0引言

十字路口交通信號燈與日常出行息息相關(guān),它起到規(guī)范交通參與者行為的重要作用,因此,對十字路口交通信號燈的合理控制,能有效減少交通事故的發(fā)生,也能緩解城市的交通擁堵壓力。本文利用PLC所具有的通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、編程簡單的特點^[1],根據(jù)順序控制設計法的步驟設計出一套控制十字路口交通信號燈的PLC梯形圖程序。實踐證明,對比經(jīng)驗設計法的不足^[2],順序控制設計法能顯著提高PLC梯形圖程序的設計效率,基于順序控制設計法設計出的交通信號燈的PLC控制程序在程序調(diào)試、參數(shù)修改以及程序閱讀方面十分簡便。

1十字路口交通信號燈的控制要求

在自動控制模式下,南北向紅燈亮20 s,東西向綠燈亮10 s,到10 s時,東西向綠燈閃亮,閃亮8 s后熄滅,接著東西向黃燈亮2s,到2s時,東西向黃燈熄滅,東西向紅燈亮起的同時,南北向紅燈熄滅,南北向綠燈點亮,綠燈亮10 s后再閃亮8 s熄滅,接著,南北向黃燈點亮2 s,到2 s時,南北向黃燈熄滅,南北向紅燈點亮,東西向綠燈點亮,此后按照開頭的時間先后順序循環(huán)控制。按下停止鍵,東西向、南北向的信號燈全部熄滅。在手動控制模式下,東西向、南北向的黃燈同時閃爍。十字路口交通信號燈的控制可用時序圖表示,如圖1所示。

2十字路口交通信號燈控制的PLC程序設計

2.1十字路口交通信號燈控制的順序功能圖

根據(jù)上述十字路口交通信號燈的控制時序圖,可以繪制順序功能圖來描述交通信號燈的控制過程,繪制順序功能圖是順序控制設計PLC程序的第一步,如圖2所示。順序功能圖包含M4.0、M4.1、M4.2、M4.3、M5.0、M4.4、M4.5、M4.6、M4.7、M5.1、M6.0這11步,其中M4.0是初始步。步M4.1對應的動作是M200.0(東西向綠燈常亮)、步M4.2對應的動作是M200.0(東西向綠燈閃爍)、步M4.3對應的動作是M200.1 (東西向黃燈常亮)、步M4.4對應的動作是M200.2(南北向紅燈常亮)、步M4.5對應的動作是M200.3 (南北向綠燈常亮)、步M4.6對應的動作是M200.3 (南北向綠燈閃爍)、步M4.7對應的動作是M200.4(南北向黃燈常亮)。“IEC_Timer_0_DB”.Q、“IEC_Timer0_DB_1”.Q、“IEC_Timer0_DB_2”.Q、“IEC_Timer0_DB_3”.Q、“IEC_Timer0_DB_4”.Q、“IEC_Timer0_DB_5".Q是步間的轉(zhuǎn)換條件。

2.2 PLC程序

本文使用西門子S7—12001214CDC/DC/DC型 PLC,采用TIA STEP7 V13編程軟件設計梯形圖程序,根據(jù)順序功能圖,設計的PLC梯形圖程序如圖3所示。為了實現(xiàn)信號燈的閃爍,程序使用了PLC的“啟用時鐘存儲器字節(jié)"的功能,并選用M0.7^[3]。

