交通信号灯实验画面设计探析
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【摘要】本设计采用西门子S7-200smartPLC和西门子的触摸屏作为交通信号灯实验画面设计的基本硬件，然后从硬件设计、PLC控制程序的软件设计两方面出发，详细介绍了设计原理、硬件接线、时序图及触控画面，实现了对交通信号灯的运行可靠控制，达到预期的设计目的。
【关键词】PLC；交通信号灯；触摸屏
1交通信号灯设计概述
交通信号灯是在车辆运行过程中指挥交通运行的信号灯，在道路十字路口，使用交通信号灯是交通得以有效管制重要手段之一。交通信号灯由红色、绿色、黄色三个颜色的灯组成。根据《道路交通和道路标志信号协定》中对各种信号灯的含义做出的规定：绿灯亮的时候，准许车辆通行；黄灯亮的时候，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮的时候，禁止车辆通行。交通信号灯作为保障交通畅通和安全的重要设施，其控制系统是非常重要的，目前常用的有PLC、单片机等。信号灯上的时间控制也是通过控制系统来设定的。本设计采用西门子S7-200smartPLC来控制交通信号灯，西门子PLC产品配置灵活，可实现通讯端口的多样化，在满足不同需要的同时又很经济便捷，同时软件编程高效，有先进的程序结构和强大的向导功能，使编程效率更高。本设计画面采用了触摸屏形式，触摸屏采用西门子S7-200smartline精彩面板，西门子精彩面板SMARTLINE，准确地提供了人机界面的标准功能，具备很高的性价比。西门子的PLC与西门子的触摸屏可以完美结合，满足用户人机互动、控制和驱动的全方位要求。触摸屏SMARTLINE的加入可以让信号灯的实验画面更加直观、生动地显示出来。
2设计原理
2.1工作原理
PLC控制交通信号灯的设计示意图如图1所示，其工作原理是利用西门子PLC的程序来控制十字路口的交通信号灯，通过触摸屏输入工作循环时间，按下启动按钮SB1，通过软件程序进行逻辑运算，西门子PLC输出单元控制外部继电器的线圈，用继电器的常开节点控制信号灯的通断，从而在画面上显示对应信号灯点亮或熄灭。当PLC程序输出信号为1的时候，继电器线圈吸合，触摸屏上的信号灯也同时点亮。当按下停止按钮SB2时候，PLC程序、继电器线圈和触摸屏画面同时进行复位。信号灯周期时序图如图2所示，启动交通信号灯时，红灯、绿灯、黄灯按照一定时序轮流触发发光，首先东西方向的绿灯先亮25s，同时南北方向的红灯也亮30s，到了25s后，东西方向的绿灯以0.5Hz的频率闪烁3s后熄灭，东西方向黄灯亮点亮，维持2s。到了2s后，东西方向的黄灯熄灭，红灯亮起，同时，南北方向的红灯熄灭，绿灯亮起。南北方向的绿灯亮25s，东西方向的红灯同时亮30s，到了25s后，南北方向的绿灯以0.5Hz的频率闪烁3s后熄灭，南北方向的黄灯点亮2s。到了2s后，南北方向的黄灯熄灭，红灯亮起，同时东西方向的绿灯点亮，如此为一个周期往返循环。
2.2硬件系统设计
本次实验画面设计涉及的硬件有启动按钮SB1、停止按钮SB2、红黄绿信号灯各4只、触摸屏、继电器。此实验画面设计PLC的接线方式如图3所示，PLC的供电采用24V直流电源，输入/输出端分别连接24V电源正极和设备端。
2.3软件程序
本设计采用STEP7Micro-WIN/SMART平台，是专门为西门子S7-200SMARTPLC打造的软件编程开发平台，秉承西门子编程软件的强大功能，融入了很多人性化的设计（例如全新的软件界面、新颖的带状菜单、移动式窗口界面、方便的程序注释及强大的密码保护功能），可以更快、更方便地进行编程开发，程序编写如图4、图5所示。
2.4触摸屏
本交通信号灯的实验画面设计采用西门子SMARTLINE触摸屏，如今人机交互画面应用广泛，精彩系列面板采用全新的高分辨率16∶9宽屏液晶显示和先进的工业设计理念，使设备操作变得更加轻松快捷，引领人机界面产品进入高分辨率宽屏显示时代，本设计的动态画面如图7所示。
3运行效果
在设定时间输入60s（一个循环周期所需的时间）后按启动SB1按钮，东西方向绿灯点亮，同时南北方向红灯点亮，东西方向车辆以动态画面通行，南北方向车辆停止不动。30s后，南北方向绿灯点亮，车辆以动态画面通行，东西方向红灯点亮，车辆停止不动，如此循环。在程序和画面中可分别看到交通信号灯的控制程序和运行方式，可通过改变相关程序的参数从而改变实验对象动作方式，配合触摸屏，更加直观去理解交通信号灯的原理和控制方式。实验画面的设计也有助于提高分析和解决问题的能力。
【参考文献】
[1]北岛李工.西门子S7-200SMARTPLC应用技术—编程+通信+装调+案例[M].北京：化学工业出版社.2020.
[2]蔡杏山.图解西门子S7-200SMARTPLC快速入门与提高[M].北京：电子工业出版社.2018.
[3]韩相争.西门子S7-200SMARTPLC编程技巧与案例[M].北京：化学工业出版社.2017.
作者:陈晓勇 袁松 齐丽曼 单位:抚顺市产品质量监督检验所
