智能交通信号灯系统设计.docx

摘要我国许多大中城市交通信号灯控制的工作时间不合理，导致交通的压力大。所以, 改善和提高现有的交通系统的工作效率，加强交通路口的信号灯控制和安全状况的监 控是很重要的。交通系统是一个具有模糊性、随机性和不确定性的复杂系统，其建立 数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法理论加以描述。目前，我国城市 中的交通信号灯大多采用的是自适应信号控制，它需要建立数学模型，且不考虑交通 延误、停车次数和车辆流量大小等，所以经典控制法很难得到满意的效果。而模糊控 制是一种无须建立数学模型的控制方法，它能智能化模仿有经验的交警指挥交通时的 思路，达到很好的控制交通效果。本文设计是实现基于PLC的交通信号的模糊控制系 统。根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用PLC实现 单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口 4相位交通灯为例，把 PLC作为一个模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证系统运行稳定性与可靠性, 能根据不同的交通流量进行智能化模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而有效的解 决交通流量不均衡、不稳定带来的交通问题。关键词：交通灯；智能控制；PLC控制系统；梯形图涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转 换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输 出，实现非电量到电量的转换。金属或者半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片， 当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH,这种现象 就称为霍尔效应。上述半导体薄片称为霍尔元件。用霍尔元件做成的传感器称为霍 尔传感器。热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两 端接合成回路时，当两接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如 果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势 所对应的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和 两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。各种热电偶的外形常因需要而极不 相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等 主要部分组成，通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。电阻式传感器是指把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻 值变化的传感器。它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器（见位移传感器） 和锦铜压阻传感器等。电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、 测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和 国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率 高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、 波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波 对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的 深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能 产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应而制成的传感器。所谓 压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩 形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会发生极化现象， 同时在其表面上产生电荷，当外力去掉之后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。压电传感器中的压电元件材料可分为压电单晶、压电多晶和高分子压材料。(1)石英晶体石英晶体是一种性能良好的压电晶体，它的突出优点是性能非常稳定。在 20-200 的范围内压电常数的变化率只有一种一0. 0001/C。此外，它还具有自 振频率高、动态响应好、机械强度高、绝缘性能好、迟滞小、重复性好、线性范围 宽等优点。石英晶体的不足之处是压电常数较小(d=2. 31*10-12 C/N)o因此石英 晶体大多只在标准传感器、高精度传感器或者使用温度较高的传感器中使用，而在 一般要求的测量中，基本上采用压石英晶体。(2)压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，它是由无数细微的电畴组成。这些电 畴实际上是分子自发极化的小区域。在无外电场作用时，各个电畴早晶体中杂乱分 布，它们的极化效应被相互抵消了，因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电性质。 为了使压电陶瓷具有压电效应，必须在高温下，用高压进行极化处理。极化处理之 后，陶瓷材料内部存在有很强的剩余极化强度，当压电陶瓷受外力作用时，其表面 也能产生电荷，所以压电陶瓷也具有压电效应。(3)高分子压电材料高分子压电材料是近年来发展很快的一种新型材料。典型的高分子材料有聚 偏二氟乙烯(PVDF或者PVF2)、聚氟乙烯(PVF)、改性聚氯乙烯(PVC)等。 其中以PVF2和PVDF的压电常数最高。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。测量参数：(1)力测量：压电式传感器主要利用石英晶体的纵向和剪切的压电效应，因 为石英晶体刚度大、滞后小、灵敏度高、线性好、工作频率宽、热释电效应小。