基于S7-300PLC交通灯控制系统的设计

颉栋栋，朱珍龙

兰州交通大学交通运输学院

基于S7-300PLC交通灯控制系统的设计

颉栋栋，朱珍龙

兰州交通大学交通运输学院

道路交通信号灯是加强道路交通管理，减少交通事故，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。可编程控制器(PLC)因其易编程、易维护、操作简单，具有较高的可靠性以及自我故障诊断能力等优点,在交通灯控制领域应用广泛。本文结合交通的实际情况，设计了基于PLC交通灯控制的硬件系统和软件系统。

PLC；信号灯；控制系统

近年来,随着令人咋舌的私家车保有量增长速度，大中型城市交通拥堵问题严重，对人民的幸福感及良好的生活体验造成了严重的影响。通过合理有效的控制方式，对交通现状进行调控，以缓解出行压力，提高道路承载能力，改善我国现有的交通状况已经迫在眉睫。在这一背景下，基于PLC的交通灯控制系统应用而生，它不仅具有定时模式的功能还可以根据车辆的情况自动调节红绿灯的时间，保证了交通的畅通。[1]

1.PLC在交通灯控制中的优势

PLC即可编程控制器(Programmable logic Controller)采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC具备通信和网络扩展能力，对于线控制和面控制及最终卫星监控调节的路网模式都能进行很好的后续支持，避免频繁的设备更换所造成的资源浪费，同时也极大的缩短了车辆的等待时间，有效的缓解交通压力。由此可见，相较于单片机等其他的传统设备，PLC的各种优点必将在长远上成为交通控制的主流。

（1）PLC具有强大的功能和极高的性价比，小型PLC便拥有上千个可供选择使用的编程元件，以便于用户实现需求的仿真功能。（2）PLC具备齐全的配套硬件，便于使用，对生产要求有较高的适应性。PLC安装接线方便简单，在硬件配置完成后，只需要更改用户程序，就可以满足部分控制要求的改变。（3）PLC的硬件采用了一定的自我诊断和抗干扰措施，使之在面对恶劣多变、强干扰的工业生产环境时，依然有较高的可靠性与抗干扰能力。（4）PLC可以使用LAD编程，梯形图编程容易学习掌握，使得复杂系统的设计时间减少。[2-3]

2.PLC控制系统的硬件设计

2.1 PLC的基本组成

本次设计使用具有强大的系统稳定性和应对实际环境要求的便利性模块式的西门子S7-300PLC。它所具有的特点是，相比较于集成式PLC，它的组成部分是分模块按照一定的顺序依次安装在机架的槽口内的。包括CPU模块、输入模块、输出模块、接口模块、电源模块以及其他模块。

2.2 交通灯的控制要求

用PLC实现交通灯的控制，交通灯系统启动时，红、绿、黄灯按一定时序轮流发亮。当按下启动按钮时，东西方向红灯亮25s，南北方向绿灯亮30s，每秒闪亮1次，然后黄灯亮2s。当南北方向黄灯熄灭后，东西方向绿灯亮30s，每秒闪亮1次，然后黄灯亮2s，南北方向红灯亮25s，就这样周而复始不断循环。当按下停止按钮时系统并不能马上停止，要完成一个工作周期后才能停止工作。

2.3 I/O元件地址分配表

本系统采用S7-300PLC系列的CPU314,该类型PLC有16个输入点和32个输出点。根据交通灯的控制要求，PLC控制系统的I/O元件地址分配如下所示：I0.0（启动按钮）、I0.2（停止按钮）、Q6.0（东西红灯）、Q5.6（东西绿灯）、Q5.7（东西黄灯）、Q4.5（南北红灯）、Q4.4（南北黄灯）、Q4.3（南北绿灯）。

该系统有两个出入地址，分别是系统启动按钮和停止按钮。启动按钮时系统开始正常的运行，停止按钮在进行系统维修时，使系统暂时停止运行。6个输出分别是东西方向与南北方向的交通灯。

3.PLC控制系统的软件设计

文中采用以转换为中心的顺序控制梯形图的编程方法。采用LAD语言编程的主要原因是它很直观，相较于传统继电器设备的连接图有相似之处，简单快捷，除了可以实现几种编程方式的混编以外，还能够和别的编程方式相互转化。根据交通灯的控制要求及其逻辑关系，进行控制程序的编写，使之可以达到控制要求。交通灯部分梯形图程序如图1所示。[4-6]

图1 交通灯部分梯形图程序

4.结论

采用以转换为中心的顺序控制梯形图的编程方法，可以让整个控制系统运行起来更加简单、清晰。该交通信号灯的控制系统结构简单，接线容易，程序编写的控制算法灵活，在软硬件的维护上比较容易，可靠性也比较高。在可扩展性方面比较容易，易实现智能的交通监控和控制，满足根据道路情况和季节变化情况的通行时间的改变。减少各方向的车辆滞留，缓解交通拥挤情况，其经济和社会效益比较明显。

[1]王轶闻.国内外城市交通拥堵现状研究[J].Research,2012,21 (13):129-130

[2]周万珍.PLC分析与设计应用[M].北京:电子工业出版社, 2004:20-95

[3]秦常贵.基于PLC的实用交通控制系统设计[J].宁波职业技术学院学报,2011,5(4):8-9

[4]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2011:20-192

甘肃省高等学校科研项目（2013A-054）