基于PLC的十字路口護欄系統(tǒng)設計

徐暉

（安徽機電職業(yè)技術學院電氣工程系，安徽蕪湖241000）

基于PLC的十字路口護欄系統(tǒng)設計

徐暉

（安徽機電職業(yè)技術學院電氣工程系，安徽蕪湖241000）

針對城市交通中對行人和非機動車的有效管控較為缺乏的現狀，設計了基于PLC控制的十字路口護欄系統(tǒng)。系統(tǒng)配備了基于MCSG的組態(tài)設備，支持遠程監(jiān)控、手動調試，并易于與現有交通燈系統(tǒng)進行融合，可在紅燈亮時自動放下護欄，有效避免行人及非機動車闖紅燈、擾亂交通的現象。

PLC；護欄系統(tǒng)；MCGS

隨著城市發(fā)展，交通壓力不斷增大，尤其在十字路口，闖紅燈、人車爭路等行為不僅影響交通秩序，也嚴重威脅行人生命安全，這已成為影響城市居民生活的重要問題。目前對機動車已有非常完善的監(jiān)控系統(tǒng)和懲罰機制，但對行人和非機動車，絕大多數地方也僅有交通協管員現場勸導一種方法。本文設計了一種基于PLC的自動護欄系統(tǒng)。當紅燈將要亮起的時候，護欄自動放下，讓行人和非機動車無法通過；當綠燈即將亮起時，護欄自動升起，交通放行。

1 整體控制思路

1.1 系統(tǒng)基本組成

本系統(tǒng)主要實現對十字路口4個方向4條非機動車道和4條人行道的共同管控。在非機動車道與人行道口的交會處，共設置了8套護欄基站，每套基站都負責兩根護欄的升降。兩根護欄成90°，一根管控人行道，一根管控非機動車道（圖1）。為應對一些系統(tǒng)無法自動處理的情況，及方便監(jiān)控檢修，系統(tǒng)配備了MCGS昆侖通態(tài)7寸觸摸屏以實現手動操作。

1.2 動作流程

本文的設計是在紅綠黃三燈控制的十字路口交通燈系統(tǒng)基礎上改造的。基站在接收到所在方向紅燈將要亮起的信號時，便驅動電機，使護欄緩緩放下，為了提醒行人及車輛注意，護欄上的指示燈開始閃爍，喇叭提示音同時響起；當接收到所在方向綠燈將要亮起的信號時，護欄升起，交通放行。在整個流程中，最重要的是護欄開始升降的時刻，也就是獲取啟動護欄動作信號的時刻。為了與現有交通燈系統(tǒng)對接，系統(tǒng)設定以黃燈的亮滅作為控制信號，如：當東西向黃燈亮起時，表明該方向即將變?yōu)榧t燈，這時，該方向護欄開始下降，護欄降下所用時間與黃燈變?yōu)榧t燈時間相同；當南北向黃燈亮起時，表明東西向即將轉為綠燈，此時東西向護欄上升，護欄升起時間與紅燈變?yōu)榫G燈時間相同。

2 系統(tǒng)電路硬件及組成

圖1 基站分布圖

該系統(tǒng)電氣控制部分由PLC和8處基站構成，每處基站均配有4個電機、4個限位開關、1組燈帶、1個喇叭，及用于控制這些器件的電磁閥若干。

本文選擇西門子S7-200作為系統(tǒng)控制器。S7-200具有價格便宜、功能齊全、安裝簡單、維修方便、抗干擾能力強的優(yōu)點。由于系統(tǒng)中使用I/O接口較多，達35/ 24個，超過S7-200系列PLC自帶的I/O口數量 （如CPU224xp自帶I/O口僅為14/10個），故本系統(tǒng)還連接3個8輸入8輸出的數字量I/O擴展模塊EM223，共可提供數字I/O口38/34個。I/O口分配如表1所示。

為節(jié)省I/O口，將警示燈帶和喇叭控制線的兩電極中的一個極接到基站電磁閥的信號端，這樣，只要電機啟動，警示燈帶及喇叭都會同時啟動。

表1 I/O分配

CPU224基本模塊接線如圖2所示。各個電機需實現正反轉時，其正反轉線圈不僅在程序中要實現互鎖，在硬件接線中也需實現互鎖，以確保電源不被短接。各擴展I/O模塊接線與基本模塊類似，各傳感器、執(zhí)行機構需經外接電源接到對應I/O端與公共端之間。

