城市道路車流量大，容易造成“堵車”現(xiàn)象。要想解決城市紅綠燈處的“大堵車”現(xiàn)象，改善紅綠燈處交通燈控制系統(tǒng)是很有必要的。本文對(duì)十字路口交通燈控制電路系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了交通燈的正常運(yùn)行和急車強(qiáng)通運(yùn)行情況，通過裝有MCGS組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)監(jiān)控，由西門子S7－200PLC作為下位機(jī)控制交通燈信號(hào)系統(tǒng)。

1、控制系統(tǒng)要求

十字路口交通燈控制系統(tǒng)采用“紅燈—黃燈—綠燈”固定的轉(zhuǎn)換間隔自動(dòng)切換，同時(shí)考慮到不同時(shí)刻車輛流通的特殊情況和消防車、警車及救護(hù)車的特殊通行，增加智能急車強(qiáng)通控制。

1．1、正常時(shí)序控制

當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有的信號(hào)燈全部熄滅。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈先按照南北紅燈亮9s，同時(shí)東西綠燈亮4s，4s后東西綠燈閃爍3s，3s后東西綠燈熄滅東西黃燈亮2s;隨后東西方向與南北方向互相切換，東西紅燈亮9s，同時(shí)南北綠燈亮4s，4s后南北綠燈閃爍3s，3s后南北綠燈熄滅南北黃燈亮2s，依次循環(huán)，工作時(shí)序如圖1所示。

圖1 交通燈正常工作時(shí)序

1．2、急車強(qiáng)通時(shí)序控制

當(dāng)有急車來時(shí)，急車強(qiáng)通開關(guān)接通，中斷原來的交通燈狀態(tài)，使急車通行的方向綠燈亮，直至急車通過為止。急車一過，將急車強(qiáng)通開關(guān)斷開，交通信號(hào)燈立刻轉(zhuǎn)為急車通行方向上的綠燈閃爍3s，隨后按照正常時(shí)序控制。如果南北和東西兩個(gè)方向先后有急車駛來，急車強(qiáng)通信號(hào)先響應(yīng)先來的一方，隨后再響應(yīng)另一方。

2、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用西門子S7－200PLC，為了能達(dá)到較好的教學(xué)效果，采用紅、綠、黃三種發(fā)光二極管模擬交通信號(hào)燈，七段數(shù)碼顯示器顯示工作時(shí)間，根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)采用CPU226AC/DC型PLC，共有24輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，系統(tǒng)I/O地址定義如表1所示。

表1 交通燈控制系統(tǒng)I/O分配表

由于東西和南北方向的信號(hào)燈顯示時(shí)間一致，故采用信號(hào)燈并聯(lián)，以節(jié)約PLC輸出點(diǎn)數(shù)。考慮到發(fā)光二極管和七段數(shù)碼管的耐壓情況，采用在PLC的輸出端串聯(lián)2kΩ電阻限流，七段數(shù)碼顯示器使用SM4205共陰型數(shù)碼顯示器，相應(yīng)的硬件接線圖形如圖2所示。

圖2 西門子S7-200PLC硬件接線圖

3、PLC梯形圖設(shè)計(jì)

常見的交通燈控制程序采用多個(gè)定時(shí)器設(shè)計(jì)，程序繁瑣復(fù)雜。在此采用一個(gè)定時(shí)器，通過數(shù)據(jù)比較指令，把信號(hào)燈閃亮的時(shí)間順序依次分段，并采用特殊存儲(chǔ)器SM0．5實(shí)現(xiàn)東西綠燈和南北綠燈的閃爍。用SEG指令把時(shí)間譯碼送到七段數(shù)碼管顯示。用4個(gè)位存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)互鎖和強(qiáng)通信號(hào)結(jié)束標(biāo)志。程序簡單，思路清晰，易于理解。梯形圖程序如圖3所示。

圖3 交通燈PLC梯形圖

4、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4．1、組態(tài)界面設(shè)計(jì)

打開MCGS組態(tài)軟件，在組態(tài)環(huán)境的“用戶窗口”中組態(tài)動(dòng)畫，根據(jù)工具箱提供的繪畫工具，設(shè)計(jì)十字交通燈監(jiān)控系統(tǒng)畫面如圖4所示。

圖4 MCGS組態(tài)界面

4．2、PLC與MCGS軟件通訊設(shè)置

上位機(jī)PC通過MCGS組態(tài)軟件采集下位機(jī)PLC的信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示十字路口東西南北的信號(hào)燈信息，同時(shí)通過對(duì)PLC的位存儲(chǔ)器操作也可以對(duì)路口交通燈進(jìn)行控制。在MCGS組態(tài)環(huán)境的“設(shè)備窗口”中選擇“通用串口父設(shè)備”及“西門子S7－200PPI”，在“串口通訊父設(shè)備”根據(jù)西門子PPI通訊協(xié)議設(shè)置參數(shù)為：通訊波特率9600，數(shù)據(jù)位位數(shù)為8，停止位位數(shù)為1，數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式為偶校驗(yàn)，串口通訊號(hào)為com1，最小采樣周期為10ms，如圖5所示。

圖5 MCGS串口父設(shè)備設(shè)置

4．3、PLC存儲(chǔ)器參數(shù)設(shè)置

根據(jù)組態(tài)界面的相關(guān)構(gòu)件在PLC中設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，I0．0－I0．2為輸入開關(guān)設(shè)置為只讀PLC數(shù)據(jù)，Q0．0－Q0．6為信號(hào)燈輸出設(shè)置為只讀PLC數(shù)據(jù)，M2．1、M2．2為東西和南北的急車強(qiáng)通監(jiān)控開關(guān)設(shè)置為讀寫PLC數(shù)據(jù)，VB100為信號(hào)燈時(shí)間變化周期設(shè)置為只讀PLC數(shù)據(jù)，并將這些通道數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫定義的變量連接起來，如圖6所示。

當(dāng)上位機(jī)和下位機(jī)連接成功后，給PLC輸入開關(guān)信號(hào)，組態(tài)軟件通過串口采集的數(shù)據(jù)就能在組態(tài)畫面上模擬信號(hào)燈的顏色變化，實(shí)現(xiàn)十字路口交通情況的檢測(cè)。

圖6 MCGS通道數(shù)據(jù)連接設(shè)置

5、結(jié)束語

MCGS組態(tài)軟件以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為核心，通過對(duì)下位機(jī)相應(yīng)的存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，并在動(dòng)畫界面上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，動(dòng)畫效果直觀，提高了學(xué)生的興趣，有利于解決PLC教學(xué)過程中理論聯(lián)系實(shí)際的問題，使學(xué)生的編程練習(xí)目的性強(qiáng)，效果易檢驗(yàn)，具有一定的教學(xué)意義。