交通信号灯的实验画面设计探讨

2022-09-21 16:40:56 来源:写作指导

【摘要】本设计采用西门子S7-200smartPLC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

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

2.3软件程序

本设计采用STEP7Micro-WIN/SMART平台,是专门为西门子S7-200SMARTPLC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。

2.4触摸屏

本交通信号灯的实验画面设计采用西门子SMARTLINE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60s(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。30s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S7-200SMARTPLC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S7-200SMARTPLC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S7-200SMARTPLC编程技巧与案例[M].北京:化学工业出版社.2017.

作者:陈晓勇 袁松 齐丽曼 单位:抚顺市产品质量监督检验所