1、洛阳理工学院毕业设计（论文）0前 言随着经济一步一步的发展，人们已经开始慢慢关注交通问题，例如行人、道路、车辆。道路交通控制管理系统是用于道路交通数据监测、交通信号灯的控制与计算机的综合管理系统，交通运输管理部门已开始严重监控道路交通。PLC 可编程逻辑控制器是在微处理器的基础上，集成自动控制，计算机技术和通信技术，通过一步一个新的控制器发展而成的，它具有很多优点譬如结构简单，可靠性高，易于编程等，所以 PLC 越来越多的出现在交通灯管理控制系统。本设计介绍了运用 PLC 实现对开元大道和王城大道十字路口、王城大道和太康路口双交通联动控制系统，通过我选择的方案分析，我需要对本设计做软硬件的设计
2、，并通过系统仿真解决一些不稳定的因素来保证交通灯运行的稳定性。洛阳理工学院毕业设计（论文）1第 1 章 概述1.1 交通灯的由来如今，信号灯已出现在了各个路口，使用交通灯已经成为疏散车辆最有效和最常见的手段。其实在 19 世纪就已出现了红绿灯。英国在 1858 年的时候就已经开始出现红绿灯，那时英国的主要的人员密集区都安装了这种系统装置，但是那时的技术没有现在先进，那时只有两个颜色红和蓝，他们的发光是来自煤气的燃烧，而且也不是自动式的，需要手动操控的，虽然技术上没有达到顶峰，但在那个时候也起到了一定作用，而且对以后红绿灯的发展做了引导 15。英国科学家经过十多年的研究，后来的交通信号灯，把原来
3、的蓝色变为更引人注意的绿色，可是发光源依然要靠煤气燃烧，那时候的红灯跟现在意义一样表示停止，那时的绿灯相当于现在的黄灯代表注意，在运行了刚刚一年的时间这种红绿灯就被取消了，主要是因为考煤气燃烧的灯发生了爆炸，并有人员受伤，这种技术存在一定的安全隐患 16。随着英国红绿灯的发明，各国也都开始致力于研究这个装置以及技术。十九世纪的时候美国又研发出一种红绿灯，技术上先进于十八世纪英国研究的，美国研发出来的红绿灯不再像英国那样需要靠燃气发光，而是利用投光器原理发光的，颜色上也多了一个黄色，之后就被应用到实际中，其中的红灯亮跟现在一样是停止，绿灯时通行。后来红绿灯技术不断更新，之后又出现了可控和红外线交
4、通信号灯。可控信号灯主要依据传感器来完成，把这种装置放在路面下，当有来车时，压力传感器会发出信号，继而红灯就变为绿灯；第二种主要依据扩音器来完成的，当有车辆靠近，驾驶员只要把喇叭摁一下，听到声音就开始启动绿灯亮。而红外线交通信号灯，当有行人经过红外线区域内，就会被察觉到，紧接着红灯亮的时间就会被延长，这样可以保证行人的安全通行 17。交通道路发展成熟与否主要看控制装置的技术好与坏，稳定不稳定。二十世纪八十年代后期，各行各业发展迅速，汽车业尤其明显，人们购买力也变强，汽车的不断购入导致路面上的车量越来越多，进而道路交通状况出现恶化，现有的道路已经无法承载这么多车辆的运行。所以全世界都开始关注这个
5、问题，并对这洛阳理工学院毕业设计（论文）2一复杂多变的问题进行研究分析，通过多方面研究及观察发现要想解决这个难题，首先要解决道路的交叉口通行问题，研究者发现如果十字路口能有一个装置来引导不同方向的车辆按照一定规律有序通行的话就能缓解道路拥堵的问题。接下来，人们便开始研究能够智能管控交通的装置，经过多方面努力研究，这项技术有所突破，并很快被运用到实际中，发展速度很快。对改善城市道路交通环境有重要意义。现在道路的发展方向都是以交通网络的布局为前提的。比如说：交通信号灯安置的是否合理；交通信号灯在十字路口、主干道、单行路或者匝道等不同区域需要有不同的控制方法。通过技术的改进再加上交通信号灯布局合理性
6、，现在城市道路运行状况得到很大改善，这说明红绿灯装置发挥了重要作用。1.2 研究的背景及意义随着微处理器的飞速发展，计算机和数字通信技术已经应用在各种工业领域。现代社会要求制造业做出快速响应市场需求，产生许多种小批量，多规格，低成本和高品质的产品。为了迎合这一要求，控制系统和自动生产线的生产设备必须具有很高的可靠性和灵活性。可编程序逻辑控制(PLC)微处理器为核心,有许多优点。结构简单的抗干扰能力强,操作稳定,您可以快速设置时间,编程简单、灵活、易于扩展。由于 PLC 内部的实时时钟，整天通过 PLC 控制无人管理的灯。此外,由于 PLC 还可以与网络通信,因此可以在同一个局域网组成的统一管理
