1、毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：十字路口交通灯 PLC 控制系统设计学 院： 工程学院 专业班级： 电气工程及其自动化 0605 学生姓名： 指导教师： (讲师) 开题时间： 2010 年 4 月 2 日2十字路口交通灯 PLC 控制系统设计1. 选题的目的和意义1.1 课题的目的通过对 plc 十字路口交通灯控制系统的设计，使我了解交通灯的结构、特点、工作原理及其应用。设计的重点是利用 plc 实现对十字路口交通灯的控制，综合大学四年学到的知识完成十字路口交通灯的 plc 控制系统的设计，锻炼我运用知识和实际动手的能力。复习 plc 编程及应用的相关知识，把理论应用到实际中去，进一
2、步加深对 plc 编程及应用的理解。本次设计将使我所学的专业知识联系到一起，提高灵活运用知识和分析解决问题的能力。本课题的研究是对 plc 控制十字路口交通灯系统的有益探索，此类科技成果有助于促进我国十字路口交通灯及 plc 编程及应用控制领域的发展。1.2 课题的意义城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。目前大多采用的是自适应信号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误、停车次数等。所以经典控制法很难得到满意的效果。而模糊控制是一种无须建
3、立数学模型的控制方法，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路，达到很好的控制效果。近些年来我国的许多学者也都以不同的思路对单个交叉口、交通干线的模糊控制进行了研究，但因研究的局限性，实际中得到应用的寥寥无几，本文实现基于 PLC 的交通信号的模糊控制系统。随着我国社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，交通问题成为制约我国社会经济发展的一个大问题，我国的人口众多，现在大多数城市都经常会出现交通拥堵现象，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。随着社会的发展，一个城市的交通是否便捷是衡量其是否具有发展潜力的重要指标，目前，我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象，
4、特别是那些大城市，随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究3和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。可见改善城
5、市交通灯控制系统是多么的重要。2. 国内、外发展现状及趋势2.1 PLC 控制十字路口交通灯国外发展现状及趋势据一项对美国主要城市交通状况的调查显示：1982 年至 2000 年，美国城市在上下班高峰期间的交通堵塞状况不断加剧，由交通堵塞造成的时间和汽油浪费而带来的经济损失每年高达 680 亿美元。以广州为例来讲，现在市区平均车速只有每小时 12 公里。用这个目标速度代入欧美标准计算，广州人为交通堵塞所付出的经济代价总值:每年耗费 1.5 亿小时，减少生产总值 117 亿元。相当于该市整个生产总值的 7%!在北美、澳大利亚等大城市，道路面积率高达 35%-40%，而北京只有20%。缓解交通拥堵
6、，加快道路建设是当务之急。据悉，到 2010 年，北京将投资 500 亿元用于城市道路建设，到 2005 年，北京仅高速公路通车里程就达到600 公里。但一味发展城市道路，也会刺激私家车超常规发展，两者发展速度的失衡，最终还是逃不出“拥堵修路再拥堵”的怪圈。城市交通矛盾的日益突出，已开始影响城市的发展，解决这个问题最行之有效的良方或许就是大力发展智能化交通。智能化交通管理体系在国外已经有了 40 多年的发展历史，是目前发达国家普遍采用的交通管理方式，这种方式是在发达的交通网络基础上，应用卫星定位系统，对所辖区域的交通流量实施有效控制，使有限的交通网络功能得到充分合理的利用，极大发挥城市的载体功
7、能。智能交通系统将大大提高交通效率而节省大量的燃料和时间;除此之外，智能交通系统能够减少交通事故，减少因事故造成部分经济损失。在与世界发达国家机动车人均拥有量差距还很大的情况下，我国一些特大城市的交通拥堵已排在世界前列。2.2 PLC控制十字路口交通灯国内发展现状及趋势中国各大城市的交通系统都存在着不同程度的问题，北京、上海、广州三4大城市的公共交通出行比例都比国外大城市小，尤其是高峰时段的公共交通分担率更小。从我国目前各大城市的交通结构看，普遍存在常规公共交通系统发展不足，快速轨道交通系统发展滞后、自行车交通分担率过高、小汽车发展势头强劲的不协调现象。因此，要准确认识各种交通工具各自的使用条
