基于PLC的十字路口护栏系统设计

徐晖

（安徽机电职业技术学院电气工程系，安徽芜湖241000）

基于PLC的十字路口护栏系统设计

徐晖

（安徽机电职业技术学院电气工程系，安徽芜湖241000）

针对城市交通中对行人和非机动车的有效管控较为缺乏的现状，设计了基于PLC控制的十字路口护栏系统。系统配备了基于MCSG的组态设备，支持远程监控、手动调试，并易于与现有交通灯系统进行融合，可在红灯亮时自动放下护栏，有效避免行人及非机动车闯红灯、扰乱交通的现象。

PLC；护栏系统；MCGS

随着城市发展，交通压力不断增大，尤其在十字路口，闯红灯、人车争路等行为不仅影响交通秩序，也严重威胁行人生命安全，这已成为影响城市居民生活的重要问题。目前对机动车已有非常完善的监控系统和惩罚机制，但对行人和非机动车，绝大多数地方也仅有交通协管员现场劝导一种方法。本文设计了一种基于PLC的自动护栏系统。当红灯将要亮起的时候，护栏自动放下，让行人和非机动车无法通过；当绿灯即将亮起时，护栏自动升起，交通放行。

1 整体控制思路

1.1 系统基本组成

本系统主要实现对十字路口4个方向4条非机动车道和4条人行道的共同管控。在非机动车道与人行道口的交会处，共设置了8套护栏基站，每套基站都负责两根护栏的升降。两根护栏成90°，一根管控人行道，一根管控非机动车道（图1）。为应对一些系统无法自动处理的情况，及方便监控检修，系统配备了MCGS昆仑通态7寸触摸屏以实现手动操作。

1.2 动作流程

本文的设计是在红绿黄三灯控制的十字路口交通灯系统基础上改造的。基站在接收到所在方向红灯将要亮起的信号时，便驱动电机，使护栏缓缓放下，为了提醒行人及车辆注意，护栏上的指示灯开始闪烁，喇叭提示音同时响起；当接收到所在方向绿灯将要亮起的信号时，护栏升起，交通放行。在整个流程中，最重要的是护栏开始升降的时刻，也就是获取启动护栏动作信号的时刻。为了与现有交通灯系统对接，系统设定以黄灯的亮灭作为控制信号，如：当东西向黄灯亮起时，表明该方向即将变为红灯，这时，该方向护栏开始下降，护栏降下所用时间与黄灯变为红灯时间相同；当南北向黄灯亮起时，表明东西向即将转为绿灯，此时东西向护栏上升，护栏升起时间与红灯变为绿灯时间相同。

2 系统电路硬件及组成

图1 基站分布图

该系统电气控制部分由PLC和8处基站构成，每处基站均配有4个电机、4个限位开关、1组灯带、1个喇叭，及用于控制这些器件的电磁阀若干。

本文选择西门子S7-200作为系统控制器。S7-200具有价格便宜、功能齐全、安装简单、维修方便、抗干扰能力强的优点。由于系统中使用I/O接口较多，达35/ 24个，超过S7-200系列PLC自带的I/O口数量 （如CPU224xp自带I/O口仅为14/10个），故本系统还连接3个8输入8输出的数字量I/O扩展模块EM223，共可提供数字I/O口38/34个。I/O口分配如表1所示。

为节省I/O口，将警示灯带和喇叭控制线的两电极中的一个极接到基站电磁阀的信号端，这样，只要电机启动，警示灯带及喇叭都会同时启动。

表1 I/O分配

CPU224基本模块接线如图2所示。各个电机需实现正反转时，其正反转线圈不仅在程序中要实现互锁，在硬件接线中也需实现互锁，以确保电源不被短接。各扩展I/O模块接线与基本模块类似，各传感器、执行机构需经外接电源接到对应I/O端与公共端之间。

