交通信号灯的PLC控制系统设计

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［收 稿 日 期 ：2008．10．8 ］
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将所编程序下载到 S7－PLCSIM 仿真窗口中 ， 接 通 启 动 开
关，程序循环执行，东西、南北方向各信号灯的循环显示正常，未
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红外遥控技术在公交系统的应用实现
2．1 电子站牌设计 电子站牌是公交系统的子系统，主要完成两个功能，为站台
乘客提供公交车辆的到站信息，如某路公交当前的位置，还要多 长时间能够到达本站，车上乘客有多少人等。 另外通过现场总线 完成与相邻站牌或车载设备之间的通信连接， 通过站牌的通信 连接从而组成整个公交系统网络。 站牌接收来自公交车载设备 发来的信息，对信息进行处理，同时还要交控制中心的信息通过 现场总路线回递给公交， 还要接收公交上车载设备通过红外遥 控发来的信息。
传统的交通信号灯控制系统都是采用继电器或单片机来实
现，系统时序单一，存在功能少、可靠性差、接线复杂、维护量大、
维修困难等缺点，不能适应城市道路交通高速发展的要求。 本文
设计了一种用 PLC 实现的城市十字路口交通灯控制系统。
1 交通信号灯控制要求说明
图 1 所示为某十字路口交通信号灯的布置图， 由于东西方
机通信，将同一道路上的信号灯组成一个局域网实现统一管理、
调度，实现科学化管理。
图 3 交通信号灯的控制程序 用 广 泛 ， 本 系 统 中 我 们 主 要 采 用 LAD 语 言 编 程 ， 另 外 附 带 有 STL 语言（如 Network 11）。
（3）控 制 程 序 的 调 试 对于西门子 S7－300 PLC， 可利用 S7－PLCSIM 仿 真 软 件 进行程序调试。 S7－PLCSIM 是一个功能强大的仿真软件，它与 Step7 编程软件集成在一起， 可以在计算 机 上 对 S7－300 PLC 的用户程序进行离线仿真与调试，而不需要任何 PLC 的硬件。
带有集成的开关量 I ／ O 点：24 点开关量输入，16 点开关量输出。
此外它还集成有模拟量输入与输出点， 可以直接用于模拟量控
制系统。 结合本系统的控制要求，所选 PLC 完全满足设计要求。
（2）I ／ O 地址分配
表 1 I ／O 地址分配表
信号控制。 同理，东西方向的三色灯也依此设计，共占 6 个输出 点。 3 系统软件设计
对系统进行启、停控制。 2 系统硬件设计
图 1 十字路口车道信号灯布置图
（1）硬 件 配 置
城市道路交通信号灯控制是典型的开关量逻辑控制，而
பைடு நூலகம்
PLC 在开关量逻辑控制中有着其独特的优势， 因此本系统中优
先选择 PLC 作为控制系统的核心硬件。 实验室选购了德国西门
子公司的 S7－300 PLC，型号 CPU314C－2PtP。 该 PLC 模块上
Abstract This paper elaborates the traffic signal lights control system design based on PLC．According to the requirement,the hardware and software of the PLC control system are well designed． Moreover,by using the software S7－PLCSIM,we successfully complete the simulation and demonstration to the control programme,which prove that the control system is feasible． Keywords:programmable logic controller,traffic light,control,simulation
序进行模拟仿真，实现了交通信号灯的有序控制，证明了该 PLC
控制系统的可行性。 系统程序设计简单、通俗易懂、灵活性和可
扩展性好，此外还具有自动化程度高、可靠性高、抗干扰能力强、
设计周期短、使用和维护简便等独特优点，解决了采用继电器和
单片机在城市交通信号灯控制中存在的问题。 在实际应用中可
根 据 城 市 交 通 道 路 的 需 要 ，通 过 扩 展 PLC 的 功 能 ，比 如 与 上 位
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交通信号灯的 PLC 控制系统设计
