CN204904584U - 基于plc的人行横道交通灯控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PLC的人行横道交通灯控制系统，其特征在于：包括中央处理器单元、电源、存储器和输入、输出接口电路；输入接口电路与中央处理器单元连接，用于将按钮、行程开关或传感器产生的信号输入中央处理器单元，中央处理器单元与输出接口电路连接，输出接口电路的作用是中央处理器单元向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号；存储器包括系统存储器和用户存储器两种。本实用新型运用PLC的知识，解决根据行人的数量，来决定车行道红绿灯的定时时间的长短；同时也需要根据通过人行横道人数量的多少，从而改变人行横道绿灯亮的时间长短和车行道绿灯亮的时间长短。

Description

基于PLC的人行横道交通灯控制系统

技术领域

本实用新型涉及人行横道交通灯控制领域，尤其是一种基于PLC的人行横道交通灯控制系统。

背景技术

城市交通矛盾的日益突出，已经开始影响到城市的发展。为了解决交通拥挤问题，专家提出了许多建议，如限制私家车的购买和通行，增加道路宽度，建设立交桥，发展城市轨道交通等等。这些措施和办法虽然短期内也能缓解交通压力，但从长远来看，城市的空间毕竟是有时限的，这些办法除了需要大量的资金支持外，还要付出其他惨重的代价。特别是北京、西安等这样历史悠久的古城，一味的扩展路面，不仅使古建筑和古遗迹遭到破坏，也破坏了城市独有的特征。那么解决城市行之有效的途径是什么呢？最行之有效的方法或许是大力发展城市路口的交通控制系统。

近年来，随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断的走向深入，同时带动着传统控制检测日新月异的更新。PLC具有结构简单、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制系统中。由于PLC具有对使用环境适应性强及其内部定时器资源十分丰富等特点，可对目前普遍使用的“渐进式”交通信号灯进行精确控制，越来越多的将PLC应用于交通灯控制系统中。

PLC即可编程控制器（ProgrammableLogicController）,是指以计算机设计为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入与输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

随着自动化时代的不断更新，人行横道的交通灯系统也在大大的改进，本设计就是为了很好的解决现在交通拥挤的问题。本设计运用PLC的知识，解决根据行人的数量，来决定车行道红绿灯的定时时间的长短；同时也需要根据通过人行横道人数量的多少，从而改变人行横道绿灯亮的时间长短和车行道绿灯亮的时间长短。

实用新型内容

本实用新型的目的在于更好的解决现在交通拥挤的问题，在此提供一种基于PLC的人行横道交通灯控制系统；本实用新型运用PLC的知识，解决根据行人的数量，来决定车行道红绿灯的定时时间的长短；同时也需要根据通过人行横道人数量的多少，从而改变人行横道绿灯亮的时间长短和车行道绿灯亮的时间长短。

本实用新型是这样实现的，构造一种基于PLC的人行横道交通灯控制系统，其特征在于：主要包括中央处理器单元、电源、存储器和输入、输出接口电路；其中，输入接口电路与中央处理器单元连接，用于将按钮、行程开关或传感器产生的信号输入中央处理器单元，中央处理器单元与输出接口电路连接，输出接口电路的作用是中央处理器单元向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号；所述存储器包括系统存储器和用户存储器两种；系统存储器和用户存储器分别与中央处理器单元连接。

根据本实用新型所述基于PLC的人行横道交通灯控制系统，其特征在于：采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。

本实用新型的优点在于：本实用新型在此提供一种基于PLC的人行横道交通灯控制系统，能够更好的解决现在交通拥挤的问题，其运用PLC的知识，解决根据行人的数量，来决定车行道红绿灯的定时时间的长短；同时也需要根据通过人行横道人数量的多少，从而改变人行横道绿灯亮的时间长短和车行道绿灯亮的时间长短。通过对系统的硬件和运行流程的设计，能控制交通灯的正常启动和停止。在不同的交通状况对PLC软件的设计，使之改变成与交通相适应的控制方式。通过调节红绿灯的定时时间长度，最大限度的减少车辆滞留现象，较好的解决了半流量不均衡、不稳定的问题。此外，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条路上的信号组成一个局域网进行统一的调度管理，可编短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面的只是不够的，还应根据具体的硬件结构，以及针对具体应用对象的特点，软件与硬件相结合。本设计十分形象的显示出了PLC在交通灯控制系统中的应用。

本次设计是基于PLCS7-300的控制运用功能，并结合外部硬件设备实现对人行横道交通灯控制，在提高行人通过量的同时，能大大降低能源的损耗情况。

本次人行横道呼叫系统设计主要完成了以下几方面的内容：

（1）在没有行人通过时，人行横道的绿灯将一直保持亮；

（2）设置呼叫系统，行人要通过人行横道时，去按下按钮，减少无人通过时，车辆等待所要浪费的时间；

（3）根据行人流量，选择不同时间长短的呼叫按钮，完成基于西门子PLCS7-300的人行横道呼叫系统的部分设计；

（4）西门子PLC控制器是本次系统的核心控制器，增强设计系统的通用性和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型结构框图

