PLC控制的交通灯实时控制系统设计

1、plc控制的交通灯实时控制系统设计（广东省淇江机电学校）摘要：根据传统交通灯所存在的缺点，笔者设计了一套改进方案，即能 根据车流量进行实时控制的系统。木文主要从系统的控制要求、传感器的设置、 车辆流量和绿灯延时时间的等级划分、i/o分配、绿灯延时时间和车辆流量之间 的对应关系等方面对该系统进行详细论述。关键词：plc,交通灯，实时控制1、引言传统的十字路口交通灯的控制，通常的做法是：事先经过车辆流量的调 查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆 流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。 即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发牛这样的

2、现象：绿灯方向几乎 没有什么车辆，而红灯方向的车辆却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性 和不确定性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状, 更为现实的需要是能有一种能够根据车辆流量的变化情况自适应控制的交通灯。 木文所论及的系统（见文章最后附图：程序梯形图）就是应用可编程序控制器 （plc）对十字路口交通灯根据流量进行实时控制。下面将以松下fp1-c40型 plc为例进行分析。2、系统的控制要求该系统的控制要求是：（1）当合上启动开关后，东西绿灯和南北红灯亮， 经过一段时间后，东西绿灯闪烁3秒后熄灭，之后东西黄灯亮，2秒后东西黄 灯和南北红灯熄灭，同时东西红灯和南北绿

3、灯亮。南北绿灯亮一段时间后，闪烁 3秒后熄灭，之后南北黄灯亮，2秒后南北黄灯和东西红灯熄灭，同时南北红灯 和东西绿灯亮，如此循环反复。（2）当合上实时功能控制开关后，除了刚开启系 统时东西方向绿灯的延时时间固定为25秒外，其余吋间东西和南北方向的绿灯 延吋吋间（分短、适中、长3等，在后面作详细论述）则由两个方向的车流量来 决定。3、传感器的设置在该控制系统中，输入量是十字路口各方向上车辆数的动态变化量，具 体数据由传感器采集后送入可编程序控制器。传感器的设置如右图所示。在十字路口的4个方向（e、s、w、n）的 近端（斑马线附近）和远端（距斑马线约100米处）各设置一个传感器，分 别统计通过该处

4、的车辆数。近端的传感器pj用于记录绿灯期间通过路口的车辆 数；远端的传感器pr用于记录所有吋段进入路口排队等候的车辆数。为了简化 运算，可以将两个相对方向（w与e、n与s）的值合并为一组，取其数值大 者进行计算，横向（w、e）的值设为x,竖向（n、s）的值设为y。4、车辆流量和绿灯延时时间的等级划分绿灯期间车辆通过路口的速度一般不超过20km/h,则在10秒内通过 的车辆数一般不超过10辆。远端传感器和近端传感器之间的距离直接影响输入 量的变化，一般取100米左右较为适宜，实际应用中可随实地情况而有所变化。 通常车辆的长度连同车辆间的间距平均约为5米,则在100米内可能滞留的车 辆最大数量约为

5、100/5 =20辆。于是排队等候的车辆数可分为3个数量级：少 （10辆以下）、中（10至18辆）、多（18辆以上）。本系统的输岀就是两个方向的红黄绿灯，还有人行横道的红绿灯，其相 互间的关系都是固定的，而且两个方向的输出关系是一致的，最终都归结到对当 前绿灯的延时上。对于不太大的路口，一般红绿灯每30秒切换-次较为恰合, 则绿灯在延吋25秒后闪烁3秒熄灭，接着黄灯亮2秒后切换到红灯。由于车辆 流量按3个等级划分，所以，可以相应地将绿灯的延吋吋间分为3等：短时（10 秒）、适中（25秒）、长时（40秒）。5、i/o分配表（表1）6、绿灯延时时间和车辆流量之间的对应关系表2中，行标题的“x或y”

6、所表示的是红灯转绿灯吋刻的等待车辆量， 列标题的“y或x”所表示的是另一方向上绿灯转红灯时刻已进入候车区但还来 不及通过路口的车辆量。从表中可以看出，绿灯的延吋吋间主要取决于红灯期间 两个方向滞留的车辆量。例如：如果东西方向红灯期间滞留的车辆量（x）处在“少”和“中” 两个级别吋，其绿灯的延吋吋间（t）不受另一方向的车辆量（y）的影响，主要 取决于原方向的车辆量。而在x为“多”时，其绿灯的延吋吋间又主要取决于y 的数量，反之亦然。即：当 x≤10 吋，t=10；当 10<x&e;18 吋，t=25；当 x >18 时,y≤10 则

7、 t=40；10<y≤18 则 t二25；y>18 则 t=10o当两个方向的状态同为多吋，绿灯的延吋t取“短”，其目的是保证双 方流量相差不多的情况下，尽快地均衡疏散。从以上关系可以看出，只要红灯切换为绿灯吋，计算出x和y的值，然 后代入以上公式进行比较，就可以得出绿灯的延时时间。本系统的计算方法是: 通过在路口设置的8个传感器把车辆的流量数据分别记录在8个数据寄存器（dt1dt8）中，在红灯切换为绿灯的一刹那，对这些数据进行计算和比较， 得出x和y的值，从而确定绿灯的延时时间。（程序流程图和梯形图见附图1和 附图2）7、结束语本系统具有可靠性、抗干扰能力高，编程能力强的特点，能够较灵活地 根据车辆流量对路口交通进行有效疏导，具备较高程度的智1能化功能，具有较高 的性价比。由于实时控制功能由主控指令控制，在传感器或其线路出现故障吋， 也能保证交通灯正常工作，提高了系统的安全性。如果辅以延吋吋间显示功能， 效果更佳。在实际应用中，可根据不同路口的实际交通情况，修正绿灯延时时间 与车辆流量的等级设定值和传感器的距离。甚至可以把延时和流量等级分得更细, 比如把时间分为：很短、短、适中、长、很长5个等级，使系统的自适应程度更 高。把路口交通情况按方向细化，车辆按交通灯所显