基于PLC的智能交通信号灯控制系统分析.doc

期末考试论文 课程名称： 系统工程导论 系 别： 机电工程系 专业班级： 自动化1003班 学 号： 1009101056 姓 名： 完成日期： 2013.11.10 2013年11月10 摘 要判断两个方向的拥堵情况，若一个方向发生拥堵，另一个方向没有拥堵，就调整红绿灯的时长。如果不满足时间调整的条件，则按正常的设定时间循环。车辆的流量记数，交通灯的时长控制由PLC来实现。关键词：智能交通，车流量，PLC ABSTRACT Depending on the judgment of two direction of congestion，if one is in heavy traffic and the other is not，then adjust the time , extending jams the direction of traffic time. If it doesn”t meet the conditions for time adjustment, then account accord to the normal time cycle. The counted number of the vehicle flow and control of the hours of the traffic lights can be realized by PLC.Key words: intelligence traffic，vehicle flow number，PLC 目录摘要I第1章 引言11.1 PLC交通灯的国内外发展状况11.2 本文研究的目的及意义11.3 本文主要研究内容1第2章 系统硬件设计22.1 传感器的分类及选择22.2 感应控制的实现32.3 可编程控制器的选型32.3.1 PLC的一般结构3 2.3.2 PLC的基本工作原理42.4 PLC器件的选型4第三章 智能交通灯系统程序设计.4 3.1 I/O分配表.43.2 PLCI/O接口电路63.3 十字路口交通信号布置图63.4 交通灯正常控制方式73.5 急车强通控制方式133.6 堵车时的交通灯控制方式153.7 夜间交通灯控制方式20参考文献.22 基于PLC的智能交通信号灯控制系统分析 第1章 引言1.1 PLC交通灯的国内外发展状况 智能交通系统的发展，最早可以追溯到20世纪七八十年代的一系列车辆导流系统新技术的开发和应用。1991年美国通过“地面交通效率法”（ISTEA），从此美国的IVHS研究开始进入宏观运作阶段。1994年，美国将IVHS更名为ITS。之后，欧洲、日本等也相继加入了这一行列。我国ITS 的发展起步较晚，70年代以来，从国外引进、消化了一些项目，并进行了一些ITS或类ITS基础项目的研究和应用。70年代中至80年代初，主要是进行城市交通信号控制试验研究，80年代中至90年代初，在一些大城市引进和消化城市交通信号控制系统，实现了一些（高速）公路监控系统、高等级公路电子收费系统和路边信息服务系统。90年代中以来，开始研究部门ITS发展战略和GIS、GPS、EDI在交通中的应用等，重视交通信息网络的建设，公路和桥梁管理用基础数据库和道路交通量和气象数据采集等。1.2 本文研究的目的及意义智能交通系统（ITSIntelligent Transport Systems）ITS是一个跨学科、信息化、系统化的综合研究体系，其主要内容是：将先进的人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息与通讯技术及电子传感技术等有效的集成，并应用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。交通控制系统是ITS研究的一个重要方面。由于交通系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性，用传统的理论与方法很难对其进行有效的控制。把先进的智能控制技术、信息融合技术、智能信息处理技术与交通管理技术结合起来，代表着城市交通信号控制系统发展的方向。1.3 本文主要研究内容应用可编程控制器S7200对十字路口交通信号灯进行控制。用压电传感器探测车辆的数量，利用PLC来控制交通灯的时长。在入路口的方向附近的地下按要求埋设感应线圈，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并利用PLC计数，来调节红绿灯的时长。