基于PLC的交通燈設計

殷占偉

摘 ?要：本論文在目前交通控制系統實現的基礎上，進行深入分析，對交通高峰期的車輛通過數量進行檢測，對交通燈的時間進行實時調整，達到交通控制系統最優化的實現和應用。本系統設計的交通燈控制系統主要由可編程控制器、探測器、執行機構等組成。可編程控制器作為控制系統的大腦，按照工藝說明分析，對各種外部輸入信號按照系統的工藝分析結果及程序設計流程，完成系統各項工藝功能的實現，通過上位機系統將當前的狀態進行顯示和參數設定等控制。按照方案的選擇和設備型號的選擇，采用可編程控制器的系列是西門子S7-200系列，而此系列的特點非常突出，并且其設計比較小巧，功能強大，運行穩定。本系統設計首先是在對系統熟悉的基礎上概述工藝，明確系統設計的全部內容，并且根據內容來作工藝控制的方案，完成系統硬件部分的型號選擇計算以及總體控制方案的設計。在此前提下對硬件進行分析，然后根據此來設計圖紙，而完成圖紙設計之后，并作工藝流程圖設計，再實施編寫程序，通過程序仿真設計聯機調試和修改，系統安全可靠、使用靈活、擴展性強、開發周期短，后期修改方便，達到本設計的工藝要求，以及為后期系統升級改造創造條件。

關鍵詞：可編程控制器 ?交通燈 ?流量控制

第一章 緒論

隨著城市人口不斷增多，人們出行的交通工具越來越多，以及目前交通道路資源的局限性，城市交通控制系統應運而生，在交通管制方面起著極其重要的作用。本論文通過對交通高峰期的車輛通過數量進行檢測，對交通燈的時間進行實時調整，達到交通控制系統最優化的實現和應用，從而實現本設計的工藝要求。

編程可控制器在最近幾年突飛猛進，其先進技術和工藝享有贊譽，且在很多制造企業中，其都充分發揮優越性和特點，并且深受制造業追捧與熱愛。為了保證交通燈控制系統順利設計完成，詳細的設計思路如下幾點：

（1）對交通燈控制系統的資料進行查詢，了解詳細的控制工藝，對國內外研究現狀進行分析，進行系統設計策略分析。

（2）詳細分析控制系統的工藝策略，明確工藝控制的信號輸入和輸出，選擇最佳控制策略，并完成與系統相關的電氣選型和計算，確定具體的控制方案。

（3）對系統進行硬件設計思路分析，明確圖紙設計的具體內容，考慮系統安全保護、預留擴展等，完成硬件圖紙設計和接線分析。

（4）按照系統控制策略方案和硬件設計圖紙，進行程序流程的工藝分析，系統不同功能間都能夠根據程序來完成流程設計，繼而進行程序編寫與調試工作，達到控制的要求。

第二章 交通燈控制系統的總體設計

2.1交通燈的工藝分析

（1）東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時30秒。此狀態下，東西向允許通行，南北向禁止通行。

（2）東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時2秒。此狀態下，除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態轉換。

（3）南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時30秒。此狀態下，東西向禁止通行，南北向允許通行。

（4）南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時2秒。此狀態下，除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態轉換。

東西南北四個路口都有三個燈，分別為紅綠黃，不管是在哪個路口，如遇到綠燈，便預示著可通行狀態，如遇紅燈，則預示著不可通行狀態，如遇黃燈，則預示著止行、等行狀態。

2.2 可編程序控制器的選型

在工業中，為了實現控制環境，則需利用可編程控制器來操作，該電子系統，主要是利用邏輯控制與數字運算集合的形式，來進行操作，工業利用率很高，范圍很廣。可編程控制器利用專門編程軟件，完成工藝程序編制與設備組態等，來實現工業現場邏輯控制運算、順序功能控制、時間控制、計數控制以及各種數據計算和控制，達到工業現場系統自動化、智能化的工藝控制目的。可編程控制器將先進的自動化控制技術、計算機硬件和軟件技術、通信科學技術等多領域的學科融為一起，形成強大的電子控制產品。就當前工業自動化發展趨勢而言，可編程控制器是最重要、能夠在各種場合下實現控制的工業工控產品。在本次系統設計中，主要是利用西門子S7-200小型的PLC來完成主控制器設計。

S7-200可編程控制器具有很高的可靠性能，指令集比較豐富，可以進行各種功能的設計編譯，具有強大的通信功能，可以和上位機進行通信，具有豐富的擴展模塊，最多可以連接7個擴展功能模塊。

2.3 傳感器的介紹及選型

本系統設計，選擇歐姆龍公司生產的EE-SPY402凹槽型傳感器作為本系統的位置檢測元件。該光電傳感器的電源為DC24V，可以傳感檢測的距離為0.2CM-200CM之間，并且可以進行調節。該產品的示意圖如下圖2-5所示。

