交通信号灯的实验画面设计

陈晓勇 袁松 齐丽曼

【摘要】 本设计采用西门子S7-200smart PLC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

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2022.01.030

Experimental Picture Design of Traffic Lights

CHEN Xiao-yong，YUAN Song，QI Li-man

（Fushun Product Quality Supervision and Inspection Institute，Fushun 113006，China）

Abstract： In this design， Siemens S7-200smart PLC and Siemens touch screen are used as the basic hardware for the design of the traffic signal experimental screen. Then，starting from the hardware design and the software design of the PLC control program，the design principle，hardware wiring，software ladder diagram，timing diagrams and touch screens realize reliable control of the operation of traffic lights and achieve the expected design goals.

Key words： PLC;traffic lights;touch screen

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。交通信号燈由红色、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S7-200smart PLC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S7-200smart line精彩面板，西门子精彩面板SMART LINE，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SMART LINE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25 s，同时南北方向的红灯也亮30 s，到了25 s后，东西方向的绿灯以0.5 Hz的频率闪烁3 s后熄灭，东西方向黄灯亮点亮，维持2 s。到了2 s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25 s，东西方向的红灯同时亮30 s，到了25 s后，南北方向的绿灯以0.5 Hz的频率闪烁3 s后熄灭，南北方向的黄灯点亮2 s。到了2 s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24 V直流电源，输入/输出端分别连接24 V电源正极和设备端。

2.3 软件程序

本设计采用STEP7 Micro-WIN/SMART平台，是专门为西门子S7-200SMART PLC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。

根据PLC程序写出的相对应的符号表，如图6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SMART  LINE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60 s（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。30 s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S7-200 SMART PLC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S7-200SMART PLC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S7-200SMART PLC编程技巧与案例[M].北京：化学工业出版社.2017.

【作者简介】

陈晓勇，男，1984年出生，高级工程师，学士，研究方向为产品质量检验检测。

袁松，男，1968年出生，教授级高级工程师，学士，研究方向为产品质量检验检测。

齐丽曼，女，1977年出生，高级工程师，学士，研究方向为产品质量检验检测。