PLC输入端接受来自各个路口的车辆探测器探测得到的输出标准电脉冲，输出接十字路口的红绿信号交通灯。 以上车辆的计数和车流量的比较及绿灯时间长度控制全部由PLC完成。各检测器时刻检测车辆，在一个红绿灯周期中，每当东西或南北红绿亮之前，PLC都要依据脉冲的计数判定东西、南北的车流规模，然后根据以上简述的智能控制原则，调整交通灯的时长。交通路口检测车流量图如图1.1。图1.1 交通路口检测车流量图 第2章 系统硬件设计2.1 传感器的分类及选择 传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的，便于处理的另一种物理量的测量器件。按照测量的原理分类，可以分为电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。而智能交通信号控制系统中最主要用到的是压电传感器。压电传感器的特点:结构简单、体积小、质量累世、功耗小、寿命长，特别是它具有良好的动态特性。其测量参数主要有三个，即力测量、压力测量、加速度测量2.2 感应控制的实现 感应控制是本系统的重点也是不同于一般交通信号控制系统之处，从本质上讲，这种控制是将“反馈”引入交通控制中。它可以实现输出参量跟踪输入参量的变化。如图2.4。图2.4 感应控制的原理框图2.3 可编程控制器的选型2.3.1 PLC的一般结构PLC采用了典型的计算机结构，主要有处理器、存储器、输入输出接口电路、电源等组成。如图2.5所示。图2.5 PLC的结构2.3.2 PLC的基本工作原理PLC是以微处理器为核心的数字式电子自动控制装置,是一种专用微机，它采用循环扫描工作方式。在PLC中用户程序按先后顺序存放。对每个程序，处理器从第一条指令开始执行，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。2.4 PLC器件的选型设计中，输出信号有东西方向和南北方向的指示信号灯。由于同种颜色的指示灯同时工作，为节省输出点，采用并联输出方式。CPU224可以满足要求。因此选择CPU224为本次设计的主控制器元件。 第3章 智能交通灯系统程序设计3.1 I/O分配表表4.1 I/0分配表符号地址注释南北红M0.0南北红南北绿M0.1南北绿南北黄M0.2南北黄东西红M0.3东西红东西绿M0.4东西绿东西黄M0.5东西黄南北左红Q0.6南北左红南北左绿Q0.7南北左绿东西左红Q1.0东西左红东西左绿Q1.1东西左绿南北红定时器T37南北红定时器南北绿定时器T38南北绿定时器南北黄定时器T39南北黄定时器南北左红定时器T40南北左红定时器南北左绿定时器T41南北左绿定时器东西红定时器T42东西红定时器东西绿定时器T43东西绿定时器东西黄定时器T44东西黄定时器东西左红定时器T45东西左红定时器东西左绿定时器T46东西左绿定时器南增脉冲I0.0南增脉冲南减脉冲I0.1南减脉冲北增脉冲I0.2北增脉冲北减脉冲I0.3北减脉冲东增脉冲I0.4东增脉冲东减脉冲I0.5东减脉冲西增脉冲I0.6西增脉冲西减脉冲I0.7西减脉冲红灯输出Q0.0红灯输出绿灯输出Q0.1绿灯输出黄灯输出Q0.2黄灯输出夜间定时器1T47夜间定时器1夜间定时器2T48夜间定时器2南北急车定时器T49南北急车定时器东西急车定时器T50东西急车定时器急车定时器1T51急车定时器1急车定时器2T52急车定时器2夜间模式按钮I1.0夜间模式按钮南北急车I1.1南北急车东西急车I1.2东西急车关闭按钮I1.3关闭按钮3.2 PLCI/O接口电路PLCI/O接口电路如图3.1。图3.1 PLC的硬件电路接线3.3 十字路口交通信号布置图（1）南北主干道 南北主干道的交通灯有5个，分别是直行红灯、直行绿灯、直行黄灯、左转红灯和左转绿灯。（2）东西主干道 东西主干道的交通灯也有5个，分别是直行红灯、直行绿灯、直行黄灯、左转红灯和左转绿灯。3.4 交通灯正常控制方式（1）交通信号灯受启动开关控制。当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，启动开关断开时所有信号灯熄灭。正常情况下，按下启动按钮后，交通灯控制系统开始工作。南北直通红灯亮50S，同时南北左转红灯亮了50S，然后南北直通绿灯亮20S，南北直通黄灯亮5S，同时南北左转弯红灯亮25S,接着南北直通红灯亮25S，同时南北左转绿灯亮25S。