徐暉

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，安徽蕪湖241000）

基于PLC的十字路口護(hù)欄系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐暉

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，安徽蕪湖241000）

針對(duì)城市交通中對(duì)行人和非機(jī)動(dòng)車的有效管控較為缺乏的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了基于PLC控制的十字路口護(hù)欄系統(tǒng)。系統(tǒng)配備了基于MCSG的組態(tài)設(shè)備，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控、手動(dòng)調(diào)試，并易于與現(xiàn)有交通燈系統(tǒng)進(jìn)行融合，可在紅燈亮?xí)r自動(dòng)放下護(hù)欄，有效避免行人及非機(jī)動(dòng)車闖紅燈、擾亂交通的現(xiàn)象。

PLC；護(hù)欄系統(tǒng)；MCGS

隨著城市發(fā)展，交通壓力不斷增大，尤其在十字路口，闖紅燈、人車爭(zhēng)路等行為不僅影響交通秩序，也嚴(yán)重威脅行人生命安全，這已成為影響城市居民生活的重要問題。目前對(duì)機(jī)動(dòng)車已有非常完善的監(jiān)控系統(tǒng)和懲罰機(jī)制，但對(duì)行人和非機(jī)動(dòng)車，絕大多數(shù)地方也僅有交通協(xié)管員現(xiàn)場(chǎng)勸導(dǎo)一種方法。本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC的自動(dòng)護(hù)欄系統(tǒng)。當(dāng)紅燈將要亮起的時(shí)候，護(hù)欄自動(dòng)放下，讓行人和非機(jī)動(dòng)車無法通過；當(dāng)綠燈即將亮起時(shí)，護(hù)欄自動(dòng)升起，交通放行。

1 整體控制思路

1.1 系統(tǒng)基本組成

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口4個(gè)方向4條非機(jī)動(dòng)車道和4條人行道的共同管控。在非機(jī)動(dòng)車道與人行道口的交會(huì)處，共設(shè)置了8套護(hù)欄基站，每套基站都負(fù)責(zé)兩根護(hù)欄的升降。兩根護(hù)欄成90°，一根管控人行道，一根管控非機(jī)動(dòng)車道（圖1）。為應(yīng)對(duì)一些系統(tǒng)無法自動(dòng)處理的情況，及方便監(jiān)控檢修，系統(tǒng)配備了MCGS昆侖通態(tài)7寸觸摸屏以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。

1.2 動(dòng)作流程

本文的設(shè)計(jì)是在紅綠黃三燈控制的十字路口交通燈系統(tǒng)基礎(chǔ)上改造的?；驹诮邮盏剿诜较蚣t燈將要亮起的信號(hào)時(shí)，便驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使護(hù)欄緩緩放下，為了提醒行人及車輛注意，護(hù)欄上的指示燈開始閃爍，喇叭提示音同時(shí)響起；當(dāng)接收到所在方向綠燈將要亮起的信號(hào)時(shí)，護(hù)欄升起，交通放行。在整個(gè)流程中，最重要的是護(hù)欄開始升降的時(shí)刻，也就是獲取啟動(dòng)護(hù)欄動(dòng)作信號(hào)的時(shí)刻。為了與現(xiàn)有交通燈系統(tǒng)對(duì)接，系統(tǒng)設(shè)定以黃燈的亮滅作為控制信號(hào)，如：當(dāng)東西向黃燈亮起時(shí)，表明該方向即將變?yōu)榧t燈，這時(shí)，該方向護(hù)欄開始下降，護(hù)欄降下所用時(shí)間與黃燈變?yōu)榧t燈時(shí)間相同；當(dāng)南北向黃燈亮起時(shí)，表明東西向即將轉(zhuǎn)為綠燈，此時(shí)東西向護(hù)欄上升，護(hù)欄升起時(shí)間與紅燈變?yōu)榫G燈時(shí)間相同。

2 系統(tǒng)電路硬件及組成

圖1 基站分布圖

該系統(tǒng)電氣控制部分由PLC和8處基站構(gòu)成，每處基站均配有4個(gè)電機(jī)、4個(gè)限位開關(guān)、1組燈帶、1個(gè)喇叭，及用于控制這些器件的電磁閥若干。

本文選擇西門子S7-200作為系統(tǒng)控制器。S7-200具有價(jià)格便宜、功能齊全、安裝簡(jiǎn)單、維修方便、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。由于系統(tǒng)中使用I/O接口較多，達(dá)35/ 24個(gè)，超過S7-200系列PLC自帶的I/O口數(shù)量 （如CPU224xp自帶I/O口僅為14/10個(gè)），故本系統(tǒng)還連接3個(gè)8輸入8輸出的數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊EM223，共可提供數(shù)字I/O口38/34個(gè)。I/O口分配如表1所示。

為節(jié)省I/O口，將警示燈帶和喇叭控制線的兩電極中的一個(gè)極接到基站電磁閥的信號(hào)端，這樣，只要電機(jī)啟動(dòng)，警示燈帶及喇叭都會(huì)同時(shí)啟動(dòng)。

