基于PLC的智能交通燈的設計論文

1、摘摘 要要 城市交通信號控制是通過對交通流量的調節(jié)以達到改善人和貨 物的安全運輸，提高運營效率。交通系統(tǒng)是一個具有隨機性、模糊 性和不確定性的復雜系統(tǒng)，建立數學模型非常困難，有時甚至無法 用現有的數學方法加以描述。目前大多采用的是自適應信號控制， 它需要數學建模，且不考慮交通延誤、停車次數等。所以經典控制 法很難得到滿意的效果。而模糊控制是一種無須建立數學模型的控 制方法，它能模仿有經驗的交警指揮交通時的思路，達到很好的控 制效果。近些年來我國的許多學者也都以不同的思路對單個交叉口、 交通干線的模糊控制進行了研究，但因研究的局限性，實際中得到 應用的寥寥無幾，本文實現基于 plc 的交通信號的

2、模糊控制系統(tǒng)。 根據前后相流量來決定信號燈配時的模糊控制系統(tǒng)的理論研究 成果，用 plc 實現單個十字路口交通信號燈模糊控制的方法，以單 個十字路口 4 相位交通燈為例，把 plc 作為一個模糊控制器，采用 梯形圖編程。通過實驗保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能根據不同的交 通流量進行模糊控制決策，優(yōu)化信號燈的配時，從而可以有效的解 決交通流量不均衡、不穩(wěn)定帶來的問題。 關鍵詞關鍵詞： 交通/智能控制/plc abstractabstract the munipal transportation signal control is through the adjustment，the waning a

3、nd the induction which flows to the transporation achieved improves the person and the cargo safe transportation, enhancig the operation efficiency. transport system is a random nature, ambiguity and uncertainty of complex systems, the establishment of mathematical models very difficult and sometime

4、s impossble to use existing mathematical methods described. the most adaptive signal control is used,it needs mathematical model,without considering traffic delays,and vague control is a mathematical model to control methods, it can imitate experienced police directingtraffic,ideas, achieve good con

5、trol results. in recent years many of our scholars have different ideas of individual junction, traffic control route vague studied, but the limitations of the theory and research scholars, the few practical applications, based on this achievement traffic signals vague plc control system. according

6、to determine signal distribution and flow of the control system vague theoretical resesrch results, the achievement of individual intersections with traffic lights blur plc control methods for individual crossroads 4 phase of traffic lights, for example,the plc as an ambiguous signal controllers usi

7、ng ladder programming. through experiments that the reliable operation of the system to a vague under different traffic control decision-making, optimize signal distribution, which can effectively solve traffic imbalance,instability brought. key words： transportation，intelligent control，plc 目目 錄錄 摘摘

8、 要要 abstractabstract 1 1 應用背景與需求應用背景與需求 1 1.1 交通燈現狀與發(fā)展 1 1.2 plc 研究的目的與意義 2 2 2 控制任務分析控制任務分析 3 2.1 控制要求 3 2.2 控制任務分 析4 3 3 選型及輸入輸出地址定義選型及輸入輸出地址定義 7 3.1 選型 7 3.2 輸入輸出定義 7 3.3 輸入輸出接線圖 8 4 4 程序設計程序設計 9 4.1 狀態(tài)轉移圖 9 4.2 梯形圖 10 5 5 系統(tǒng)安裝與調試系統(tǒng)安裝與調試 15 5.1 輸入程序 15 5.2 系統(tǒng)安裝 16 5.2.1 元件表 17 5.2.2 安裝接線 18 5.3 系

9、統(tǒng)調試 18 結束語結束語 20 致謝致謝 21 參考文獻參考文獻22 應用背景和需求 . .交通燈系統(tǒng)的現狀交通燈系統(tǒng)的現狀 隨著社會經濟的發(fā)展，機動車量的不斷增加，許多大城市如北 京、上海、南京等出現了交通超負荷運行的情況，城市交通問題越 來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調，已成為交通管 理部門需要解決的重要問題之一。自 80 年代后期，很多城市紛紛修 建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改 善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的 系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高 速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀

