基于PLC的智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：以西門子S7-200PLC來實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制。通過對(duì)交通信號(hào)燈的控制要求的分析，結(jié)合西門子 S7- 200 的控制性能，通過系統(tǒng)時(shí)序圖的分析，對(duì)交通燈系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈的合理控制的功能，通過實(shí)驗(yàn)證明該方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、運(yùn)行可靠，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PLC；智能交通系統(tǒng)；十字路口

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市交通的快速發(fā)展，交通成為保障城市交通有序、安全、快速運(yùn)行的解決方案。另一方面，可編程序控制器（PLC）作為一種以微電腦技術(shù)為核心的自動(dòng)控制裝置，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源等各種行業(yè)[1]。目前，PLC 已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，但是在交通控制方面應(yīng)用方面還不是很廣泛。PLC 應(yīng)用于交通控制還有很大的潛能，PLC 以其可方便操作、可方便編程調(diào)試等特點(diǎn)，使得其有逐步取代以往的單片機(jī)在交通燈中的地位的趨勢(shì)。本文主要研究了基于西門子 S7- 200 PLC 的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 十字路口交通燈控制系統(tǒng)的功能

一個(gè)復(fù)雜十字路口的交通燈控制系統(tǒng)主要包括東西南北方向上的車輛直行紅黃綠燈的控制、車輛左轉(zhuǎn)紅綠燈的控制以及各方向上人行道的紅黃綠燈的控制。在現(xiàn)代化的大城市中，十字交叉路口越來越多，在每個(gè)交叉路口都需要使用紅綠燈進(jìn)行交通指揮和管理，紅、黃、綠燈的轉(zhuǎn)換要有一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間間隔和轉(zhuǎn)換順序[2]，這就需要有一個(gè)安全、自動(dòng)的、協(xié)調(diào)的系統(tǒng)對(duì)紅、黃、綠燈的轉(zhuǎn)換進(jìn)行管理。

2 設(shè)計(jì)

2.1 十字路口交通燈布置

在十字路口東西南北裝上主干道“紅黃綠”燈，人行道“紅黃綠”燈，其中主干道的“紅黃綠”燈又分為左轉(zhuǎn)“紅綠”燈和直行“紅黃綠”燈?？偣步煌魝€(gè)數(shù)為32個(gè)，其中紅燈12個(gè)、綠燈12個(gè)、黃燈8個(gè)。

2.2 I/O分布及硬件接線圖

輸入只需一個(gè)啟動(dòng)按鈕即可。輸出有東西方向主干道直行“紅黃綠”燈、東西方向人行道“紅黃綠”燈、南北方向直行“紅黃綠”燈、南北方向人行道“紅黃綠”燈、東西方向左轉(zhuǎn)“紅綠”燈、南北方向左轉(zhuǎn)“紅綠”燈，共32個(gè)燈。但東西方向主干道直行“紅黃綠”燈和南北方向人行道“紅黃綠”燈運(yùn)行狀況相同，南北方向直行“紅黃綠”燈和東西方向人行道“紅黃綠”燈運(yùn)行狀況相同，所以它們可以共用輸出口，最后核計(jì)只需用10個(gè)PLC輸出點(diǎn)就能達(dá)到目的。具體I/O分配表如表1。

控制系統(tǒng)主要任務(wù)是負(fù)責(zé)控制東西南北各紅綠燈的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換順序，關(guān)鍵是各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延時(shí)。由于人行道上的交通燈控制與其同方向上的主干道直行燈控制一樣，故下面有些討論暫沒有提及人行道上的交通燈控制。

2.3按控制要求給出控制時(shí)序

按車輛通行順序開啟系統(tǒng)控制[3]，先讓南北方向左轉(zhuǎn)車輛運(yùn)行，接著讓南北方向主干道直行車輛運(yùn)行，再接著讓東西方向左轉(zhuǎn)車輛運(yùn)行，然后東西方向主干道直行車輛運(yùn)行，如此循環(huán)。正常情況下，在變換車道運(yùn)行時(shí)，綠燈熄滅前會(huì)閃幾秒鐘，左轉(zhuǎn)綠燈滅設(shè)定閃2s，直行綠燈滅設(shè)定閃3s。

2.4軟件設(shè)計(jì)

南北方向的交通燈控制程序流程圖如圖1。

流程圖省略的部分是東西方向的交通燈控制流程，其控制方案與南北方向的控制相似。

3 實(shí)驗(yàn)調(diào)試

根據(jù)系統(tǒng)對(duì)I/O口量的需求，選用S7-224來完成調(diào)試。以“南主左綠”為例說明，其中的“南”表示南邊方向，“主”表示主干道，“左”表示左轉(zhuǎn)，“綠”表示綠燈，其他的標(biāo)注與此類似。選一個(gè)循環(huán)周期（90s），以南北左轉(zhuǎn)綠燈閃亮為開始，根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況，記錄其調(diào)試結(jié)果如表2，表中“1”表示其對(duì)應(yīng)的I/O口在其對(duì)應(yīng)的時(shí)間段輸出為高電平，“0”則表示其對(duì)應(yīng)的I/O口在其對(duì)應(yīng)的時(shí)間段輸出為低電平，“閃”表示閃亮。

從表2中可以看出其工作順序情況與事先設(shè)計(jì)的交通燈控制時(shí)序完全吻合，這證明了方法的有效性。分析上述表格數(shù)據(jù)，可以看出任何時(shí)刻都只有4個(gè)輸出口處于工作狀態(tài)。分析同一時(shí)刻的4個(gè)輸出口的情況可以看出，這4個(gè)輸出口分別控制著交通的四個(gè)狀態(tài)，即東西直行（東西人行道）、南北直行（南北人行道）、東西左轉(zhuǎn)和南北左轉(zhuǎn)，且在同一時(shí)刻，交通的4個(gè)狀態(tài)中只有1個(gè)交通狀態(tài)的綠燈在正常有效工作，而其他3個(gè)交通狀態(tài)的紅燈在正常有效工作（或者其綠燈處于閃亮階段），這就保證了整個(gè)十字路口的井然有序工作。

4結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了單個(gè)復(fù)雜路口的PLC軟硬件設(shè)計(jì)，隨著現(xiàn)在城市交通的發(fā)展，越來越需要把多個(gè)路口看作一個(gè)整體來進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)各道路上的流量來控制各路口的紅黃綠燈。但是單個(gè)路口的控制仍然是基礎(chǔ)，只有在解決了單個(gè)路口的基礎(chǔ)上才能更方便地解決多路口問題，所以說研究單個(gè)復(fù)雜十字路口交通燈的PLC控制問題仍然是具有一定的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]正崗.PLC的發(fā)展趨勢(shì)及標(biāo)準(zhǔn)化. Allen-Bradley公司PLC發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化[Z].

[2] 何峰.基于Ver ilog HDL 設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（8）：103-107.

[3] 叢國(guó)進(jìn).基于順序控制的 PLC 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電氣技術(shù)，2008（2）：57-59.

*基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（編號(hào)：201813324007）；校級(jí)大學(xué)生實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目（編號(hào)：2018SYKF20）

作者簡(jiǎn)介：

孫莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，碩士，研究方向：工業(yè)綜合自動(dòng)化