表1 I/O分配

CPU224基本模塊接線如圖2所示。各個(gè)電機(jī)需實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)時(shí)，其正反轉(zhuǎn)線圈不僅在程序中要實(shí)現(xiàn)互鎖，在硬件接線中也需實(shí)現(xiàn)互鎖，以確保電源不被短接。各擴(kuò)展I/O模塊接線與基本模塊類似，各傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)需經(jīng)外接電源接到對(duì)應(yīng)I/O端與公共端之間。

圖2 CPU224基本模塊接線圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 護(hù)欄自動(dòng)控制流程

系統(tǒng)流程圖及部分程序如圖3和圖4所示。

系統(tǒng)上電后，PLC在開始掃描的第一個(gè)周期進(jìn)行初始化復(fù)位，經(jīng)觸摸屏觸發(fā)自動(dòng)模式之后，開始等待交通燈黃燈信號(hào)。東西、南北向分別獨(dú)立編程。以東西向?yàn)槔寒?dāng)東西向黃燈亮起時(shí)，東西向基站接收到啟動(dòng)信號(hào)，4臺(tái)電機(jī)緩慢反轉(zhuǎn)帶動(dòng)護(hù)欄下降。護(hù)欄下降經(jīng)過齒輪變速，以確保下降時(shí)間與黃燈變?yōu)榧t燈的時(shí)間相同。當(dāng)護(hù)欄下限位通電時(shí)，表示護(hù)欄已下降到位，系統(tǒng)開始等待南北方向黃燈信號(hào)。當(dāng)南北方向黃燈亮起時(shí)，表明南北方向即將轉(zhuǎn)為紅燈，即東西方向即將轉(zhuǎn)為綠燈。東西向電機(jī)得到啟動(dòng)信號(hào)并開始正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)護(hù)欄上升。當(dāng)上限位通電時(shí)，表明護(hù)欄上升到位，系統(tǒng)開始等待東西方向黃燈信號(hào)。如此循環(huán)。

圖3 流程圖(以南北方向某個(gè)電機(jī)為例)

圖4 護(hù)欄運(yùn)行部分程序

3.2 MCGS觸摸屏與PLC通信的建立

在使用S7-200 CPU224xp系列PLC時(shí)，因其自帶有RS232接口，故可直接用電纜與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行通信。在建立通信時(shí)，PLC一側(cè)使用默認(rèn)設(shè)置即可；而MCGS組態(tài)軟件一側(cè)則需做一系列設(shè)置，以使建立通信后組態(tài)內(nèi)的地址與PLC內(nèi)部寄存器實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)。建立過程如下：首先，在MCGS設(shè)備窗口中添加一個(gè)通用串口設(shè)備；然后，在其下選擇西門子S7-200 PPI的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，并進(jìn)行常用通信參數(shù)（如串口端口號(hào)）的選擇，同時(shí)設(shè)置波特率、停止位和校驗(yàn)方式等參數(shù)；設(shè)置完成后，建立通信的條件已具備，可連接PLC與觸摸屏，即可設(shè)定PLC存儲(chǔ)單元與觸摸屏存儲(chǔ)單元的對(duì)應(yīng)、觸摸屏存儲(chǔ)單元與組態(tài)界面各元件地址的對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)觸摸屏界面上各圖形符號(hào)與PLC內(nèi)部各存儲(chǔ)單元的一一連通。

PLC與觸摸屏之間的通信建立后，只需在PLC內(nèi)輸入如圖5所示程序，即可實(shí)現(xiàn)用觸摸屏觸點(diǎn)控制電機(jī)。

圖5 部分觸摸屏觸點(diǎn)地址驅(qū)動(dòng)程序

4 結(jié)束語

本文利用S7-200 PLC和MCGS昆侖通態(tài)觸摸屏，構(gòu)建了一個(gè)十字路口護(hù)欄控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過與已有交通燈系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)護(hù)欄的升降，對(duì)非機(jī)動(dòng)車道及人行道實(shí)現(xiàn)了管控，可有效地避免闖紅燈等情況出現(xiàn)，對(duì)維護(hù)交通秩序、緩解交通壓力具有一定的價(jià)值。

［1］ 廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：41-52.

［2］ 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司.MCGS工控組態(tài)軟件應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2003：16-31.

［3］ 唐瑞尹，姚征，何鴻鯤.基于PLC交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)在組態(tài)王中的實(shí)現(xiàn)［J］.河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（增刊1）：29-32.

［4］ 翟心愿，晏康，孫棟平，等.組態(tài)技術(shù)和PLC在人行道護(hù)欄控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（3）：272-276.

［5］ 樊戰(zhàn)亭，王鵬.順控法編程在交通燈控制中的應(yīng)用研究［J］.咸陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)：2010（6）：16-19.

【責(zé)任編輯 梅欣麗】

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

徐暉(1983-)，男，安徽蕪湖人，講師，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化。