1、毕业设计题 目: 基于 PLC 的智能交通灯 控制系统设计 所属系、部 : 电子信息与电气工程系 年级、 专业: 电气自动化技术 完 成 时 间: 2012 年 5 月 2一毕业设计的主要内容及基本要求1、主要内容在当今高速发展的社会里，交通问题成为大家关注的社会问题，目前国内十字路口的交通灯控制一般是定时切换控制的。但交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的控制系统，汽车数量的直线上升及现有的定时切换控制交通方式的局限性都使得我们有必要寻求一种智能的交通控制系统，本设计希望利用 PLC 和探测器(即电磁感应线圈)探测出汽车的流量后自动调节红绿灯的时长，实现优化交通疏导，达到自适应智能控制
2、的目的。2、设计要求1) 能用梯形图或状态图语言编写 PLC 程序；2) 能通过比较分析，正确选择探测器，监测汽车流量；3) 对软件的各个子程序能顺利的仿真调试通过；4) 按照学校规范要求完成毕业设计的说明书一份；5) 完成与毕业设计内容相关的英文资料翻译；3、技术参数1）能检测出每分钟通过的汽车数量；2）每一个红、绿、黄灯周期后进行一次时间调节；二指定查阅的主要参考文献及说明1 张伟林 .电气控制与 PLC 应用. 北京：人民邮电出版社.2007.9 第一版2 张运钢等.三菱 FX2NPLC 技术与应用.北京：人民邮电出版社，20093 史宜巧等 .PLC 技术及应用项目教程 .北京：中国机
3、械工业出版社.2010.7 第一版4 学校 VPN 资源服务（每天 16：30 之后用你的用户名、密码登录校园网 数字校园VPN 资源服务校内电子资源共 4 个，可以打开查找相关文章并免费下载 ）5 百度文库：http:/ 电气控制与 PLC 原理及应用，林春方主编，上海交通大学出版社， 20087 李伟机床电器与 PLC西安：西安电子科技大学出版社， 20068 社会交通与社会发展，黎德扬，20019 常斗南可编程序控制器原理应用实验北京：机械工业出版社，199810 廖常初主编 PLC 基础及应用,北京：机械工业出版社， 200411 智能交通系统研究发展动向与启示，陆化普，史其信，199
4、612 张万忠.可编程控制器入门与应用实例 .北京：中国电力出版社，2004.13 台方.可编程序控制器应用教程.北京：中国水利水电出版社，2001.14 邦田 .电子电路实用抗干扰技术. 北京：人民邮电出版社，1994.315 钱晓龙，李鸿倩.智能电器与 Microloeix 控制器 .北京：机械工业出版社，2003.16 黄净 .电气及 PLC 控制技术. 北京：机械工业出版社，2005.17 李建新 .可编程序控制器及其应用. 北京：机械工业出版社，200718 陈立定，吴玉香，苏开才 .电气控制与可编程控制器 .广州：华南理工大学出版社,200l.19 黄继昌 .传感器工作原理及应用实
5、例. 北京:人民邮电出版社,2006.4摘 要：在当今高速发展的社会里，交通问题成为大家关注的社会问题，目前国内十字路口的交通灯控制一般是定时切换控制的。在未来的工业发展中，交通灯的需求将慢慢地走向人性化、自由化和便利化。由于交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的控制系统，汽车数量的直线上升及现有的定时切换控制交通方式的局限性都使得我们有必要寻求一种智能的交通控制系统。本设计分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。系统采用 PLC 实现正常交通的时序控制，通过传感器自动获取车辆
6、数据，完成对交通异常状况的检测，PLC 根据取得的数据运用一定的智能控制原则自动调节红绿灯的时间长度。比较传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制，最大限度地减少车辆滞留现象，较好地解决了车流量不均衡、不稳定问题,提高了公路交通通行率，较全球定位系统而言成本更低,从而也充分的利用了有限的人力和物力资源。同时对减轻车辆尾气排放、降低环境污染都起到了不可低估的作用。关键词： plc 控制系统 交通灯 智能控制5Abstract:With the rapid development of the society, the traffic problems become a concern of soci
7、al problems, the current domestic crossroads traffic lights control is generally a timing switching control. In the future in the development of industry, traffic demand will slowly towards humanity, liberalization and facilitation. The transport system is a random, fuzzy and uncertain control syste
8、ms, the number of cars straight up and the existing timing switch control mode of transport limitations make it is necessary for us to seek a kind of intelligent traffic control systemThe design and analysis of the modern city traffic control and management of the status quo, rural and urban traffic
9、 light of the actual situation of a traffic light control systems principle of work, the paper puts forward a simple and practical city traffic light control system hardware circuit design. The system uses PLC to realize sequential control of the normal transportation, through the sensor automatic a
10、ccess to vehicle data, performed on abnormal traffic detection, PLC according to the data obtained by using certain intelligent control principle of automatic adjusting light time lengthCompared with the traditional control of the timing of traffic lights and traffic lights control, minimize the veh
11、icles stranded, solved the problem of traffic imbalance, instability, improved highway traffic rate, higher than the global positioning system to lower the cost, so as to make full use of the limited manpower and material resources. At the same time to reduce vehicle exhaust emissions, reduce enviro
12、nmental pollution has played a role should not be underestimated.Keywords: PLC control system Traffic lights Intelligent control6目 录1 引言 .81.1 交通灯的发展史 .81.2 我国城市交通的发展现状 .102 智能交通灯方案设计 .112.1 系统构建 .112.2 智能交通信号灯正常控制方式 .122.3 急车强通控制方式 .13 智能交通灯系统的硬件设计 .143.1 PLC 的用途与特点 .153.1.1 PLC 的用途 .153.1.2 PLC 的特
