城市道路车流量大，容易造成“堵车”现象。要想解决城市红绿灯处的“大堵车”现象，改善红绿灯处交通灯控制系统是很有必要的。本文对十字路口交通灯控制电路系统进行设计，详细介绍了交通灯的正常运行和急车强通运行情况，通过装有MCGS组态软件的计算机作为上位机监控，由西门子S7－200PLC作为下位机控制交通灯信号系统。

1、控制系统要求

十字路口交通灯控制系统采用“红灯—黄灯—绿灯”固定的转换间隔自动切换，同时考虑到不同时刻车辆流通的特殊情况和消防车、警车及救护车的特殊通行，增加智能急车强通控制。

1．1、正常时序控制

当启动开关断开时，所有的信号灯全部熄灭。当启动开关接通时，信号灯先按照南北红灯亮9s，同时东西绿灯亮4s，4s后东西绿灯闪烁3s，3s后东西绿灯熄灭东西黄灯亮2s;随后东西方向与南北方向互相切换，东西红灯亮9s，同时南北绿灯亮4s，4s后南北绿灯闪烁3s，3s后南北绿灯熄灭南北黄灯亮2s，依次循环，工作时序如图1所示。

图1 交通灯正常工作时序

1．2、急车强通时序控制

当有急车来时，急车强通开关接通，中断原来的交通灯状态，使急车通行的方向绿灯亮，直至急车通过为止。急车一过，将急车强通开关断开，交通信号灯立刻转为急车通行方向上的绿灯闪烁3s，随后按照正常时序控制。如果南北和东西两个方向先后有急车驶来，急车强通信号先响应先来的一方，随后再响应另一方。

2、控制系统硬件设计

该系统采用西门子S7－200PLC，为了能达到较好的教学效果，采用红、绿、黄三种发光二极管模拟交通信号灯，七段数码显示器显示工作时间，根据系统的输入输出点数采用CPU226AC/DC型PLC，共有24输入点，16个输出点，系统I/O地址定义如表1所示。

表1 交通灯控制系统I/O分配表

由于东西和南北方向的信号灯显示时间一致，故采用信号灯并联，以节约PLC输出点数。考虑到发光二极管和七段数码管的耐压情况，采用在PLC的输出端串联2kΩ电阻限流，七段数码显示器使用SM4205共阴型数码显示器，相应的硬件接线图形如图2所示。

图2 西门子S7-200PLC硬件接线图

3、PLC梯形图设计

常见的交通灯控制程序采用多个定时器设计，程序繁琐复杂。在此采用一个定时器，通过数据比较指令，把信号灯闪亮的时间顺序依次分段，并采用特殊存储器SM0．5实现东西绿灯和南北绿灯的闪烁。用SEG指令把时间译码送到七段数码管显示。用4个位存储器实现互锁和强通信号结束标志。程序简单，思路清晰，易于理解。梯形图程序如图3所示。

图3 交通灯PLC梯形图

4、监控系统设计

4．1、组态界面设计

打开MCGS组态软件，在组态环境的“用户窗口”中组态动画，根据工具箱提供的绘画工具，设计十字交通灯监控系统画面如图4所示。

图4 MCGS组态界面

4．2、PLC与MCGS软件通讯设置

上位机PC通过MCGS组态软件采集下位机PLC的信号，实时显示十字路口东西南北的信号灯信息，同时通过对PLC的位存储器操作也可以对路口交通灯进行控制。在MCGS组态环境的“设备窗口”中选择“通用串口父设备”及“西门子S7－200PPI”，在“串口通讯父设备”根据西门子PPI通讯协议设置参数为：通讯波特率9600，数据位位数为8，停止位位数为1，数据校验方式为偶校验，串口通讯号为com1，最小采样周期为10ms，如图5所示。

图5 MCGS串口父设备设置

4．3、PLC存储器参数设置

根据组态界面的相关构件在PLC中设置相应参数，I0．0－I0．2为输入开关设置为只读PLC数据，Q0．0－Q0．6为信号灯输出设置为只读PLC数据，M2．1、M2．2为东西和南北的急车强通监控开关设置为读写PLC数据，VB100为信号灯时间变化周期设置为只读PLC数据，并将这些通道数据与实时数据库定义的变量连接起来，如图6所示。

当上位机和下位机连接成功后，给PLC输入开关信号，组态软件通过串口采集的数据就能在组态画面上模拟信号灯的颜色变化，实现十字路口交通情况的检测。

图6 MCGS通道数据连接设置

5、结束语

MCGS组态软件以实时数据库为核心，通过对下位机相应的存储器进行数据采集，数据处理，并在动画界面上实现数据的可视化，动画效果直观，提高了学生的兴趣，有利于解决PLC教学过程中理论联系实际的问题，使学生的编程练习目的性强，效果易检验，具有一定的教学意义。