基于PLC的多路口交通燈控制系統的設計

馬卜森

(黑龍江工商學院,哈爾濱 150000)

0 引言

紅綠燈在城市生活中起到了重要的作用,實現了車流和人流的有效管理,降低了道路事故的發生率。但是,如果不恰當使用或安裝紅綠燈,就會對道路正常運行產生不利影響。紅色光意味著不能通過,綠色光意味著允許,黃色光代表警告,可將道路信號燈分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向信號燈、閃爍警示信號燈、道路與鐵路平面交叉口信號燈等。交通信號燈用于道路平面交叉路口,通過對車輛、行人發出前進或停下的命令,最大限度地將來自不同方向的人、車交通流之間的干涉降到最低,以提升交叉口的通行容量,保證路口的順暢與平安[1-3]。本研究以汽車交通燈為例,對普通交叉口的紅綠燈位置進行分析,采用 EDA技術對交叉口信號燈閃爍和車流進行仿真,展示可編程邏輯控制器在信號燈控制中的應用。

采用可編程邏輯控制器進行控制,對多個交叉口的信號燈進行解析及控制。選擇西門子S7-200可編程控制器作為 PLC的核心部件,指定輸入輸出點的名字、編碼和地址。程序編制按照程序要求對 PLC的梯形圖、功能圖及表示法進行編程。對整個系統進行部分調整,再對整個過程進行調整,對多個交叉口的紅綠燈信號進行編程。

監控界面的設計。編寫腳本程序,完成設備連接、調試和運行。通過PLC和MCGS軟件的通信設定及PLC內存參數的設定,完成紅綠燈的配置程序設計。

1 系統硬件設計

系統硬件設計包括硬件結構、輸入輸出分布、主電路及各個部件的控制線路。除了要進行總統架構設計,內部架構也不可或缺。

1.1 控制要求

該裝置由切換來操作：起動開關接通,系統工作;起動開關斷開,系統停機。如果由于某原因導致東西南北4個方向的綠燈都是相同的,那么該裝置就會發出警報,把所有的紅燈和綠燈都關掉[4-5]。

1.2 控制對象

東西方向紅燈兩個, 南北方向紅燈兩個, 東西方向綠燈兩個, 東西方向黃燈兩個, 南北方向黃燈兩個, 南北方向綠燈兩個, 報警燈一個。

1.3 控制規律

在起動按鍵時,北邊和南邊的紅色指示燈點亮,保持25 s。在南、北交通燈都是紅色時,東邊和西邊的交通燈都是綠色的,持續20 s之后,東邊和西邊的交通燈均是3 s之后消失,再之后是東邊和西邊的交通燈變為紅色,而南邊和右邊的交通燈都是綠色。

東邊和西邊都是紅色的,保持30 s。在此過程中,東側和南側的交通信號燈同時變紅,持續25 s之后,南側和北側交通燈連續3 s后變暗,南側和北側的交通燈分別變成2 s,之后變成南側和北側的紅色交通燈,而東側和南側則變成綠色。按照上面的方法一次又一次的重復操作。如表1。

表1 交通燈亮閃

2 系統軟件設計

采用PLC作為核心處理單元,利用 PLC實現整個系統的主要控制功能,包括程序流程及梯形圖的編制。

2.1 主程序流程的設計

對 PLC控制系統進行總體設計,分為硬件、軟件程序及系統調試。具體流程如圖1所示。

圖1 程序流程

2.2 十字路口交通燈的接線

根據十字路口交通燈的實際連線, 畫出如圖2所示的十字路口交通燈接線圖。

圖2 十字路口交通燈接線

圖3 十字路口交通燈的控制時序

圖4 MCGS組態環境

圖5 變量定義窗口

2.3 十字路口交通燈控制時序

本裝置的工作原理是利用電子元件進行探測,由對應的電子感測器發出信號,帶動其他元件起動。

3 系統功能實現

3.1 測試目的

20世紀40年代以來,隨著科學技術的發展,出現了系統模擬。其通過建立真實的體系來建立真實的體系,并將其應用于試驗中。在模擬開發的早期,此方法大多用于航空航天和原子反應等領域,因為其投資高、風險大,很難進行現場試驗,目前已被廣泛應用于石油、電力、機械制造等工業領域,隨著時間的推移,其使用范圍進一步擴大,在一些非工程系統行業中也得到了廣泛使用。目前,綜合模擬系統已應用于各個工業領域,效果顯著。對智能監測進行模擬,以實現以下目標：通過電腦模擬降低變更模型參數及修正模型的費用,便于使用。實驗模擬即利用模擬軟件對一個特定的系統進行建模,根據試驗獲得的數據對其進行解析,從而獲得有價值的數據。