PLC每次通電運行,在OB1程序塊中使用“僅在首次掃描時狀態(tài)為1"的M1.0^[3]來使初始步M4.0置位,如圖3 (a)所示。在HMI上按下“自動"按鈕,M200.6的常開觸點閉合,十字路口信號燈進入自動控制模式,M4.1、M4.4同時置位,初始步M4.0復位,對應的東西向綠燈常亮、南北向紅燈常亮,如圖3(b)所示。M4.1的常開觸點閉合,定時器開始定時,10 s定時時間到,“IEC_Timer0_DB".Q的常開觸點閉合,M4.2置位、M4.1復位,這時東西向綠燈開始閃爍,如圖3(C)所示。M4.2置位,M4.2的常開觸點閉合,定時器開始定時,到3s時,“IEC_Timer0_DB_1".Q的常開觸點閉合,M4.3置位、M4.2復位,對應的東西向黃燈常亮、東西向綠燈停止閃爍并且熄滅,如圖3(d)所示。M4.3置位,M4.3的常開觸點閉合,定時器開始定時,到2s時,“IEC_Timer0_DB_2".Q的常開觸點閉合,M4.3復位、M5.0置位,對應的東西向黃燈熄滅,如圖3(e)所示。這時,M5.0和M4.4的常開觸點都已經(jīng)閉合,M6.0置位、M4.5置位、M4.4復位、M5.0復位,對應的東西向紅燈常亮、南北向綠燈常亮、南北向紅燈熄滅,如圖3(f)所示。M4.5置位,M4.5的常開觸點閉合,定時器開始定時,10s定時時間到,“IEC_Timer0_DB_3”.Q的常開觸點閉合,M4.6置位、M4.5復位,對應的南北向綠燈開始閃爍,如圖3(g)所示。M4.6置位,M4.6的常開觸點閉合,定時器開始定時,8 s定時時間到,“IEC_Timer0_DB_4”.Q的常開觸點閉合,M4.7置位、M4.6復位,對應的南北向黃燈常亮、南北向綠燈停止閃爍并且熄滅,如圖3(h)所示。M4.7置位,M4.7的常開觸點閉合,定時器開始定時,2 s定時時間到,“IEC_Timer0_DB_5”.Q的常開觸點閉合,M5.1置位、M4.7復位,對應的南北向黃燈熄滅,如圖3(i)所示。這時,M5.1、M6.0的常開觸點全部閉合,M4.1置位、M4.4置位、M5.1復位、M6.0復位,對應的東西向綠燈常亮、南北向紅燈常亮、東西向紅燈熄滅,如圖3(j)所示,自動控制程序進入下一個循環(huán)。

在HMI上常按“手動”按鈕,M200.7的常開觸點閉合,十字路口交通信號燈進入手動控制模式,東西向黃燈、南北向黃燈同時開始閃爍,如圖3(k)、圖3(l)所示。在HMI上按下“停止”按鈕,M7.0的常開觸點閉合,M4.1復位、M4.2復位、M4.3復位、M4.4復位、M4.5復位、M4.6復位、M4.7復位、M6.0復位、M4.0置位,這時路口東西向、南北向的紅黃綠信號燈全部熄滅,程序回到初始步M4.0,如圖3(m)、圖3(n)所示。后期可根據(jù)十字路口的交通路況,在程序中修改相應信號燈的常亮、閃爍時間。整個PLC程序的I/O信號如表1所示。

2.3 觸摸屏HMI遠程監(jiān)控界面

為了實現(xiàn)對十字路口交通信號燈運行的遠程監(jiān)控,本文在西門子KTP400 BasicPN型HMI觸摸屏上組態(tài)了十字路口交通信號燈的監(jiān)控界面,如圖4所示。界面左側(cè)包含三個按鍵,分別是“自動”“手動”“停止”;界面右側(cè)組態(tài)出東西向、南北向的紅黃綠燈。界面上“自動”“手動”“停止”三個按鈕分別與表1的PLC變量M200.6、M200.7、M7.0關(guān)聯(lián)。界面上東西向紅黃綠燈分別與變量M200.5、M200.1、M200.0關(guān)聯(lián);界面上南北向紅黃綠燈分別與變量M200.2、M200.4、M200.3關(guān)聯(lián)。按下“自動”按鈕,界面上的東西向、南北向的紅綠燈按照圖1所示的時序圖交替變化;常按“手動”按鈕,界面上的東西向、南北向的黃燈以0.5Hz的頻率閃爍;按下“停止”按鍵,界面上的東西向、南北向的紅黃綠燈全部熄滅。

3 結(jié)論

本文設計的PLC梯形圖程序滿足十字路口交通信號燈的控制要求,并且可以根據(jù)十字路口的交通路況在PLC程序中調(diào)整修改東西向綠燈、黃燈的點亮時間,南北向紅燈的點亮時間自動伴隨著東西向綠燈、黃燈的點亮時間的長短變化而變化,反之亦然。采用順序控制設計法來設計十字路口交通信號燈的PLC控制程序可讀性強。本文通過設計控制十字路口交通信號燈的PLC梯形圖程序,完整呈現(xiàn)了順序控制設計法的設計過程,可為大專院校自動化專業(yè)、機電一體化方向的學生在學習相關(guān)課程時提供參考。

[參考文獻]

[1]劉華波,馬艷,何文雪,等.西門子S7—1200PLC 編程與應用[M].2版.北京:機械工業(yè)出版社,2020.

[2] 陳芳芳.基于S7—1200 PLC的交通燈控制設計方法研究[J].電氣技術(shù),2019,20(2):89—91.

[3] 廖常初.S7—1200 PLC編程及應用[M].3版.北京:機械工業(yè)出版社,2017.

2024年第14期第9篇