基于西門子PLC的十字交通燈控制系統(tǒng)的探究

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基于西門子PLC的十字交通燈控制系統(tǒng)的探究

摘要：PLC具有可靠性高、功能完善、抗干擾性好、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合市區(qū)交通實(shí)況，在設(shè)計(jì)硬件和軟件程序的基礎(chǔ)上，對(duì)基于西門子PLC的十字路交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了探究，給出了一種簡單實(shí)用的設(shè)計(jì)思路。實(shí)驗(yàn)證明，該交通燈控制系統(tǒng)可以用于控制繁忙十字路口交通，提高路口的通行能力，具有較好的控制效果。

關(guān)鍵字：PLC；十字交通燈；設(shè)計(jì)

1　引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，車輛不斷增多，城市交通擁堵現(xiàn)象十分嚴(yán)重。傳統(tǒng)的十字交通燈控制系統(tǒng)存在穩(wěn)定性低、容易受到干擾、可靠性不高等缺點(diǎn)。同時(shí)，PLC具有可靠性高、功能強(qiáng)大、編程簡單、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，借助西門子PLC，采用合適的控制方法，最大限度利用好市區(qū)道路，緩解交通擁堵狀況，越來越成為交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探究方向。本文依據(jù)十字交通燈控制系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了可以通過修改程序代碼來控制交通燈運(yùn)行狀態(tài)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制十字交通燈的運(yùn)行狀況。

2　西門子PLC簡介

PLC是借助微處理器，綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和通信等技術(shù)的通用性工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、編程設(shè)計(jì)靈活與維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，特別是可靠性高和抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，十分適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)控制。

西門子PLC中S7系列包含S7-400、S7-300和S7-200三種類型，其中S7-200為S7系列的小型PLC系統(tǒng)。S7-200系列PLC分為CPU21X系列、CPU22X系列（包含CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號(hào)）。小型PLC中，CPU221價(jià)位低并能滿足多種功能的需要。CPU 222是成本較低的單元，借助擴(kuò)展模塊可以處理模擬量。CPU224具有較多的I/O接口及更大的存儲(chǔ)空間。CPU 226 和226XM的功能性最強(qiáng)，可以滿足較為復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。因此，本文選用CPU222型號(hào)的PLC。

3　十字交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和方案

3.1設(shè)計(jì)思路。根據(jù)十字交通燈控制系統(tǒng)要求，綜合西門子PLC的特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)男吞?hào)。設(shè)計(jì)思路為：輸入一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，借助SB1的控制按鈕，當(dāng)按下SB1啟動(dòng)按鈕時(shí)，系統(tǒng)開始工作。

十字交通燈控制系統(tǒng)要求如下。啟動(dòng)開關(guān)閉合后，首先，南北方向交通燈處于紅燈狀態(tài)，東西方向交通燈處于綠燈狀態(tài)。南北方向亮紅燈狀態(tài)過程中，南北紅燈亮，并維持25 s，需定時(shí)器設(shè)定延時(shí)25 s，才會(huì)轉(zhuǎn)南北綠燈亮；同時(shí)，東西方向也一起亮綠燈，并維持20 s，需定時(shí)器設(shè)定延時(shí)20 s，才會(huì)轉(zhuǎn)東西綠燈閃爍；東西方向綠燈閃爍，3 s后熄滅，借助振蕩器或脈沖源動(dòng)作使綠燈閃爍，還需要定時(shí)器設(shè)定延時(shí)3 s，才會(huì)轉(zhuǎn)黃燈亮；東西方向黃燈亮，2 s后熄滅，需定時(shí)器設(shè)定延時(shí)2 s，才會(huì)轉(zhuǎn)紅燈亮。其次，東西方向交通燈處于紅燈狀態(tài)，南北方向交通燈處于綠燈狀態(tài)。東西方向亮紅燈狀態(tài)過程中，紅燈亮30 s，需定時(shí)器設(shè)定延時(shí)30 s，才會(huì)轉(zhuǎn)綠燈亮；同時(shí)，南北方向也一起亮綠燈25 s，需定時(shí)器設(shè)定延時(shí)25 s，才會(huì)轉(zhuǎn)綠燈閃爍；南北方向綠燈閃爍，3 s后熄滅，通過振蕩器或脈沖源動(dòng)作使綠燈閃爍，還要需定時(shí)器設(shè)定延時(shí)3 s，才會(huì)轉(zhuǎn)黃燈亮；南北方向黃燈亮，2 s后熄滅，需定時(shí)器設(shè)定延時(shí)2 s，才會(huì)轉(zhuǎn)紅燈亮。交通燈按照以上的順序周而復(fù)始地循環(huán)下去。

