设计PLC智能交通灯控制系统.docx

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1、武汉职业技术学院毕业论文课题名称：智能交通灯控制系统设计姓名：裴仔班级：机电11303专业：机电一体化指导老师：朱晓玲时间:2014年3月2日摘要针对近年来都市交通的拥挤现象,尤其是驾驶员违章严重、交通事故频发、车辆尾气污染等问题,简介了集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统。在系统的设计中，重要使用了PLC和传感器相结合的措施，自动获取车辆数据，根据对应流量状况自动增长或减少绿灯时长，进行智能控制。该系统的安装可以大大缓和了都市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力。减少了驾驶员违章的次数,克制了交通事故B发生,同步对减轻车辆尾气排放,从而减少环境污染都起到

2、了不可低估的作用。分析了现代都市交通控制与管理问题的现实状况，结合城镇交通日勺实际状况论述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简朴实用的都市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。关键词PIC控制系统交通灯智能控制目录1引言51.1 都市B现实状况51.2 研究目B和意义51.3 重要研究内容72智能交通灯B理论和措施101.1 传感器的选择101.2 智能交通信号灯正常控制方式111.3 急车强通控制方式123 PLC硬件设计133.1 PLC日勺构造及工作原理133.2 PLC日勺地址分派153.3 I/O分派点数估算163.4 PLC的选型163.5 PLC硬件电路图174 PLC软件编程设

3、计194.1 PLC梯形图194.2 程序语句表21结论22参考文献241引言1.1 都市的现实状况伴随社会经济的发展，都市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要处理的重要问题之一。都市交通控制系统是用于都市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代都市交通监控指挥系统中最重要的构成部分。都市机动车量的不停增长，许多大都市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的状况，因此，自80年代后期，这些都市纷纷修建都市高速道路，在高速道路建设完毕B初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，伴随交通量的迅速增长和缺乏对高速道路的系统研究和

4、控制，高速道路没有充足发挥出预期B作用。而都市高速道路在构造上的特点，也决定了都市高速道路日勺交通状况必然受高速道路与一般道路耦合处交通状况的制约。因此，怎样采用合适的控制措施，最大程度运用好花费巨款修建的都市高速道路，缓和主干道与匝道、城区同周围地区B交通拥堵状况，越来越成为交通运送管理和都市规划部门亟待处理的重要问题。1.2 研究目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力B保障。不过伴随社会、经济0迅速发展，原先日勺交通灯控制系统已经不能适应目前日益繁忙B交通状况。怎样改善交通灯控制系统，使其适应目前的交通状况，成为研究的课题。老式的十字路口交

5、通控制灯，一般的做法是：事先通过车辆流量的调查，运用记录的措施将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定B,有的路口在不一样的时段甚至也许产生很大的差异。虽然是通过长期运行、较合用0方案，仍然会发生这样0现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等待通过。这种流量变化的偶尔性是无法建立精确模型B,记录的措施已不能适应迅猛发展0交通现实状况，更为现实的需要是能有一种可以根据流量变化状况自适应控制的交通灯。目前，大部分都市中十字路口交通灯aJ控制普遍采用固定转换时间间隔的J控制措施。由于十字路口不一样步刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定期间B控

6、制措施，常常导致道路有效运用时间0挥霍，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此,采用不依赖数学模型的模糊控制措施设计交通灯控制器,能很好地处理这个问题。此外伴随众多高科技技术在平常生活0普遍应用，都市空中多种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了可以在恶劣的电磁干扰环境下正常工作HPLC是必要时。伴随科学技术B日新月异，自动化程度规定越来越高，原有B交通灯装置远远不能满足目前高度自动化的需要。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充足运用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充足吸取了分散式控制系统

7、和集中控制系统B长处，采用原则化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态以便。本系统就是应用可编程序控制器（PLC）对十字路口交通控制灯实现控制。1.3 重要研究内容由于都市的高速发展，交通障碍也随之增长，为了实现交通道路的管理，力争交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计措施，试验证明该系统实现简朴、经济，可以有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。分析了现代都市交通控制与管理问题日勺现实状况,结合交通的实际状况论述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简朴实用日勺都市交通灯控制系统的PLC设计方案。本课题重要应用传感器与PlC相结合，以车辆等待绿灯

8、的滞留数来确定该该方向与否繁忙。如下图1以南北向为例，每当车辆进入十字路口必先通过检测器1和3,检测器就会发生2个脉冲给PLC,PLC对检测器1和3的计数就可得到车辆进入候车入口的J总数和Y。车辆继续往前就会通过检测器2和4,同样检测器2和4也会发出2个脉冲给PLC,PLC对检测器2和4脉冲B计数就会得到车辆驶出候车入口的总数和X,那么Y（进入总量）7（驶出总量）=Zl（南北向车辆滞留数），同样，东西方向，PLC通过对检测器脉冲的计数就可得到滞留量Z2。绿黄(S)红红黄东绿十字路口交通灯状态图十字路口传感检测器布置设Zl-Z220,则南北方向繁忙，东西一般，南北直行绿灯时长加5s,南北左转绿灯