图2是PLC人行横道外部接线图

图3是PLC顺序功能图。

具体实施方式

下面将结合附图1-3对本实用新型进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型就是为了更好的解决现在交通拥挤的问题，本设计运用PLC的知识，解决根据行人的数量，来决定车行道红绿灯的定时时间的长短；同时也需要根据通过人行横道人数量的多少，从而改变人行横道绿灯亮的时间长短和车行道绿灯亮的时间长短。

本实用新型所述一种基于PLC的人行横道交通灯控制系统，如图1所示，可以按照如下方式予以实施；主要包括中央处理器单元1、电源2、存储器和输入、输出接口电路3、4；其中，输入接口电路3与中央处理器单元1连接，用于将按钮、行程开关或传感器产生的信号输入中央处理器单元1，中央处理器单元1与输出接口电路4连接，输出接口电路的作用是中央处理器单元1向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号；所述存储器包括系统存储器5和用户存储器6两种；系统存储器5和用户存储器6分别与中央处理器单元1连接。

中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放plc的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。在这里可以采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。

PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部接线。

PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元连接，使PLC的配置更加灵活，已满足不同控制系统的需要；通信接口功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。

的工作原理：PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫面过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期有输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

PLC外部接线图：PLC的输入输出端子均接到相应的接线端子排，输入输出信号通过这些接线端子排可由其它地方直接引入，这些接线端子排的布置与PLC的输入输出端子以及电源端、接地端和公共端的的实际位置一一对应，如图2所示。

元器件的选择：在本次设计是人行横道呼叫系统，由于输入量基本是开关量，而对于PLC的开关量输入回路，西门子公司(Siemens)的S7-300可编程序控制器基本满足设计要求。

本次设计交通灯的控制，其仿真界面选用西门子公司(Siemens)的WinCCflexible型号为TP177BPN/DP，本型号是彩色触摸屏，在人行横道各红绿灯亮或灭时使其仿真效果更佳。

本实用新型所述的交通灯控制系统，要求无人通过人行道时，车道绿灯与人行道红灯始终处于常亮状态。

当有行人需要通过人行道时按下路边控制面板上的按钮I0.0或I0.1(I0.2或I0.3)进行系统呼叫。当系统接收到了路两边中任意一边的呼叫时，系统开始响应，系统内部的计时器开始定时，在10s后车道绿灯熄灭，人行道红灯仍保持常亮状态。待绿灯熄灭，黄灯开始点亮，表示来往的车辆在人行道附近的车辆应尽快通过，而不在人行道附近的车辆应该停车待车道绿灯亮时再通过。车道黄灯在5s后灭,红灯亮,人行道绿灯。人行道绿灯亮10s后，车行道红灯保持不变，人行道绿灯闪烁5s后，车行道变为绿灯，人行道变为红灯，一直等到下次按下呼叫按钮。由于经过人行道的人数是不能固定，时多时少，为了更方便的控制时间长短，所以将呼叫按钮分为两种，一种为时间较短的呼叫按钮I0.0或I0.1，其控制时间10s；另一种为时间较长的呼叫按钮I0.2或I0.3，其控制时间为15s。根据人流量的多少，选择不同的按钮，同时要能显示时间的变化。

在这个过程中再按路边按钮式不起作用的，只有当整个过程后也就是车道绿灯与人行道红灯同时亮是按钮才起作用。

I/O地址分配：输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。输入/输出单元如果太多，会带来许多的不便，如果太少会导致整个系统设计会出现问题。所以在考虑I/O单元或I/O模块时，我们考虑要合理分配I/O单元或I/O模块。本次人行横道交通灯系统设计的I/O模块如表1所示（表1人行横道的I/O地址分配）。

顺序功能图设计

顺序功能图（SequentialFunctionChart,SFC）又叫做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，同时也是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。顺序功能图设计法是指用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各输出继电器,如图3所示。

本次设计是基于PLCS7-300的控制运用功能，并结合外部硬件设备实现对人行横道交通灯控制，在提高行人通过量的同时，能大大降低能源的损耗情况。

本次人行横道呼叫系统设计主要完成了以下几方面的内容：

（1）在没有行人通过时，人行横道的绿灯将一直保持亮；

（2）设置呼叫系统，行人要通过人行横道时，去按下按钮，减少无人通过时，车辆等待所要浪费的时间；

（3）根据行人流量，选择不同时间长短的呼叫按钮，完成基于西门子PLCS7-300的人行横道呼叫系统的部分设计；

（4）西门子PLC控制器是本次系统的核心控制器，增强设计系统的通用性和可靠性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种基于PLC的人行横道交通灯控制系统，其特征在于：主要包括中央处理器单元（1）、电源（2）、存储器和输入、输出接口电路（3，4）；其中输入接口电路（3）与中央处理器单元（1）连接，用于将按钮、行程开关或传感器产生的信号输入中央处理器单元（1），中央处理器单元（1）与输出接口电路（4）连接，输出接口电路的作用是中央处理器单元（1）向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号；所述存储器包括系统存储器（5）和用户存储器（6）两种；系统存储器（5）和用户存储器（6）分别与中央处理器单元（1）连接。

2.根据权利要求1所述基于PLC的人行横道交通灯控制系统，其特征在于：采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。