PLC步进计数器在交通信号灯控制系统中的应用
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第２９卷第２期 ２０１５年３月 兰州文理学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｔｓ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） ＶｏＩ＿２９ ＮＯ．２
Ｍａｒ．２Ｏ１５
文章编号：２０９５—６９９１（２０ｌ５）０２—００７３—０４ ＰＬＣ步进计数器在交通信号灯控制
系统中的应用 谢卫国 （云浮市技工学校，广东云浮５２７３００）
摘要：通过一个十字路口交通信号灯控制的实际工程案例，讨论使用Ｔｗｉｄｏ ＰＬＣ的赋值指令与步进计数器 相结合使用的编程方案．该编程方案可以让使用者更加直观地进行程序的编写，因为步进计数器工作时每一时 刻只有一个工作步是有效的，所以可以按照顺序步进的方法进行程序设计，使编程更容易维护、修改，使用更为 方便． 关键词：Ｔｗｉｄｏ ＰＩ （ ；赋值指令；步进计数器；交通信号灯 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ
Ｏ 引言 及使用更为方便・ 随着社会经济的发展，人们生活水平的提高， 近年来机动车辆迅速增长，给城市交通带来了巨 大的压力，交通问题越来越引起人们的关注．为了 保证交通安全，防止交通阻塞，保障人、车、路三者 的协调，交通信号灯在大多数城市都得到了广泛 的应用．但传统的交通信号灯控制一般采用电子 线路、继电器控制和单片机控制等，结构复杂，功 能简单，可靠性低，故障率高，维护困难，更改繁杂 等缺点．这些控制方式越来越不能适应城市繁忙 的交通控制要求．可编程序控制器（ＰＩ Ｃ）是一种 专为工业控制而设计的计算机，具有结构简单，可 靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适应性好，使用 简单，调试维修方便，体积小、重量轻、功耗低、使 用寿命长、灵活通用，易于编程等优点，已成为一 种广泛使用的工业控制器，是快速、可靠、经济地 构建控制系统的重要设备ｌ１ １．现在也有交通信号 灯控制系统是采用ＰＩ Ｃ控制的，但大多数都是采 用了基本逻辑指令编程，这种编程方法既复杂又 难以读懂，限制了使用．本文是通过一个十字路口 交通信号灯控制的实际情况，该编程方案可以让 使用者更加直观地进行程序的编写，利用赋值指 令与步进计数器编写时比较易于控制每项功能， 每一步工作只考虑其中的一个工作状态，而不用 考虑其他的工作状态，使编程更容易、维护、修改 １ 十字路口交通信号灯控制系统的 要求 按照交通信号灯的控制规则，每个路口都设 有红、绿、黄三种颜色的指示灯．典型的十字路口 交通信号灯的模型如图１所示．本系统的控制要 求是：设置一启动按钮及停止按钮．启动后，东西 绿灯先亮３０ｓ然后闪烁３ｓ后熄灭；接着东西黄灯 亮２ｓ后熄灭；接着是东西红灯亮３５后熄灭；接着 是东西绿灯又亮……如此循环．同时对应东西绿、 黄灯亮时，南北红灯亮３５ｓ后熄灭；接着南北绿灯 亮３０ｓ然后闪烁３ｓ后熄灭；接着南北黄灯亮２ｓ
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图１ 十字路口交通信号灯模型图 收稿日期：２０１４—１２—２３． 作者简介：谢卫国（１９７０一），男，广东云浮人，电工类一级实习指导教师，从事ＰＬＣ控制技术、变频器技术、电机电器及
