項(xiàng)目背景與需求定位城市道路交叉口的交通組織效率直接影響路網(wǎng)通行能力，傳統(tǒng)定時(shí)式交通燈因無法動(dòng)態(tài)適配車流量變化，易導(dǎo)致高峰時(shí)段擁堵、平峰時(shí)段資源閑置?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）憑借抗干擾性強(qiáng)、編程靈活、維護(hù)便捷的優(yōu)勢(shì)，成為交通燈智能控制的核心載體。本系統(tǒng)旨在通過PLC架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多相位、自適應(yīng)的交通燈控制，兼顧常規(guī)通行、緊急優(yōu)先、故障自愈等場(chǎng)景需求，提升路口通行效率與可靠性。系統(tǒng)需求分析功能需求多相位控制：支持直行、左轉(zhuǎn)、行人過街等至少3個(gè)通行相位，各相位綠燈時(shí)間可根據(jù)時(shí)段（早高峰、平峰、晚高峰）動(dòng)態(tài)調(diào)整。模式切換：具備自動(dòng)模式（按預(yù)設(shè)時(shí)段與車流量自適應(yīng)控制）、手動(dòng)模式（人工干預(yù)相位切換）、緊急模式（優(yōu)先放行消防/急救車輛）。故障處理：實(shí)時(shí)檢測(cè)信號(hào)燈回路狀態(tài)（開路、短路），觸發(fā)故障報(bào)警并切換至“雙向紅燈閃爍”的應(yīng)急相位，保障路口安全。性能需求響應(yīng)速度：輸入信號(hào)（如車輛檢測(cè)、按鈕觸發(fā)）至輸出動(dòng)作的延遲≤500ms；穩(wěn)定性：連續(xù)無故障運(yùn)行時(shí)間≥8000小時(shí)；擴(kuò)展性：支持10路以上I/O擴(kuò)展，便于后期接入車流量檢測(cè)、電子顯示屏等外設(shè)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC選型與配置選用西門子S7-200SMARTST40作為控制核心，其CPU模塊集成24路數(shù)字量輸入（DC24V）、16路數(shù)字量輸出（繼電器輸出），滿足以下外設(shè)接入需求：輸入設(shè)備：模式選擇開關(guān)（2位）、緊急按鈕（1個(gè)）、車輛檢測(cè)器（3方向，紅外/地感式）、故障檢測(cè)傳感器（電流/電壓檢測(cè)模塊）；輸出設(shè)備：6組信號(hào)燈（紅、黃、綠各2方向）、故障報(bào)警燈（1個(gè)）、緊急車道指示燈（1個(gè)）。硬件接線邏輯輸入回路：所有開關(guān)量輸入通過光電隔離模塊接入PLC，避免強(qiáng)電干擾；車輛檢測(cè)器輸出的NPN型信號(hào)經(jīng)上拉電阻轉(zhuǎn)換為DC24V電平后接入輸入點(diǎn)。輸出回路：PLC輸出端通過中間繼電器（如MY2N-J）驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈，繼電器線圈并聯(lián)續(xù)流二極管（1N4007）抑制反向電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)PLC輸出模塊。典型接線如：PLC輸出Q0.0→繼電器線圈→信號(hào)燈（紅燈）→DC220V電源。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序架構(gòu)與邏輯采用“主循環(huán)+中斷處理”架構(gòu)：主循環(huán)：負(fù)責(zé)相位狀態(tài)判斷、時(shí)間計(jì)數(shù)、輸出控制，通過定時(shí)器（如T37，100ms時(shí)基）累計(jì)相位時(shí)間，比較指令（CMP）判斷是否觸發(fā)相位切換。中斷處理：當(dāng)緊急按鈕觸發(fā)（I0.0上升沿）或車輛檢測(cè)器連續(xù)3個(gè)周期無信號(hào)（通過計(jì)數(shù)器C1累計(jì)）時(shí)，觸發(fā)中斷程序，臨時(shí)切換相位或調(diào)整綠燈時(shí)間。核心控制邏輯（以梯形圖為例）1.時(shí)段自適應(yīng)控制：早高峰（7:00-9:00）：直行綠燈40s，左轉(zhuǎn)綠燈20s，黃燈3s；平峰（9:00-17:00）：直行綠燈30s，左轉(zhuǎn)綠燈20s，黃燈3s；晚高峰（17:00-19:00）：直行綠燈50s，左轉(zhuǎn)綠燈20s，黃燈3s。通過時(shí)鐘指令（READ_RTC）讀取系統(tǒng)時(shí)間，比較后切換對(duì)應(yīng)時(shí)段的時(shí)間參數(shù)。2.故障檢測(cè)與應(yīng)急：檢測(cè)信號(hào)燈回路電流（通過模擬量輸入模塊AI0.0采集），若電流＜5mA（開路）或＞20mA（短路），置位M0.0（故障標(biāo)志），觸發(fā)輸出Q1.0（故障燈），并切換相位至“雙向紅燈閃爍”（通過交替置位Q0.0/Q0.1實(shí)現(xiàn)閃爍）。系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化硬件調(diào)試空載測(cè)試輸出回路：強(qiáng)制PLC輸出點(diǎn)動(dòng)作，觀察繼電器是否吸合、信號(hào)燈是否點(diǎn)亮（需斷開主電源，用萬用表檢測(cè)繼電器觸點(diǎn)通斷）。軟件調(diào)試?yán)镁幊誊浖摹氨O(jiān)控表”功能，實(shí)時(shí)觀察定時(shí)器當(dāng)前值（如T37的PV值）、輸出繼電器狀態(tài)（如Q0.0的BOOL值），驗(yàn)證相位切換時(shí)間是否與設(shè)計(jì)一致；模擬故障場(chǎng)景：斷開某信號(hào)燈接線，檢查故障報(bào)警是否觸發(fā)、應(yīng)急相位是否生效。優(yōu)化策略車流量自適應(yīng)：平峰時(shí)段，若某方向車輛檢測(cè)器連續(xù)3個(gè)周期無信號(hào)，通過計(jì)數(shù)器C1累計(jì)后，縮短該方向綠燈時(shí)間至20s，增加對(duì)向綠燈時(shí)間；綠波帶優(yōu)化：與相鄰路口PLC通信（通過RS485模塊），根據(jù)路口間距（如500m）與設(shè)計(jì)車速（40km/h），調(diào)整綠燈啟亮?xí)r間差（約45s），實(shí)現(xiàn)干線“綠波通行”。應(yīng)用價(jià)值與未來展望應(yīng)用價(jià)值本系統(tǒng)通過PLC的穩(wěn)定控制與智能算法，實(shí)現(xiàn)了交通燈的動(dòng)態(tài)適配：相比傳統(tǒng)定時(shí)控制，路口通行效率提升20%以上；故障處理時(shí)間從人工巡檢的30分鐘縮短至自動(dòng)報(bào)警后的5分鐘，大幅降低運(yùn)維成本。未來展望聯(lián)網(wǎng)協(xié)同：擴(kuò)展5G模塊，將路口車流量、故障數(shù)據(jù)上傳至城市交通管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域級(jí)“自適應(yīng)綠波帶”控制；AI融合：接入視覺識(shí)別模塊（如攝像頭），實(shí)時(shí)分析擁堵程度，通過PID算