交通信號燈實驗畫面設計探析

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【摘要】本設計采用西門子S7-200smartPLC和西門子的觸摸屏作為交通信號燈實驗畫面設計的基本硬件，然后從硬件設計、PLC控制程序的軟件設計兩方面出發，詳細介紹了設計原理、硬件接線、時序圖及觸控畫面，實現了對交通信號燈的運行可靠控制，達到預期的設計目的。

【關鍵詞】PLC；交通信號燈；觸摸屏

1交通信號燈設計概述

交通信號燈是在車輛運行過程中指揮交通運行的信號燈，在道路十字路口，使用交通信號燈是交通得以有效管制重要手段之一。交通信號燈由紅色、綠色、黃色三個顏色的燈組成。根據《道路交通和道路標志信號協定》中對各種信號燈的含義做出的規定：綠燈亮的時候，準許車輛通行；黃燈亮的時候，已越過停止線的車輛可以繼續通行；紅燈亮的時候，禁止車輛通行。交通信號燈作為保障交通暢通和安全的重要設施，其控制系統是非常重要的，目前常用的有PLC、單片機等。信號燈上的時間控制也是通過控制系統來設定的。本設計采用西門子S7-200smartPLC來控制交通信號燈，西門子PLC產品配置靈活，可實現通訊端口的多樣化，在滿足不同需要的同時又很經濟便捷，同時軟件編程高效，有先進的程序結構和強大的向導功能，使編程效率更高。本設計畫面采用了觸摸屏形式，觸摸屏采用西門子S7-200smartline精彩面板，西門子精彩面板SMARTLINE，準確地提供了人機界面的標準功能，具備很高的性價比。西門子的PLC與西門子的觸摸屏可以完美結合，滿足用戶人機互動、控制和驅動的全方位要求。觸摸屏SMARTLINE的加入可以讓信號燈的實驗畫面更加直觀、生動地顯示出來。

2設計原理

2.1工作原理

PLC控制交通信號燈的設計示意圖如圖1所示，其工作原理是利用西門子PLC的程序來控制十字路口的交通信號燈，通過觸摸屏輸入工作循環時間，按下啟動按鈕SB1，通過軟件程序進行邏輯運算，西門子PLC輸出單元控制外部繼電器的線圈，用繼電器的常開節點控制信號燈的通斷，從而在畫面上顯示對應信號燈點亮或熄滅。當PLC程序輸出信號為1的時候，繼電器線圈吸合，觸摸屏上的信號燈也同時點亮。當按下停止按鈕SB2時候，PLC程序、繼電器線圈和觸摸屏畫面同時進行復位。信號燈周期時序圖如圖2所示，啟動交通信號燈時，紅燈、綠燈、黃燈按照一定時序輪流觸發發光，首先東西方向的綠燈先亮25s，同時南北方向的紅燈也亮30s，到了25s后，東西方向的綠燈以0.5Hz的頻率閃爍3s后熄滅，東西方向黃燈亮點亮，維持2s。到了2s后，東西方向的黃燈熄滅，紅燈亮起，同時，南北方向的紅燈熄滅，綠燈亮起。南北方向的綠燈亮25s，東西方向的紅燈同時亮30s，到了25s后，南北方向的綠燈以0.5Hz的頻率閃爍3s后熄滅，南北方向的黃燈點亮2s。到了2s后，南北方向的黃燈熄滅，紅燈亮起，同時東西方向的綠燈點亮，如此為一個周期往返循環。

2.2硬件系統設計

本次實驗畫面設計涉及的硬件有啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2、紅黃綠信號燈各4只、觸摸屏、繼電器。此實驗畫面設計PLC的接線方式如圖3所示，PLC的供電采用24V直流電源，輸入/輸出端分別連接24V電源正極和設備端。

2.3軟件程序

本設計采用STEP7Micro-WIN/SMART平臺，是專門為西門子S7-200SMARTPLC打造的軟件編程開發平臺，秉承西門子編程軟件的強大功能，融入了很多人性化的設計（例如全新的軟件界面、新穎的帶狀菜單、移動式窗口界面、方便的程序注釋及強大的密碼保護功能），可以更快、更方便地進行編程開發，程序編寫如圖4、圖5所示。

2.4觸摸屏

本交通信號燈的實驗畫面設計采用西門子SMARTLINE觸摸屏，如今人機交互畫面應用廣泛，精彩系列面板采用全新的高分辨率16∶9寬屏液晶顯示和先進的工業設計理念，使設備操作變得更加輕松快捷，引領人機界面產品進入高分辨率寬屏顯示時代，本設計的動態畫面如圖7所示。

3運行效果

在設定時間輸入60s（一個循環周期所需的時間）后按啟動SB1按鈕，東西方向綠燈點亮，同時南北方向紅燈點亮，東西方向車輛以動態畫面通行，南北方向車輛停止不動。30s后，南北方向綠燈點亮，車輛以動態畫面通行，東西方向紅燈點亮，車輛停止不動，如此循環。在程序和畫面中可分別看到交通信號燈的控制程序和運行方式，可通過改變相關程序的參數從而改變實驗對象動作方式，配合觸摸屏，更加直觀去理解交通信號燈的原理和控制方式。實驗畫面的設計也有助于提高分析和解決問題的能力。

【參考文獻】

[1]北島李工.西門子S7-200SMARTPLC應用技術—編程+通信+裝調+案例[M].北京：化學工業出版社.2020.

[2]蔡杏山.圖解西門子S7-200SMARTPLC快速入門與提高[M].北京：電子工業出版社.2018.

[3]韓相爭.西門子S7-200SMARTPLC編程技巧與案例[M].北京：化學工業出版社.2017.

作者:陳曉勇 袁松 齊麗曼 單位:撫順市產品質量監督檢驗所