交通信號燈的實驗畫面設計

陳曉勇 袁松 齊麗曼

【摘要】 本設計采用西門子S7-200smart PLC和西門子的觸摸屏作為交通信號燈實驗畫面設計的基本硬件，然后從硬件設計、PLC控制程序的軟件設計兩方面出發，詳細介紹了設計原理、硬件接線、時序圖及觸控畫面，實現了對交通信號燈的運行可靠控制，達到預期的設計目的。

【關鍵詞】 PLC;交通信號燈;觸摸屏

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2022.01.030

Experimental Picture Design of Traffic Lights

CHEN Xiao-yong，YUAN Song，QI Li-man

（Fushun Product Quality Supervision and Inspection Institute，Fushun 113006，China）

Abstract： In this design， Siemens S7-200smart PLC and Siemens touch screen are used as the basic hardware for the design of the traffic signal experimental screen. Then，starting from the hardware design and the software design of the PLC control program，the design principle，hardware wiring，software ladder diagram，timing diagrams and touch screens realize reliable control of the operation of traffic lights and achieve the expected design goals.

Key words： PLC;traffic lights;touch screen

1 交通信號燈設計概述

交通信號燈是在車輛運行過程中指揮交通運行的信號燈，在道路十字路口，使用交通信號燈是交通得以有效管制重要手段之一。交通信號燈由紅色、綠色、黃色三個顏色的燈組成。根據《道路交通和道路標志信號協定》中對各種信號燈的含義做出的規定：綠燈亮的時候，準許車輛通行;黃燈亮的時候，已越過停止線的車輛可以繼續通行;紅燈亮的時候，禁止車輛通行。

交通信號燈作為保障交通暢通和安全的重要設施，其控制系統是非常重要的，目前常用的有PLC、單片機等。信號燈上的時間控制也是通過控制系統來設定的。本設計采用西門子S7-200smart PLC來控制交通信號燈，西門子PLC產品配置靈活，可實現通訊端口的多樣化，在滿足不同需要的同時又很經濟便捷，同時軟件編程高效，有先進的程序結構和強大的向導功能，使編程效率更高。

本設計畫面采用了觸摸屏形式，觸摸屏采用西門子S7-200smart line精彩面板，西門子精彩面板SMART LINE，準確地提供了人機界面的標準功能，具備很高的性價比。

西門子的PLC與西門子的觸摸屏可以完美結合，滿足用戶人機互動、控制和驅動的全方位要求。觸摸屏SMART LINE的加入可以讓信號燈的實驗畫面更加直觀、生動地顯示出來。

2 設計原理

2.1 工作原理

PLC控制交通信號燈的設計示意圖如圖1所示，其工作原理是利用西門子PLC的程序來控制十字路口的交通信號燈，通過觸摸屏輸入工作循環時間，按下啟動按鈕SB1，通過軟件程序進行邏輯運算，西門子PLC輸出單元控制外部繼電器的線圈，用繼電器的常開節點控制信號燈的通斷，從而在畫面上顯示對應信號燈點亮或熄滅。當PLC程序輸出信號為1的時候，繼電器線圈吸合，觸摸屏上的信號燈也同時點亮。當按下停止按鈕SB2時候，PLC程序、繼電器線圈和觸摸屏畫面同時進行復位。

信號燈周期時序圖如圖2所示，啟動交通信號燈時，紅燈、綠燈、黃燈按照一定時序輪流觸發發光，首先東西方向的綠燈先亮25 s，同時南北方向的紅燈也亮30 s，到了25 s后，東西方向的綠燈以0.5 Hz的頻率閃爍3 s后熄滅，東西方向黃燈亮點亮，維持2 s。到了2 s后，東西方向的黃燈熄滅，紅燈亮起，同時，南北方向的紅燈熄滅，綠燈亮起。南北方向的綠燈亮25 s，東西方向的紅燈同時亮30 s，到了25 s后，南北方向的綠燈以0.5 Hz的頻率閃爍3 s后熄滅，南北方向的黃燈點亮2 s。到了2 s后，南北方向的黃燈熄滅，紅燈亮起，同時東西方向的綠燈點亮，如此為一個周期往返循環。

2.2 硬件系統設計

本次實驗畫面設計涉及的硬件有啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2、紅黃綠信號燈各4只、觸摸屏、繼電器。

此實驗畫面設計PLC的接線方式如圖3所示，PLC的供電采用24 V直流電源，輸入/輸出端分別連接24 V電源正極和設備端。

2.3 軟件程序

本設計采用STEP7 Micro-WIN/SMART平臺，是專門為西門子S7-200SMART PLC打造的軟件編程開發平臺，秉承西門子編程軟件的強大功能，融入了很多人性化的設計（例如全新的軟件界面、新穎的帶狀菜單、移動式窗口界面、方便的程序注釋及強大的密碼保護功能），可以更快、更方便地進行編程開發，程序編寫如圖4、圖5所示。

根據PLC程序寫出的相對應的符號表，如圖6所示。

2.4 觸摸屏

本交通信號燈的實驗畫面設計采用西門子SMART? LINE觸摸屏，如今人機交互畫面應用廣泛，精彩系列面板采用全新的高分辨率16∶9寬屏液晶顯示和先進的工業設計理念，使設備操作變得更加輕松快捷，引領人機界面產品進入高分辨率寬屏顯示時代，本設計的動態畫面如圖7所示。

3 運行效果

在設定時間輸入60 s（一個循環周期所需的時間）后按啟動SB1按鈕，東西方向綠燈點亮，同時南北方向紅燈點亮，東西方向車輛以動態畫面通行，南北方向車輛停止不動。30 s后，南北方向綠燈點亮，車輛以動態畫面通行，東西方向紅燈點亮，車輛停止不動，如此循環。在程序和畫面中可分別看到交通信號燈的控制程序和運行方式，可通過改變相關程序的參數從而改變實驗對象動作方式，配合觸摸屏，更加直觀去理解交通信號燈的原理和控制方式。實驗畫面的設計也有助于提高分析和解決問題的能力。

【參考文獻】

[1] 北島李工.西門子S7-200 SMART PLC應用技術—編程+通信+裝調+案例[M].北京：化學工業出版社.2020.

[2] 蔡杏山.圖解西門子S7-200SMART PLC快速入門與提高[M].北京：電子工業出版社.2018.

[3] 韓相爭.西門子S7-200SMART PLC編程技巧與案例[M].北京：化學工業出版社.2017.

【作者簡介】

陳曉勇，男，1984年出生，高級工程師，學士，研究方向為產品質量檢驗檢測。

袁松，男，1968年出生，教授級高級工程師，學士，研究方向為產品質量檢驗檢測。

齊麗曼，女，1977年出生，高級工程師，學士，研究方向為產品質量檢驗檢測。