EE-SPY402凹槽型光電傳感器采用五線制，五根線的顏色分別為棕色、藍色、白色、黑色、黃色。在這五根線當中，每個顏色所代表的線路不同，電極也存在差異，其中棕色線為DC24V電源的正極，藍色線為DC24V電源的負極，黑色線為輔助輸出的公共線，白色線為NO輸出端子接線，黃色線為NC輸出端子接線。通常使用時，首先要對該傳感器進行通電，電源電壓為DC24V，可編程控制器的輸入部分公共線接入黑色線，按照系統設計需要接常開觸點，可編程控制器的輸入接線和白色線連接。當外部的信號檢測到，信號檢測電路輸出信號，可編程控制器的輸入端子將通電，輸入信號指示燈亮。

2.4 交通燈控制系統的方案確定

本系統設計S7-200對交通信號燈的狀態變化進行控制，并且采用光電傳感器進行車流量的檢測，將檢測的信根據采集的數據進行運算，判斷出當前的交通流量狀態，進而對交通燈的延時時間進行調整，進一步優化交通燈控制系統，改善交通情況。具體框圖如下圖2-3所示。

第三章 交通燈控制系統的硬件設計

3.1 系統硬件的設計分析

按照交通燈控制系統的設計工藝以及總體方案設計，對該系統的硬件部分進行詳細設計。認真學習掌握設備選型元件的工作原理和具體接線方法，結合系統的硬件設計要求，設計出適合本系統的硬件圖紙。特別是可編程控制器的硬件接線，認真考慮分析電源部分、輸入接口部分及輸出接口部分的具體接線，確保界限準確無誤。電動機部分接線要確保電動機運行的保護作用。為了提高系統的穩定性，在控制電路中要考慮現場條件的干擾影響，采取措施。

3.2控制系統的硬件設計

通過I/O分配設計，將快速準確的判斷系統狀態，非常方便。輸入輸出I/O信號統計如下圖3.1所示。

可編程控制器的硬件接線按照該型號PLC的硬件手冊分為三部分設計。首先是電源部分設計，采用開關電源供電，輸入DC24V直流電，電源接線端子分別為M、L+。其中M端子接負極，L+端子接正極。其次是輸入接口的電路設計，輸入接口部分公共端子為M端子，該端子接負極，外部主令按鈕或開關的一端接入24V正極，而另外一端是接對應端子，例如，端子為外部輸入原件，該元件的一端接24V，另一端接入I0.0接口，當該元件動作，I0.0接口有電壓輸入，輸入指示燈亮。最后是輸出接口的電路設計，輸出接口部分的公共端子為L+，該端子接24V正極，執行元件線圈的一端接輸出信號，另一端接負極。比如外部輸出元件KA1，一端接Q0.0，另一端接負極。

第四章 交通燈控制系統的軟件設計

4.1控制系統流程圖分析

根據設計要求，分析出交通燈的正常時序流程圖如圖4-1所示。

4.2 梯形圖程序設計

南北紅燈工作時，便將Q0.1南北紅燈接通，此時，理所當然的，南北紅燈指示，變亮;東西綠燈工作時間時，將Q0.2東西綠燈輸出接通，東西綠燈指示燈亮;當東西黃燈工作時間時，將Q0.3東西黃燈輸出接通，外部東西黃燈指示燈亮;當東西紅燈工作時間時，將Q0.4東西紅燈輸出接通，東西紅燈指示，變亮;當南北綠燈工作時間時，將Q0.5南北綠燈輸出接通，外部南北綠燈指示燈亮;當南北黃燈工作時間時，將Q0.6南北黃燈輸出接通，外部南北黃燈指示燈亮;如果報警，將Q0.0報警輸出接通，外部報警指示燈亮。外部車流檢測計數器工作，當60秒內檢測到車流量大于15的時候，將60秒賦值給VW60;55秒賦值給VW62;3秒賦值給VW64;2秒賦值給VW66。當60秒內檢測到車流量小于15時，將30秒賦值給VW60;25秒賦值給VW62;3秒賦值給VW64;2秒賦值給VW66。

南北紅燈工作時間時，將Q0.1南北紅燈輸出接通，外部南北燈，指示變亮;當東西綠燈工作時間時，將Q0.2東西綠燈輸出接通，外部東西綠燈指示燈亮;當東西黃燈工作時間時，將Q0.3東西黃燈輸出接通，外部東西黃燈燈亮;當東西紅燈工作時間時，將Q0.4東西紅燈輸出接通，外部東西紅燈指示燈亮;當南北綠燈工作時間時，將Q0.5南北綠燈輸出接通，外部南北綠燈指示燈亮;當南北黃燈工作時間時，將Q0.6南北黃燈輸出接通，外部南北黃燈指示燈亮;如果報警，將Q0.0報警輸出接通，外部報警指示燈亮。如圖4.3所示。

4.3 交通燈信號輸出程序

總結

按照交通燈控制系統的設計工藝要求，對交通燈進行了PLC控制系統設計，設計包括工藝分析、選型設計、方案確定、硬件圖紙、軟件程序等設計，達到了設計的基本工藝要求，為后期設計起到借鑒作用。本系統的設計，工藝比較復雜，特別在可編程控制器的硬件和軟件方面，進行詳細的工藝設計。

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