學(xué)位論文-—基于plc和組態(tài)軟件的交通智能監(jiān)控系統(tǒng)

1、LANZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY本科畢業(yè)論文題目基于PLC和組態(tài)軟件的交通智能監(jiān)控系統(tǒng)學(xué)院：班級(jí)：姓名：電氣工程學(xué)院自動(dòng)化12-1卓常軒指導(dǎo)教師：李芳芳 職稱:講師完成日期：年月日蘭州工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)論文摘 要根據(jù)城市路口交通燈的運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)基于車流量的智能交通燈監(jiān)控系統(tǒng)。利 用可編程控制器(PLC)和組態(tài)王軟件(King View )完成此智能交通燈的設(shè)計(jì)制作。選 擇西門子S7-200系列PLC作為控制器，利用組態(tài)王6.53實(shí)現(xiàn)智能交通燈的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)三種模式：白天模式、夜間模式和緊急模式，有效地提高了十字路 口的通行效率。關(guān)鍵詞：智能交

2、通燈；可編程控制器；組態(tài)王；監(jiān)控系統(tǒng)-I -蘭州工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)論文格式規(guī)范AbstractAccording to the characteristics of traffic lights at urban intersection,designed an in tellige nt traffic mon itori ng system based on traffic.Usi ng the programmable con troller(PLC) and Ki ng view software(K ing View) to complete the desig n of the in

3、 tellige nt traffic lights.Choose the Siemens S7-200 series PLC as the controller,used the kingview 6.53 achieves the real-time monitoring of intelligent traffic lights.According to the actual needs,designs three kinds of modes:the daytime mode,night mode emergency mode ,effectively improve the traf

4、fic efficie ncy of the in tersecti on.Key Words:l ntellige nt traffic light;PLC;Ki ngview;M on itori ng system-# -蘭州工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)論文1緒論1.1本設(shè)計(jì)的目的及意義近年來，我國(guó)許多城市的交通壓力都伴隨著流動(dòng)人口的急劇增加而增加。經(jīng)濟(jì)的快 速發(fā)展，一些紅綠燈路口不合理的工作時(shí)間，交通違章記錄不準(zhǔn)確，因此，為了提高工 作效率，改善現(xiàn)有的交通系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)路口信號(hào)控制是非常重要的。在此背景下，結(jié)合 城市道路交通國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況來看，開發(fā)真正適合我們自己的智能控制系統(tǒng)，已成為一 項(xiàng)重要任務(wù)

5、。設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路， 設(shè)計(jì)紅色，黃色，綠色交通信號(hào)燈， 其中紅色光，表示該道路禁止通行；黃燈表示車輛等待，綠燈表示道路允許通行。該電路 自動(dòng)控制兩個(gè)紅色，黃色和綠色交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。紅綠燈十字路口易于使用相應(yīng)的系 統(tǒng)配置簡(jiǎn)單的編程與友好的用戶界面接入設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用程序庫(kù)，以加速編程和 調(diào)試的速度。在另一方面，這個(gè)時(shí)候?qū)W會(huì)了設(shè)計(jì)PLC控制擴(kuò)展I / O接口的方法，學(xué)習(xí)使用軟件組態(tài)王，并進(jìn)一步學(xué)習(xí)編程 PLC-200，以及學(xué)習(xí)實(shí)施模擬交通燈的控制。在日常生活中，利用交通信號(hào)燈可以有效清晰的管理道路交通，提高道路通行能力，對(duì)減 少交通事故有著顯著的效果。交通燈控制系統(tǒng)由PLC控

6、制，監(jiān)控仿真組態(tài)王兩部分組成，繼而實(shí)現(xiàn)交通燈的基本功能，使交通實(shí)現(xiàn)有效控制。為了保障通過路口的行人安全， 以及車輛交通秩序化，規(guī)范化，有必要使設(shè)計(jì)的紅綠燈更人性化，更標(biāo)準(zhǔn)化，保障行人 和車輛的安全通行。通過設(shè)計(jì)紅綠燈電路程序，掌握PLC編程軟件和仿真軟件組態(tài)王的應(yīng)用，并達(dá)到基本電路可以自行設(shè)計(jì)的目的。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀早在19世紀(jì)，英國(guó)就誕生了第一個(gè)交通信號(hào)燈，由于其使用的是煤氣交通信號(hào)燈， 并在隨后的使用中發(fā)生爆炸，造成交通信號(hào)燈幾乎近半個(gè)世紀(jì)消失。直到20世紀(jì)初，美國(guó)的克利夫蘭市才再次出現(xiàn)了交通燈，但此時(shí)已經(jīng)改成了電力信號(hào)燈。1926年英國(guó)出 現(xiàn)了使用自動(dòng)化的控