东西方向则是先直通绿灯亮20S，黄灯亮5S，然后红灯亮25S，同时东西左转灯红灯先亮25S，然后左转绿灯亮25S, 然后东西直通红灯和左转红灯都亮50S，这样一直循环反复，周而复始。（2）交通灯正常工作时序图见图3.2。图3.2 交通灯正常工作时序图（3）控制要求流程图如图3.3。图3.3 交通正常灯工作流程图（4）正常状况程序图。南北红绿灯输出：定义南北红定时器中间变量VW10，南北绿定时器VW20。当南北通道处于正常状态时，送750给VW10，送200给VW20；当处于堵车状态时，送700给VW10，送250给VW20。设计了一个自锁电路，让南北红灯在正常状况下是持续点亮75秒，而在堵车状态时点亮的时间缩短5秒为70秒。南北绿灯点亮的原理同南北红灯。 东西红绿灯输出：定义东西绿定时器中间变量VW30，东西红定时器VW40。当东西通道处于正常状态时，送750给VW40，送200给VW30；当处于堵车状态时，送700给VW40，送250给VW30。东西红绿灯点亮的原理同南北红绿灯。南北左转红灯输出：南北左转红灯点亮75秒。南北左转绿灯输出：南北左转绿灯点亮75秒。东西左转红灯输出：东西左转绿灯输出：3.5 急车强通控制方式（1）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，不管原来信号灯的状态如何，一律强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的急车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。若2个方向同时来急车，则按东西，南北顺序依次响应。（2）急车强通交通灯工作流程图见图3.4。图3.4 急车强通交通灯工作流程图（3）急车强通程序图。如果南北方向有急车，则让南北方向的绿灯点亮，同时东西方向的红灯点亮。如果东西方向有急车，则让东西方向的绿灯点亮，同时南北方向的红灯点亮。若2个方向同时来急车，则按东西，南北顺序依次响应。3.6 堵车时的交通灯控制方式 （1）本课题主要应用传感器与PLC相结合，以车辆等待绿灯的滞留数来确定该方向是否繁忙。若南北方向和东西方向有一个方向的滞留数达到了20，并且该方向的这个滞留数至少要比另一个方向的最大滞留数多10，则认为此方向发生交通拥堵。若南北方向和东西方向同时繁忙，则认为顺畅通行，交通灯正常闪亮。（2）堵车时的交通灯工作流程图3.5。图3.5 堵车时的交通灯工作流程（3）判断堵车图3.6 堵车时的交通灯工作流程图（4）堵车状态下的程序图。读取车流量： 判断是否堵车： 有一个方向的滞留数达到了20，并且该方向的这个滞留数至少要比另一个方向的最大滞留数多10。3.7 夜间交通灯控制方式（1）晚上10时至次日早上6：30这个时段内，路上车流量不大，这个时段内使用黄灯闪烁，根据车辆优先通行原则在确保安全的情况下通行。（2）夜间模式交通灯工作流程图见图3.7。闭合夜间模式按钮式夜间模式所有黄灯持续闪烁,其他的灯全部熄灭断开夜间模式按钮图3.7 夜间模式交通灯工作流程图（3）夜间模式程序图。按下夜间模式按钮，东西南北黄灯全被点亮，点亮2秒，熄灭2秒，一直循环，持续闪烁。参考文献1 洪清辉，何燕阳.基于PLC的交通灯智能控制J.漳州师范学院院报,2005,NO.3:66-702 梁森.自动检测技术及应用M.北京：机械工业出版社，20063 周培森.自动检测与仪表M.北京：清华大学出版社，19874 黄娟飞.基于PLC的自适应交通灯智能控制系统D.南昌：南昌大学,20095 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7200PLCM.北京:北京航天航空大学出版社，20036 何献忠.可编程控制器应用技术（西门子S7-200系列）M.北京：清华大学出版社，20077 刘艳军，张春青.基于PLC的交通灯控制系统设计及教学应用J.科技创新导报，2011,NO.20:152-1538 林春方.电气控制与PLC原理及应用M.上海：上海交通大学出版社，20089 李伟.机床电器与PLCM.西安：西安电子科技大学出版社，200610 刘智勇.智能交通控制理论及其应用M.北京：科学出版社， 200111 常斗南.可编程序控制器原理应用实验M.北京：机械工业出版社,199812 廖常初.PLC基础及应用M.北京：机械工业出版社， 2004