力 传感器除可测单向作用力外还可利用不同切割方向的多片晶体依靠其不同的压电 效应测量多方向力，如空间作用力3个方向的分力Fx、Fy、Fzo（2）压力测量：压电式压力传感器主要利用弹性元件（膜片、活塞等）收集 压力变成作用于晶体片上的力，因为弹性元件所用材料的性能对传感器的特性有很 大影响。（3）加速度测量：压电式加速度传感器是利用质量块m由预紧力压在晶体片 上，当被测加速度a作用时，晶体处会受到惯性力F=ma,由此产生压电效应，因 此质量块的质量决定了传感器的灵敏度，也影响着传感器的高频响应。压电传感器只能应用于动态测量：由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有 在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是 不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下，电 荷可以不断充电，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量。2.2感应控制的实现车辆检测器是现代交通控制系统的重要组成部分，随着经济的发展，智能交通 已在我国悄然兴起，车辆检测器作为交通信息采集的一个重要组成部分，越来越受 到业内人士的关注。车辆检测器以机动车辆为检测目标，检测车辆的通过或存在状 况，其作用是为智能交通控制系统提供足够的信息以便进行最优的控制。车辆检测 器的种类很多，工作原理各异，但大致可概括为两大基本功能：一为检测车辆的存 在或出现，二为检测车辆的运动或通过，任意车辆检测器至少应具有上述两个基本 功能之一。为此，车辆检测器中分为存在型、通过型和两者结合的复合型，对于存 在型的检测器，只要在其监视区域内出现被检测车辆，就能产生输出信号；通过型 检测器是根据车辆的到达或运动，产生持续时间很短的输出信号来检测；某些检测 器即能检测静态的存在，又能检测动态的通过，称为复合型检测器。车辆检测器的类型主要可分为压电检测器、磁感应式检测器、声音检测器、光 电检测器、超声波检测器、雷达检测器、环形线圈检测器等。感应控制是本系统的重点也是不同于一般交通信号控制之处。其主要思想为： 压电传感器检测十字路口各方向的车流。在距离各个十字路口 160米处地下和埋入 压电传感器。每当有车辆经过，检测器就会发出一个脉冲并传输给PLC, PLC通过 对脉冲的计数就可得到各方向的车流量，然后PLC通过一定的智能控制原则根据各 方向车流量的大小自然的改变相应的绿灯灯亮时间从而尽可能减少车辆等候时间。车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现漏检的现象,环状绝缘电线在地下 的铺设我们设采取在每个车行道上中的出口地（停车线处）以及在离出口地一定远的 进口的地方各铺设一个相同的检测器，方案如图1.1,同一股道上的两传感器相距的 距离为该股道正常运行时所允许的最长停车车龙为好。以南向为例，每当车辆进入十字路口必先经过检测器1,检测器1就会发生一个 脉冲给PLC, PLC对检测器1的计数就可得到南向车辆进入的总数。车辆继续往前就 会经过检测器2,同样检测器2也会发出一个脉冲给PLC, PLC对检测器2脉冲的计 数就会得到南向车辆驶出的总数，那么将进入总量减去驶出总量就可得到南向的车辆 滞留量。同样，在另外三个方向，PLC通过对各检测器脉冲的分别计数就可得到各向 的滞留量。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。在这里可以将交通流的变化看成为输入参量，而把输出的灯色变化 控制看成是输出参量，这种控制就是车辆感应控制。如图2. Io图2.1车辆感应控制由于车长和车距不定，取2辆车之间的距离平均值为8mo设定20为满溢值时, 则每一个方向的2个检测器的距离为160m。当发生堵车时，车辆靠的比较紧凑， 此时2辆车之间的距离定为6m。此时在2个检测器之间停靠的车辆为26,大于了 满溢值20,因此需要延长通行的时间。多出来的6辆车的总长为36%按照车辆通 过十字路口的速度为27km/h,约7. 5m/s计算,若延长时间为5s,则可以挪出37. 5m 的距离。因此设定的时间和距离完全可以满足要求。2. 3可编程控制器的工作原理与选型可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工 业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。开关或传感器继电器触点行程开关模拟量输入地址总线 控制总线®照明电磁装置 电动机厂(其他执行装置口或接触器电源单元地址总线控制总线PLC的一般结构是根据PLC实施控制的基本点的分析，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2.2所示。编 程 单 元图2. 2 PLC的一般结构PLC基本工作原理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。但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，而 PLC则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。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是 处理器执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。 由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的 影响。PLC的这一特点，一方面使它的响应速度变慢，但另一方面也使它的抗干扰能 力增强，对一些短时的瞬间干扰，可能会因响应滞后而躲避开。这对一些慢速控制系 统是有利的，但对一些快速响应系统则不利，在使用中应特别注意这一点。PLC最基本的功能是逻辑运算、计时、计数等可实现逻辑控制。PLC可以用作模 拟控制，用于过程控制。较高档次的PLC都有位置控制模块，用于控制步进电动机或 伺服电动机，实现对各种机械的运动控制及位置控制。PLC要求环境温度在0-55, 安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。为了保证PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85% （无凝露）。应使PLC远离强烈的震动源， 防止振动频率为10-55HZ的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取 减震措施，如采用减震胶等。避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对 于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控 制柜中。PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源 干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间 的干扰。交通信号灯的最大特点是动作复杂、频繁，且有较多的执行元件即信号灯。在这 种场合使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器和时间继电器，而这些继电器 在用PLC控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器和定时器进行编程后来取代。 从物理介质方面来讲，前者是要用具体的电气元件来组合，而后者只是PLC的内部资 源，在PLC编程容量许可的范围内，可以不花费额外的费用来实现复杂的控制逻辑。一般的PLC都有上百点内部辅助继电器甚至更多，且还有多种专用的内部电器， 足可以应付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是对PLC进行编程。事实上PLC 用于这种场合是最能显现出其经济性。当然我们不仅忽视了 PLC的另一个优点，那就 是其运行速度及可靠性和寿命远远高于继电器控制方式，从上述意义上来讲，需要 大量中间继电器和定时器的交通信号灯控制系统最适合用PLC控制。它有很强的抗震动冲击性能，所以输入/输出接口都采用了光电隔离措施，PLC 的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和 程序调试时，避免因程序错误而出现死循环。PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。它不需要用户具 有很强的程序设计能力，只要用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的 知识即可。一台PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以 实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统比较，具有很高的性能价格比。 PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。模块化的PLC设计，使用户能根 据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需的PLC模块并进行资 源配置和PLC编程。在安装时，由于PLC的输入/输出接口已经做好，因此可以直接 和外部设备相连，而不再需要专用的接口电路。PLC的调试可先在实验室模拟完成， 模拟调试完成后再现场安装、调试。这样可以缩短调试周期。在维修方面，PLC完善 的诊断和显示功能。可以通过模块上的显示或编程等很容易地找出故障的模块，而且 由于模块化设计，因此只需要对出错的模块进行更换即可。PLC后，可以减少大量的 中间继电器和时间继电器，小型PLC的条件仅相当于几个继电器的大小，因此开关柜 的体积比原来的小得多。PLC控制系统的配线比继电器控制系统少得多。第3章控制任务分析1寸空制要求（系统示意图，控制要求表）表3-1控制要求信号灯控制要求表东西方向信号绿灯亮绿灯闪烁黄灯亮红灯亮时间25秒3秒（三次）2秒30秒南北方向信号红灯亮绿灯亮绿灯闪烁黄灯亮时间30秒25秒3秒（三次）2秒数据来源：根据实验室实验要求编制（1）、我们假设依据车流量得出的信号控制输入如上表（3-1）所示来进行实 验室模拟实验。（2）、系统工作受开关控制，起动开关ON时则系统开始工作；起动开关OFF 时则系统停止工作。（3）、控制对象有六个：东西方向红灯两个，南北方向红灯两个；东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个；东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个下图是十字路口交通信号灯示意图。信号灯的动作受开关总体控制，按一下起动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按一下停止按钮，所有信 号灯都熄灭。信号灯控制的具体要求如上表（3-1）所示。图3T交通灯示意图2控制任务分析由于十字路口的交通灯，南北方向的车辆都是同时停止，同时流通的，东西方 向也是这样，所以只要取南、北方向车辆的最大值和东、西方向的最大值进行比较, 而不是对南、北方向车辆总和与东、西方向的车辆总和进行比较。根据实验室十字路口交通信号灯的控制要求，可作出信号灯的控制时序图如下 图(3-2)所示：启动X0 东西绿灯Y0 东西黄灯Y1 东西红灯Y2南北绿灯Y4 南北黄灯Y5 南北红灯Y6-JinnTL.nUinTLnLTLTLn_FLrr30s125sl 3sll 2s图3-2交通信号灯控制的时序图第4章PLC选型及输入输出地址定义3. 1选型PLC高性能小型可编程控制器，具有较高的性价比，应用广泛。它不仅具备了以 往的小型PLC所具有的功能，而且还可连接可编程控制终端,尽可能使安装空间最小 化，并实现了具有2点-7点输入输出点数的弹性构成，为了节省节点的个数，它们 采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。只有选择了符合要求的产品才能达到既可 靠又经济的要求，三菱公司FX系列的PLC适合本次实验的要求，因此我们选择三菱 系列型号的可控制编程器。4. 2输入输出定义根据对控制任务的分析，我们将输入输出定义如下表（4-1）表4-1输入输出定义启动按钮SB1停止按钮SB2东西主干道绿灯Y0东西主干道黄灯Y1东西主干道红灯Y2南北主干道绿灯Y4南北主干道黄灯Y5南北主干道红灯Y6起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器XI端；东西方向的绿灯接于输出继电器Y0端，东西方向黄灯接于输入继电器Y1端， 东西方向的红灯接于输出继电器Y2端；南北方向的绿灯接于输出继电器Y4端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y5, 南北方向红接于输出继电器Y6O将输出端的C0M1及COM2用导线相连，输出端的电源为交流220Vo如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个 输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电 器驱动信号灯。4. 