圖2 CPU224基本模塊接線圖

3 軟件設計

3.1 護欄自動控制流程

系統(tǒng)流程圖及部分程序如圖3和圖4所示。

系統(tǒng)上電后，PLC在開始掃描的第一個周期進行初始化復位，經觸摸屏觸發(fā)自動模式之后，開始等待交通燈黃燈信號。東西、南北向分別獨立編程。以東西向為例：當東西向黃燈亮起時，東西向基站接收到啟動信號，4臺電機緩慢反轉帶動護欄下降。護欄下降經過齒輪變速，以確保下降時間與黃燈變?yōu)榧t燈的時間相同。當護欄下限位通電時，表示護欄已下降到位，系統(tǒng)開始等待南北方向黃燈信號。當南北方向黃燈亮起時，表明南北方向即將轉為紅燈，即東西方向即將轉為綠燈。東西向電機得到啟動信號并開始正轉，帶動護欄上升。當上限位通電時，表明護欄上升到位，系統(tǒng)開始等待東西方向黃燈信號。如此循環(huán)。

圖3 流程圖(以南北方向某個電機為例)

圖4 護欄運行部分程序

3.2 MCGS觸摸屏與PLC通信的建立

在使用S7-200 CPU224xp系列PLC時，因其自帶有RS232接口，故可直接用電纜與計算機連接進行通信。在建立通信時，PLC一側使用默認設置即可；而MCGS組態(tài)軟件一側則需做一系列設置，以使建立通信后組態(tài)內的地址與PLC內部寄存器實現一一對應。建立過程如下：首先，在MCGS設備窗口中添加一個通用串口設備；然后，在其下選擇西門子S7-200 PPI的設備驅動，并進行常用通信參數（如串口端口號）的選擇，同時設置波特率、停止位和校驗方式等參數；設置完成后，建立通信的條件已具備，可連接PLC與觸摸屏，即可設定PLC存儲單元與觸摸屏存儲單元的對應、觸摸屏存儲單元與組態(tài)界面各元件地址的對應，實現觸摸屏界面上各圖形符號與PLC內部各存儲單元的一一連通。

PLC與觸摸屏之間的通信建立后，只需在PLC內輸入如圖5所示程序，即可實現用觸摸屏觸點控制電機。

圖5 部分觸摸屏觸點地址驅動程序

4 結束語

本文利用S7-200 PLC和MCGS昆侖通態(tài)觸摸屏，構建了一個十字路口護欄控制的自動化系統(tǒng)。通過與已有交通燈系統(tǒng)聯動實現護欄的升降，對非機動車道及人行道實現了管控，可有效地避免闖紅燈等情況出現，對維護交通秩序、緩解交通壓力具有一定的價值。

［1］ 廖常初.S7-200 PLC編程及應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007：41-52.

［2］ 北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司.MCGS工控組態(tài)軟件應用手冊［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2003：16-31.

［3］ 唐瑞尹，姚征，何鴻鯤.基于PLC交通信號燈控制系統(tǒng)在組態(tài)王中的實現［J］.河北理工學院學報，2003（增刊1）：29-32.

［4］ 翟心愿，晏康，孫棟平，等.組態(tài)技術和PLC在人行道護欄控制系統(tǒng)中的應用［J］.重慶工商大學學報（自然科學版），2009（3）：272-276.

［5］ 樊戰(zhàn)亭，王鵬.順控法編程在交通燈控制中的應用研究［J］.咸陽師范學院學報：2010（6）：16-19.

【責任編輯 梅欣麗】

Crossroads Guardrail System Design Based on PLC

XU Hui
(Department of Electrical Engineering,Anhui Technical College ofMechanical and Electrical Engineering,Wuhu 241000,China)

This study attempted to solve the problem of inefficient control over pedestrians and non-motor vehicles in the city.Now themotor vehicles have been wellmanaged,while the pedestrians and non-motor vehicles have not been managed with efficiency. We set up an automatic guardrail system.When the lights turned red,the system could lay down the fence to stop pedestrians；when the lights turned green,it could rise automatically.With MCGS and PLC,this system could be remotely controlled and debugged manually,thus to solve the problem of breaking traffic rules.

PLC；guardrail system；MCGS

TP271+.4

A

2095-7726（2015）06-0059-03

2015-03-12

徐暉(1983-)，男，安徽蕪湖人，講師，碩士，研究方向：電氣自動化。