頡棟棟，朱珍龍

蘭州交通大學(xué)交通運輸學(xué)院

基于S7-300PLC交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

頡棟棟，朱珍龍

蘭州交通大學(xué)交通運輸學(xué)院

道路交通信號燈是加強道路交通管理，減少交通事故，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具?？删幊炭刂破?PLC)因其易編程、易維護、操作簡單，具有較高的可靠性以及自我故障診斷能力等優(yōu)點,在交通燈控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文結(jié)合交通的實際情況，設(shè)計了基于PLC交通燈控制的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

PLC；信號燈；控制系統(tǒng)

近年來,隨著令人咋舌的私家車保有量增長速度，大中型城市交通擁堵問題嚴重，對人民的幸福感及良好的生活體驗造成了嚴重的影響。通過合理有效的控制方式，對交通現(xiàn)狀進行調(diào)控，以緩解出行壓力，提高道路承載能力，改善我國現(xiàn)有的交通狀況已經(jīng)迫在眉睫。在這一背景下，基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)用而生，它不僅具有定時模式的功能還可以根據(jù)車輛的情況自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時間，保證了交通的暢通。[1]

1.PLC在交通燈控制中的優(yōu)勢

PLC即可編程控制器(Programmable logic Controller)采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

PLC具備通信和網(wǎng)絡(luò)擴展能力，對于線控制和面控制及最終衛(wèi)星監(jiān)控調(diào)節(jié)的路網(wǎng)模式都能進行很好的后續(xù)支持，避免頻繁的設(shè)備更換所造成的資源浪費，同時也極大的縮短了車輛的等待時間，有效的緩解交通壓力。由此可見，相較于單片機等其他的傳統(tǒng)設(shè)備，PLC的各種優(yōu)點必將在長遠上成為交通控制的主流。

（1）PLC具有強大的功能和極高的性價比，小型PLC便擁有上千個可供選擇使用的編程元件，以便于用戶實現(xiàn)需求的仿真功能。（2）PLC具備齊全的配套硬件，便于使用，對生產(chǎn)要求有較高的適應(yīng)性。PLC安裝接線方便簡單，在硬件配置完成后，只需要更改用戶程序，就可以滿足部分控制要求的改變。（3）PLC的硬件采用了一定的自我診斷和抗干擾措施，使之在面對惡劣多變、強干擾的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境時，依然有較高的可靠性與抗干擾能力。（4）PLC可以使用LAD編程，梯形圖編程容易學(xué)習(xí)掌握，使得復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計時間減少。[2-3]

2.PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 PLC的基本組成

本次設(shè)計使用具有強大的系統(tǒng)穩(wěn)定性和應(yīng)對實際環(huán)境要求的便利性模塊式的西門子S7-300PLC。它所具有的特點是，相比較于集成式PLC，它的組成部分是分模塊按照一定的順序依次安裝在機架的槽口內(nèi)的。包括CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、接口模塊、電源模塊以及其他模塊。

2.2 交通燈的控制要求

用PLC實現(xiàn)交通燈的控制，交通燈系統(tǒng)啟動時，紅、綠、黃燈按一定時序輪流發(fā)亮。當(dāng)按下啟動按鈕時，東西方向紅燈亮25s，南北方向綠燈亮30s，每秒閃亮1次，然后黃燈亮2s。當(dāng)南北方向黃燈熄滅后，東西方向綠燈亮30s，每秒閃亮1次，然后黃燈亮2s，南北方向紅燈亮25s，就這樣周而復(fù)始不斷循環(huán)。當(dāng)按下停止按鈕時系統(tǒng)并不能馬上停止，要完成一個工作周期后才能停止工作。

2.3 I/O元件地址分配表

本系統(tǒng)采用S7-300PLC系列的CPU314,該類型PLC有16個輸入點和32個輸出點。根據(jù)交通燈的控制要求，PLC控制系統(tǒng)的I/O元件地址分配如下所示：I0.0（啟動按鈕）、I0.2（停止按鈕）、Q6.0（東西紅燈）、Q5.6（東西綠燈）、Q5.7（東西黃燈）、Q4.5（南北紅燈）、Q4.4（南北黃燈）、Q4.3（南北綠燈）。

該系統(tǒng)有兩個出入地址，分別是系統(tǒng)啟動按鈕和停止按鈕。啟動按鈕時系統(tǒng)開始正常的運行，停止按鈕在進行系統(tǒng)維修時，使系統(tǒng)暫時停止運行。6個輸出分別是東西方向與南北方向的交通燈。

3.PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

文中采用以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制梯形圖的編程方法。采用LAD語言編程的主要原因是它很直觀，相較于傳統(tǒng)繼電器設(shè)備的連接圖有相似之處，簡單快捷，除了可以實現(xiàn)幾種編程方式的混編以外，還能夠和別的編程方式相互轉(zhuǎn)化。根據(jù)交通燈的控制要求及其邏輯關(guān)系，進行控制程序的編寫，使之可以達到控制要求。交通燈部分梯形圖程序如圖1所示。[4-6]

圖1 交通燈部分梯形圖程序

4.結(jié)論

采用以轉(zhuǎn)換為中心的順序控制梯形圖的編程方法，可以讓整個控制系統(tǒng)運行起來更加簡單、清晰。該交通信號燈的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，接線容易，程序編寫的控制算法靈活，在軟硬件的維護上比較容易，可靠性也比較高。在可擴展性方面比較容易，易實現(xiàn)智能的交通監(jiān)控和控制，滿足根據(jù)道路情況和季節(jié)變化情況的通行時間的改變。減少各方向的車輛滯留，緩解交通擁擠情況，其經(jīng)濟和社會效益比較明顯。

[1]王軼聞.國內(nèi)外城市交通擁堵現(xiàn)狀研究[J].Research,2012,21 (13):129-130

[2]周萬珍.PLC分析與設(shè)計應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2004:20-95

[3]秦常貴.基于PLC的實用交通控制系統(tǒng)設(shè)計[J].寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2011,5(4):8-9

[4]廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011:20-192

甘肅省高等學(xué)校科研項目（2013A-054）