基於西門子S7-200PLC的交通燈控制系統的設計

2020-12-05 電子發燒友

基於西門子S7-200PLC的交通燈控制系統的設計

發表於 2018-01-09 10:25:40

1、引言

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，已被廣泛應用於機械製造、冶金、化工、能源等各種行業。它可靠性高、功能完善、抗幹擾性好，具有結構簡單、重量輕等優點，是一種專門用於工業環境及過程控制的數字運算操作的電子系統。採用PLC控制交通信號燈，主要是考慮其具有對使用環境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富。

目前，PLC已廣泛應用於工業控制中，但是在交通控制方面應用方面還不是很廣泛。PLC應用於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。本文主要研究了基於西門子S7-200PLC的交通燈控制系統的設計。

2、交通燈的控制要求

交通燈控制示意圖如圖1所示。

圖1  交通燈控制示意圖

交通燈的控制要求：

（1）信號燈受一個啟動開關控制，當啟動開關接通時，信號燈系統開始正常工作，且先南北紅燈亮，後東西綠燈亮。當啟動開關斷開時，所有信號燈熄滅。

（2）南北紅燈維持25s，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，並維持20s。到20s時，東西綠燈閃亮，閃亮3s後熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，並維持2s。到2s時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮；同時南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。

（3）東西紅燈亮維持30s，南北綠燈亮維持25s，然後閃亮3s鍾，熄滅；同時南北黃燈亮，維持2s後熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。

（4）上述信號燈狀態周而復始。

3、系統時序圖

根據對交通信號燈控制要求的分析，得出這是一個時序邏輯控制系統。首先畫出時序圖，這樣便於系統軟、硬體的設計，圖2為交通燈的狀態時序圖。

圖2  交通燈的狀態時序圖

4、系統的硬體設計

根據控制要求，選用德國西門子公司的S7-200系列PLC作為控制器可滿足控制要求。

4.1、PLCI/O點的分配

交通燈控制系統共有一個輸入點：啟動按鈕。輸出信號有東西方向、南北方向各兩組指示燈驅動信號以及東西方向、南北方向的車輛運行指示燈驅動信號信號甲、乙。由於每一方向的指示燈中，同種顏色的指示燈運行情況相同，為節省輸出點數，採用並聯輸出法。由此確定，系統所需的輸入點數為1，輸出點數為8，全部為開關量。PLCI/O點分配如表1所示。

表1  PLCI/O點分配

4.2、系統的硬體結構圖

根據系統對I/O口量的需求，選用S7-200來完成設計，系統的硬體結構如圖3所示。

圖3   系統的硬體結構

5、系統的軟體設計

控制系統的程序可分為兩個模塊：開始模塊和十字路口信號燈控制模塊。其中十字路口信號燈控制模塊是主模塊。時間設定由定時器（T）完成，通過不同的定時器的交替觸發和定時來控制各個車道每個信號燈的亮滅時間。時間的設定可根據實際狀況分時設置。根據控制任務要求，運用Step7-micro/win32軟體設計交通燈系統的梯形圖程序，如圖4。

圖4  交通燈控制梯形圖

整個程序的設計充分體現了計時器在可編程控制器中的重要性，整個程序共使用計時器指令（TON）12個。由於程序中各個階段的信號是由不同的計時器來實現的，操作人員可以方便的更改任意時段的計時時間，而不必擔心對程序其他部分的影響。

6、調試運行

系統利用Step7-micro/win32編程，編程在PC機上通過編譯後，下載至PLC調試。在交通燈調試過程中，可通過PLC、PC機監控交通燈的運行狀態。經過多次調試，整個交通燈系統按控制要求運行，調試順利、完成控制要求。

7、結束語

本次在交通燈控制中採用西門子S7-200PLC，用軟體實現了對交通燈運行的自動控制，可靠性大大提高，在實際應用中，採用PLC控制城市交通信號燈，能根據不同路況要求，隨時修改控制程序，以改變各信號燈的工作時間和工作狀況。與繼電器或邏輯電路控制系統相比，PLC控制系統具有更高的可靠性、靈活性和經濟實用性。使用PLC能實現各種複雜的控制系統，同時方便增加或改變控制功能，可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，並檢修方便。因此，有著廣泛的應用前景。

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