基于PLC順序控制設(shè)計(jì)法的交通信號(hào)燈控制程序設(shè)計(jì)

0引言

十字路口交通信號(hào)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(duì)十字路口交通信號(hào)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(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、編程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)^[1],根據(jù)順序控制設(shè)計(jì)法的步驟設(shè)計(jì)出一套控制十字路口交通信號(hào)燈的PLC梯形圖程序。實(shí)踐證明,對(duì)比經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的不足^[2],順序控制設(shè)計(jì)法能顯著提高PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)效率,基于順序控制設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)出的交通信號(hào)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(jiǎn)便。

1十字路口交通信號(hào)燈的控制要求

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

2十字路口交通信號(hào)燈控制的PLC程序設(shè)計(jì)

2.1十字路口交通信號(hào)燈控制的順序功能圖

根據(jù)上述十字路口交通信號(hào)燈的控制時(shí)序圖,可以繪制順序功能圖來(lái)描述交通信號(hào)燈的控制過(guò)程,繪制順序功能圖是順序控制設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的動(dòng)作是M200.0(東西向綠燈常亮)、步M4.2對(duì)應(yīng)的動(dòng)作是M200.0(東西向綠燈閃爍)、步M4.3對(duì)應(yīng)的動(dòng)作是M200.1 (東西向黃燈常亮)、步M4.4對(duì)應(yīng)的動(dòng)作是M200.2(南北向紅燈常亮)、步M4.5對(duì)應(yīng)的動(dòng)作是M200.3 (南北向綠燈常亮)、步M4.6對(duì)應(yīng)的動(dòng)作是M200.3 (南北向綠燈閃爍)、步M4.7對(duì)應(yīng)的動(dòng)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(shè)計(jì)梯形圖程序,根據(jù)順序功能圖,設(shè)計(jì)的PLC梯形圖程序如圖3所示。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的閃爍,程序使用了PLC的“啟用時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)"的功能,并選用M0.7^[3]。

PLC每次通電運(yùn)行,在OB1程序塊中使用“僅在首次掃描時(shí)狀態(tài)為1"的M1.0^[3]來(lái)使初始步M4.0置位,如圖3 (a)所示。在HMI上按下“自動(dòng)"按鈕,M200.6的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,十字路口信號(hào)燈進(jìn)入自動(dòng)控制模式,M4.1、M4.4同時(shí)置位,初始步M4.0復(fù)位,對(duì)應(yīng)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(kāi)觸點(diǎn)閉合,定時(shí)器開(kāi)始定時(shí),10 s定時(shí)時(shí)間到,“IEC_Timer0_DB".Q的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,M4.2置位、M4.1復(fù)位,這時(shí)東西向綠燈開(kāi)始閃爍,如圖3(C)所示。M4.2置位,M4.2的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,定時(shí)器開(kāi)始定時(shí),到3s時(shí),“IEC_Timer0_DB_1".Q的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,M4.3置位、M4.2復(fù)位,對(duì)應(yīng)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(kāi)觸點(diǎn)閉合,定時(shí)器開(kāi)始定時(shí),到2s時(shí),“IEC_Timer0_DB_2".Q的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,M4.3復(fù)位、M5.0置位,對(duì)應(yīng)的東西向黃燈熄滅,如圖3(e)所示。這時(shí),M5.0和M4.4的常開(kāi)觸點(diǎn)都已經(jīng)閉合,M6.0置位、M4.5置位、M4.4復(fù)位、M5.0復(fù)位,對(duì)應(yīng)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(kāi)觸點(diǎn)閉合,定時(shí)器開(kāi)始定時(shí),10s定時(shí)時(shí)間到,“IEC_Timer0_DB_3”.Q的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,M4.6置位、M4.5復(fù)位,對(duì)應(yīng)的南北向綠燈開(kāi)始閃爍,如圖3(g)所示。M4.6置位,M4.6的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,定時(shí)器開(kāi)始定時(shí),8 s定時(shí)時(shí)間到,“IEC_Timer0_DB_4”.Q的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,M4.7置位、M4.6復(fù)位,對(duì)應(yīng)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(kāi)觸點(diǎn)閉合,定時(shí)器開(kāi)始定時(shí),2 s定時(shí)時(shí)間到,“IEC_Timer0_DB_5”.Q的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,M5.1置位、M4.7復(fù)位,對(duì)應(yīng)的南北向黃燈熄滅,如圖3(i)所示。這時(shí),M5.1、M6.0的常開(kāi)觸點(diǎn)全部閉合,M4.1置位、M4.4置位、M5.1復(fù)位、M6.0復(fù)位,對(duì)應(yīng)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(dòng)控制程序進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

在HMI上常按“手動(dòng)”按鈕,M200.7的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,十字路口交通信號(hào)燈進(jìn)入手動(dòng)控制模式,東西向黃燈、南北向黃燈同時(shí)開(kāi)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(kāi)觸點(diǎn)閉合,M4.1復(fù)位、M4.2復(fù)位、M4.3復(fù)位、M4.4復(fù)位、M4.5復(fù)位、M4.6復(fù)位、M4.7復(fù)位、M6.0復(fù)位、M4.0置位,這時(shí)路口東西向、南北向的紅黃綠信號(hào)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(yīng)信號(hào)燈的常亮、閃爍時(shí)間。整個(gè)PLC程序的I/O信號(hào)如表1所示。

2.3 觸摸屏HMI遠(yuǎn)程監(jiān)控界面

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通信號(hào)燈運(yùn)行的遠(yuǎn)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(hào)燈的監(jiān)控界面,如圖4所示。界面左側(cè)包含三個(gè)按鍵,分別是“自動(dòng)”“手動(dòng)”“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(dòng)”“手動(dòng)”“停止”三個(gè)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(dòng)”按鈕,界面上的東西向、南北向的紅綠燈按照?qǐng)D1所示的時(shí)序圖交替變化;常按“手動(dòng)”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(shè)計(jì)的PLC梯形圖程序滿足十字路口交通信號(hào)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(diǎn)亮?xí)r間,南北向紅燈的點(diǎn)亮?xí)r間自動(dòng)伴隨著東西向綠燈、黃燈的點(diǎn)亮?xí)r間的長(zhǎng)短變化而變化,反之亦然。采用順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)十字路口交通信號(hào)燈的PLC控制程序可讀性強(qiáng)。本文通過(guò)設(shè)計(jì)控制十字路口交通信號(hào)燈的PLC梯形圖程序,完整呈現(xiàn)了順序控制設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)過(guò)程,可為大專院校自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)電一體化方向的學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)課程時(shí)提供參考。

[參考文獻(xiàn)]

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

[2] 陳芳芳.基于S7—1200 PLC的交通燈控制設(shè)計(jì)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(yīng)用[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2017.

2024年第14期第9篇