基于S7-300PLC交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

頡棟棟，朱珍龍

蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院

基于S7-300PLC交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

頡棟棟，朱珍龍

蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院

道路交通信號(hào)燈是加強(qiáng)道路交通管理，減少交通事故，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。可編程控制器(PLC)因其易編程、易維護(hù)、操作簡(jiǎn)單，具有較高的可靠性以及自我故障診斷能力等優(yōu)點(diǎn),在交通燈控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文結(jié)合交通的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了基于PLC交通燈控制的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

PLC；信號(hào)燈；控制系統(tǒng)

近年來,隨著令人咋舌的私家車保有量增長速度，大中型城市交通擁堵問題嚴(yán)重，對(duì)人民的幸福感及良好的生活體驗(yàn)造成了嚴(yán)重的影響。通過合理有效的控制方式，對(duì)交通現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)控，以緩解出行壓力，提高道路承載能力，改善我國現(xiàn)有的交通狀況已經(jīng)迫在眉睫。在這一背景下，基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)用而生，它不僅具有定時(shí)模式的功能還可以根據(jù)車輛的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)間，保證了交通的暢通。[1]

1.PLC在交通燈控制中的優(yōu)勢(shì)

PLC即可編程控制器(Programmable logic Controller)采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

PLC具備通信和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力，對(duì)于線控制和面控制及最終衛(wèi)星監(jiān)控調(diào)節(jié)的路網(wǎng)模式都能進(jìn)行很好的后續(xù)支持，避免頻繁的設(shè)備更換所造成的資源浪費(fèi)，同時(shí)也極大的縮短了車輛的等待時(shí)間，有效的緩解交通壓力。由此可見，相較于單片機(jī)等其他的傳統(tǒng)設(shè)備，PLC的各種優(yōu)點(diǎn)必將在長遠(yuǎn)上成為交通控制的主流。

（1）PLC具有強(qiáng)大的功能和極高的性價(jià)比，小型PLC便擁有上千個(gè)可供選擇使用的編程元件，以便于用戶實(shí)現(xiàn)需求的仿真功能。（2）PLC具備齊全的配套硬件，便于使用，對(duì)生產(chǎn)要求有較高的適應(yīng)性。PLC安裝接線方便簡(jiǎn)單，在硬件配置完成后，只需要更改用戶程序，就可以滿足部分控制要求的改變。（3）PLC的硬件采用了一定的自我診斷和抗干擾措施，使之在面對(duì)惡劣多變、強(qiáng)干擾的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境時(shí)，依然有較高的可靠性與抗干擾能力。（4）PLC可以使用LAD編程，梯形圖編程容易學(xué)習(xí)掌握，使得復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間減少。[2-3]

2.PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC的基本組成

本次設(shè)計(jì)使用具有強(qiáng)大的系統(tǒng)穩(wěn)定性和應(yīng)對(duì)實(shí)際環(huán)境要求的便利性模塊式的西門子S7-300PLC。它所具有的特點(diǎn)是，相比較于集成式PLC，它的組成部分是分模塊按照一定的順序依次安裝在機(jī)架的槽口內(nèi)的。包括CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、接口模塊、電源模塊以及其他模塊。

2.2 交通燈的控制要求

用PLC實(shí)現(xiàn)交通燈的控制，交通燈系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，紅、綠、黃燈按一定時(shí)序輪流發(fā)亮。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，東西方向紅燈亮25s，南北方向綠燈亮30s，每秒閃亮1次，然后黃燈亮2s。當(dāng)南北方向黃燈熄滅后，東西方向綠燈亮30s，每秒閃亮1次，然后黃燈亮2s，南北方向紅燈亮25s，就這樣周而復(fù)始不斷循環(huán)。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)系統(tǒng)并不能馬上停止，要完成一個(gè)工作周期后才能停止工作。

2.3 I/O元件地址分配表

本系統(tǒng)采用S7-300PLC系列的CPU314,該類型PLC有16個(gè)輸入點(diǎn)和32個(gè)輸出點(diǎn)。根據(jù)交通燈的控制要求，PLC控制系統(tǒng)的I/O元件地址分配如下所示：I0.0（啟動(dòng)按鈕）、I0.2（停止按鈕）、Q6.0（東西紅燈）、Q5.6（東西綠燈）、Q5.7（東西黃燈）、Q4.5（南北紅燈）、Q4.4（南北黃燈）、Q4.3（南北綠燈）。

該系統(tǒng)有兩個(gè)出入地址，分別是系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕和停止按鈕。啟動(dòng)按鈕時(shí)系統(tǒng)開始正常的運(yùn)行，停止按鈕在進(jìn)行系統(tǒng)維修時(shí)，使系統(tǒng)暫時(shí)停止運(yùn)行。6個(gè)輸出分別是東西方向與南北方向的交通燈。

3.PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

文中采用以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制梯形圖的編程方法。采用LAD語言編程的主要原因是它很直觀，相較于傳統(tǒng)繼電器設(shè)備的連接圖有相似之處，簡(jiǎn)單快捷，除了可以實(shí)現(xiàn)幾種編程方式的混編以外，還能夠和別的編程方式相互轉(zhuǎn)化。根據(jù)交通燈的控制要求及其邏輯關(guān)系，進(jìn)行控制程序的編寫，使之可以達(dá)到控制要求。交通燈部分梯形圖程序如圖1所示。[4-6]

圖1 交通燈部分梯形圖程序

4.結(jié)論

采用以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制梯形圖的編程方法，可以讓整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行起來更加簡(jiǎn)單、清晰。該交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線容易，程序編寫的控制算法靈活，在軟硬件的維護(hù)上比較容易，可靠性也比較高。在可擴(kuò)展性方面比較容易，易實(shí)現(xiàn)智能的交通監(jiān)控和控制，滿足根據(jù)道路情況和季節(jié)變化情況的通行時(shí)間的改變。減少各方向的車輛滯留，緩解交通擁擠情況，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益比較明顯。

[1]王軼聞.國內(nèi)外城市交通擁堵現(xiàn)狀研究[J].Research,2012,21 (13):129-130

[2]周萬珍.PLC分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2004:20-95

[3]秦常貴.基于PLC的實(shí)用交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,5(4):8-9

[4]廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011:20-192

甘肅省高等學(xué)校科研項(xiàng)目（2013A-054）