7、是交通信号灯在路上,它可以缩短等待时间,管理科学。当今之际就是找一个好的控制方法，最优化的把道路交通利用好，把交通中的关系处理好，缓解交通拥堵状况，已经越来越需要解决，现在也有很多城市开始考虑用车流量来检测路口的车辆多少从而实现交通灯的智能控制，这一种想法虽说在理论上能够缓解道路的交通压力,但以国家目前的基础还不能完全完成。交通是城市经济生活的命脉，对城市经济、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。道路交通问题一直是制约城市发展、困扰城市经济优化的重要因素。而交通灯的恰当利用可以合理的规划城市交通，从而为城市的快速运输和发展提供最优化的交通解决方案。目前我国城市道路控制系统大都采用控制，根据模
8、糊的测各个方向的候车量多少来确定优先通过，此控制能分析十字路口的堵车情况，尽快的把车、人、路洛阳理工学院毕业设计（论文）3处理到更好的状态来控制运行，能节约更多的时间。为了能让人们快速便捷的通过十字路口以减少时间成本达到交通最优控制，从而提高社会的生活效率。同时又根据我国目前的经济状况，结合交通灯控制系统的工作原理我设计了一种 PLC设计方案来控制控制交通路口的拥堵现象。1.3 论文主要工作以开元大道和王城大道十字路口、王城大道和太康路口的两组交通灯为例，利用西门子 PLC 协调控制两组交通灯，保证通行顺畅。本文主要研究基于 PLC 的双交通灯的控制系统，首先对交通灯的发展史、背景及意义进行了
9、研究；第二章，确定方案设计，PLC 的选型、性能指标及其他需要选择的设备，然后分析控制原理和控制要求；第三章，程序硬件设计部分，做出了信号灯的工作流程图。第四章，主要是程序分析，；第五章，对程序加以仿真，得出程序可以运行。论文的最后部分是总结，参考文献以及致谢部分。洛阳理工学院毕业设计（论文）4第 2 章 方案设计2.1 控制原理分析1交通灯的运行受到开关控制：开关 ON 则系统运行；开关 OFF 则系统停止。2如图 2.1 是开元大道和王城大道十字路口交通灯示意图, 本系统的控制对象有 16 个，王城大道直行灯两个，开元大道、太康路直行灯各一个；王城大道人行横道灯两个，开元大道、太康路人行横
10、道灯各一个；王城大道右转灯两个，开元大道、太康路右转灯各一个；王城大道左转灯两个，开元大道、太康路左转灯各一个；图 2.1 开元大道和王城大道十字路口交通灯示意图2.2 控制规律（1）控制要求1、南北方向直行时，南北人行横道灯亮，南北左转和右转灯灭。人行横道北 （ 左 ） 北 （ 右 ）南 （ 左 ）南 （ 右 ）人行横道人行横道人行横道人行横道人行横道 人行横道 人行横道洛阳理工学院毕业设计（论文）52、南北方向左转和右转时，人行横道灯灭。3、东西方向直行时，东西人行横道灯亮，东西左转和右转灯灭。4、东西方向左转和右转时，人行横道灯灭。如此周而复始。（直行时人行横道通行，左转和右转时人行横道
11、禁止通行）（2）正常循环控制方式：本论文设计双交通灯联动控制系统旨在缓解交通拥堵现象，根据实地观察开元大道和王城大道十字路口、王城大道和太康路十字路口相距大概一公里，所以为了让车辆能顺利通过南北主干道两路口绿灯需要延迟 50S 相互点亮（城市道路车速一般为 50km/h，所以一公里大约需要 50S）交通灯正常循环顺序表（循环周期 85 秒）（1）左边东西主干道直行 35S，右边南北方向直行 35S，同时对应的人行横道通行 35S，然后左边东西方向车辆左转和右转 15S，右边南北方向车辆左转和右转 15S。（2）右边东西主干道直行 20S，左边南北方向直行 20S，同时对应的人行横道通行 20S
12、，然后右边东西方向车辆左转和右转 15S，左边南北方向车辆左转和右转 15S。如此周而复始。（3）急车通行方式：1）东西方向有急车时，急车信号受强通开关控制。没有急车时，按照正常方式控制，当东西方向有急车时，东西急车抢通开关会工作在 ON 状态，让急车先通过，直到急车通过为止，然后再将开关断开，信号再转为原来的控制方式。2）南北方向有急车时，急车信号受强通开关控制。没有急车时，按照正常方式控制，当南北方向有急车时，南北急车抢通开关会工作在 ON 状态，让急车先通过，直到急车通过为止，然后再将开关断开，信号再转为原来的控制方式。3）急车强通条件下只能允许一个方向的来车，两个方向如果是前后来车，则
13、这个方式下会让先来的一方通车，而后再通车另一方。2.3 设备选型及性能指标根据 的结构形式，主要可分为整体式和模块式两种：PLC1、整体式结构洛阳理工学院毕业设计（论文）6整体式结构大概为微型和小型的控制器，如 。20-S72、模块式结构目前大中型的控制器都是这种方式。如 和 系列。3-4-按 I/O 点数容量分类1、小型机（点数小于 256 点）典型的小型机有 公司的 S7-200 系列。SIEMN2、中型机（I/O 点数在 2561024 之间）典型的中型机有 公司的 S7-300 系列、欧姆龙公司的 C200H 系列。I3、大型机（I/O 点数在 1024 点以上）典型的大型控制器有西门
