基于PLC的智能交通信號控制系統(tǒng)設計

摘 要：以西門子S7-200PLC來實現(xiàn)交通信號燈的自動控制。通過對交通信號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)時序圖的分析，對交通燈系統(tǒng)進行了軟、硬件設計，實現(xiàn)了十字路口交通燈的合理控制的功能，通過實驗證明該方法設計的系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟實用、運行可靠，具有很高的實用價值。

關鍵詞：PLC；智能交通系統(tǒng)；十字路口

隨著社會經(jīng)濟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為核心的自動控制裝置，已被廣泛應用于機械制造、冶金、化工、能源等各種行業(yè)[1]。目前，PLC 已廣泛應用于工業(yè)控制中，但是在交通控制方面應用方面還不是很廣泛。PLC 應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，使得其有逐步取代以往的單片機在交通燈中的地位的趨勢。本文主要研究了基于西門子 S7- 200 PLC 的交通燈控制系統(tǒng)的設計。

1 十字路口交通燈控制系統(tǒng)的功能

一個復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，在每個交叉路口都需要使用紅綠燈進行交通指揮和管理，紅、黃、綠燈的轉(zhuǎn)換要有一個準確的時間間隔和轉(zhuǎn)換順序[2]，這就需要有一個安全、自動的、協(xié)調(diào)的系統(tǒng)對紅、黃、綠燈的轉(zhuǎn)換進行管理。

2 設計

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。總共交通燈個數(shù)為32個，其中紅燈12個、綠燈12個、黃燈8個。

2.2 I/O分布及硬件接線圖

輸入只需一個啟動按鈕即可。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”燈運行狀況相同，所以它們可以共用輸出口，最后核計只需用10個PLC輸出點就能達到目的。具體I/O分配表如表1。

控制系統(tǒng)主要任務是負責控制東西南北各紅綠燈的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換順序，關鍵是各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和進行適當?shù)臅r間延時。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)車輛運行，接著讓南北方向主干道直行車輛運行，再接著讓東西方向左轉(zhuǎn)車輛運行，然后東西方向主干道直行車輛運行，如此循環(huán)。正常情況下，在變換車道運行時，綠燈熄滅前會閃幾秒鐘，左轉(zhuǎn)綠燈滅設定閃2s，直行綠燈滅設定閃3s。

2.4軟件設計

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 實驗調(diào)試

根據(jù)系統(tǒng)對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，其他的標注與此類似。選一個循環(huán)周期（90s），以南北左轉(zhuǎn)綠燈閃亮為開始，根據(jù)實驗實際情況，記錄其調(diào)試結(jié)果如表2，表中“1”表示其對應的I/O口在其對應的時間段輸出為高電平，“0”則表示其對應的I/O口在其對應的時間段輸出為低電平，“閃”表示閃亮。

從表2中可以看出其工作順序情況與事先設計的交通燈控制時序完全吻合，這證明了方法的有效性。分析上述表格數(shù)據(jù)，可以看出任何時刻都只有4個輸出口處于工作狀態(tài)。分析同一時刻的4個輸出口的情況可以看出，這4個輸出口分別控制著交通的四個狀態(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)，且在同一時刻，交通的4個狀態(tài)中只有1個交通狀態(tài)的綠燈在正常有效工作，而其他3個交通狀態(tài)的紅燈在正常有效工作（或者其綠燈處于閃亮階段），這就保證了整個十字路口的井然有序工作。

4結(jié)論

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

參考文獻：

[1]正崗.PLC的發(fā)展趨勢及標準化. Allen-Bradley公司PLC發(fā)展和標準化[Z].

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

[3] 叢國進.基于順序控制的 PLC 電氣控制系統(tǒng)的設計[J].電氣技術，2008（2）：57-59.

*基金項目：國家級大學生創(chuàng)新訓練項目（編號：201813324007）；校級大學生實驗室開放項目（編號：2018SYKF20）

作者簡介：

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