單個(gè)復(fù)雜路口的PLC軟硬件設(shè)計(jì)

通過分析交通復(fù)雜十字路口信號(hào)燈的控制要求，結(jié)合S7-200的控制性能，在傳統(tǒng)的交通燈控制基礎(chǔ)上增加了左轉(zhuǎn)控制功能，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜十字路口的東西南北方向的直行、左轉(zhuǎn)及人行道信號(hào)燈的合理控制的功能，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的可靠性。

1 西門子S7-200與交通燈控制

S7-200系列是SIEMENS公司推出的一種小型PLC。它以緊湊的結(jié)構(gòu)、良好的擴(kuò)展性、強(qiáng)大的指令功能、低廉的價(jià)格，已經(jīng)成為當(dāng)代各種小型控制工程的理想控制器。S7-200包含了一個(gè)單獨(dú)的S7-200CPU和各種可選擇的擴(kuò)展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。其控制規(guī)?？梢詮膸c(diǎn)到幾百點(diǎn)。

目前，PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，但是在交通控制方面應(yīng)用方面還不是很廣泛。PLC應(yīng)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(diǎn)，使得其有逐步取代以往的單片機(jī)在交通燈中的地位的趨勢(shì)。本文主要研究了基于西門子S7-200的復(fù)雜十字路口的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。

2 復(fù)雜十字路口交通燈控制系統(tǒng)的功能

一個(gè)復(fù)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(lái)越多,在每個(gè)交叉路口都需要使用紅綠燈進(jìn)行交通指揮和管理,紅、黃、綠燈的轉(zhuǎn)換要有一個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間間隔和轉(zhuǎn)換順序,這就需要有一個(gè)安全、自動(dòng)的、協(xié)調(diào)的系統(tǒng)對(duì)紅、黃、綠燈的轉(zhuǎn)換進(jìn)行管理。

3 設(shè)計(jì)

3.1 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。具體分布如圖1，總共交通燈個(gè)數(shù)為32個(gè)，其中紅燈12個(gè)、綠燈12個(gè)、黃燈8個(gè)。

圖1 交通燈分布圖

3.2 I/O分布及硬件接線圖

輸入只需一個(gè)啟動(dòng)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(gè)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(yùn)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(yùn)行狀況相同，所以它們可以共用輸出口，最后核計(jì)只需用10個(gè)PLC輸出點(diǎn)就能達(dá)到目的。具體I/O分配表如表1。

表1 數(shù)字量輸入輸出地址分配表

控制系統(tǒng)主要任務(wù)是負(fù)責(zé)控制東西南北各紅綠燈的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換順序, 關(guān)鍵是各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延時(shí)。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。

3.3 按控制要求給出控制時(shí)序

按車輛通行順序開啟系統(tǒng)控制，先讓南北方向左轉(zhuǎn)車輛運(yùn)行，接著讓南北方向主干道直行車輛運(yùn)行，再接著讓東西方向左轉(zhuǎn)車輛運(yùn)行，然后東西方向主干道直行車輛運(yùn)行，如此循環(huán)。正常情況下，在變換車道運(yùn)行時(shí)，綠燈熄滅前會(huì)閃幾秒鐘，左轉(zhuǎn)綠燈滅設(shè)定閃2S，直行綠燈滅設(shè)定閃3S。正常情況下循環(huán)運(yùn)行時(shí)序圖如下：

圖2 交通燈控制時(shí)序圖

3.4 軟件設(shè)計(jì)

南北方向的交通燈控制程序流程圖如圖3：

圖3 控制程序流程圖

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。

4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試

根據(jù)系統(tǒng)對(duì)I/O口量的需求，選用S7-224來(lái)完成調(diào)試，硬件接線如圖4 。

圖4 系統(tǒng)硬件接線圖

圖中的標(biāo)注以“南主左綠”為例說(shuō)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，其它的標(biāo)注與此類似。

選一個(gè)循環(huán)周期（90S），以南北左轉(zhuǎn)綠燈閃亮為開始，根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況，記錄其調(diào)試結(jié)果如表2，表中“1”表示其對(duì)應(yīng)的I/O口在其對(duì)應(yīng)的時(shí)間段輸出為高電平，“0”則表示其對(duì)應(yīng)的I/O口在其對(duì)應(yīng)的時(shí)間段輸出為低電平，“閃”表示閃亮。

表2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試數(shù)據(jù)（一個(gè)循環(huán)周期）

從表中可以看出其工作順序情況與事先設(shè)計(jì)的交通燈控制時(shí)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(shí)刻都只有4個(gè)輸出口處于工作狀態(tài)。

分析同一時(shí)刻的4個(gè)輸出口的情況可以看出，這四個(gè)輸出口分別控制著交通的四個(gè)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(shí)刻，交通的四個(gè)狀態(tài)中只有一個(gè)交通狀態(tài)的綠燈在正常有效工作，而其它三個(gè)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(gè)十字路口的井然有序工作。

結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了單個(gè)復(fù)雜路口的PLC軟硬件設(shè)計(jì)，隨著現(xiàn)在城市交通的發(fā)展，越來(lái)越需要把多個(gè)路口看作一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)各道路上的流量來(lái)控制各路口的紅黃綠燈。但是單個(gè)路口的控制仍然是基礎(chǔ)，只有在解決了單個(gè)路口的基礎(chǔ)上才能更方便地解決多路口問題，所以說(shuō)研究單個(gè)復(fù)雜十字路口交通燈的PLC控制問題仍然是具有一定的實(shí)際意義。