其控制技术研究． ７４ 兰州文理学院学报（自然科学版） 第２９卷 灭；接着南北红灯又亮……如此循环，循环的周期 为７０Ｓ；直到按下停止按钮时所有灯熄灭 引．该系 统的控制时序图如图２所示． 启动 求积绿灯 乐西黄蜘 求两窒Ｉ＝灯 南北绿灯 南灯黄灯 南北红灯 该交通控制系统一次工作周期的真值表如表 １所示．
． 一 Ｑ——一一一ｉ ． 三 ．一 一。０————— ０＿—————— 图２十字路口交通信号灯控制时序瞬 表１ 一次工作周期各信号指示灯的真值表 ０ ３０ ３０．５Ｓ ３１Ｓ ３１．５Ｓ ３２Ｓ ３２．５Ｓ ３３ ３５ ６５ ６５．５Ｓ ６６Ｓ ６６．５Ｓ ６７Ｓ ６７．５Ｓ ６８Ｓ 信号灯 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ３０Ｓ ３０．５Ｓ ３１Ｓ ３１．５Ｓ ３２Ｓ ３２．５Ｓ ３３Ｓ ３５Ｓ ６５Ｓ ６５．５Ｓ ６６Ｓ ６６．５Ｓ ６７Ｓ ６７．５Ｓ ６８Ｓ ７０Ｓ
东西绿灯 １ ０ １ ０ １ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 东西黄灯０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ｌ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 东西红灯０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ １ １ １ １ １ １ １ 南北绿灯０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ ０ １ ０ １ ０ １ ０ 南北黄灯０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ 南北红灯 １ 】 １ １ ｌ １ １ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０
２十字路口交通信号灯的电气控制 要求 由于交通信号灯的功率相对较小，且要求投 资低、运行费用少，不用设专人管理．因此，在设计 时必须考虑智能化控制．根据这些特点制定出十 字路口交通信号灯控制系统的电气控制要求是： （１）为了便于检修及应急处理，电气控制系统 应具有手动控制和自动控制两种控制方式，手动 控制时，各控制对象相互独立工作；自动控制时， 一经启动，各控制对象根据时问控制原则进行控 制． （２）东西方向及南北方向每个路口都有一组 信号灯，每组由红、黄、绿三灯组成，为了节约 ＰＬＣ的输出点，要求东西方向及南北方向相同颜 色的信号灯由同一个继电器控制，采用并联工作 方式． （３）根据上述的生产要求，十字路口交通信号 灯系统采用施耐德Ｔｗｉｄｏ系列型号为ＴＷＤＬ— ＣＡＡ２４ＤＲＦ的ＰＬＣ进行自动化控制，它是一体 型控制器，２４路输入（２４ＶＤＣ），１０路２Ａ继电器 输出，１４路输入．Ｔｗｉｄｏ ＰＬＣ是紧凑型可编程控 制器，可应用于各种设备的自动化控制系统中．它 具有灵活的配置、紧凑的结构、强大的功能，有良 好的性价比Ｌ３］． ３十字路口交通信号灯控制系统的 设计 控制系统的设计主要包括操作面板、显示面 板、电气控制柜等单元．但由于交通信号灯的功率 相对较小，且要求投资低、运行费用少，不用设专 人管理．根据这些特点，在该系统中ＰＬＣ需要检 测信号都为数字输入量，没有模拟量的输入，ＰＬＣ 根据设定的程序进行数据处理后，输出控制信号． 