9、时长加5s,东西红灯时长加10s。Zl-Z2-20,则东西方向繁忙，南北一般，东西直行绿灯时长加5s,东西左转绿灯时长加5s,南北红灯时长加10s。-20=Zl-Z2=20,则设为一般状况，控制灯正常闪亮。绿灯时长控制绿灯时长南北东西繁忙一般繁忙正常东西直行绿灯加5s,东西左转绿灯加5s一般南北直行绿灯加5s,南北左转绿灯加5s正常以上车辆的计数和车流量的比较及绿灯时间长度控制所有由PLC完毕。各检测器时刻检测车辆，在一种红绿灯周期中，每当东西或南北绿灯亮之前，PLe都要根据脉冲B计数鉴定东西、南北0车流规模，然后根据以上简述日勺智能控制原则，调整绿灯时长。确定各路口绿灯时长发出控制信号交通信

10、号灯交通流感应控制的原理框图2智能交通灯的理论和措施2.1 传感器的选择车辆检测器选用品有高精确率、低成本、高可靠性的光电传感器。光电开关（光电传感器）是光电靠近开关的简称，它是运用被检测物对光束B遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接受器再根据接受到时光线的强弱或有无对目的物体进行探测。感应控制是本系统的重点也是不一样于一般交通信号控制之处，其重要思想为：光电传感器检测十字路口各方向卧J车流，每当有车辆通过，检测器就会发出一种脉冲并传播给PLC（如图）,PLC通过对脉冲的计数就可得到

11、各方向的车流量,然后PLC通过一定日勺智能控制原则根据各方向车流量0大小自然B变化对应的绿灯灯亮时间从而尽量减少车辆等待时间。检测仪的输出有车辆经过没有车辆经过信号输出2.2 智能交通信号灯正常控制方式信号灯受启动开关控制。当启动开关接同步，信号灯系统开始工作，启动开关断开时所有信号灯熄灭。一般状况下，先南北红灯亮50S,南北绿灯亮20S,闪烁3S,黄灯亮2S,此时南北左转红灯亮了75S,然后南北直通红灯亮25S,同步南北左转绿灯亮20S,闪烁3S,黄灯亮2S。东西方向则是先直通绿灯亮20S,闪烁3S,黄灯亮2,然后红灯亮25S,此时东西左转灯红灯先亮25S,然后左转绿灯亮20S,闪烁3S,黄

12、灯亮2S,然后东西直通红灯和左转红灯都亮50S。当某方向繁忙时（假设南北繁忙）。检测开关SB3自动闭合，南北绿灯时长加5s,东西红灯时长增长5s,其他时间不变，再循环。南北绿灯和东西绿灯不能同步亮，假如同步亮则报警并关闭系统。南北向 东西向直通道左转道直通道左转道红灯50s绿灯20s3s2s红灯25s红灯50s红灯25s绿灯25F_IIIll绿灯20s红灯25s红灯50si-J-11红灯25s绿灯20sF红灯50sIIIII交通正常灯工作时序图2.3 急车强通控制方式急车强通信号受急车强通开关控制。无急车时，信号灯按正常时序控制。有急车来时，将急车强通开关接通，不管本来信号灯B状态怎样，一律强

13、制让急车来车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。急车一过，将急车强通开关断开，控制灯恢复正常，急车强通信号只能响应一路方向0急车，若两个方向先后来急车，则响应先来的I一方，随即再响应另一方。若2个方向同步来急车，则按急车强通控制图东西，南北次序依次响应。3PLC硬件设计3.1 PLC的构造及工作原理PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件构造基本上与微型计算机从构造上分，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一种不可拆卸B整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可

14、以按照一定规则组合配置。中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接受并存储从编程器键入的顾客程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定期器欧J状态；并能诊断顾客程序中H语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从顾客程序存储器中逐条读取顾客程序，通过命令解释后，按指令日勺规定执行逻辑或算数运算B成果送入I/O映象区或数据寄存器内，等所有的顾客程序执行完毕之后，最终将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到对应时输出装置，如此循环运行直到停止运行。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三

15、个阶段，即输入采样、顾客程序执行和输出刷新三个阶段。完毕上述三个阶段称作一种扫描周期。在整个运行期间，PLCBCPU以一定B扫描速度反复执行上述三个阶段。1输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的对应得单元内。输入采样结束后，转入顾客程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，虽然输入状态和数据发生变化，I/O映象区中日勺对应单元的状态和数据也不会变化。因此，假如输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须不小于一种扫描周期，才能保证在任何状况下，该输入均能被读入。2顾客程序执行阶段在顾客程序执行阶段，PLC总是按由上而下B次序依次地扫描顾客程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边日勺由各触点构成B控制线路，并按先左后右、先上后下日勺次序对由触点构成日勺控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的成果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位B状态；或者确定与否要执行该梯形图所规定B特