3.2 測試原則

以使用者為起點,通過建模模擬的方法展現現實中的問題,測試程序遵守的基本原理如下：所有與該系統有關的試驗都必須符合使用者需求,盡量多地進行可重復的體系試驗,兼顧合理的輸入和不合理的輸入數據。

3.3 繪制交通信號燈人機界面

將MCGS組態軟件安裝在計算機中,雙擊桌面組態環境圖標,進入MCGS組態環境,如4圖所示。單擊用戶窗口,新建窗口后,在用戶窗口中新建一個窗口0,選中窗口0,點擊窗口屬性按鈕,進入窗口屬性設置界面。將窗口名稱和窗口標題選項中的內容改為交通信號燈,按確認按鈕確認。按動畫組態按鈕,進入畫面編輯窗口,在此窗口中利用工具箱中的繪圖工具完成交通信號燈畫面設計。

3.4 交通信號燈畫面中構件的屬性設置

紅綠燈屏幕上的部件比較簡單,即紅色、綠色、黃色。定義數據變量,根據控制要求在監控界面中對西方向和南北方向紅燈、綠燈及黃燈進展定義,均進行切換及色彩填充。在實時數據庫選項卡中使用新增對象和對象屬性按鈕對數據變量進行定義,如5圖所示。

圖6顯示了交通信號燈屏幕中部件的屬性設定,在此只對南方紅色燈光屬性設定進行解釋,其他特性設定與南方紅色屬性設定之間的差異在于表述方式及填充色彩鏈接項目內容是不同的。

圖6 屬性設定

3.5 設備窗口屬性設置

在配置表中用滑鼠按一下裝置視窗按鈕,彈出裝置視窗圖示,再按一下即可進入裝置配置視窗。在這個視窗中,通過裝置工具包來設定裝置配置。配置好設備后,單擊通用串口父代0,進入通用串口父代屬性編輯接口,按照通信需求及連線狀況對該接口中的有關參數進行設定,設定見圖7,點擊確定即可。

圖7 通用串口父設備屬性編輯窗口

返回設備組態窗口,雙擊設備0-[西門子S7-200PPI]進入設備屬性設置窗口,在此窗口中有根本屬性、通道連接、設備調試、數據處理等選項卡。在自動混合控制中不涉及數據處理。在設備調試窗口中,如果通信狀態標志欄中顯示0,則表示通信正常,假設顯示-1,則表示通信不正常。通過設備調試使MCGS與PLC通信正常,即設備調試窗口中通信狀態標志顯示為0,按確認即可。

回到工作臺界面,選擇主控窗口并單擊界面右側的系統屬性按鈕,彈出主控窗口屬性設置對話框,在此窗口中選擇內存屬性選項卡,在用戶窗口列表中選中交通信號燈,按增加按鈕,那么交通信號燈移入裝入內存窗口,如圖8所示,按確認鍵即可。單擊主菜單中的進入運行環境按鈕即可進入監控運行界面,實時監控系統的工作情況,如圖9所示。

圖9 系統監控運行界面

在模擬的實踐運行條件下對該方法進行測試與分析,以確保該方法高效實施。對該系統的整體性能及數據庫設計進行試驗,試驗結果顯示效果很好,可應用于實際開發中。

4 結束語

通過編寫組態程序,使人們對PLC和MCGS的使用有了更深層次的了解。在MCGS系統設計中,最關鍵的是要做好完整的實時數據庫,這是對各個變量進行采集、表達及控制的關鍵部件。MCGS系統主要完成了對生產過程中各種工況信息的實時監測、生產過程的監控等功能,通過PLC開發,令管理人員更好地利用PLC對現場信息進行采集及控制,從系統設計、梯形圖設計到組態設計,再到現場測試,全面掌握PLC的設計流程,以結合具體的工程項目進行產品開發及設計。