3输入输出接线图ABSTRACTThe unreasonable working hours of traffic lights control in many large and medium-sized cities in China result in great traffic pressure. Therefore, it is very important to improve and improve the efficiency of the existing traffic system, and to strengthen the traffic intersection signal control and safety monitoring. Traffic system is a complex system with fuzziness, randomness and uncertainty. It is very difficult to establish a mathematical model. Sometimes it can not even be described by the existing mathematical method theory. At present, most traffic lights in cities in China adopt adaptive signal control, which needs to establish mathematical models, and does not consider traffic delays, parking times and the size of vehicle f 1 ow, so it is difficult to obtain satisfactory results by classical control method. Fuzzy control is a control method that does not need to establish a mathematical model. It can intelligently imitate the train of thought of experienced traffic policemen when directing traffic, and achieve good traffic control effect. The design of this paper is to realize the fuzzy control system of traffic signal based on PLC.According to the theoretical research results of the fuzzy control system which determines the timing of traffic lights according to the front and back phase f 1 ow, the method of fuzzy control of traffic lights at a single intersection is realized by using PLC. Taking the four-phase traffic lights at a single intersection as an example, the PLC is regarded as a fuzzy controller and programmed by ladder diagram. Through experiments, the stability and reliability of the system can be guaranteed. Intelligent fuzzy control decisions can be made according to different traffic flows, and the timing of signal lights can be optimized. Thus, the traffic problems caused by the unbalanced and unstable traffic flow can be effectively solved. KEY WORDS： Traffic lights/intelligent control/PLC control system/ladderdiagram根据信号灯的控制要求，本模块所用的器件有：PLC控制单元，起动按钮SB1, 停止按钮SB2,红黄绿色信号灯各四只。输入/输出端口接线如下图所示：图4.1输入/输出端口接线东西竦灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯南北红灯第5章程序设计5. 1状态转移图东 西 主 干 道图5-1状态转移图说明：启动开关进入PLC工作状态，根据信号输入（我们让东西主干道绿灯先亮，南 北主干道红灯先亮）各个信号灯按照我们规定的时间依次亮起，然后循环往复。按 下结束按钮停止工作。6. 2梯形图本模块我们采用基本逻辑的编程实现信号灯的控制。灯亮采用编程软件定时器 实现，灯闪采用由定时器组成的脉冲发生器实现。现在我们来分析一下由T10及 TH组成脉冲发生器的梯形图。图5-2周期为1秒的脉冲发生器由上图可知，当M100闭合时，T10得电，延时0. 5秒后，T10触点闭合，定 时器T11得电，延时0. 5秒后，其常闭触点T11断开，T10线圈失电，其触点T10 断开，而定时器T10再次得电，0. 5秒后，T10再次闭合,，如此周而复始，即可 得到T10触发的工作波形如下图（5-3）所示T1OT1 1图5-3 T10触电的脉冲波形I1图5-4逻辑指令梯形图工作时，可编程控制器处于运行状态，按动起动按钮SB1,则辅助继电器M10 得电并自锁，由梯形图可知，首先接通输出继电器Y6及Y0,使得南北方向的红灯 亮、东西方向的绿灯亮。大家根据梯形图的文字说明及上面的时序图，不难分析交 通信号灯的整个周期工作过程。按停止按钮SB2,则辅助继电器M100断电并解除自锁。整个系统停止运行， 所有信号灯熄灭。按上述指令输入PLC编程器运行。交通灯信号控制梯形图对应的指令如下:0LDxooo1ORM1002ANIX0013OUTM1004LDM1005ANIT16OUTTOK3009LDTO10OUTT1K30013LDM10014ANITO15OUTT2K26018LDT219OUTT3K3022LDT323OUTT4K2026LDTO27OUTT5K26030LDT531OUTT6K3034LDT6ORBOUTT7 K20LDM100ANITOOUTY006LDTOOUTY002LDY006ANIT2LDT2ANIT3ANDT1035OUTYOOOLDT3ANIT4OUTY001LDY002ANIY005LDT5ANIT6ANDT10383940414243444546474849505152535455565758ORB59606162636465686972OUTY004LDT6AN IT7OUTY005LDM100ANITilOUTT10K5LDT10OUTTilK5END第6章系统安装与调试6. 1输入程序图6-1程序输入6. 2系统安装7. 