摘要：地铁是现代城市交通的新兴产物，这种新型交通方式带给人们的衣食住行等方面的便利。而在地铁中信号灯状态指示不仅能够解决乘客错过站点的问题，还能降低乘客因列车内嘈杂环境所引发的误站事发率。本课题研究的是地铁信号灯自动报站系统设计，该系统设计选用西门子S7-1200 PLC与西门子人机界面通信组态连接，实现对地铁信号灯智能报站系统的模拟。其中PLC对列车信号灯指示实现程序控制和时间控制，而西门子人机界面实现对列车进站减速、出站加速、开关门动作以及蜂鸣器发声进行模拟。此系统设计也更具直观性、经济成本低、可靠性高、硬件安装简单和编程调试简单等特点。
关键词：S7-1200 PLC；西门子人机界面；通信组态；信号灯状态
地铁是地下交通的统称，它是在地下通道中利用有轨电力机车牵引的交通形式[1]。地铁的出现，也是现代化的标志。地下轨道交通系统中，把地铁车站与大型公共活动中心和地方标志性建筑连成一线，这也是主流趋势，未来轨道交通大发展也将会是现代城市交通的主流和倾向[2]，因其运作量大、速率快、干预力小、能耗低等特点，也被誉为现代都市的大动脉。地铁交通的主要特点如下：
（一）地铁是城市基础设施，为社会生产和人们生活方面供给最基础的服务。
（二）地铁建造成本高，规模大，资本回收周期长。
（三）地铁构建项目的规划、策划、建造和运营等各阶段，需更专业、更多企业间相互合作。
目前环境下，城市轨道交通能够很好解决城市外郊区域与城市中心之间的交通枢纽问题，这也是20世纪以来重要创新之一。
政府应将轨道交通体系的发展写进未来城市重要发展战略中，为了方便地铁在实际生活中能达到广泛应用。为此本系统主要研究地铁的信号灯信号问题。为实现可持续发展创造条件。本系统主要研究地铁信号灯的状态显示。
为此，本系统设计主要采用了西门子S7-1200 PLC和西门子人机界面等技术实现对对该系统设计的模拟[3]，其中PLC主要实现程序控制和时间控制，然后再与触摸屏组态软件通信，最后在触摸屏界面上进行模拟显示信号灯状态。因实际情况原因，本系统使用限位开关来代替传感器检测开关门信号等其他信号。
1 系统结构及硬件设计
系统主要结构包括：PC软件系统、西门子PLC模块、人机界面（HMI）模块及一些输入输出设备等。
1.1 PLC选型
可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，一般PLC能够实现逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制和通信与联网等功能的电子装置，主要应用在：开关量控制、运动控制、模拟量控制、数字量控制、数据处理、进行监控和联网通讯等方面。本系统采用S7-1200 PLC，可用于运输系统、电梯和自动扶梯、混料系统、空调系统、安全/门禁系统等多个工业控制场景，该型号PLC可扩展连接多个信号板和通信板，支持多个数字和模拟量输入/输出信号，还可与HMI通讯，正好契合本系统设计要求。
1.2 人机界面
触摸屏选用西门子系列。因为触摸屏它可与各种型号PLC、变频器、数据采集模块等多种工业控制设备通信连接，在输入设备输入参数，最后输出设备上显示出来，可实现将工业生产过程以图像形式动态地显示在触摸屏上，这也使得整个系统模拟时直观性强，而且又因其开放性好、可靠性高、扩展功能强和统一的组态软件等特点，这些优点正契合了本系统设计的原则。本系统采用限位开关来代替传感器检测装置，经多次模拟修改PLC软件程序，以达到系统设计要求。
2 软件设计及I/O表
2.1 程序设计
软件设计主要采用PLC中位逻辑指令、定时器指令来编程，部分程序结构如下：
程序1：上电初始化后，指示右行，A站、B站、C站、D站、右行1、右行2和右行3绿灯都点亮。蜂鸣器亮，开门5S，5S后关门，10S后蜂鸣器灭且关门到位。
程序2、3：关门到位后，A站红灯常亮，且右行1绿灯灭，红灯间隔1S闪烁。
程序4、5：当减速传感器检测到列车信号时，右行1绿灯灭且红灯常亮，B站绿灯灭，红灯间隔1S闪烁。
程序6：10S后，到达B站且红灯常亮，蜂鸣器亮，开门5S，5S后关门5S，10S后蜂鸣器灭且关门到位。
2.2 PLC I/O表
PLC中“I”型的输入量，对应触摸屏中的“M”型的输入量量，但原则上“I”和“M”型也可一同使用。
2.3 程序流程图
3 PLC与HMI通信
一般数据传送的通讯方式主要有：以太网连接、RS232/RS485电缆连接、USB连接和MPI/DP连接等。
本系统采用的S7-1200 PLC系列是一款紧凑型、经济性好、扩展功能强、模块化强、通讯功能强，指令集丰富的PLC，它在中小型自动化控制系统中有着广泛的应用。而且通讯时无需转换器，直接选用RS232通讯模块，这样可实现全双工通讯，另外最大优点在于该型号PLC本体就集成PROFINET接口，用户可通过该接口方便地对程序实现下载，监视等操作。还可通过此接口与其他系列PLC或其他设备间组网通讯，以便进行数据传输。
本系统就是利用PROFINET接口实现PLC和HMI间的通讯，在PLC编程软件TIA Portal STEP7中改变PROFINET接口中的以太网地址，再设置PC机和HMI组态软件的太网地址，三者地址不能相同，否则就无法通信。
5 总结
本系统通过对地铁信号灯状态模拟显示的设计研究，了解PLC技术和人机界面技术在实际生活中的应用，也深刻了解地铁在运行过程中的不足，为今后提供研究方向。
参考文献：
[1]马沂文.我国地铁发展概况[J].电力机车与城轨车辆，2003.01.
[2]向晓汉.S7-200 PLC基础与工程应用[M].北京：机械工业出版社，2014.07.
论文作者:孙刚1,陈爱1,陈超2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
标签：地铁论文; 本系统论文; 信号灯论文; 人机界面论文; 系统论文; 触摸屏论文; 组态论文; 《电力设备》2017年第17期论文;