基于三菱FX1N 型PLC 的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

晁 陽 黃林剛

(1、楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程分院,陜西 楊凌712100 2、西安市科技交流中心,陜西 西安710000)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng),城市汽車保有量逐漸增加,城市交通日益擁堵,暢通的交通已成為大中型城市人民的生活必備需求?？茖W(xué)的控制好交通燈是保障城市交通有序、安全、快捷運(yùn)行的有效方式和重要環(huán)節(jié)。PLC(可編程控制器)是一種工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛的微型控制裝置,它具有體積小、功能強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、靈活方便等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。

本設(shè)計(jì)將PLC 控制應(yīng)用到城市交通燈控制系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)用PLC 對(duì)交通燈的自動(dòng)控制。使用PLC 對(duì)交通紅綠燈的自動(dòng)控制,可極大提高系統(tǒng)工作性能和穩(wěn)定性。

1 設(shè)計(jì)要求

1.1 在十字路口四個(gè)方向均設(shè)置紅、綠、黃三個(gè)指示燈,按下啟動(dòng)按鈕后該12 個(gè)燈按照一定的順序點(diǎn)亮或熄滅固定時(shí)間,不斷循環(huán),直到按下停止按鈕,PLC 控制的交通燈系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。

1.2 東西方向紅燈亮30s,禁止通行。此時(shí)南北方向可以通行,綠燈亮24s,之后閃爍3 次,每次亮0.5s 滅0.5s,之后黃燈亮3s。

1.3 南北方向紅燈亮60s,禁止通行。此時(shí)東西方向可以通行,綠燈亮54s,之后閃爍3 次,每次亮0.5s 滅0.5s,之后黃燈亮3s。

1.4 系統(tǒng)循環(huán)工作。

圖1 PLC 控制的交通燈系統(tǒng)示意圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC 選型原則

系統(tǒng)選型時(shí)應(yīng)以滿足功能需要為主旨,并留有適當(dāng)余量,以保證設(shè)計(jì)和施工成本處于較低水平,且滿足日后擴(kuò)容需要。切記盲目貪多,以免造成投資升高和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可以從以下幾個(gè)方面來考慮：(1)分析被控對(duì)象并提出控制要求。(2)確定與三菱PLC 連接的設(shè)備,確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。(3)根據(jù)控制系統(tǒng)的運(yùn)算量、系統(tǒng)所需求的控制器性能,I/O 點(diǎn)數(shù)等選擇適當(dāng)?shù)腜LC 設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)工作需求,本設(shè)計(jì)選擇三菱FX1N-24MR 型PLC,這款PLC 是三菱公司生產(chǎn)的一款功能較為強(qiáng)大的小型PLC,具有24 點(diǎn)輸入輸出點(diǎn),可以擴(kuò)展到最大128 點(diǎn),內(nèi)置DC24V 電源供傳感器使用和8k 步EEPROM,可連接RS-232C,RS-485 通信功能擴(kuò)展板。完全能夠滿足系統(tǒng)功能的要求。

2.2 接線原理

相同方向的兩個(gè)同種顏色的燈同時(shí)動(dòng)作,所以采用并聯(lián)輸出的方法,一是保證了同方向同色燈同時(shí)動(dòng)作,二是節(jié)約了輸出點(diǎn)數(shù)。所以,四個(gè)方向的十二個(gè)燈可合并為六個(gè)輸出,暫時(shí)不考慮人行橫道兩端的燈。但在實(shí)際施工中,由于PLC 的輸出繼電器采用電子器件制作而成,一般可載電流小于2A,因此,不能直接驅(qū)動(dòng)紅綠燈,以免長(zhǎng)時(shí)間過電流工作造成PLC 的I/O 點(diǎn)燒毀,因此,在實(shí)際施工中,多采用中間繼電器的方式,PLC 通過驅(qū)動(dòng)中間繼電器線圈吸合與斷開,進(jìn)而控制交通燈的點(diǎn)亮和熄滅。

2.3 I/O 分配表

按照系統(tǒng)功能要求,設(shè)計(jì)輸入設(shè)備為啟動(dòng)按鈕和停止按鈕,輸出設(shè)備為六組中間繼電器,系統(tǒng)I/O 分配表如表1 所示。

表1 系統(tǒng)I/O 分配表

2.4 控制回路接線圖

圖3 PLC 控制的交通燈系統(tǒng)時(shí)序圖

PLC 需單獨(dú)接通AC220V 交流電源,需要注意的是在接PLC 電源處應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的斷路器對(duì)PLC 進(jìn)行保護(hù),防止突發(fā)故障導(dǎo)致PLC 電源燒毀。輸入端接SB1、SB2 兩個(gè)按鈕為系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止按鈕,將其一端與PLC 輸入點(diǎn)相連,另一端與COM 相連,當(dāng)按鈕接通時(shí),形成回路使X0 端子或X1 端子得電。輸出端與電源零線和火線相連,當(dāng)程序運(yùn)算結(jié)果輸出刷新后,對(duì)應(yīng)的輸出繼電器開啟或閉合,從而將輸出回路執(zhí)行設(shè)備通電或斷電。需要注意的是控制回路需與動(dòng)力回路嚴(yán)格區(qū)分,防止動(dòng)力電路中電流過大導(dǎo)致PLC 回路設(shè)備損毀?？刂苹芈方泳€圖2 所示。

圖2 PLC 控制的交通燈系統(tǒng)接線圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 控制要求

按下啟動(dòng)按鈕,東西方向紅燈一直亮30 秒,南北方向通車,綠燈亮24 秒,閃爍3 次,每次1 秒,之后南北方向黃燈亮3 秒。30 秒時(shí)間到達(dá)后,東西方向紅燈滅,綠燈亮54 秒,閃爍3 次,每次1 秒,之后黃燈亮3 秒,同時(shí)南北方向紅燈一直亮60 秒,禁止通車。之后東西方向紅燈亮,程序循環(huán)運(yùn)行,直到按下停止按鈕。系統(tǒng)時(shí)序圖如圖3 所示。

3.2 梯形圖

交通燈控制系統(tǒng)是一種典型的時(shí)序控制系統(tǒng),所有的動(dòng)作都按照固定的時(shí)間順序來進(jìn)行。按下啟動(dòng)按鈕,交通燈控制系統(tǒng)開始運(yùn)行,梯形圖程序設(shè)計(jì)時(shí)首先在上電第一個(gè)周期對(duì)各變量進(jìn)行初始化復(fù)位。利用定時(shí)器的常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制。按下停止按鈕,整個(gè)系統(tǒng)停止工作。

4 結(jié)論

隨著科技的不斷發(fā)展,PLC 逐漸應(yīng)用于各行各業(yè),由于它具有可靠性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、功耗低、維修方便、控制規(guī)模大、調(diào)試安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),越來越被設(shè)計(jì)單位廣泛應(yīng)用,也逐漸得到生產(chǎn)廠家的重視,廣泛應(yīng)用于接近、化工、食品、輕工、建材等多個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)。