7、制器來控制的交通燈， 這是城市交通自動(dòng)控制的開始。20世紀(jì)初，美國(guó)首先使用車輛感應(yīng)式信號(hào)控制器，車輛傳感器控制器的特征是，它可以根據(jù)交通流 量來調(diào)整綠燈時(shí)間的長(zhǎng)度，使得綠燈時(shí)間更有效地利用，減少車輛在路口的等待時(shí)間， 比定時(shí)控制具有更大的靈活性。目前城市道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)最具代表性的有英國(guó)的TRANSYT和SCOOTS交通控制系統(tǒng)以及澳大利亞的 SCATS系統(tǒng)。信號(hào)燈在發(fā)展過程中，自適應(yīng)理論備受各研 究機(jī)構(gòu)歡迎。比如上面提到的 SCOOTS和SCATS系統(tǒng)。近年來，國(guó)外依舊偏向于用自適應(yīng)理論研究交通控制系統(tǒng)，特別是美國(guó)的十幾所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)正在開發(fā)自適應(yīng)交通 信號(hào)控制系統(tǒng)的理論，例如美國(guó)亞利

8、桑那大學(xué)研發(fā)的RHODES。1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)在交通燈的研發(fā)領(lǐng)域起步較晚，由于我國(guó)人口眾多，隨著社會(huì)的發(fā)展，交通問題越 發(fā)嚴(yán)重，這使得我國(guó)對(duì)交通的需求急劇增加。城市交通是一個(gè)高度集成和復(fù)雜的問 題，必須在依據(jù)城市道路實(shí)際情況下進(jìn)而多方面的去解決。由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的 快速發(fā)展使得對(duì)道路交通效率而安全的要求越發(fā)嚴(yán)格。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的交通燈設(shè)計(jì)呈現(xiàn)多元化，有單片機(jī)控制交通燈的控制系統(tǒng)； 有應(yīng)用CPLD設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)；有應(yīng)用 PLC設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)交通信號(hào)燈基本 位于車輛相對(duì)密集的十字路口，并設(shè)置紅，綠，黃三種顏色的指示燈指示，再加上 一個(gè)倒數(shù)計(jì)時(shí)器來控制車輛的行駛。這樣的設(shè)計(jì)對(duì)于

9、大多數(shù)的道路交通都能起到很 好的車輛分流作用，但由于實(shí)際中出現(xiàn)各種突發(fā)事件，與各種外在因素的存在，這 種設(shè)計(jì)仍然存在著很大的弊端，例如不能根據(jù)道路的車流量來及時(shí)的改變放行時(shí) 間，進(jìn)而影響了交通效率。1.3本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容在生產(chǎn)控制系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域中 PLC具有可靠、穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)的特性，如今 PLC的 應(yīng)用也更加廣泛。在PLC控制器設(shè)計(jì)主要是利用內(nèi)部定時(shí)器和外圍電路相結(jié)合，來 實(shí)現(xiàn)控制十字路口紅綠燈。通過主電路，控制電路，梯形圖設(shè)計(jì)，仿真和在線監(jiān)控 組態(tài)王實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)和人機(jī)交互。摸擬的十字路口交通燈組態(tài)圖，用一個(gè)開關(guān)控制交通燈的運(yùn)行與停止，當(dāng)開關(guān)為開時(shí)， 信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)

10、控制，當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈控制系統(tǒng)開始工作，且先 南北綠燈亮，東西紅燈亮。南北綠燈亮 12秒，同時(shí)東西紅燈亮12秒，則南北方向 的車輛運(yùn)行，東西方向的車輛停止運(yùn)行，之后南北方向綠燈閃爍3秒，此時(shí)東西方向仍然紅燈；然后南北方向黃燈亮 3秒，之后東西綠燈亮12秒，同時(shí)南北紅燈亮 12秒，則東西方向的車輛運(yùn)行，南北方向的車輛停止運(yùn)行，之后東西方向綠燈閃爍 3秒，此時(shí)南北方向仍然紅燈；然后東西黃燈亮 3秒，再回到南北綠燈、東西紅燈 的狀態(tài)，循環(huán)下去。另外，此設(shè)計(jì)中在遇到特殊情況時(shí)加上了東西延時(shí)和南北延時(shí)， 各延時(shí)15秒，即當(dāng)東西延時(shí)或南北延時(shí)按鈕時(shí)，東西方向或南北方向各自多延時(shí) 15秒。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)

11、斷開時(shí)，所有的信號(hào)燈都保持原有狀態(tài)。1.4本章小結(jié)本章主要介紹了十字路口交通燈的發(fā)展歷史、發(fā)展趨勢(shì)及本設(shè)計(jì)的內(nèi)容、目的。 加深了對(duì)PLC的應(yīng)用、發(fā)展方向及前景的了解，明確了本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，有 利于作好設(shè)計(jì)、研究準(zhǔn)備，同時(shí)也使自己對(duì)十字路口交通燈有了更多的了解，為完 成本設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。-3 -蘭州工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)論文2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)性能分析為了設(shè)計(jì)思路清晰與便利，采用了順序控制法。順序控制就是指系統(tǒng)或生產(chǎn)設(shè)備在各輸入信號(hào)的作用下，內(nèi)部元件狀態(tài)按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的時(shí)間順序變化，使得各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)過程中自動(dòng)有序地進(jìn)行操作。PLC順序控制設(shè)計(jì)法最基本的設(shè)計(jì)思路是將 控制系統(tǒng)的一

