基于PLC的智能交通信號控制系統設計

摘 要：以西門子S7-200PLC來實現交通信號燈的自動控制。通過對交通信號燈的控制要求的分析，結合西門子 S7- 200 的控制性能，通過系統時序圖的分析，對交通燈系統進行了軟、硬件設計，實現了十字路口交通燈的合理控制的功能，通過實驗證明該方法設計的系統簡單、經濟實用、運行可靠，具有很高的實用價值。

關鍵詞：PLC；智能交通系統；十字路口

隨著社會經濟和城市交通的快速發展，交通成為保障城市交通有序、安全、快速運行的解決方案。另一方面，可編程序控制器（PLC）作為一種以微電腦技術為核心的自動控制裝置，已被廣泛應用于機械制造、冶金、化工、能源等各種行業[1]。目前，PLC 已廣泛應用于工業控制中，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 PLC 的交通燈控制系統的設計。

1 十字路口交通燈控制系統的功能

一個復雜十字路口的交通燈控制系統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[2]，這就需要有一個安全、自動的、協調的系統對紅、黃、綠燈的轉換進行管理。

2 設計

2.1 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。總共交通燈個數為32個，其中紅燈12個、綠燈12個、黃燈8個。

2.2 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。

控制系統主要任務是負責控制東西南北各紅綠燈的狀態和轉換順序，關鍵是各個狀態之間的轉換和進行適當的時間延時。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。

2.3按控制要求給出控制時序

按車輛通行順序開啟系統控制[3]，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。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。

2.4軟件設計

南北方向的交通燈控制程序流程圖如圖1。

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。

3 實驗調試

根據系統對I/O口量的需求，選用S7-224來完成調試。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，其他的標注與此類似。選一個循環周期（90s），以南北左轉綠燈閃亮為開始，根據實驗實際情況，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。

從表2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。分析上述表格數據，可以看出任何時刻都只有4個輸出口處于工作狀態。分析同一時刻的4個輸出口的情況可以看出，這4個輸出口分別控制著交通的四個狀態，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4個狀態中只有1個交通狀態的綠燈在正常有效工作，而其他3個交通狀態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。

4結論

本文詳細介紹了單個復雜路口的PLC軟硬件設計，隨著現在城市交通的發展，越來越需要把多個路口看作一個整體來進行設計，根據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。

參考文獻：

[1]正崗.PLC的發展趨勢及標準化. Allen-Bradley公司PLC發展和標準化[Z].

[2] 何峰.基于Ver ilog HDL 設計的交通燈控制系統[J]. 現代電子技術，2005（8）：103-107.

[3] 叢國進.基于順序控制的 PLC 電氣控制系統的設計[J].電氣技術，2008（2）：57-59.

*基金項目：國家級大學生創新訓練項目（編號：201813324007）；校級大學生實驗室開放項目（編號：2018SYKF20）

作者簡介：

孫莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，碩士，研究方向：工業綜合自動化