基于PLC技术的轨道交通信号灯自动化控制系统研究

赵剑勋

太原市市政公用工程质量安全站 山西 太原 030001

引言

在社会主义现代化发展的进程中，我国城市建设已进入了一个关键时期，城市人口数量的急剧上升，虽然在一个程度上推动了城市经济的增长，但同时也给城市交通带来诸多的负面效应，严重制约了城市的可持续发展，比如导致交通事故增多、大气污染加重等。在这样的背景下，轨道交通信号灯的出现逐渐得到人们的重视，可以有效缓解交通拥堵的现象，但由于受传统控制系统的影响，使得其控制效果很难达到预期标准，因此需要加强轨道交通系统的智能化建设，而将PLC技术应用到轨道交通信号灯中，能够起到非常突出的应用优势，不仅可以降低交通事故发生率，同时也能对降低大气污染，并实现交通资源的充分利用。由此可见，在新时期社会发展背景下，加强对PLC技术在轨道交通信号灯中的应用探究与分析，具有极其深远的现实意义。

1 PLC技术的相关概述

1.1 基本概念

PLC是计算机家族中的一员，其大多数情况下都是应用在工业生产当中，用来代替继电器实现逻辑控制的一种数字运算操作的电子系统，也被称为可编程逻辑控制器。就现阶段实际应用情况来看，PLC技术在国内外得到了广泛应用，其涉及的行业类型非常丰富，包括石油化工、交通运输、机械制造等等。在PLC内包含有多个单片机系统，有着较好的扩展功能和通信功能，能够执行用户所下达的各种指令，因此使其在多个领域中都能发挥很好的优势作用。另外，PLC系统中还具有输入、输出接口，所以还能对相关设备系统进行有效管控，从而保证整个系统和设备的安全稳定运行。在实际应用中，PLC技术的使用情况通常包括如下几点[1]：其一，开关量的逻辑控制，可以实现逻辑控制与顺序控制，在注塑机、印刷机电镀流水线中有非常好的应用优势；其二，模拟量控制，能够使可编程控制器用于模拟量控制，从而更好地完成数字量与模拟量之前的转换；其三，运动控制，通常运用于各种机械、机床以及机器人等地方；其四，过程控制，能够编制各种各样的控制算法程序，在冶金、化工及热处理中有很好的应用；其五，通信及联网，现阶段的PLC都具有通信接口，能够更好地适应自动化网络发展步伐，实现与其他职能设备间的有效通信。

1.2 优缺点分析

通过相关调查可以发现，PLC技术在各个领域中的应用都具有非常突出的应用优势，但同时也存在一定的缺陷，需要合理看待并积极完善，这样才能促使PLC技术更好地发挥作用。具体来说，主要表现为如下几方面。

1.2.1 优势分析。首先，PLC技术的抗干扰性强、可靠性高，通常情况来说，如果采用传统的继电器控制系统，虽然也能起到一定的抗干扰作用，但由于会连接非常多的机械触头，因此其影响因素也大大增加，会受到器件老化、脱焊、触点接触不良等等原因，而造成系统的可靠性与抗干扰性降低，进而出现故障，而PLC采用微电子技术，能够将绝大多数的继电器及复杂连线用软件来代替，从而就可以有效降低影响因素，提高系统的可靠性[2]。其次，易学易用，PLC系统接口容易，编程语言也比较通俗易懂，各种图形符号与表达方式也基本上和传统的继电器电路图差不多，因此深受工程技术人员的欢迎。另外，PLC技术配套齐全、功能完善、适用性强，随着科技的不断发展与进步，PLC的功能单元越来越丰富，且有各种不同规模的系列化产品，可以更好地适用于不同类型的工业控制当中。最后，体积小、能耗低、维护方便、易改造，最小的PLC产品底部尺寸小于100mm，其能耗也仅仅只有数瓦，是实现机电一体化的理想控制设备，而且由于其是内部存储，因此对其的维护和改造也会更加方便快捷。

1.2.2 缺点分析。虽然PLC技术在各行业领域中有非常多的应用优势，但是其也存在一些不足之处，应当理性看待并科学应用，这样才能更好地体现其价值。具体来说，其缺点主要表现为如下几个方面：其一，成本相对较高，通常一些大型企业才会应用该技术来提高生产质量和效率，而小型企业很少接触该技术，不仅是因为PLC系统本身成本较高，更是因为使用该系统还需要配置相应的编程人员，这也是一笔不小的成本；其二，不存在共通性，不同的PLC生产厂家，其编程语言也会有所差异，通常只能选择自家规定的代码指令，才能对其进行有效的操控；其三，也会受到外部环境的影响导致信号传输障碍，比如线路老化、信号干扰等，使得PLC控制的准确性得不到保障，在应用到具体的场景中时就会带来不良效果。

