关键词:PLC;信号灯;系统设计
1引言
PLC由于其在控制性能的灵活性、使用的方便性和高稳定性和较强的抗干扰能力[1],广泛应用于工业自动化的各个领域,特别是在城市交通信号灯方面将起着不可替代的作用。
2PLC软硬件介绍
通常的PLC实际上是一种专用计算机,主要应用的场合是工业控制,分为硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统主要由CPU、存储器、I/O接口、编程器和电源构成。不同型号的PLC采用不同的CPU规格。小中型PLC的CPU采用微处理器和单片机。大型PLC虽然也采用微处理器,但CPU是高速位片式。PLC的各项任务都是CPU按照PLC赋予的功能完成的。PLC的存储器有两种:一种是系统程序存储器,在制造过程中由生产商编写并固化在存储器中;另一种是用户程序存储器,存放于RAM,方便用户修改与调试。PLC的输入接口主要有三种类型:直流、交流、交直流输入接口;输出接口也有三类:晶体管、晶闸管继电器等类型。输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件连接的接口电路。PLC的编程器可以分为简易和图形编程器[2],将编好的程序下载至用户程序存储器。简易编程器的优点是小体积、随身携带方便,缺点是只能采用语句的形式进行联机编程。图形编程器则不同,编程形式多样,语句形式、梯形图形式、脱机形式都可进行编程。在PLC工作过程中,CPU及存储器需要的是直流电,这就需要电源将外部的交流电转换成直流电。电源是整个PLC能源供给中心。PLC的工作过程中需要采用稳压电源,这样才能保证稳定性好,抗干扰能力强,也能对外围配置进行简化。PLC软件由继电器逻辑部件、计数器逻辑部件组成。其中继电器又分为输入继电器、输出继电器、内部继电器几种,它只是一种逻辑概念,而非真正意义上的继电器,与通常的继电器相比寿命更长、速度更快、功耗更低,而且体积相对较小。PLC的软件组成部分还包含两种编程语言:梯形图语言、语句表语言。梯形图语言应用较为广泛,很多电气技术人员都能够熟练掌握。这种语言和电器控制线路图区别不大,非常直观、形象,是PLC第一编程语言。语句表语言使用不是很广泛,其使用的原理就是梯形图的描述用PLC操作命令表达出来,通过简易的编程再输入到PLC中。
3交通信号灯的设计
3.1设计要求
一般城市十字路口交通控制灯各有东西和南北三个控制灯。红色灯禁止机动车通行,黄色灯准备禁止机动车通行,绿色为机动车可以通行。在整个过程中,信号灯受启动和停止开关总体控制,开关启动东西南北信号灯开始工作,开关停止熄灭所有的信号灯。整个工作过程一直循环往复。南北方向亮红灯时,东西方向亮绿灯。在时间上,南北方向红灯亮60秒,东西绿灯亮55秒,到50秒时,东西方向的绿灯闪亮,并在3秒后熄灭,同时黄灯亮2秒钟,2秒钟结束,东西方向的红灯亮,南北方向的红灯熄灭,绿灯亮。同样的工作原理,东西方向和南北方向交替,周而复始地工作。
3.2任务控制分析
在城市交通中,由于红灯亮时南北方向或是东西方向都是停止的,绿灯亮时时同时放行的,因此只要比较南北方向和东西方向的车辆的最大值就行了,不需要对车辆总和进行比较。
4系统设计
4.1交通信号灯状态转移图
开关启动,PLC开始工作。从图2可以看出南北方向的主干道绿灯先亮,东西方向的红灯先亮[3]。信号灯亮起的顺序是按事先规定的时间次序,循环往复地工作。结束按钮启动,交通信号灯停止工作。
4.2梯形图的设计
在该系统模块中,交通信号灯的控制采用的是基本的逻辑编程,PLC软件的定时器实现灯亮,交通信号灯的闪烁则由脉冲发生器来实现。由图3可知,若M1闭合,则T0通电,0.5秒的延时后触点T0闭合,T1定时器通电,再经0.5秒的延时,断开触点T1,线圈T0失电,TO触点断开,TO定时器再次得电,再经0.5秒,又一次闭合T0,如此周而复始地工作,T0波形如图4所示。
5总结与展望
城市交通信号灯控制采用PLC来进行设计和实现,可靠性较高,输入输出接口模块也比较丰富,采用的编程语言简单易学[4],后期安装简单,维修也较方便。设计过程的重难点就是设计的思路、梯形图的设计、编程程序的输入及调试。通过分档南北或东西方向的机动车数量,实现对南北或东西方向机动车最大限度地放行,从而减少机动车在多岔路口滞留的时间,对当前的城市交通拥堵,实现了最优化的控制,大大提高了城市交通的效率[5]。
参考文献
[1]张广明,李果,朱炜.机电系统PLC控制技术.北京:国防工业出版社,2007
[2]齐占庆,王振臣.机床电气控制技术.北京:机械工业出版社,1997
[3]李树雄.可编程控制器原理与应用及应用教程.北京:北京航空航天大学出版社,2003
[4]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术.南京:东南大学出版社,2003
[5]孙同景.PLC原理及工程应用.北京:机械工业出版社,2008
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