基于西門子PLC的十字交通燈控制系統的探究

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基于西門子PLC的十字交通燈控制系統的探究

摘要：PLC具有可靠性高、功能完善、抗干擾性好、結構簡單、重量輕等優點。本文結合市區交通實況，在設計硬件和軟件程序的基礎上，對基于西門子PLC的十字路交通燈控制系統進行了探究，給出了一種簡單實用的設計思路。實驗證明，該交通燈控制系統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。

關鍵字：PLC；十字交通燈；設計

1　引言

隨著經濟快速發展，車輛不斷增多，城市交通擁堵現象十分嚴重。傳統的十字交通燈控制系統存在穩定性低、容易受到干擾、可靠性不高等缺點。同時，PLC具有可靠性高、功能強大、編程簡單、抗干擾性強等優點。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道路，緩解交通擁堵狀況，越來越成為交通控制系統設計的探究方向。本文依據十字交通燈控制系統的要求，設計了可以通過修改程序代碼來控制交通燈運行狀態的控制系統，實現了實時動態控制十字交通燈的運行狀況。

2　西門子PLC簡介

PLC是借助微處理器，綜合了計算機、自動控制和通信等技術的通用性工業自動控制裝置。它具有體積小、編程設計靈活與維護簡便等優點，特別是可靠性高和抗干擾性強的特點，十分適用于工業現場生產控制。

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。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）。小型PLC中，CPU221價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接口及更大的存儲空間。CPU 226 和226XM的功能性最強，可以滿足較為復雜控制系統的要求。因此，本文選用CPU222型號的PLC。

3　十字交通燈控制系統的設計思路和方案

3.1設計思路。根據十字交通燈控制系統要求，綜合西門子PLC的特點，選擇恰當的型號。設計思路為：輸入一個啟動信號，借助SB1的控制按鈕，當按下SB1啟動按鈕時，系統開始工作。

十字交通燈控制系統要求如下。啟動開關閉合后，首先，南北方向交通燈處于紅燈狀態，東西方向交通燈處于綠燈狀態。南北方向亮紅燈狀態過程中，南北紅燈亮，并維持25 s，需定時器設定延時25 s，才會轉南北綠燈亮；同時，東西方向也一起亮綠燈，并維持20 s，需定時器設定延時20 s，才會轉東西綠燈閃爍；東西方向綠燈閃爍，3 s后熄滅，借助振蕩器或脈沖源動作使綠燈閃爍，還需要定時器設定延時3 s，才會轉黃燈亮；東西方向黃燈亮，2 s后熄滅，需定時器設定延時2 s，才會轉紅燈亮。其次，東西方向交通燈處于紅燈狀態，南北方向交通燈處于綠燈狀態。東西方向亮紅燈狀態過程中，紅燈亮30 s，需定時器設定延時30 s，才會轉綠燈亮；同時，南北方向也一起亮綠燈25 s，需定時器設定延時25 s，才會轉綠燈閃爍；南北方向綠燈閃爍，3 s后熄滅，通過振蕩器或脈沖源動作使綠燈閃爍，還要需定時器設定延時3 s，才會轉黃燈亮；南北方向黃燈亮，2 s后熄滅，需定時器設定延時2 s，才會轉紅燈亮。交通燈按照以上的順序周而復始地循環下去。

3.2設計方案分析。依據控制系統要求，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序一步步跳轉。可采用多種方案實現跳轉，在此，我們采用傳送指令與時間繼電器相結合來控制程序的運轉。按照控制要求，需要輸入一個信號，輸出六個信號，四個方向共有十二個交通燈，南北、東西（紅、黃、綠）交通燈各用一個輸出信號控制。通過十字交通燈控制系統的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設計方案逐漸脈絡清晰。

表1　控制系統的I/O地址分配表

4　控制系統的硬件和軟件設計

4.1系統硬件設計。本文采用PLC來實現對十字交通燈的控制，選用西門子的S7-200系列CPU222型號PLC對東西、南北方向的交通燈實現有規律的循環閃亮，以達到對交通信號燈的控制。控制過程中用多個定時器T自動實現對六個交通燈閃亮的控制。根據交通信號燈的亮滅規律，借助PLC編程對其自動控制。根據控制要求，分配了1個輸入點和6個輸出點，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　控制系統部分梯形圖

4.2系統軟件設計。該控制系統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。控制時間設定由定時器（T）完成，借助不同定時器的交替觸發和定時來控制十字交通燈的亮滅時間。根據控制系統要求，運用STEP 7-MicroWIN SMART軟件設計十字交通燈控制系統的梯形圖程序。控制系統部分梯形圖設計如圖2所示。

5　結語

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

參考文獻

［1］梁剛，劉紫燕.PLC與組態王十字路口交通燈控制系統設計 ［J］.現代計算機，2014（3）：72～76.

［2］王永華.現代電氣控制及PLC應用技術 ［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2013.

262500濰坊工程職業學院蔣慶磊

吳慧君聶永濤