1.3 在城市轨道交通中的应用关键

就当前实际情况来看，轨道交通的建设水平对城市的可持续发展起到了决定性的作用，为了减少交通事故、交通拥堵等现象的发生，必须要重视对城市轨道交通的完善与优化，而将PLC技术应用到城市轨道交通中能够大大提升系统用运行的效率与质量，从而保障人们的交通出行安全[3]。具体来说，在城市轨道交通交通信号灯系统中，将PLC技术融入其中，可以有效实现系统的自动化运行及紧急状态的管控，并保障性能更具有稳定性与可靠性。在管控、系统化设计等方面，PLC技术的融入基本上都能满足十字路口信号灯管控的标准，通过构建轨道交通信号灯控制模型，可以更充分地利用现有交通资源，对系统程序进行相应的修改，从而弥补传统信号灯的不足。在以往的轨道交通信号灯系统中，应用最多的两个系统是SCATS和SCOOT，受轨道交通系统高复杂性与多元变化性等特征的影响，使得技术人员在构建模型时难以达到精准性，而PLC技术的可编程控制器更为可靠，可以构建准确、高精度的数据模型，从而达到控制交通信号灯的目的。

2 PLC技术在轨道交通信号灯自动化控制系统中的应用

2.1 对交通信号灯的控制要求

随着城市化进程的不断加快，大部分城市都面临着道路交通承载超负荷的情况，使得交通事故以及交通拥堵事件的发生率逐渐上升，极大地影响了城市的稳定发展以及居民的正常生活。而交通信号灯是维持城市交通有序运行的关键，对改善城市交通的现状起到了不可或缺的重要作用，为了使轨道交通信号灯充分发挥其应用价值，应当更多的应用PLC技术控制的交通信号灯，其具有可靠性高、维护方便等优势，能够实现多台PLC的联网控制和管理，一定程度上有效增强了我国城市道路交通管理能力。

在应用PLC技术来对轨道交通信号灯进行控制的过程中，应当遵循以下几个要求[4]：其一，交通信号灯通常有一个总的启动开关来对其进行操控，只有当整个系统的开关合上之后，该信号灯系统才会启动运行程序并开始工作；其二，交通信号灯的闪灭顺序为南北绿灯亮4s后闪2s灭，紧接着就是黄灯亮2s灭，红灯亮8s，然后循环往复，东西方向的信号灯闪灭则相反，先是红灯亮8s，然后绿灯亮4s后闪2s灭，最后是黄灯亮2s；其三，PLC技术下的交通信号灯能够自动控制，周而复始，当开关断开后，则所有信号灯都熄灭。

2.2 PLC系统结构设计

PLC是一种自动控制系统，由于自带逻辑运算和顺序控制等功能，因此通常被用来替换掉一些陈旧的控制设备，在现阶段社会发展进程中，运用PLC技术在自动控制领域中已成为各企业的首选。通过对该视乎设计的控制系统分析，其系统结构由三个部分构成，即设置层的时间外部设置模块、控制层的信号灯控制模块以及显示层的时间显示模块。在各模块具体运行的过程中，时间外部设置模块主要是负责将十字路口信号装置各个方位的绿灯相连时段借助输入端相连，并设置好间隔时间；而信号灯控制模块的主要任务就是将各方位上的信号灯行为标记成顺序行为，并控制东西南北方位信号灯的输出；最后是时间显示模块，主要负责呈现各个方向的信号灯倒计时。

对PLC控制系统机芯硬件结构设计的过程中，为了更好地实现其应用优势，PLC的选型是至关重要的一项内容，通常需要先掌握各个控制对象的驱动要求，然后分析对象的控制要求，最后确定所控制参数的精度与类型。就现阶段实际情况来看，我国市面上比较常见的PLC产品非常多，比如GE-Fanuc公司的产品、德国西门子公司的产品以及日本三菱、欧姆龙等公司的产品等等。在选择时应当综合考虑多方面的因素，优选通用性强、便于学习、维护方便的产品，这样才能更好地满足系统设计要求。

2.3 现场调试检验

想要确保PLC技术的轨道交通信号灯自动化控制系统的质量符合实际需求，则通常还需要对系统设计的合理性进行验证。具体来说，主要从以下几个方面展开检验与分析：首先是对信号灯属性设置进行全面检查，主要检查的内容包括灯色、光强、波长、额定功率、工作温度、外壳材料质量以及外形包装等等，确保各项参数都能满足被控对象的控制要求；其次需要对系统运行情况进行调试检验，通常包括两个方法[5]：模拟调试和联机调试，需要结合实际情况来进行选择调试方法，如果是在实验室进行，可以采用模拟调试，接通开关之后，通过对PLC上的发光二极管的具体呈现情况，来更清晰地掌握输出信号的状态，并判断各方位信号灯循环显示是否正常，如若没有产生其他不正常的现象，则说明该控制系统设计符合要求，反之则说明不满足条件，需要继续进行设计与完善；最后还需要对交通信号灯的周期及延误这两项内容之间的关系进行检验，通过分别对传统系统与PLC控制系统的试验和比较，可以掌握两者之间的关系是否发生变化，并明确基于PLC控制系统的控制效果情况。

3 结束语

综上所述，随着现代化社会的持续发展与进步，我国城市轨道交通建设已取得了巨大的成绩，不仅极大地改善了城市居民交通出行难的问题，提高了路网运输效率，同时也有效降低了传统交通运输工具对大气质量造成的影响，促使城市发展更加安全稳定。而将PLC技术应用到轨道交通信号灯自动化控制系统中，则更能够保障系统性能的稳定性与可靠性，并进一步缓解高峰期的交通压力，使轨道交通智能系统发挥更大的作用与价值。因此，相关技术人员必须要重视PLC技术在轨道交通信号灯中的应用，并持续加大对其的研究与分析，使其能够更好地适应不断发展变化的轨道交通建设需求，从而推动我国现代化城市的进一步发展。