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智能交通灯系统设计与西门子S7-200PLC的融合
2020-10-21
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上传者：管理员
摘要：目前PLC控制器已在工业控制中得到了广泛的应用，但在交通控制方面应用还不够广泛。PLC控制系统操作方便、编程简单，在后期调试及维护方面都要优于单片机控制系统。因此其在交通控制方面的潜力要大于单片机，使得其有逐步取代以往的单片机在交通灯中的地位的趋势。本文主要利用西门子S7-200系列PLC进行交通灯控制系统的设计。
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1、引言
目前PLC控制器主要应用于工业控制系统中，相对于单片机控制器，PLC的可靠性、通用性、扩展能力以及处理能力都要优于单片机控制器。在较复杂的交通灯控制系统中，如果要把整个城市的交通灯系统全部接入交通控制指挥中心，单片机做底层控制系统的控制器没什么问题，不过如果需要把信号采集到远端中控室服务器还是需要PLC。所以在交通灯控制系统中PLC控制器比单片机控制器更适合。
2、系统控制方案
系统由一台PLC，两个按钮，以及12个交通灯组成，本系统的控制要求为：当按下启动按钮后，南北红灯和东西绿灯同时点亮。35秒后东西绿灯闪烁，3S后东西黄灯点亮，2S后东西红灯点亮，同时南北方向红灯熄灭，绿灯点亮。南北方向绿灯持续40秒后，绿灯开始闪烁，3S后南北方向黄灯点亮，2S后南北红灯点亮，同时东西方面红灯熄灭，绿灯点亮，并开始循环。当按下停止按钮时，系统停止运行。
本系统还可以针对当前路面交通情况随时调整红绿灯的点亮时长。具体方案为：可在PLC外接物理按键及显示模块，通过按键来调整定时器的预置值。并通过显示模块查看当前定时时间的改变。而在软件编程时，我们需要针对物理按键增加相应的信息采集程序，采集对应按键的输入信息后，把采集到的信息传送给定时器预置值的寄存器中，从而达到调整定时时间的目的。
3、系统硬件设计
图1PLC硬件接线图
本系统的硬件主要由PLC控制器、外部按钮、交通灯组成。其中PLC选用的是西门子公司生产的S7-200系列PLC。为了便于以后扩展，我们选取了输入/输出点数较多的CPU226型，该PLC共有24个输入点和16个输出点。为了节约成本，我们采取了交通灯并联的方式，这样可以节省PLC的输出点数。如需要增加定时时间调整功能，在PLC的输入端我们还需要添加12个按键，其中10个做为数字0-9的输入端，1个为时间设置按键，1个做为输入后的确认按键。而输出端如增加显示模块，在PLC的输出端上也要相应的增加输出端口。电源有直流和交流两种，在输入端，由于需要人员频繁操作，因此我们选用的24V的直流电源，从而提高系统操作的安全性。而输出为市电220V的交流电源。
PLC的硬件电路元件都严格按照工作级别设计，因为考虑到工业电网污染的问题，所以往往在输入输出回路上，会使用光耦来隔离，这样在进行远距离信号传输的过程中，它的抗干扰能力会大大优于单片机控制器。
4、系统软件设计
表1系统的输入输出分配
系统部分梯形图
图2系统部分梯形图
本系统的软件编程方式主要采取步进顺控指令，这种编程方式编程简单，结构清晰。顺控指令的操作对象为顺序控制继电器S。S也称作状态器，每一个S位都表示一种状态。每个状态之间由状态转移条件SCRT来衔接，同时每一个状态都要满足它的开始条件SCR才可以执行该状态内的动作。状态结束指令为SCTE。
从SCR指令开始到SCRE指令结束的所有指令组成一个顺序控制继电器段。SCR指令标记一个段的开始，当该段的状态器置位时，允许SCR段工作。SCR段必须用SCRE指令结束。当SCRT指令的输入端有效时，一方面置位下一个SCR段的状态器，以便使下一个SCR段开始工作，另一方面又同时使该段的状态器复位，使该段停止工作。
在软件方面，PLC利用扫描周期来避免了输入、输出端口的状态被立即刷新，虽然运行速度被降低，但可靠性却强了很多，无论用户如何编程，一般都不会出现死机的情况，而在工业控制的环境中，往往毫秒级的响应就足够了。而单片机虽然编程灵活，但对编程人员的要求较高，出现一点差错，就会造成死循环或逻辑关系失常。
5、总结
综合来看，无论在硬件系统还是软件系统上，利用PLC来控制交通灯，都可以极大程度的提高控制系统的可靠性，因为交通灯控制系统在指挥道路交通方面有着重要的作用。也是城市管理中不可缺少的重要环节。因此利用PLC控制器来代替单片机控制器是有必要的。
参考文献：
[1]孙娜,李严.PLC应用技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2017.
[2]周晓娟,杨茜,马丽丽.基于西门子S7-200PLC交通灯控制设计[J].数字技术与应用,2014(7):1.
王浩然.的智能交通灯系统设计基于西门子S7-200PLC[J].农家参谋,2020(24):255
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2020-06-16我要评论
期刊名称：系统工程
期刊人气：1969
主管单位：湖南省社会科学院
主办单位：湖南省系统工程与管理学会
出版地方：湖南
专业分类：科学
国际刊号：1001-4098
国内刊号：43-1115/N
邮发代号：42-67
创刊时间：1983年
发行周期：月刊
期刊开本：大16开
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