2.1元件表实验室安装所需元件器材如下表（6-1）所示:表6-1元件器材序号名称型号规格数量单位备注1安装版600mmX800mm1块木板或铁板2PLCFX2-32MR1台3导轨DIN0.3米4断路器Multi9 c65N d201只5熔断器RE28-324只6指示灯XB2-BVB3C 24V4只率7XB2-BVB4C 24V4只红8XB2-BVB5C 24V4只黄9转换开关XB2-BE101C1只10控制变压器JBK3-100 380/220V1只11按钮LA4-3H1只12端子D-2020只13铜塑线BVl/1.5m225米14BVR7/0.75 m210米15紧固件M4*20螺杆若干只16M4*12螺杆若干只1704平垫圈若干只18。弹簧垫圈及。4螺母若干只19号码管若干米20记号笔1支8. 2. 2安装接线a）元器件布局图依据实验室工作台具体情况，我们将元件按下图（6-2）分布:输出端子图6-2元器件布局图b）安装接线将程序写入PLC的方法有两种，一种是用专用的编程器（如手持式编辑器）传输 到PLC, 一种是在电脑安装上编程软件后通过编程电缆传输到PLC。各种PLC的编程 软件不同，编程电缆也有所不同，具体的操作方法可根据具体情况而定，在现场一般 用编程器修改调试。因为本设计是在实验室模拟实际交通灯控制情况，故采用电脑编 程通过数据写入的方式。6. 3系统调试目录第1章绪论16.1 交通灯系统的现状16.2 PLC交通灯的国内外研究现状16.3 PLC研究的目的与意义26.4 本文主要研究内容3图1.1交通路口检测车流量图4第2章系统硬件设计52. 1传感器的分类与基本原理5(1)石英晶体7(2)压电陶瓷7(3)高分子压电材料 72.2感应控制的实现8图2. 1车辆感应控制92. 3可编程控制器的工作原理与选型9图2. 2 PLC的一般结构10第3章 控制任务分析132.1 控制要求(系统示意图，控制要求表)13表3-1控制要求13图3-1交通灯示意图143. 2控制任务分析14图3-2交通信号灯控制的时序图14第4章PLC选型及输入输出地址定义154. 1选型154. 2输入输出定义15表4-1输入输出定义154. 3输入输出接线图15第5章程序设计175. 1状态转移图17图6-4系统调试图经过调试程序没有错误，信号灯依照要求依次亮起，能满足初步设定的控制要求。结论在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行 得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太 多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限， 所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使 用有了更多的认识。通过这次毕业设计，使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是 远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，把理论知识运用到实践，才 能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，在以后的工作、 生活中都应该坚持不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。图57状态转移图175. 2梯形图17图5-3 T10触电的脉冲波形18图5-4逻辑指令梯形图19第6章 系统安装与调试236. 1输入程序23图6-1 程序输入 237. 2系统安装 232. 1元件表24表6-1元件器材242. 2安装接线24a) 元器件布局图24图6-2元器件布局图 25b)安装接线25图6-3完整的系统图256. 2. 3将程序写入PLC 256. 3系统调试25图6-4 系统调试图26结论27致谢28参考文献29第1章绪论1.1 交通灯系统的现状随着社会经济的发展，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，城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解决的重要问题之一。自80年代后 期，很多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。因此，为了保障城市交通有序，安全，快速，提高城市路网的通行能力，实现 交通的科学化管理迫在眉睫。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的红绿灯的延时预先设置好。但是, 实际上车流量是一个变量，它的测定是不确定的。不同的路口在不同的时段，车流 量存在着很大的差异。即使经过长时间的试验运行，仍然可能出现这样的现象：绿 灯方向几乎没有什么车辆经过,而红灯方向的车辆却排着长队等候。出现这种状况, 不免会影响到司机的心情，或多或少的令乘客怨声载道，而且对人力和物力也是一 种浪费。这种流量的变化的方法已经不能适应迅猛发展的交通现状，采用一种可以 根据车流量的变化情况而进行自动调节控制的方案是十分现实而又必要的。基于 PLC控制的十字路口交通灯信号系统，是根据实时的车流量对各个路口的交通灯时 间进行动态的调节，较好的解决了车流量的不均衡问题。其最大的优点在于缓解车 流量滞流现象，也不会出现空道占时的情形，从而提高了公路交通的通行率。1.2 PLC交通灯的国内外研究现状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。经过30年的发展，美国、欧洲、日本成为 世界ITS研究的三大基地。美国是当今世界在ITS开发领域发展最快的国家，它从上个世纪80年代开 始，先后开展了与智能汽车技术相关的PATH、IVI、VII和CVHAS等国家项目。 1995年3月美国交通部正是出版了 “国家智能交通系统项目规划”，明确规定了 智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能。目前7大领域包括：出行和交通 关系系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费 系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。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。经过多年的努力，也已取得明显的进展。1.3 PLC研究的目的与意义随着社会经济的快速发展，以前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，使其适应现在的交通状况，成为研究的重 要课题。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。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