通過分析交通複雜十字路口信號燈的控製要求，結合S7-200的控製性能，在傳(chuan) 統的交通燈控製基礎上增加了左轉控製功能，對係統進行了軟、硬件設計，實現了複雜十字路口的東(dong) 西南北方向的直行、左轉及人行道信號燈的合理控製的功能，實驗驗證了方法的可靠性。

1 西門子S7-200與(yu) 交通燈控製

S7-200係列是SIEMENS公司推出的一種小型PLC。它以緊湊的結構、良好的擴展性、強大的指令功能、低廉的價(jia) 格，已經成為(wei) 當代各種小型控製工程的理想控製器。S7-200包含了一個(ge) 單獨的S7-200CPU和各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便地組成不同規模的控製器。其控製規模可以從(cong) 幾點到幾百點。

目前，PLC已廣泛應用於(yu) 工業(ye) 控製中，但是在交通控製方麵應用方麵還不是很廣泛。PLC應用於(yu) 交通控製還有很大的潛能，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。本文主要研究了基於(yu) 西門子S7-200的複雜十字路口的交通信號燈控製係統。

2 複雜十字路口交通燈控製係統的功能

一個(ge) 複雜十字路口的交通燈控製係統主要包括東(dong) 西南北方向上的車輛直行紅黃綠燈的控製、車輛左轉紅綠燈的控製以及各方向上人行道的紅黃綠燈的控製。

在現代化的大城市中, 十字交叉路口越來越多,在每個(ge) 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(ge) 準確的時間間隔和轉換順序,這就需要有一個(ge) 安全、自動的、協調的係統對紅、黃、綠燈的轉換進行管理。

3 設計

3.1 十字路口交通燈布置

在十字路口東(dong) 西南北裝上主幹道“紅黃綠”燈，人行道“紅黃綠”燈，其中主幹道的“紅黃綠”燈又分為(wei) 左轉“紅綠”燈和直行“紅黃綠”燈。具體(ti) 分布如圖1，總共交通燈個(ge) 數為(wei) 32個(ge) ，其中紅燈12個(ge) 、綠燈12個(ge) 、黃燈8個(ge) 。

圖1 交通燈分布圖

3.2 I/O分布及硬件接線圖

輸入隻需一個(ge) 啟動按鈕即可。輸出有東(dong) 西方向主幹道直行“紅黃綠”燈、東(dong) 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(dong) 西方向左轉“紅綠”燈、南北方向左轉“紅綠”燈，共32個(ge) 燈。

但東(dong) 西方向主幹道直行“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(dong) 西方向人行道“紅黃綠”燈運行狀況相同，所以它們(men) 可以共用輸出口，最後核計隻需用10個(ge) PLC輸出點就能達到目的。具體(ti) I/O分配表如表1。

表1 數字量輸入輸出地址分配表

控製係統主要任務是負責控製東(dong) 西南北各紅綠燈的狀態和轉換順序, 關(guan) 鍵是各個(ge) 狀態之間的轉換和進行適當的時間延時。由於(yu) 人行道上的交通燈控製與(yu) 其同方向上的主幹道直行燈控製一樣，故下麵有些討論暫沒有提及人行道上的交通燈控製。

3.3 按控製要求給出控製時序

按車輛通行順序開啟係統控製，先讓南北方向左轉車輛運行，接著讓南北方向主幹道直行車輛運行，再接著讓東(dong) 西方向左轉車輛運行，然後東(dong) 西方向主幹道直行車輛運行，如此循環。正常情況下，在變換車道運行時，綠燈熄滅前會(hui) 閃幾秒鍾，左轉綠燈滅設定閃2S，直行綠燈滅設定閃3S。正常情況下循環運行時序圖如下：

圖2 交通燈控製時序圖

3.4 軟件設計

南北方向的交通燈控製程序流程圖如圖3：

圖3 控製程序流程圖

流程圖省略的部分是東(dong) 西方向的交通燈控製流程，其控製方案與(yu) 南北方向的控製相似。

4 實驗調試

根據係統對I/O口量的需求，選用S7-224來完成調試，硬件接線如圖4 。

圖4 係統硬件接線圖

圖中的標注以“南主左綠”為(wei) 例說明，其中的“南”表示南邊方向，“主”表示主幹道，“左”表示左轉，“綠”表示綠燈，其它的標注與(yu) 此類似。

選一個(ge) 循環周期（90S），以南北左轉綠燈閃亮為(wei) 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(wei) 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(wei) 低電平，“閃”表示閃亮。

表2 實驗調試數據（一個(ge) 循環周期）

從(cong) 表中可以看出其工作順序情況與(yu) 事先設計的交通燈控製時序完全吻合，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隻有4個(ge) 輸出口處於(yu) 工作狀態。

分析同一時刻的4個(ge) 輸出口的情況可以看出，這四個(ge) 輸出口分別控製著交通的四個(ge) 狀態，即東(dong) 西直行（東(dong) 西人行道）、南北直行（南北人行道）、東(dong) 西左轉和南北左轉，且在同一時刻，交通的四個(ge) 狀態中隻有一個(ge) 交通狀態的綠燈在正常有效工作，而其它三個(ge) 交通狀態的紅燈在正常有效工作（或者其綠燈處於(yu) 閃亮階段），這就保證了整個(ge) 十字路口的井然有序工作。

結束語

本文詳細介紹了單個(ge) 複雜路口的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(ge) 路口看作一個(ge) 整體(ti) 來進行設計，根據各道路上的流量來控製各路口的紅黃綠燈。但是單個(ge) 路口的控製仍然是基礎，隻有在解決(jue) 了單個(ge) 路口的基礎上才能更方便地解決(jue) 多路口問題，所以說研究單個(ge) 複雜十字路口交通燈的PLC控製問題仍然是具有一定的實際意義(yi) 。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為(wei) “基於(yu) S7-200設計的複雜交通燈控製係統”，作者為(wei) 張小青。）