14、子公司的 S7-400、欧姆龙公司的 和 CS1 系CVM1列。PLC 的性能指标1、I/O 点数I/O 点数，就是 PLC 面板上的 I/O 端子的数。点数越多，外部可以衔接的I/O 器件就越多，因而它的控制规模就会大。2、存储容量这里专门有专门的记忆存储能力，用户的程序的长度由他决定，大、中、小型 PLC 存储容量范围是 2 KB 2 MB。3、扫描速度扫描速度指的是速度，PLC 执行的程序是一个重要的性能指标，反映了计算机控制来代替继电器控制稳定程度，它采用扫描方式。4、指令系统表明 PLC 测量能力的强弱,限制了计算机操作功能,能充分发挥完成复杂的控制能力。5、通信功能PLC 与 PL
15、C 之间的通信和计算机和其他设备之间的通信。它包含了接口、模块、协议等。6、扩展能力扩展能力包括延伸和扩展 PLC 的 I / O 点。7、特殊功能单元洛阳理工学院毕业设计（论文）7特殊性能单元品种多，也可以说 PLC 的功能多。有模拟量、INTERNET 连网功能。从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点 4 个，开关量输出点 16 个，对于这个设计而言，输入和输出都较为简单，并且不需要什么扩展模块，然后参照西门子 S7-200 系列特性（见附录），选用主机为 CPU226（24 输入/16 继电器输出）。2.4 I/O 端口地址的分配表 2-1 系统 I/O 点分配表输入输出设备/ 器件
16、名称 PLC 软元件 功能开关 SB1 I0.1 总开关开关 SB2 I0.2 正常方式开关开关 SB3 I0.3 东西急车开关输入开关 SB4 I0.4 南北急车开关L1 Q0.0 东西方向直行 (左)L2 Q0.1 东西方向左拐 (左)L3 Q0.2 东西方向右拐 (左)L4 Q0.3 东西方向人行横道 (左)L5 Q0.4 东西方向直行（右）L6 Q0.5 东西方向左拐（右）L7 Q0.6 东西方向右拐（右）L8 Q0.7 东西方向人行横道（右）L9 Q1.0 南北方向直行 (左)L10 Q1.1 南北方向左拐 (左)L11 Q1.2 南北方向右拐 (左)L12 Q1.3 南北方向人行横
17、道 (左)输出L13 Q1.4 南北方向直行（右）洛阳理工学院毕业设计（论文）8L14 Q1.5 南北方向左拐（右）L15 Q1.6 南北方向右拐（右）L16 Q1.7 南北方向人行横道（右）2.5 其他设备的选择继电器继电器按输入信号的不同可以分为：电流继电器、时间继电器、中间继电器、电压继电器、速度继电器等。本设计采用中间继电器，其主要由电磁机构和触头系统两大部分组成，它的实质是一种电压继电器，特点是触点数目较多，触电容量较大，可以起到中间增加触点数或触点容量的作用。符号为线圈 常开触点 常闭触点 优点便于携带，反应性强，并在小电流以下的电路中可替换接触器 km 起控制作用。线圈电压，一般
18、都有 12V、24V、48V 几种，根据本设计的分析，选择直流24V 中间继电器。所以采用施耐德公司出产的 RXM 型小型中间继电器RXM2LB2BD，其具体参数指标见下表 2-2。表 2-2 RXM2LB2BD 技术指标品牌/型号 施耐德/RXM2LB2BD触点形式 2 常开触点、2 常闭触点额定电压 DC24（V）电流形式 直流触点负载 中功率洛阳理工学院毕业设计（论文）9线圈功率 3（W）吸合电流 2（A）释放电流 2（A）直流电阻 500（）熔断器 作用熔断器是一种保护电器，在电路中串联，当电路发生故障时，熔体的熔断器会自动把电路断开，接触线路运行，保护其他设备。 型号 8A 符号 F
19、U 工作要求熔断器的额定电流要熔体的额定电流被保护的工作电压熔断器的电压本论文中选择正泰 RT18-32 型号的熔断器。电源部分根据处理器芯片的每个型号，西门子厂家会对应型号提供 120V、240V 两种电源类型，输入接口电路有 AC 和 DC 两种。而输出接口电路是交流继电器输出、直流晶体管输出，S7-200 系列的 CPU PLC 能够提供出五个各种类型的 10 种基本单元供人们选用，它的参数在下面的表 2-3 所示:表 2-3 S7-200 系列 CPU 的电源型号 电源输入输出类型 主机 I/O 点数DC/DC/DCCPU221AC/DC/继电器6 输入4 输出DC/DC/DCCPU222AC/DC/继电器8 输入6 输出DC/DC/DC