3.2設(shè)計(jì)方案分析。依據(jù)控制系統(tǒng)要求，控制過程包含南北紅東西綠、南北紅東西黃、南北綠東西紅、南北黃東西紅、南北紅東西綠等，程序控制繼電器按時(shí)序一步步跳轉(zhuǎn)?？刹捎枚喾N方案實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)，在此，我們采用傳送指令與時(shí)間繼電器相結(jié)合來控制程序的運(yùn)轉(zhuǎn)。按照控制要求，需要輸入一個(gè)信號(hào)，輸出六個(gè)信號(hào)，四個(gè)方向共有十二個(gè)交通燈，南北、東西（紅、黃、綠）交通燈各用一個(gè)輸出信號(hào)控制。通過十字交通燈控制系統(tǒng)的I/O地址分配表、PLC外部接線圖、十字交通燈控制梯形圖一一展開，十字交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案逐漸脈絡(luò)清晰。

表1　控制系統(tǒng)的I/O地址分配表

4　控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。本文采用PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)十字交通燈的控制，選用西門子的S7-200系列CPU222型號(hào)PLC對(duì)東西、南北方向的交通燈實(shí)現(xiàn)有規(guī)律的循環(huán)閃亮，以達(dá)到對(duì)交通信號(hào)燈的控制。控制過程中用多個(gè)定時(shí)器T自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)六個(gè)交通燈閃亮的控制。根據(jù)交通信號(hào)燈的亮滅規(guī)律，借助PLC編程對(duì)其自動(dòng)控制。根據(jù)控制要求，分配了1個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，具體I/O地址分配表如表1示。

輸入端控制按鈕SB1連接到I0.0輸入端口，輸出端6個(gè)交通燈L0～L5分別連接到Q0.0～Q0.5的輸出端口。輸入端為匯點(diǎn)式連接，全部輸入與COM口連接，輸出端為分隔式連接，共用2個(gè)COM口。PLC外部接線圖如圖1所示。

圖1　PLC外部接線圖

圖2　控制系統(tǒng)部分梯形圖

4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)的程序包含開始模塊和十字交通燈控制模塊，其中十字交通燈控制模塊是主模塊?？刂茣r(shí)間設(shè)定由定時(shí)器（T）完成，借助不同定時(shí)器的交替觸發(fā)和定時(shí)來控制十字交通燈的亮滅時(shí)間。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，運(yùn)用STEP 7-MicroWIN SMART軟件設(shè)計(jì)十字交通燈控制系統(tǒng)的梯形圖程序?？刂葡到y(tǒng)部分梯形圖設(shè)計(jì)如圖2所示。

5　結(jié)語

基于西門子PLC的十字交通燈控制系統(tǒng)充分利用了PLC可靠性高、抗干擾強(qiáng)、編程靈活的優(yōu)點(diǎn)。該控制系統(tǒng)充分提高了道路的利用率，緩解了城市交通擁堵的現(xiàn)狀，方便人民生活。

參考文獻(xiàn)

［1］梁剛，劉紫燕.PLC與組態(tài)王十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ［J］.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2014（3）：72～76.

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262500濰坊工程職業(yè)學(xué)院蔣慶磊

吳慧君聶永濤