8、件和服务范围，充分发挥各种交通方式的优点，使其合理分工，才能发挥整个交通系统的效率。在北京召开的“第二届国际智能交通系统技术研讨暨技术与产品展览会”上透露。我国将投资 20 亿元对北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、济南、青岛、杭州、中山 10 个城市进行交通智能化改造，到 2010 年，这 10 个城市将全部实现交通的智能化。目前国内外对智能交通系统的理解不尽相同，但不论从何种角度出发，有一点是共同的:智能交通系统是用各种高新技术，特别是电子信息技术提高交通效率，增加交通安全性和改善环境的技术经济系统。日本、欧洲等众多国家和地区在智能交通系统方面都取得了相当大的进展，对当地交通运输效率的提高
9、起了关键性的作用。从各国的发展来看，智能交通系统能使交通基础设施发挥出最大的效能，提高服务质量;同时使社会能够高效地使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会及经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道路收费系统等方面都会产生巨大的影响。3. 课题的主要工作为实现十字路口交通灯最优控制，更大程度上的缓解交通压力，我们进行了实地考察，并在原有的交通控制系统上经行了充分的改造，使其达到最优控制，从而确保车辆正常顺利的运行。本设计的主要内容：PLC 硬件设计及编程使用3.1 PLC 控制十字路口交通灯的特点交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交
10、通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。随着中国加入 WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路” ，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应适合社会实际情况。5采用 PLC 控制十字路口交通灯的特点有：1.可靠性高，抗干扰能力强2.配套齐全，功能完善，适用性强3.易学易用，深受工程技术人员欢迎4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造5.体积小，重量轻，能耗低3.2 系统组成城市交通灯控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、
11、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。直流电源 逆变器 plc 输出位置检测器控制器控制信号3.3 PLC选择世界上 PLC 产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的 PLC 技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的 PLC 产品有明显的差异性。而日本的 PLC技术是由美国引进的，对美国的 PLC 产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型
12、 PLC 上。美国和欧洲以大中型 PLC 而闻名，而日本则以小型 PLC 著称。美国是 PLC 生产大国，有100多家 PLC 厂商，著名的有 A-B 公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、西屋公司等。A-B 公司产品规格齐全、种类丰富，其主推的大、中型 PLC 产品是 PLC-5系列。该系列为模块式结构，CPU 模块为 PLC-5/10、PLC-5/12、PLC-5/15、PLC-5/25时，属于中型 PLC，I/O 点配置范围为2561024点；当 CPU 模块为 PLC-5/11、PLC-65/20、PLC-5/30、PLC-5/40、PLC-5