12、個(gè)完整的工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，然后用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的內(nèi)部編程元件，使其狀態(tài)安裝一丁點(diǎn)時(shí)間順序變化，最終輸出控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的動(dòng)作步是根據(jù)輸入量狀態(tài)的變化來劃分的。在任何一步之內(nèi)各輸出量的狀態(tài)不變， 但相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。 步的這種劃分方法代表各步編程元件的狀態(tài)與各 輸出量狀態(tài)之間有著極為簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，可以采用單流程編程法， 也可以采用雙流程法，應(yīng)用并聯(lián)分支結(jié)構(gòu)，把東西和南北方向信號(hào)燈的動(dòng)作分為兩個(gè)流 程同時(shí)啟動(dòng)，分別運(yùn)作各自的時(shí)序運(yùn)作，相互之間的配合由統(tǒng)一的時(shí)鐘進(jìn)行有機(jī)的配合， 不會(huì)出現(xiàn)偏差，簡(jiǎn)潔明了，思路清晰。2.2控制方案分析方案一：采用

13、單片機(jī)編程控制的方式。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)也 在不斷的進(jìn)步，而其中就包含單片機(jī)技術(shù)。單片機(jī)主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，用以實(shí)現(xiàn) 各種測(cè)試和控制功能。單片機(jī)具有控制系統(tǒng)在線作用、軟硬件結(jié)合、應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境 惡劣、應(yīng)用的廣泛性等特點(diǎn)。但是單片機(jī)的引入使控制系統(tǒng)大大“軟化”，相比其 他計(jì)算機(jī)應(yīng)用問題，單片機(jī)控制應(yīng)用中的硬件內(nèi)容較多，設(shè)計(jì)比較麻煩。方案二：采用可編程控制器控制的方式?？删幊炭刂破饔址QPLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)執(zhí)行邏 輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的面向用戶的指令，并能通過數(shù) 字或模擬輸入輸出模塊，

14、控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。但是PLC的價(jià)格過于昂貴，不易拓展和升級(jí)，無法實(shí)現(xiàn)大眾化。綜上所述：?jiǎn)纹瑱C(jī)具有成本低廉，專用性可能會(huì)更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是可靠性差、抗干擾性能差、處理能力會(huì)弱于 PLC通訊不如PLC方便。比如要把整個(gè)城市的交通燈系統(tǒng) 接入交通控制指揮中心，單片機(jī)做底層單個(gè)交通燈控制沒有什么問題，但接著同樣需要 PLC做信號(hào)采集到遠(yuǎn)端中控室服務(wù)器，這樣算起來的話，底層還不如用小型PLC來控制更好，且小PLC也不貴，控制一個(gè)路口交通燈足夠，所以本設(shè)計(jì)采用PLC控制。2.3 PLC選型分析模塊化的PLC包括CPU模塊，I/O

15、模塊，內(nèi)存，電源模塊，背板或機(jī)架，這些模 塊可以按照一定的規(guī)則進(jìn)行組合配置。本設(shè)計(jì)CPU選擇的是CPU224 。CPU 224 裝配有：1. 集成式 24 V編碼器/負(fù)載電源：用于直接連接傳感器和編碼器。具 有280 mA輸出電流，它也可用作負(fù)載電源。2.2種型號(hào)：帶多種電源和控制電壓。3.內(nèi)置數(shù)字量輸入/輸出：14個(gè)輸入（I0.010.7、11.011.5 ）和10個(gè)輸出 （Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1），在編寫端子代碼時(shí)采用八進(jìn)制，沒有 0.8和0.9。4.1 個(gè)通訊接口 ： 作為 PPI接口或用戶可編程接口 （FreePort ）。本設(shè)計(jì)定時(shí)器選擇的是TON xx （37）:為選定的定時(shí)器號(hào)；PT （+10）:是定時(shí)器 的設(shè)定值，用4位十進(jìn)制數(shù)表示，定時(shí)單位為0.1秒，所以最低位是十分位。定時(shí)范 圍是0.13276.7秒。功能：定時(shí)時(shí)間到接通定時(shí)器接點(diǎn)。1. 接通延時(shí)定時(shí)器用于單一時(shí)間間隔的定時(shí)。2. 上電周期或首次掃描時(shí)，定時(shí)器位為 OFF當(dāng)前值為0。3. 輸入端接通時(shí)，定時(shí)器位為OFF當(dāng)前值從0開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值達(dá)到設(shè)定值時(shí)， 定時(shí)器位為ON當(dāng)前值仍連續(xù)計(jì)數(shù)到32 767。4. 輸入端斷開，定時(shí)器自動(dòng)復(fù)位，即定時(shí)器位為OFF當(dāng)前值為0。