PLC在交通燈控制系統中的應用

摘要：本文介紹了西門子S7-200 PLC系統在交通燈控制系統中的應用，包括硬件設計和軟件設計，實現交通路口紅綠燈的正常時序控制，并實現了急車控制要求。在實際應用中可硬件和軟件進行更改，以實現更高的控制要求。本人結合教學實踐，利用“十字路口交通燈控制系統”，來說明控制系統的設計過程。

關鍵詞：PLC 交通燈控制 時序控制 指令系統

S7-200是由西門子自動化與驅動集團開發、生產的小型模塊化PLC系統，能滿足各種控制任務的解決方案。S7-200系統的硬件構架由多種型號的CPU模塊和擴展模塊組成，能夠滿足各種設備的自動化控制需求。S7-200除具有PLC基本控制功能外，更在如下方面有其獨到之處。

1.功能強大的指令集。S7-200的指令集包括位邏輯指令、計數器、定時器、復雜數學運算指令、PID指令、字符串指令、時鐘指令、通信指令以及與智能模塊配合的專用指令等。

2.豐富強大的通信功能。S7-200提供了近10種通信方式以滿足不同的應用需求。強大的通信功能為用戶提供了更多的選擇。可以說，S7-200的通信能力已經遠遠超出了小型PLC的整體水平。

3.編程軟件的易用性。S7-200系統的編程軟件STEP7-Micro/WIN為用戶提供了開發、編輯和監控的良好編程環境。中文界面，中文在線幫助信息、Windows 界面風格以及豐富的編程向導，能使用戶快速掌握和熟悉。

4.不斷地創新。西門子公司不斷地推出新產品，使用戶更多的需求夢想成為現實。

我們結合西門子S7-200的特點，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實現。同時，利用S7-200強大的通信功能，還可將同一條道路上的信號燈組成一局域網進行統一調度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現科學化管理。

本人結合教學實踐，針對“十字路口交通燈控制系統”作為實際工程任務，來說明控制系統的設計過程.

一、明確十字路口交通燈控制系統要求

1.十字路口交通燈控制系統示意圖（圖1）

2.十字路口交通燈控制系統要求：

正常時序控制要求如下:當起動開關接通時，信號燈系統開始工作，先南北紅燈亮，東西綠燈亮，南北紅燈亮維持28s，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持19s，19s延時到，東西綠燈閃亮，綠燈閃亮周期2s(亮1s熄1s)，綠燈閃亮3次后熄滅，東西黃燈亮，并維持3s，3s延時到，東西黃燈熄，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄，南北綠燈亮。東西紅燈亮維持33s，南北綠燈亮維持24s，24s延時到，南北綠燈閃亮3次后熄滅，南北黃燈亮，并維持3s。3s延時到，南北黃燈熄，南北紅燈亮，同時東西紅燈熄，東西綠燈亮，開始第二周期的動作，以后周而復始地循環。

急車強通控制要求如下:急車強通信號受急車強通開關控制。無急車時，信號燈按正常時序控制。有急車來時，將急車強通開關接通，強制讓急車來車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通過為止。急車一過，將急車強通開關斷開，信號燈的狀態立即恢復到按正常時序控制。

1.I/O 表（表1）

二、根據系統要求，配置系統硬件，分配I/O點，并且畫出PLC外部接線圖

本系統采用S7-200PLC系列產品，核心部件采用CPU226 AC/DC/RLY， 其定貨號為:6ES7216-2BD23-0XB0.查閱S7-200產品手冊可知，本機具有24個輸入點，16個輸出點，完全可以滿足本系統的使用，其輸入/輸出點分配及CPU226實物接線圖如下:

2．CPU226實物接線圖（圖2）

圖2

三、根據系統控制要求，進行程序設計

1.按系統控制邏輯要求繪制時序圖:（左圖）

2.順序功能圖是位于梯形圖、功能塊圖、指令表等其他編程語言之上的圖形語言， S7-200中的順序控制繼電器（SCR）專門用于編制順序功能程序。交通燈控制系統是典型的順序控制系統。順序功能圖:（右圖）

正常時序控制按順序控制梯形圖設計方法進行編程。時間定時器與計數器分別為：

T38、T39：用于東西綠燈閃亮與滅（各1S）

T37：用于東西綠燈平亮（19S）

T40：用于東西黃燈平亮（3S）

T42、T43：用于南北綠燈閃亮與滅（各1S）

T44：用于南北黃燈平亮（3S）

C4： 用于東西綠燈閃亮次數（3次）

T41：用于南北綠燈平亮（24S）

C5： 用于南北綠燈閃亮次數（3次）

四、急車強制通行的處理

東西急車，必須在東西綠燈平亮時按下急車按鈕I0.1，實現東西方向強制急車通行.南北急車，必須在南北綠燈平亮時按下急車按鈕I0.2，實現南北方向強制急車通行程序設計時，要根據實際情況進行設計，即：等東西方向的車輛通行完畢后，方能實現南北方向的急車通行。同樣，等南北方向的車輛通行完畢后，方能實現東西方向的急車通行。

當急車通行完畢，為了恢復正常通行，設置了復位按鈕I0.3。

當急車通行完畢，按下復位按鈕I0.3，程序回到急車通行前的瞬間狀態， 恢復到原來的正常控制程序狀態。

根據順序功能圖編寫出梯形圖，梯形圖程序（略）。

五、程序錄入、編譯、下裝，并進行調試運行

利用軟件STEP-7 Micro/WIN進行編程，用PC-PPI電纜聯接CPU226的RS485通訊端口，給CPU226和設備通電，在STOP關態下進行程序編譯并且下裝，并在RUN狀態下進行程序運行和調試，直至滿足控制系統的要求。

六、結論

IEC61131-3是世界上第一個，也是至今為止唯一的工業控制系統的編程語言標準。目前世界上生產PLC的廠家已有200多個，已有越來越多的生產PLC的廠家提供符合IEC61131-3標準的產品。IEC61131-3已經成為（DCS）集散控制系統、（IPC）工業控制計算機、（PLC）可編程計算機控制器、（FCS）現場總線控制系統、（SCADA）數據采集與監視控制和運動控制系統事實上的軟件標準。我們需要做的就是：通過查閱相應的產品手冊，找到它的用法，用相應的功能（指令），通過編程達到我們需要的控制功能。使用戶在使用新的PLC時，可以減少重新培訓的時間。所以掌握方法與掌握眾多廠家的產品更重要。掌握了一家產品的控制系統的設計方法和步驟，就可以將方法應用到其他廠家的產品應用之中。

隨著可編程控制器及外部硬件產品的發展，PLC控制系統愈來愈得到廣泛的應用，由于它的可靠性高，抗干擾能力強，體積小、能耗低，維修工作量小而且方便，系統控制的規模又可大、可小、安裝、調試工作量少，功能強，性能價格比高等特點，愈來愈被廠家及設計單位所重視，特別是在經濟效益為首的今天，PLC已廣泛應用于工業生產的各個領域，從行業上看，冶金、機械、化工、輕工、食品、建材等等幾乎沒有不用到它的。不僅工業生產用它，一些非工業過程，如樓宇自動化、電梯控制也用到它。農業的大棚環境參數調控，水利灌溉也用到它。