基于西门子S7-200PLC的交通灯控制系统的设计

1、引言

可编程序控制器（PLC）作为一种以微电脑技术为核心的自动控制装置，已被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源等各种行业。它可靠性高、功能完善、抗干扰性好，具有结构简单、重量轻等优点，是一种专门用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统。采用PLC控制交通信号灯，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。

目前，PLC已广泛应用于工业控制中，但是在交通控制方面应用方面还不是很广泛。PLC应用于交通控制还有很大的潜能，PLC以其可方便操作、可方便编程调试等特点，使得其有逐步取代以往的单片机在交通灯中的地位的趋势。本文主要研究了基于西门子S7-200PLC的交通灯控制系统的设计。

2、交通灯的控制要求

交通灯控制示意图如图1所示。

图1  交通灯控制示意图

交通灯的控制要求：

（1）信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始正常工作，且先南北红灯亮，后东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯熄灭。

（2）南北红灯维持25s，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20s。到20s时，东西绿灯闪亮，闪亮3s后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮；同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。

（3）东西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s钟，熄灭；同时南北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

（4）上述信号灯状态周而复始。

3、系统时序图

根据对交通信号灯控制要求的分析，得出这是一个时序逻辑控制系统。首先画出时序图，这样便于系统软、硬件的设计，图2为交通灯的状态时序图。

图2  交通灯的状态时序图

4、系统的硬件设计

根据控制要求，选用德国西门子公司的S7-200系列PLC作为控制器可满足控制要求。

4.1、PLCI/O点的分配

交通灯控制系统共有一个输入点：启动按钮。输出信号有东西方向、南北方向各两组指示灯驱动信号以及东西方向、南北方向的车辆运行指示灯驱动信号信号甲、乙。由于每一方向的指示灯中，同种颜色的指示灯运行情况相同，为节省输出点数，采用并联输出法。由此确定，系统所需的输入点数为1，输出点数为8，全部为开关量。PLCI/O点分配如表1所示。

表1  PLCI/O点分配

4.2、系统的硬件结构图

根据系统对I/O口量的需求，选用S7-200来完成设计，系统的硬件结构如图3所示。

图3   系统的硬件结构

5、系统的软件设计

控制系统的程序可分为两个模块：开始模块和十字路口信号灯控制模块。其中十字路口信号灯控制模块是主模块。时间设定由定时器（T）完成，通过不同的定时器的交替触发和定时来控制各个车道每个信号灯的亮灭时间。时间的设定可根据实际状况分时设置。根据控制任务要求，运用Step7-micro/win32软件设计交通灯系统的梯形图程序，如图4。

图4  交通灯控制梯形图

整个程序的设计充分体现了计时器在可编程控制器中的重要性，整个程序共使用计时器指令（TON）12个。由于程序中各个阶段的信号是由不同的计时器来实现的，操作人员可以方便的更改任意时段的计时时间，而不必担心对程序其他部分的影响。

6、调试运行

系统利用Step7-micro/win32编程，编程在PC机上通过编译后，下载至PLC调试。在交通灯调试过程中，可通过PLC、PC机监控交通灯的运行状态。经过多次调试，整个交通灯系统按控制要求运行，调试顺利、完成控制要求。

7、结束语

本次在交通灯控制中采用西门子S7-200PLC，用软件实现了对交通灯运行的自动控制，可靠性大大提高，在实际应用中，采用PLC控制城市交通信号灯，能根据不同路况要求，随时修改控制程序，以改变各信号灯的工作时间和工作状况。与继电器或逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更高的可靠性、灵活性和经济实用性。使用PLC能实现各种复杂的控制系统，同时方便增加或改变控制功能，可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并检修方便。因此，有着广泛的应用前景。

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