基于S7-200型PLC的交通信号灯系统设计.doc

1、基于 S7-200 型 PLC 的交通信号灯系统设计摘要：十字路口的红绿灯指挥着行人和车辆的安全运行，实现红绿灯的自动指挥能使交通管理工作得到改善，这也是城市交通管理工作自动化的重要标志之一。PLC（可编程逻辑控制器）是集自动控制、计算机和通信技术于一体的产物，可靠性高，适应性强，具有通信功能、编程方便、结构模块化、体积小、重量轻、功耗低等特点，在交通灯控制领域应用广泛。本文以西门子 S7-200 系统为例，详细叙述了交通灯的 PLC控制系统的设计方法。 关键词：S7-200 型 PLC；交通信号灯；系统设计 中图分类号： S611 文献标识码： A 可编程控制器(PLC)是一种数字运算的电子

2、系统，专用于工业条件的应用程序，它使用可编程序存储器到内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算指令，并根据数字和模拟输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 它和相关装置需要与工业控制系统联系起来，形成一个有机的整体，易于扩展系统功能的设计原则。PLC 的基本结构主要可以分为：CPU 模块、存储器、I/O 模块、扩展单元、外部设备及其接口以及电源等。 近年来，对十字路口交通信号灯的控制多采用西门子公司的 S7-200 系统 PLC，该系统能够用于多类自动化系统，内部排列密切，具有很低的投入和效用很强的命令集，让 S7-200 能够将近完美地完成小范围的控制规定。多类的 CPU 类

3、别、电压级别和以 WINDOWS 为基础的编程工具，可以让我们更加灵活、快捷的处理自动控制问题。S7-200 控制器体积更小、指令更加强大并且功能更加丰富。并且这类别的 PLC 可以应付很多的智能控制系统的各种要求，并且具备紧密的方案、良好的伸缩性、较低的售价和命令性能强等特点，让 S7-200 能够 近乎完善地满足小规模的控制要求。 1.交通信号灯控制的要求 十字路口交通指挥信号灯是自动控制，周而复始，循环往复工作的，具体工作要求如下： 1.1 信号灯受启动开关和停止开关控制，当启动开关接通（并自琐）时，信号灯系统开始工作，先南北红灯亮和东西绿灯亮。当停止开关断开时，所有信号灯都熄灭。 1.

4、2 南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，若同时亮，则关闭信号灯系统，并立即报警。 1.3 南北红灯亮维持 45s；在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 40s；当 40s 到时，东西绿灯闪亮且 3s 后熄灭；在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2s，当 2s 到时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄火，南北绿灯亮。 1.4 东西红灯亮维持 25s。南北绿灯亮并维持 20s，然后闪亮 3s，再熄灭同时南北黄灯亮，维持 2s 后熄灭此时，东西红灯熄灭，南北红灯又亮，东西绿灯也又亮。 1.5 如遇紧急事件，接通紧急开关（SB2） （并自琐）所有红灯都亮，其余各灯都不亮，待紧急事件处理完之后，信

5、号灯恢复正常工作。 2. S7-200 型 PLC 系统设计 选用西门子 S7-200 系列 CPU226 型 PLC，在进行控制系统的设计时，主要按照下面几步进行： 2.1 输入输出地址分配 在控制系统中，8 个定时器T33、T34、T35、T36、T97、T98、T99、T100 用于控制各个信号灯的灭熄与电亮时间；T32、T96 用于东西绿灯和南北绿灯闪烁定时器。对应 I/O地址分配如下: 2.2 程序设计 该系统软件由计时程序（图 1） 、主程序（图 2）和闪亮灯时间预置程序（图 3）组成。 计时程序（图 1） 主程序（图 2） 闪亮灯时间预置程序（图 3） 2.3 PLC 的工作过程

6、 2.3.1 当 PLC 接通电源后，闭合一下开关 SB0，触点 10.0 接通并自锁；此时定时器 T33 通电计时，而 Q0.1 线圈得电，南北红灯亮；与此同时，Q0.1 线圈的常开触点闭合，Q0.2 线圈也得电，东西绿灯也亮。 2.3.2 当定时器 T99 定时，40 秒时间到，定时器 T99 动作，其常开触点闭合，启动定时器 T100，为东西绿灯闪烁设定。3 秒时间；T99 的常闭触点断开，使得 Q0.2 线圈失电，进入闪烁电路。东西绿灯闪亮 3秒；当定时器 T100 定时，3 秒时间到，定时器 T100 动作，常闭触点断开，故 Q0.2 线圈失电，东西绿灯熄灭；T100 常开触点闭合，

