,模糊控制设计需求。首先,必须精密设计好准确可靠的车流量检测装置,再根据交通路口的流量分布情况,对信号灯进行合理设计;其次,应按照南北、东西方向对交通路口划分并进行模糊判断;再者,每个方向的车流控制都应按照直行、左转弯、右转弯进行设计。在直行与左转弯控制区域,都应设置信号检测器;此外,每个路口存在两个相对方向,在设计中应将其数据进行合并。

第四:前、后十字路口信号灯之间的有效通行衔接需求。

2.2 系统配置

根据基于PLC的交通信号灯控制系统的设计需求,考虑前后十字路口的衔接及交通大数据管理的发展要求,在系统结构上应采取“计算机+PLC”的上下位机双层网络结构,在硬件配置上,要预留上位计算机以太网、下位PLC机RS-485网的接口或模块!应按照I/O设计要求,合理选择PLC外部接线,并充分考虑工作现场恶劣气候条件下的抗干扰问题。在软件配置上,可采用触摸屏或组态软件实现监控功能,采用各型号的PLC编程软件实时控制信号灯。

2.3 设计程序

首先,根据设计规律,设计程序应对以下方面予以综合考虑:遵循系统运行规律;遵循信号灯时间变化规律;系统属于自动转换,很少人工干预;应尽量减少PLC的I/O点。

其次,由于输出端只存在信号指示,因此在设计前,要确定路口指示灯的数量。并且在设计基于PLC的交通信号灯控制系统的过程中,设计方法应从稳定性、可靠性、可编程性等方面入手。

此外,关于LED设备的安装问题,应考虑以下几点:保证元件之间的兼容性;为提高维护的便捷性,在选择支架时应对其绝缘性能予以考虑;在选择LED灯时,应考虑其寿命与返修率;在安装过程中,要考虑安装位置即周边环境;如果信号灯周边有高压线路,应对设备采取足够保护措施。

2.4 调试与测试

关于基于PLC的交通信号控制灯的调试工作,应从以下几点入手:触摸屏或上位机监控组态设计,编辑PLC控制程序功能图或梯形图程序;编译PLC控制程序源代码;下载PLC程序并进行调试;西门子PLC采用STEP-7 Micro/WIN软件,或三菱PLC采用GX-Developer软件,基于此运行PLC控制程序。

关于调试方法,主要涉及到以下几点:第一,模糊算子调试可以选择分段的形式;第二,在PLC调试过程中,由于实际信号输入并不存在,因此可以采用模拟数据,并对内存的地址变量进行赋值;第三,在联合调试时,应按照先主后次的顺序完成。如果发生了内存地址冲突,那么应及时清理掉内存变量。

在测试PLC交通信号控制系统性能的过程中,主要涉及到硬件与软件两个方面。待稳定性达到要求后,则开始模拟实际工作条件,并对设备进行测试。测试应按照以下条件进行:信号灯连续运行超过100d;不定时输入车流量,对系统各部分内容进行测试;模拟不同的不利条件。

在设计PLC交通信号控制系统时,选择IEC61131-3,究其原因,主要有以下几点:在全球范围内,IEC61131-3为唯一一款合格的工业标准,且处于领先地位;在控制系统的工业标准中,IEC61131-3也在其范畴内;在全球范围内,IEC61131-3的应用规模庞大,约有200家厂家按照IEC61131-3的工业标准来生产PLC;IEC61131-3具有较强的适用性,在诸多领域都有所应用,例如系统集成中的集散控制系统、小规模可编程计算机控制、电子设备集成的现场总线控制系统等等。

3 结束语

本文结合系统设计对PLC的具体应用进行了探讨与分析。在基于PLC的交通信号控制系统设计中,基本控制器选择S7-200PLC或FX系列PLC均可,同时考虑了软件与硬件需求。考虑到实际情况,针对PLC交通信号等的时序、PLC编程以及时序控制等方面的设计内容进行了探讨。

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