城市道路車流量大，容易造成“堵車”現象。要想解決城市紅綠燈處的“大堵車”現象，改善紅綠燈處交通燈控制系統是很有必要的。本文對十字路口交通燈控制電路系統進行設計，詳細介紹了交通燈的正常運行和急車強通運行情況，通過裝有MCGS組態軟件的計算機作為上位機監控，由西門子S7－200PLC作為下位機控制交通燈信號系統。

1、控制系統要求

十字路口交通燈控制系統采用“紅燈—黃燈—綠燈”固定的轉換間隔自動切換，同時考慮到不同時刻車輛流通的特殊情況和消防車、警車及救護車的特殊通行，增加智能急車強通控制。

1．1、正常時序控制

當啟動開關斷開時，所有的信號燈全部熄滅。當啟動開關接通時，信號燈先按照南北紅燈亮9s，同時東西綠燈亮4s，4s后東西綠燈閃爍3s，3s后東西綠燈熄滅東西黃燈亮2s;隨后東西方向與南北方向互相切換，東西紅燈亮9s，同時南北綠燈亮4s，4s后南北綠燈閃爍3s，3s后南北綠燈熄滅南北黃燈亮2s，依次循環，工作時序如圖1所示。

圖1 交通燈正常工作時序

1．2、急車強通時序控制

當有急車來時，急車強通開關接通，中斷原來的交通燈狀態，使急車通行的方向綠燈亮，直至急車通過為止。急車一過，將急車強通開關斷開，交通信號燈立刻轉為急車通行方向上的綠燈閃爍3s，隨后按照正常時序控制。如果南北和東西兩個方向先后有急車駛來，急車強通信號先響應先來的一方，隨后再響應另一方。

2、控制系統硬件設計

該系統采用西門子S7－200PLC，為了能達到較好的教學效果，采用紅、綠、黃三種發光二極管模擬交通信號燈，七段數碼顯示器顯示工作時間，根據系統的輸入輸出點數采用CPU226AC/DC型PLC，共有24輸入點，16個輸出點，系統I/O地址定義如表1所示。

表1 交通燈控制系統I/O分配表

由于東西和南北方向的信號燈顯示時間一致，故采用信號燈并聯，以節約PLC輸出點數。考慮到發光二極管和七段數碼管的耐壓情況，采用在PLC的輸出端串聯2kΩ電阻限流，七段數碼顯示器使用SM4205共陰型數碼顯示器，相應的硬件接線圖形如圖2所示。

圖2 西門子S7-200PLC硬件接線圖

3、PLC梯形圖設計

常見的交通燈控制程序采用多個定時器設計，程序繁瑣復雜。在此采用一個定時器，通過數據比較指令，把信號燈閃亮的時間順序依次分段，并采用特殊存儲器SM0．5實現東西綠燈和南北綠燈的閃爍。用SEG指令把時間譯碼送到七段數碼管顯示。用4個位存儲器實現互鎖和強通信號結束標志。程序簡單，思路清晰，易于理解。梯形圖程序如圖3所示。

圖3 交通燈PLC梯形圖

4、監控系統設計

4．1、組態界面設計

打開MCGS組態軟件，在組態環境的“用戶窗口”中組態動畫，根據工具箱提供的繪畫工具，設計十字交通燈監控系統畫面如圖4所示。

圖4 MCGS組態界面

4．2、PLC與MCGS軟件通訊設置

上位機PC通過MCGS組態軟件采集下位機PLC的信號，實時顯示十字路口東西南北的信號燈信息，同時通過對PLC的位存儲器操作也可以對路口交通燈進行控制。在MCGS組態環境的“設備窗口”中選擇“通用串口父設備”及“西門子S7－200PPI”，在“串口通訊父設備”根據西門子PPI通訊協議設置參數為：通訊波特率9600，數據位位數為8，停止位位數為1，數據校驗方式為偶校驗，串口通訊號為com1，最小采樣周期為10ms，如圖5所示。

圖5 MCGS串口父設備設置

4．3、PLC存儲器參數設置

根據組態界面的相關構件在PLC中設置相應參數，I0．0－I0．2為輸入開關設置為只讀PLC數據，Q0．0－Q0．6為信號燈輸出設置為只讀PLC數據，M2．1、M2．2為東西和南北的急車強通監控開關設置為讀寫PLC數據，VB100為信號燈時間變化周期設置為只讀PLC數據，并將這些通道數據與實時數據庫定義的變量連接起來，如圖6所示。

當上位機和下位機連接成功后，給PLC輸入開關信號，組態軟件通過串口采集的數據就能在組態畫面上模擬信號燈的顏色變化，實現十字路口交通情況的檢測。

圖6 MCGS通道數據連接設置

5、結束語

MCGS組態軟件以實時數據庫為核心，通過對下位機相應的存儲器進行數據采集，數據處理，并在動畫界面上實現數據的可視化，動畫效果直觀，提高了學生的興趣，有利于解決PLC教學過程中理論聯系實際的問題，使學生的編程練習目的性強，效果易檢驗，具有一定的教學意義。