13、点 .163.2Plc 的选型 .163.2.1 FX2NPLC 的结构 .173.2.2 PLC 的工作原理 .183.3 传感器的选择 .193.4 I/O 分配表 .203.5 I/O 分配点数估算 .203.6 PLC 硬件电路图 .204 PLC 软件编程设计 .224.1 程序流程图 .224.2 plc 梯形图 .244.3 程序语句表 .275 系统评价 .295.1 系统的优点 .295.2 系统需改进的地方 .297 总结 .308 致谢 .31参考文献 .3271 引言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，
14、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，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
15、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。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。但是完善路网来缓解交通拥挤不是短时间所能解决的，目前急需做的是进一步挖掘网的潜力并改善交通现状，特别是改善交通信号的控制。可见，研究一种高效的智能交通控制系统是很有必要的，因此选择一个最优的放行时间是解决交通拥堵问题的根本，现在也有很多城市开始考虑用 GPS 定位系统来检测路口的车流量从而实现交通灯的智能控制即根据路口的车流量来控制交通，这种方法虽说能很大程度上缓解交通
16、压力，但以目前的经济条件还不能完全实现。那么，我觉得最经济最实用的做法就是根据现今路口的实际车流量来确定好放行时间，本论文就是通过对路口车流量的实际考察然后确定最优循环时间，运用 PLC 原理来完成多交通灯的最优控制。而且，近年来随着科技的飞速发展，PLC 的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在工业控制和自动控制的 PLC 应用系统中，PLC 具有很强的抗干扰性， PLC 往往是作为一个核心部件来使用。1.1 交通灯的发展史城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把
17、各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。早在 1850 年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵8的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868 年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914 年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926 年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号
18、灯，这是城市交通自动控制的起点。1917 年，在美国盐湖市开始使用联动式信号系统，把六个交叉路口作为一个系统，以人工方式加以集中控制。1922 年，美国休斯顿市建立了一个同步系统，它以一个交通亭为中心控制十二个交叉路口。1928 年，上述系统经过改进，形成“灵活步进式”定时系统;由于它简单、可靠、价格便宜，很快在美国推广普及。这种系统以后不断改进、完善，成为当今的协调控制系统。20 世纪 30 年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆
19、在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。伴随着城市交通信号控制系统的迅速发展。人们认识到，要更好地提高城市管理水平，不仅仅依靠硬件设备的更新和改进，还必须同时在控制逻辑和方法上有所突破，即城市交通的区域协调控制。传统的城市道路交通控制指的是区域交叉口信号灯控制，而城市交通的区域协调控制，是在整个城市范围内
20、对交通进行控制，这无论是从理论角度还是实践角度，都是一个极其复杂的大系统控制问题。 进入 20 世纪 80 年代后期，随着城市化进程的加快和汽车的普及，城市交通拥挤、阻塞现象日趋恶化，由此引发的事故、噪声和环境污染己成为日益严重的社会问题，交通问题成为困扰世界各国的普遍性难题。人们对交通系统的规模复杂性和开放性特征有了更深一层的认识，并开始意识到单独考虑车辆或道路方面很难从根本上解决交通拥挤现象，只有把路口交通流运行与信号控制的藕合作用综合考虑，且赋以现代的各种高新技术方可彻底消除有关问题。于是，智能交通系统(ITS)应运而生，并得到迅猛发展。可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历
21、了无感应控制到有感应控制、手动控制到自动控制再到智能控制、单点控制(点控)到干线控制(线控)再到区域控制和网络控制(面控)的过程。91.2 我国城市交通的发展现状目前设计交通灯的方案有很多，有应用 CPLD 设计实现交通信号灯控制器方法；有应用 PLC 实现对交通灯控制系统的设计；有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。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的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适
22、应现在的交通状况，成为研究的课题。传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法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的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂
23、的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，需要一种新型的控制方法才能较好地解决这个问题。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，
24、是一个典型的分布式非线性系统，而且具有多种信息来源、多传感器的特点，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。智能交通的发展是现代社会经济发展的客观要求，交通运输是国民经济和现代社会发展的基础。由于现代社会城市化速度越来越快、国民经济的高速增长、全球经济的一体化进程加快、个人旅行与休闲时间的不断增加以及人们对交通需求越来越高，智能交通便成为现代社会经济发展的客观要求。102 智能交通灯方案设计由于城市的高速发展，交通障碍也随之增加，为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化
25、。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、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 PLC 设计方案。2.1 系统构建本设计主要应用传感器与 plc 相结合，以车辆等待绿灯的滞留数来确定该该方向是否繁忙。如下图 2.1 以南北向为例，每当车辆进入十字路口必先经过检测器 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总数和 Y。车辆继续往前就
26、会经过检测器 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 脉冲的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)-X（驶出总量）=Z1(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。检测器 1检测器 2检测器 4检测器 5检测器 6检测器 3检测器 8检测器 7东南西北图 2.1 十字路口传感检测器布置设 Z1-Z220，则南北方向繁忙，东西一般，南北直行绿灯时长加 5s,南北左转绿灯时长加 5s，东西红灯时长加 10s。Z1-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。