7、启动定时器 T98，并使 Q0.3 线圈得电，东西黄灯亮 2 秒；定时器 T98 定时，2秒时间到，定时器 T98 动作，东西黄灯熄灭。 2.3.345 秒时间到，定时器 T33 动作， T33 的常开触点闭合，Q0.4 线圈得电，东西红灯亮；同时 Q0.4 线圈的常开触点闭合使得 Q0.5 线圈得电，南北绿灯也亮。T33 的常开触点闭合启动定时器 T97 和 T34。 2.3.4 当定时器 T34 定时，20 秒时间到，定时器 T34 动作，其常开触点闭合，启动定时器 T35，为南北绿灯闪烁设定 3 秒时间；T34 的常闭触点断开，使得 Q0.5 线圈失电，进入闪烁电路。南北绿灯闪亮 3 秒

8、；当定时器 T35 定时，3 秒时间到，定时器 T35 动作，常闭触点断开，故Q0.5 线圈失电，东西绿灯熄灭；T35 常开触点闭合，启动定时器 T36，并使 Q0.6 线圈得电，南北黄灯亮 2 秒；定时器 T36 定时，2 秒时间到，定时器 T36 动作，东西黄灯熄灭。 2.3.525 秒时间到，定时器 T97 动作，T97 的常闭触点断开，定时器T33 失电，而定时器 T33 失电导致定时器 T97 失电。此时，定时器 T97失电导致已经断开的常闭触点又闭合。定时器 T33 再次通电计时，新的周期开始，重复上面过程。 2.4 紧急事件时交通灯工作过程 当遇紧急交通事件时，开关 SB2 闭合

9、，即 I0.2 触点闭合，线圈 M0.1得电自锁，线圈 M0.1 的常闭触点断开、常开触点闭合，从而致使东西、南北红灯同时都亮，其余各灯都熄灭。当紧急事件处理完后，重新启动开关 SB0，即 I0.0 触点闭合并自锁，交通灯恢复正常工作。 紧急车辆强制通断由强通开关控制。没有急车时，按照平常循环方案控制，当急车来时，开启急车强通按钮，无论之前信号情况怎样，都强行把急车行驶的方向绿灯打开，直至急车正常行驶过才恢到原来的状态。急车正常行驶过后，可以采用返回原状态方式，也可以采用接着这个状态往下循环的方式。由于返回原状态需要经过 5s 的切换时间（为了安全，需要加上绿灯闪 2s，黄灯 3s） ，而急车

10、通过路口的时间与固定定时相差不大，且返回原状态并不一定是合理的，故采用接着强通状态往下循环的方式。 2.5 梯形图 控制系统的整体梯形图包括主程序（main） 、车辆滞留量比较子程序（compare） 、车辆计数子程序（count）和强通检测子程序（force） 。如图所示： 梯形图 2.6 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。 .调试步骤为：打开 STEP 7-Micro/WIN V4.0 版编程软件，新创建一个项目选择 PLC 的型号为 CPU

11、200；编写梯形图；编译程序；下载程序到 PLC 中；运行 PLC，监视程序状态。观察能流变化是否正确；观察 PLC 的 LED 亮的次序是否正确；利用状态表，监视输出变化是否正确。 在程序正常运行情况下，置任一强通开关 I1.1、I1.2、I1.3 或 I1.4，程序由当前状态跳转到强通开关所对应的状态开始执行。实现了急车强通。手动给计数器脉冲，计数器能计算出车辆滞留量。依据车辆滞留量，系统能实现智能延时。改变 PLC 的当前时间，能实现白天模式与晚间模式。 3.结语 S7-200 型 PLC 交通信号控制系统运用实时检测、判断延时，避免了一个方向交通繁忙时某一方向的车辆较多却是红灯，然而其

12、他方向却是无车或通过的车辆较少依然亮着绿灯，减轻了交通高峰期的压力和主要干道路口的拥堵，减少了交通事故的发生，将交通智能系统的有效利用率达到最高。对可编程控制器 S7-200 PLC 实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法的研究， 证明该系统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，具有更高的可靠性、灵活性和经济实用性，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。 参考文献： 1伍锦荣可编程控制器系统应用与维护技术M广州：华南理工大学出版社，2004 2洪清辉，何燕阳基于 PLC 的交通灯智能控制J漳州师范学院学报，2005，第 3 期 3周力，陈跃东，江明城市智能交通信号控制系统设计J自动化与仪器仪表，安徽工程技术学院，2006，第 6 期 4廖常初.S7-200PLC 基础教程J.北京：机械工业出版社，2009.