交通信号灯的 PLC 控制系统设计
Control System Design of Traffic Signal Lights with PLC
彭坤丽 秦文斌 宋 禹 王智勇 （北京工业大学，北京 100124）
摘要 详细介绍了基于 PLC 的交通信号灯控制系统设计。 针对交通信号灯的控制要求，重点阐述了该 PLC 控制系统的硬件 和软件设计过程，之后又借助仿真软件 S7－PLCSIM 对控制程序进行了模拟运行、演示，证明了该控制系统的可行性。 关键词：可编程序控制器，交通信号灯，控制，仿真
本文所介绍的红外遥控装置具有硬件电路简单、功能强、成 本低廉等特点，实现了单片机的无线式操作，并设定了一个重传 机制，使公交系统变得更快捷、更方便、更安全。 通过红外遥控技 术，实现了车载设备与控制中心之间的通信。
参考文献
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电子站牌的信息显示是通过 LED 数码管实现的，LED 数码 管上分别显示公交路号，预计到达时间、车上人数等信息，对不 同路线公交以交替方式实现动态刷新显示， 达到节约成本的目 的。 电子站牌完成控制中心与车载设备之间的通信，完成控制中 心对公交车辆的调度。 2．2 车载设备功能
车载设备主要完成 3 个功能： 1）对 车 上 的 信 息 进 行 采 集 ，并 将 采 集 到 的 信 息 通 过 红 外 发 送出去，例如是否有人上车，是否有人刷公交 IC 卡，公交当前的 位置、车内人数等信息，车载设备采集到这些信息后将其以一定 的格式通过红外遥控发送出去。 2）接 收 控 制 中 心 发 来 的 调 度 信 息 ，按 照 调 度 信 息 的 要 求 给 公交司机提供调度信息或向公交车发出调度指令。 3）处理显示和语音提示功能，显示该车到达各个站台的信息及 大约何时可以到达下一站，同时提供语音播报，提示乘客到站信息。 2．3 控制中心 控制中心的主要任务是对行驶的公交车辆进行调度， 如控
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（1）系 统 控 制 流 程 根据交通信号灯的控制要 求，南北方向放行时间分为两个 时间区段：南北方向的绿灯和东 西方向的红灯亮，换向前，东西 方向的红灯与南北方向的黄灯 一起闪烁；东西方向放行时间亦 可分为两个时间区段：东西方向 的绿灯和南北方向的红灯一起 亮，换向前，南北方向的红灯与 东西方向的黄灯一起闪烁。 一个 循环周期内分为 4 个区段，分别 对应 4 个分界点：t1、t2、t3、t4，在 这 4 个分界点处，信号灯状态将 发生变化。 将这 4 个时间区段分 图 2 控制系统的工作流程图 别 用 4 个 定 时 器 T1～T4 来 控 制 ， 定 时 时 间 分 别 为 30s、35s、 55s、60s，系统的控制流程如图 2 所示。 至 于 1Hz 的 闪 烁 频 率 通 过 时 钟 存 储 器 M0．5 来 实 现 （ 在 HW Config 窗 口 中 CPU 的 属 性 设 置 中 将 M0 设 置 为 时 钟 存 储 字节）。S7－300 PLC 有 8 个时钟存储器，即 1 个时钟存储字节， 存储字节各位对应的时钟脉冲周期与频率如表 2 所示。
表 2 时钟存储器各位对应的时钟脉冲周期与频率 (单位：s ／ Hz)
表 1 所示，输入信号：由一个控制开关输入的启、停信号，即 1 个输入端子。
输出信号：如图 1 所示，南北方向的三色灯共 6 盏，同颜色 的灯在同一时间亮、灭，所以可将同色灯两两并联，用一个输出
由表 2 可知，时钟存储字节的位 5 能产生 频 率 为 1Hz 的 脉 冲， 由此通过 M0．5 与相应定时器串联能实现信号灯以 1Hz 的 频率闪烁。
制公交何时发车，公交加减行驶，还有就是实时接收公交车传递 过来的即时信息。 控制中心对公交发出调度指令之前必须先获 得各路公交的行驶信息，通过车载设备的红外发射，再电子站牌 通过现场总线传递到控制中心， 控制中心分析收到的信息后再 对公交发出相应的操作指令， 指令又通过电子站牌又传递给公 交车载设备， 车载设备分析处理指令后反馈给司机或直接控制 公交，最终实现公交的调度。 同样公交车载设备上的信息也通过 红外技术经现场总线回递到控制中心。 3 结束语
（2）系 统 控 制 程 序 图 3 所示为交通信号灯的主控制程序。 本系统所用的编程 软 件 是 西 门 子 S7 －300 PLC 的 配 套 软 件 产 品 Step7 V5．4。 Step7 的 主 要 编 程 语 言 有 梯 形 图 （LAD）、功 能 块 图 （FBD）、语 句 表（STL）等。 由于梯形图语言通俗易懂，使用灵活，在编程中使