十字路口交通信号灯控制系统的电气控制总 框图如图３所示，ＰＬＣ控制器为核心控制器，通 过检测操作面板按钮信号的输入及各类传感器信 号的输入，通过ＣＰＵ的运算输出控制信号完成 相关设备的运行、停止控制． ３．１ ＰＬＣ控制系统的Ｉ／Ｏ分配表 十字路口交通信号灯控制系统要设置手动和 自动两种控制模式． 第２期 谢卫国：ＰＬＣ步进计数器在交通信号灯控制系统中的应用 ７５ 图３十字路口交通信号灯控制电气控制总框图 控制系统的输入信号有：
１）在手动控制方式中的选择信号灯状态的按 钮输入信号； ２）在自动控制模式的系统启动按钮输入信 号； ３）在自动控制模式的系统停止按钮输入信 号． 控制系统的输出信号有： １）东西方向控制２个路口绿灯的继电器ＫＭ１，
２绿灯并联工作ｉ ２）东西方向控制２个路口黄灯的继电器 ＫＭ２，２黄灯并联工作； ３）东西方向控制２个路口红灯的继电器 ＫＭ３，２红灯并联工作； ４）南北方向控制２个路口绿灯的继电器 ＫＭ１，２绿灯并联工作Ｉ ５）南北方向控制２个路口黄灯的继电器 ＫＭ２，２黄灯并联工作； ６）南北方向控制２个路口红灯的继电器 ＫＭ３，２红灯并联工作． 根据十字路口交通信号灯控制系统的控制要 求，各个控制输入量的输入端口，及被控制对象的 输出端口可如表２进行设计．
表２十字路口交通信号灯控制系统的Ｉ／０分配表 输入 输出 输入地址 输入设备 输入地址 输入设备 １０．０ 停止按钮ＳＢ０ ％ＱＯ．０ 东西方向控制２个路口绿灯的继电器ＫＭ１ ＩＯ．１ 自控启动按钮ＳＢ１ Ｑ０．１ 东西方向控制２个路口黄灯的继电器ＫＭ２ ％１０．２ 手控状态选择ＳＢ２ Ｑｏ．２ 东西方向控制２个路口红灯的继电器ＫＭ３ Ｑｏ．３ 南北方向控制２个路口绿灯的继电器ＫＭ１ Ｏｏ．４ 南北方向控制２个路口黄灯的继电器ＫＭ２ Ｑｏ．５ 南北方向控制２个路口红灯的继电器ＫＭ３
３．２ ＰＩＥ：控制系统的Ｉ／Ｏ接线图 程序设计时应考虑动到便于调试及可操作 性，故该程序设计了手动及自动控制功能，由Ｉ／ｏ 分配表画出Ｉ／Ｏ接线图如图４所示． 盟 ｌ塑 ｌ ＳＢ２ 停 启 手 止 动 控 按 按 按 钮 钮 钮 图４十字路口交通信号灯控制系统Ｉ／０接线图 ３．３程序的梯形图设计 根据施耐德Ｔｗｉｄｏ系列型号ＰＬＣ性能特 点，可以将输出的６个位信 ＱＯ．ｏ， ＱＯ．１， Ｑｏ．２， Ｑｏ．３， ＱＯ．４， ＱＯ．５，以 Ｑｏ．０为低 位组成一个位串 Ｑ０．０：６＿４］．在编程时通过赋值 指令，根据表ｌ的各信号指示灯的真值表的情况 根据时间控制原则对位串 ＱＯ．０：６进行赋值， 即可实现对交通信号灯的控制．如在一个周期内 的０～３０Ｓ，由表１的各信号指示灯的真值表可 知 Ｑｏ．５， Ｑｏ．４， Ｑ０．３， Ｑｏ．２， ＱＯ．１， Ｑｏ．ｏ对应的值为ｌ，ｏ，ｏ，ｏ，ｏ，１．１表示高电平输 出交通信号亮，ｏ表示低电平输出交通信号灭．我 们将对应输出的值看成一个二进制数即是 １００００１，再将二进制数转化为十进行数，即 （１００００１） ＝＝＝（３３） 。，我们编程时将３３赋值给位 串 ＱＯ．ｏ：６即可．如： ＱＯ．０：６：一３３．然后再通 过步进计数器 ＳＣ０来控制交通信号灯的各种状 态， ＳＣ０提供了２５６个步，由表１各信号指示灯 的真值表可看出时间的最小控制单位为０．５Ｓ，我
北向制灯继器 南方控红的电 北向制灯继器 南方控黄的电 北向制灯继器 南方控绿的电 西向制灯继器 东方控红的电 两向制灯继器 东方控黄的电 蹰向制灯继器 东方控绿的电
