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。它以緊湊的結構、良好的擴展性、強大的指令功能、低廉的價格，已經(jīng)成為當代各種小型控制工程的理想控制器。S7-200包含了一個單獨的S7-200CPU和各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。其控制規(guī)模可以從幾點到幾百點。

目前，PLC已廣泛應用于工業(yè)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。本文主要研究了基于西門子S7-200的復雜十字路口的交通信號燈控制系統(tǒng)。

2 復雜十字路口交通燈控制系統(tǒng)的功能

一個復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, 十字交叉路口越來越多,在每個交叉路口都需要使用紅綠燈進行交通指揮和管理,紅、黃、綠燈的轉換要有一個準確的時間間隔和轉換順序,這就需要有一個安全、自動的、協(xié)調的系統(tǒng)對紅、黃、綠燈的轉換進行管理。

3 設計

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“紅綠”燈和直行“紅黃綠”燈。具體分布如圖1，總共交通燈個數(shù)為32個，其中紅燈12個、綠燈12個、黃燈8個。

圖1 交通燈分布圖

3.2 I/O分布及硬件接線圖

輸入只需一個啟動按鈕即可。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“紅綠”燈、南北方向左轉“紅綠”燈，共32個燈。

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”燈運行狀況相同，所以它們可以共用輸出口，最后核計只需用10個PLC輸出點就能達到目的。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)主要任務是負責控制東西南北各紅綠燈的狀態(tài)和轉換順序, 關鍵是各個狀態(tài)之間的轉換和進行適當?shù)臅r間延時。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序

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

圖2 交通燈控制時序圖

3.4 軟件設計

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 實驗調試

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

圖4 系統(tǒng)硬件接線圖

圖中的標注以“南主左綠”為例說明，其中的“南”表示南邊方向，“主”表示主干道，“左”表示左轉，“綠”表示綠燈，其它的標注與此類似。

選一個循環(huán)周期（90S），以南北左轉綠燈閃亮為開始，根據(jù)實驗實際情況，記錄其調試結果如表2，表中“1”表示其對應的I/O口在其對應的時間段輸出為高電平，“0”則表示其對應的I/O口在其對應的時間段輸出為低電平，“閃”表示閃亮。

表2 實驗調試數(shù)據(jù)（一個循環(huán)周期）

從表中可以看出其工作順序情況與事先設計的交通燈控制時序完全吻合，這證明了方法的有效性。分析上述表格數(shù)據(jù)，可以看出任何時刻都只有4個輸出口處于工作狀態(tài)。

分析同一時刻的4個輸出口的情況可以看出，這四個輸出口分別控制著交通的四個狀態(tài)，即東西直行（東西人行道）、南北直行（南北人行道）、東西左轉和南北左轉，且在同一時刻，交通的四個狀態(tài)中只有一個交通狀態(tài)的綠燈在正常有效工作，而其它三個交通狀態(tài)的紅燈在正常有效工作（或者其綠燈處于閃亮階段），這就保證了整個十字路口的井然有序工作。

結束語

本文詳細介紹了單個復雜路口的PLC軟硬件設計，隨著現(xiàn)在城市交通的發(fā)展，越來越需要把多個路口看作一個整體來進行設計，根據(jù)各道路上的流量來控制各路口的紅黃綠燈。但是單個路口的控制仍然是基礎，只有在解決了單個路口的基礎上才能更方便地解決多路口問題，所以說研究單個復雜十字路口交通燈的PLC控制問題仍然是具有一定的實際意義。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“基于S7-200設計的復雜交通燈控制系統(tǒng)”，作者為張小青。）