基于西门子PLC的十字交通灯控制系统的探究

2016-07-18蒋庆磊,吴慧君,聂永涛

现代农村科技 2016年4期

摘要：PLC具有可靠性高、功能完善、抗干扰性好、结构简单、重量轻等优点。本文结合市区交通实况，在设计硬件和软件程序的基础上，对基于西门子PLC的十字路交通灯控制系统进行了探究，给出了一种简单实用的设计思路。实验证明，该交通灯控制系统可以用于控制繁忙十字路口交通，提高路口的通行能力，具有较好的控制效果。

关键字：PLC；十字交通灯；设计

1　引言

随着经济快速发展，车辆不断增多，城市交通拥堵现象十分严重。传统的十字交通灯控制系统存在稳定性低、容易受到干扰、可靠性不高等缺点。同时，PLC具有可靠性高、功能强大、编程简单、抗干扰性强等优点。因此，借助西门子PLC，采用合适的控制方法，最大限度利用好市区道路，缓解交通拥堵状况，越来越成为交通控制系统设计的探究方向。本文依据十字交通灯控制系统的要求，设计了可以通过修改程序代码来控制交通灯运行状态的控制系统，实现了实时动态控制十字交通灯的运行状况。

2　西门子PLC简介

PLC是借助微处理器，综合了计算机、自动控制和通信等技术的通用性工业自动控制装置。它具有体积小、编程设计灵活与维护简便等优点，特别是可靠性高和抗干扰性强的特点，十分适用于工业现场生产控制。

西门子PLC中S7系列包含S7-400、S7-300和S7-200三种类型，其中S7-200为S7系列的小型PLC系统。S7-200系列PLC分为CPU21X系列、CPU22X系列（包含CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号）。小型PLC中，CPU221价位低并能满足多种功能的需要。CPU 222是成本较低的单元，借助扩展模块可以处理模拟量。CPU224具有较多的I/O接口及更大的存储空间。CPU 226 和226XM的功能性最强，可以满足较为复杂控制系统的要求。因此，本文选用CPU222型号的PLC。

3　十字交通灯控制系统的设计思路和方案

3.1设计思路。根据十字交通灯控制系统要求，综合西门子PLC的特点，选择恰当的型号。设计思路为：输入一个启动信号，借助SB1的控制按钮，当按下SB1启动按钮时，系统开始工作。

十字交通灯控制系统要求如下。启动开关闭合后，首先，南北方向交通灯处于红灯状态，东西方向交通灯处于绿灯状态。南北方向亮红灯状态过程中，南北红灯亮，并维持25 s，需定时器设定延时25 s，才会转南北绿灯亮；同时，东西方向也一起亮绿灯，并维持20 s，需定时器设定延时20 s，才会转东西绿灯闪烁；东西方向绿灯闪烁，3 s后熄灭，借助振荡器或脉冲源动作使绿灯闪烁，还需要定时器设定延时3 s，才会转黄灯亮；东西方向黄灯亮，2 s后熄灭，需定时器设定延时2 s，才会转红灯亮。其次，东西方向交通灯处于红灯状态，南北方向交通灯处于绿灯状态。东西方向亮红灯状态过程中，红灯亮30 s，需定时器设定延时30 s，才会转绿灯亮；同时，南北方向也一起亮绿灯25 s，需定时器设定延时25 s，才会转绿灯闪烁；南北方向绿灯闪烁，3 s后熄灭，通过振荡器或脉冲源动作使绿灯闪烁，还要需定时器设定延时3 s，才会转黄灯亮；南北方向黄灯亮，2 s后熄灭，需定时器设定延时2 s，才会转红灯亮。交通灯按照以上的顺序周而复始地循环下去。

3.2设计方案分析。依据控制系统要求，控制过程包含南北红东西绿、南北红东西黄、南北绿东西红、南北黄东西红、南北红东西绿等，程序控制继电器按时序一步步跳转。可采用多种方案实现跳转，在此，我们采用传送指令与时间继电器相结合来控制程序的运转。按照控制要求，需要输入一个信号，输出六个信号，四个方向共有十二个交通灯，南北、东西（红、黄、绿）交通灯各用一个输出信号控制。通过十字交通灯控制系统的I/O地址分配表、PLC外部接线图、十字交通灯控制梯形图一一展开，十字交通灯控制系统设计方案逐渐脉络清晰。

表1　控制系统的I/O地址分配表

4　控制系统的硬件和软件设计

4.1系统硬件设计。本文采用PLC来实现对十字交通灯的控制，选用西门子的S7-200系列CPU222型号PLC对东西、南北方向的交通灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制过程中用多个定时器T自动实现对六个交通灯闪亮的控制。根据交通信号灯的亮灭规律，借助PLC编程对其自动控制。根据控制要求，分配了1个输入点和6个输出点，具体I/O地址分配表如表1示。

输入端控制按钮SB1连接到I0.0输入端口，输出端6个交通灯L0～L5分别连接到Q0.0～Q0.5的输出端口。输入端为汇点式连接，全部输入与COM口连接，输出端为分隔式连接，共用2个COM口。PLC外部接线图如图1所示。

图1　PLC外部接线图

图2　控制系统部分梯形图

4.2系统软件设计。该控制系统的程序包含开始模块和十字交通灯控制模块，其中十字交通灯控制模块是主模块。控制时间设定由定时器（T）完成，借助不同定时器的交替触发和定时来控制十字交通灯的亮灭时间。根据控制系统要求，运用STEP 7-MicroWIN SMART软件设计十字交通灯控制系统的梯形图程序。控制系统部分梯形图设计如图2所示。