图2 CPU224基本模块接线图

3 软件设计

3.1 护栏自动控制流程

系统流程图及部分程序如图3和图4所示。

系统上电后，PLC在开始扫描的第一个周期进行初始化复位，经触摸屏触发自动模式之后，开始等待交通灯黄灯信号。东西、南北向分别独立编程。以东西向为例：当东西向黄灯亮起时，东西向基站接收到启动信号，4台电机缓慢反转带动护栏下降。护栏下降经过齿轮变速，以确保下降时间与黄灯变为红灯的时间相同。当护栏下限位通电时，表示护栏已下降到位，系统开始等待南北方向黄灯信号。当南北方向黄灯亮起时，表明南北方向即将转为红灯，即东西方向即将转为绿灯。东西向电机得到启动信号并开始正转，带动护栏上升。当上限位通电时，表明护栏上升到位，系统开始等待东西方向黄灯信号。如此循环。

图3 流程图(以南北方向某个电机为例)

图4 护栏运行部分程序

3.2 MCGS触摸屏与PLC通信的建立

在使用S7-200 CPU224xp系列PLC时，因其自带有RS232接口，故可直接用电缆与计算机连接进行通信。在建立通信时，PLC一侧使用默认设置即可；而MCGS组态软件一侧则需做一系列设置，以使建立通信后组态内的地址与PLC内部寄存器实现一一对应。建立过程如下：首先，在MCGS设备窗口中添加一个通用串口设备；然后，在其下选择西门子S7-200 PPI的设备驱动，并进行常用通信参数（如串口端口号）的选择，同时设置波特率、停止位和校验方式等参数；设置完成后，建立通信的条件已具备，可连接PLC与触摸屏，即可设定PLC存储单元与触摸屏存储单元的对应、触摸屏存储单元与组态界面各元件地址的对应，实现触摸屏界面上各图形符号与PLC内部各存储单元的一一连通。

PLC与触摸屏之间的通信建立后，只需在PLC内输入如图5所示程序，即可实现用触摸屏触点控制电机。

图5 部分触摸屏触点地址驱动程序

4 结束语

本文利用S7-200 PLC和MCGS昆仑通态触摸屏，构建了一个十字路口护栏控制的自动化系统。通过与已有交通灯系统联动实现护栏的升降，对非机动车道及人行道实现了管控，可有效地避免闯红灯等情况出现，对维护交通秩序、缓解交通压力具有一定的价值。

［1］ 廖常初.S7-200 PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2007：41-52.

［2］ 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS工控组态软件应用手册［M］.北京:电子工业出版社，2003：16-31.

［3］ 唐瑞尹，姚征，何鸿鲲.基于PLC交通信号灯控制系统在组态王中的实现［J］.河北理工学院学报，2003（增刊1）：29-32.

［4］ 翟心愿，晏康，孙栋平，等.组态技术和PLC在人行道护栏控制系统中的应用［J］.重庆工商大学学报（自然科学版），2009（3）：272-276.

［5］ 樊战亭，王鹏.顺控法编程在交通灯控制中的应用研究［J］.咸阳师范学院学报：2010（6）：16-19.

【责任编辑 梅欣丽】

Crossroads Guardrail System Design Based on PLC

XU Hui
(Department of Electrical Engineering,Anhui Technical College ofMechanical and Electrical Engineering,Wuhu 241000,China)

This study attempted to solve the problem of inefficient control over pedestrians and non-motor vehicles in the city.Now themotor vehicles have been wellmanaged,while the pedestrians and non-motor vehicles have not been managed with efficiency. We set up an automatic guardrail system.When the lights turned red,the system could lay down the fence to stop pedestrians；when the lights turned green,it could rise automatically.With MCGS and PLC,this system could be remotely controlled and debugged manually,thus to solve the problem of breaking traffic rules.

PLC；guardrail system；MCGS

TP271+.4

A

2095-7726（2015）06-0059-03

2015-03-12

徐晖(1983-)，男，安徽芜湖人，讲师，硕士，研究方向：电气自动化。