PLC交通控制系统研究

PLC交通控制系统研究

付彬

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摘要

随着我国经济的稳步增长，民众对于出行的需求也日益增加，导致了国内许多城市频繁出现交通拥堵的问题。在城市交通管理中，交通信号灯无疑是确保交通流畅与安全的核心设备。可以回溯到最初的煤气交通信号灯时代，那时它只具备基础的红绿两色指示，且需要通过人工操作，存在一定的安全隐患。但时至今日，交通信号技术已经取得了长足的发展，从结构到控制方式都发生了翻天覆地的变化。

基于当前的技术环境和需求，我们提出了一种基于PLC控制的智能交通控制系统。为了确保系统的性能达到预期、同时在成本上得到有效控制，我们选择使用西门子S7-200系列PLC进行交通灯的管理与控制。系统的程序编写将采用梯形图方法，并且我们还将整合人机界面，以便于实时监控和调整。

关键词：西门子S7-200；智能交通；梯形图

一、系统硬件分析

（一）PLC概述

PLC是可编程逻辑控制器,其硬件结构基本上与微型计算机相同。它是在工业控制领域有十分突出的地位,目前比较出名的PLC有西门子、三菱、欧姆龙等,我国国内也有许多PLC的品牌,相比来说价格低廉,也有很多人在使用,但质量良莠不齐,一些使用规格和平常不一样,造成国内品牌口碑不佳。所以选用了西门子的S7-200系列PLC作为本设计的硬件核心。

1. PLC的特点以及构成

S7-200系列PLC是一种小型的PLC,相比于其他的电气控制器,它具有结构设计紧凑、扩展性能好、功能模块丰富、指令系统强大以及价格低廉的特点，特别适合初学者使用与研究。S7-200系列PLC的CPU22*是CPU主机,该模块包括中央处理器CPU、数字I/O、通信口和电源。

2.CPU224的介绍

CPU是PLC的核心，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,本设计需要用到的是S7-200系列的CPU224：

3.PLC程序的编辑工具

系统的上位机PC机即我们的计算机作为编辑工具，首先运行STEP7 Micro/WIN V4.0编程软件，对PLC进行开发应用，编辑智能交通控制系统的运行程序。在编辑好程序后，打开S7-200仿真软件对系统进行调试，监控系统是否正常运行，及时修改。

（二）交通灯控制系统设计：

（1）平峰期时，交通灯都是定时循环控制采用正常时序流程；高峰期时，交通灯根据车流量控制，采用自动调整流程。正常时序：南北红灯亮的25s过程中，东西绿灯、东西绿闪、东西黄灯保持的时间分别是20s、3s、2s；然后是东西红灯亮的25s中， 南北绿灯、南北绿闪、南北黄灯保持的时间分别是20s、3s、2s。正常时序一直循环这个过程。自动调整：检测经过各路口车流量数，判断车流量是否溢满，如果没有溢满，则继续执行正常时序流程；如果溢满，启动45s计时器延长绿灯时间；45s计时器动作完成后，再次判断车流量是否溢满，如果没有溢满，则返回执行正常时序流程；如果溢满，再次启动45s计时器延长绿灯时间，如此循环。

（2）紧急通行时，按下按钮可以将信号传输到系统，控制南北/东西方向的信号灯紧急置绿。

（3）每当红灯亮起的时候，相机自动拍照。

二、智能交通控制系统的软件设计

（一）主程序

当车流量在0-45辆/s时，是平峰期，采用正常时序循环控制，当车流量在45辆/s以上时，是高峰期，根据车流量自动调整。每当灯置红时，相机抓拍，使用信号沿控制。如果有南北紧急通行或者东西紧急通行的信号传入，该方向的绿灯亮起，需要重置南北/东西方向的信号，绿灯才会熄灭。如果有南北拍照或者东西拍照的信号传入，相机1或相机2也可以进行手动拍照。主要思路如下：按下启动按钮IO.0，车辆检测器IO.5检测到车流量存在，并将其数据传送到PLC中，PLC通过计算得到车流量σ，当σ 小于等于45的时候执行正常时序流程，而σ大于45的时候执自动调整流程。

（二）自动调整

按下启动按钮后，正常时序控制，此时车流量计算已经开始，检测经过各路口车流量数。判断南北方向车流量是否溢满，如果没有溢满，车流量数少于等于45，则继续执行正常时序流程；如果溢满，当车流量数>45的时候启动45s计时器延长南北方向的绿灯时间；45s计时器动作完成后，再次判断车流量是否溢满，如果没有溢满，车流量数少于等于45，则返回执行正常时序流程；如果溢满，当车流量数>45的时候启动45s计时器延长南北方向的绿灯时间，如此循环。判断东西方向车流量是否溢满，如果没有溢满，车流量数少于等于45，则继续执行正常时序流程；如果溢满，当车流量数>45的时候启动45s计时器延长东西方向的绿灯时间。

三、调试

调试是PLC系统设计必不可少的过程，是检验我们系统设计的有效性的重要手段。对于程序来说，一个程序能正常运行是最基本的要求，我们不单要程序能正常运行，更需要它解决我们所提出的问题。软件调试就是检查程序能否按我们的要求去控制各个组件，使它能够及时作出反应。硬件调试主要检查实物与程序之间的连接与实际使用情况是否与设计要求相符合。对基于PLC控制的智能交通控制系统的调试分为硬件调试和软件调试，我们主要是对软件调试做说明。

（一）硬件调试

在此仅提出硬件调试的思路：首先目测元件是否完好，连接线是否已经全部连接？有无错接？接着给元件加电，用万用表测试连接点，查看所有连接点是否正常。然后连机测试，看智能交通控制系统能否正常使用。如果出现异常，应该按照先分后合原则和就近原则去处理，分步测试各单元，按照逻辑距离由近到远，一步一步排查。

（二）软件调试

软件调试是在梯形图程序设计好以后执行程序是否存在语法或者逻辑错误。然后用STEP7 Micro/WIN V4.0将已经编写好的程序导出为.awl的格式，到S7-200模拟器中选择双击西门子CPU区域选择CPU型号为CPU224，导入程序，选择导入程序块，将CPU设为运行模 式，进行系统功能测试。在这里我们可以打开语句表或者梯形图来查看程序，点击程序监控状态按钮，可以看到PLC的运行状态，蓝色代表接通。

结论

智能交通控制系统涉及电气控制技术领域内的PLC控制，与我们的日常生活密切相关，我们要建立起从身边挖掘和发现新事物的理念。独立完成本设计，结合软件和硬件以及人机界面的综合性调试任务，有助于设计者独立建立工程的经验，有助于更加了解控制系统内部的细节技术问题。我更加深刻地体会到模型的运作需要创造怎样的硬件条件和结合软件实现逻辑功能。完成这个设计对我来说是艰辛而又充满喜悦的，从无到有的过程很漫长，但是偶然发现的不了解知识突然明白了让人欢呼雀跃忘乎所以。

参考文献

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