交通信號燈實(shí)驗(yàn)畫面設(shè)計(jì)探析

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【摘要】本設(shè)計(jì)采用西門子S7-200smartPLC和西門子的觸摸屏作為交通信號燈實(shí)驗(yàn)畫面設(shè)計(jì)的基本硬件，然后從硬件設(shè)計(jì)、PLC控制程序的軟件設(shè)計(jì)兩方面出發(fā)，詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)原理、硬件接線、時(shí)序圖及觸控畫面，實(shí)現(xiàn)了對交通信號燈的運(yùn)行可靠控制，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

【關(guān)鍵詞】PLC；交通信號燈；觸摸屏

1交通信號燈設(shè)計(jì)概述

交通信號燈是在車輛運(yùn)行過程中指揮交通運(yùn)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(gè)顏色的燈組成。根據(jù)《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》中對各種信號燈的含義做出的規(guī)定：綠燈亮的時(shí)候，準(zhǔn)許車輛通行；黃燈亮的時(shí)候，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行；紅燈亮的時(shí)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(shè)施，其控制系統(tǒng)是非常重要的，目前常用的有PLC、單片機(jī)等。信號燈上的時(shí)間控制也是通過控制系統(tǒng)來設(shè)定的。本設(shè)計(jì)采用西門子S7-200smartPLC來控制交通信號燈，西門子PLC產(chǎn)品配置靈活，可實(shí)現(xiàn)通訊端口的多樣化，在滿足不同需要的同時(shí)又很經(jīng)濟(jì)便捷，同時(shí)軟件編程高效，有先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的向?qū)Чδ?，使編程效率更高。本設(shè)計(jì)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(zhǔn)確地提供了人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)功能，具備很高的性價(jià)比。西門子的PLC與西門子的觸摸屏可以完美結(jié)合，滿足用戶人機(jī)互動(dòng)、控制和驅(qū)動(dòng)的全方位要求。觸摸屏SMARTLINE的加入可以讓信號燈的實(shí)驗(yàn)畫面更加直觀、生動(dòng)地顯示出來。

2設(shè)計(jì)原理

2.1工作原理

PLC控制交通信號燈的設(shè)計(jì)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(huán)時(shí)間，按下啟動(dòng)按鈕SB1，通過軟件程序進(jìn)行邏輯運(yùn)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(jié)點(diǎn)控制信號燈的通斷，從而在畫面上顯示對應(yīng)信號燈點(diǎn)亮或熄滅。當(dāng)PLC程序輸出信號為1的時(shí)候，繼電器線圈吸合，觸摸屏上的信號燈也同時(shí)點(diǎn)亮。當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí)候，PLC程序、繼電器線圈和觸摸屏畫面同時(shí)進(jìn)行復(fù)位。信號燈周期時(shí)序圖如圖2所示，啟動(dòng)交通信號燈時(shí)，紅燈、綠燈、黃燈按照一定時(shí)序輪流觸發(fā)發(fā)光，首先東西方向的綠燈先亮25s，同時(shí)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(diǎn)亮，維持2s。到了2s后，東西方向的黃燈熄滅，紅燈亮起，同時(shí)，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(shí)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(diǎn)亮2s。到了2s后，南北方向的黃燈熄滅，紅燈亮起，同時(shí)東西方向的綠燈點(diǎn)亮，如此為一個(gè)周期往返循環(huán)。

2.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)畫面設(shè)計(jì)涉及的硬件有啟動(dòng)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(shí)驗(yàn)畫面設(shè)計(jì)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(shè)備端。

2.3軟件程序

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

2.4觸摸屏

本交通信號燈的實(shí)驗(yàn)畫面設(shè)計(jì)采用西門子SMARTLINE觸摸屏，如今人機(jī)交互畫面應(yīng)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(jìn)的工業(yè)設(shè)計(jì)理念，使設(shè)備操作變得更加輕松快捷，引領(lǐng)人機(jī)界面產(chǎn)品進(jìn)入高分辨率寬屏顯示時(shí)代，本設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)畫面如圖7所示。

3運(yùn)行效果

在設(shè)定時(shí)間輸入60s（一個(gè)循環(huán)周期所需的時(shí)間）后按啟動(dòng)SB1按鈕，東西方向綠燈點(diǎn)亮，同時(shí)南北方向紅燈點(diǎn)亮，東西方向車輛以動(dòng)態(tài)畫面通行，南北方向車輛停止不動(dòng)。30s后，南北方向綠燈點(diǎn)亮，車輛以動(dòng)態(tài)畫面通行，東西方向紅燈點(diǎn)亮，車輛停止不動(dòng)，如此循環(huán)。在程序和畫面中可分別看到交通信號燈的控制程序和運(yùn)行方式，可通過改變相關(guān)程序的參數(shù)從而改變實(shí)驗(yàn)對象動(dòng)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(shí)驗(yàn)畫面的設(shè)計(jì)也有助于提高分析和解決問題的能力。

【參考文獻(xiàn)】

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

作者:陳曉勇 袁松 齊麗曼 單位:撫順市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所