13、/60、PLC-5/40L、PLC-5/60L 时，属于大型PLC，I/O 点最多可配置到3072点。该系列中 PLC-5/250功能最强，最多可配置到4096个 I/O 点，具有强大的控制和信息管理功能。大型机 PLC-3最多可配置到8096个 I/O 点。A-B 公司的小型 PLC 产品有 SLC500系列等。GE 公司的代表产品是：小型机 GE-1、GE-1/J、GE-1/P 等，除 GE-1/J 外，均采用模块结构。GEl 用于开关量控制系统，最多可配置到112个 I/O 点。GE-1/J 是更小型化的产品，其 I/O 点最多可配置到96点。GE-1/P 是 GE-1的增强型产品，增加
14、了部分功能指令（数据操作指令） 、功能模块（A/D、D/A 等） 、远程 I/O 功能等，其I/O 点最多可配置到168点。中型机 GE-，它比 GE-1/P 增加了中断、故障诊断等功能，最多可配置到400个 I/O 点。大型机 GE-，它比 GE-增加了部分数据处理、表格处理、子程序控制等功能，并具有较强的通信功能，最多可配置到2048个 I/O 点。GE-/P 最多可配置到4000个 I/O 点。德州仪器（TI）公司的小型 PLC 新产品有510、520和 TI100等，中型 PLC 新产品有 TI300、5TI 等，大型 PLC 产品有 PM550、530、560、565等系列。西门子
15、PLC 主要产品是 S5、S7系列。在 S5系列中，S5-90U、S-95U 属于微型整体式 PLC；S5-100U 是小型模块式 PLC，最多可配置到256个 I/O 点；S5-115U 是中型 PLC，最多可配置到1024个 I/O 点；S5-115UH 是中型机，它是由两台 SS115U 组成的双机冗余系统； S5-155U 为大型机，最多可配置到4096个 I/O 点，模拟量可达300多路；SS155H 是大型机，它是由两台 S5-155U 组成的双机冗余系统。而 S7系列是西门子公司在 S5系列 PLC 基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中 S7-200系列属于微型 PLC、
16、S7-300系列属于于中小型 PLC、S7-400系列属于于中高性能的大型 PLC。4.设计所需条件（1）先修电力电子技术、电机拖动、plc 等相关课程。（2）掌握 plc 内部及外部的结构组成，工作原理及控制原理。（3）学习 plc 原理知识。（4）了解 plc 的工作原理及其功能。（5）大量阅读一些关于 plc 控制交通灯方面的书籍。（6）联网计算机一台。76.课题的进度安排周 次 课题安排1 熟悉课题，搜索课题相关的中英文资料。2 将英文资料翻译为文中，各求准确。3 对翻译初稿修改、润色、排版、打印。4 整理资料，完成开题报告初稿。5 根据修改意见，完善报告并排版、打印。6 学习无刷直流
17、电机控制原理。7 掌握无刷直流电机控制原理。8 结合教材，复习单片机原理知识。9 学习 C8051 原理知识。10 掌握 C8051 对电机的控制知识。11 综合所学，设计系统硬件电路。12 继续设计本系统硬件电路。13 设计系统软件流程图，编写部分程序。14 撰写毕业设计论文初稿前两章。15 撰写毕业设计论文初稿剩余部分。16 初稿打印修改、排版格式、定稿。17 打印答辩用挂图，整理所有答辩用资料。18 答辩7.主要参考文献洪伟等，交叉路网交通灯的协调模糊控制方法，系统仿真学报， Vol.1No.5SePt，2001陈洪等，单路口交通实时模糊控制的一种方法，信息与控制， Vol.26No.3
18、，1997李艳等，基于模糊控制的城市交叉路口群信号控制及仿真，交通运输工程学报， Vol.3No.2，2003陈建勤等，模糊控制系统的闭环模型及稳定性分析，自动化学报，Vol.20No.1，1994陈洪，模糊数学在城市交通控制中的应用，工程数学，1998顾怀中等，基于神经网络的城市道路交叉口车辆到达预测模型的研究，中国公路学报，8No.8，1998刘智勇等，基于 PLC 的模糊智能交通控制系统，公路交通科技，No.6，1998陈德望等，基于模糊神经网络的城市高速公路入口匝道控制算法，交通运输工程学报， Vol.3No.2，2003陈淑燕等，单路口多相位交通信号模糊控制系统的设计，系统仿真学报， Vol.14No.7，2002 张伟华等，公交优先的信号交叉口配时优化方法，中国公路学报， Vol.4No.3，2004浦琪，交叉口信号配时模型研究，上海铁道大学学报，Vo1.20No.4，1999李巧茹，基于马尔柯夫过程的城市交叉口车辆到达模型，长安大学学报(自然科学版)， Vol.24No.3May，2004邓文等，对十字交叉口停车线与信号优化的探讨，陈宽民等，道路通行能力分析，北京:人民交通出版社，2003文国玮，城市交通与道路系统规划，北京:清华大学出版社，2001