10、況必然受 高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適 的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解 主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通 運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。 城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數據監(jiān)測、交通信號燈控制 與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現代城市交通監(jiān)控指揮系 統(tǒng)中最重要的組成部分。據不完全統(tǒng)計，目前我國城市里的十字路 口交通系統(tǒng)大都采用定時來控制(不排除繁忙路段或高峰時段用交警 來取代交通燈的情況)，這樣必然產生如下弊端:當某條路段的車流 量很大時卻要等待紅燈，而此時另一條是空道或車流量相對少得多 的道卻

11、長時間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現象是未對實際情況 進行實時監(jiān)控所造成的，不僅讓司機乘客怨聲載道，而且對人力和 物力資源也是一種浪費。 . .研究的目的與意義研究的目的與意義 智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經取得不少成果， 在少數幾個先進國家已采用智能方式來控制交通信號，其中主要運 用 gps 全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合目的考慮，我們用 如下方案來控制交通路況:制作傳感器探測車輛數量來控制交通燈的 時長。具體如下:在入路口的各個方向附近的地下按要求埋設感應線 圈，當汽車經過時就會產生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減 少，即可檢測出汽車的通過，并將這一信號轉換為標準脈沖信號

12、作 為可編程控制器的控制輸入，并用 plc 計數，按一定控制規(guī)律自動 調節(jié)紅綠燈的時長。plc 的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，是系 統(tǒng)如何依據車輛脈沖的計數結果自動輸出以調節(jié)紅綠燈的時間長度 的控制邏輯。另外，由于十字路口的交通燈控制是實時的，考慮到 小型 plc 的長處是控制而非復雜的邏輯運算，所以，我們盡量簡化 邏輯運算，以提高 plc 的控制輸出速度。 現在交通信號燈控制一般采用單片機控制，單片機能完成交通 燈一般的控制過程，其功能比傳統(tǒng)繼電器控制電路要強大的多，但 可靠性不夠高，控制功能還不夠完善。plc 是專為工業(yè)自動化控制 設計的，在面向對象控制這一塊，其控制功能的強大是無法比擬

13、的， 通過多種多樣的擴展模塊，可以做到外部接線簡化、內部工作的高 可靠。另外 plc 易學易懂，雖然價格比單個 cpu 貴，但性價比高。 也可以說 plc 是一個技術成熟、工作可靠的單片機應用系統(tǒng)。 由于穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，不久的將來，plc 控制系統(tǒng)將 會在交通燈方面做出巨大的貢獻。 2 2 控制任務分析控制任務分析 . .控制要求（系統(tǒng)示意圖，控制要求表）控制要求（系統(tǒng)示意圖，控制要求表） 表 2-1 信號燈控制要求表 信 號 綠燈亮綠燈閃爍黃燈亮紅燈亮東西方 向 時 間 25 秒3 秒（三 次） 2 秒30 秒 信 號 紅燈亮綠燈亮綠燈閃爍黃燈亮南北方 向 時 間 30 秒25 秒3

14、 秒（三 次） 2 秒 數據來源：根據實驗室實驗要求編制 （1） 、我們假設依據車流量得出的信號控制輸入如上表（2-1）所 示來進行實驗室模擬實驗。 （2） 、系統(tǒng)工作受開關控制，起動開關 on 時則系統(tǒng)開始工作；起 動開關 off 時則系統(tǒng)停止工作。 （3） 、控制對象有六個： 東西方向紅燈兩個，南北方向紅燈兩個； 東西方向黃燈兩個，南北方向黃燈兩個； 東西方向綠燈兩個，南北方向綠燈兩個。 下圖是十字路口交通信號燈示意圖。信號燈的動作受開關總體 控制，按一下起動按鈕，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復始地循環(huán) 動作；按一下停止按鈕，所有信號燈都熄滅。信號燈控制的具體要 求如上表（2-1）所示。 圖

15、 2-1 交通燈示意圖 . .控制任務分析控制任務分析 由于十字路口的交通燈，南北方向的車輛都是同時停止，同時 流通的，東西方向也是這樣，所以只要取南、北方向車輛的最大值 和東、西方向的最大值進行比較，而不是對南、北方向車輛總和與 東、西方向的車輛總和進行比較。 根據實驗室十字路口交通信號燈的控制要求，可作出信號燈的 控制時序圖如下圖（2-2）所示： 圖 2-2 交通信號燈控制的時序圖 3 3選型及輸入輸出地址定義選型及輸入輸出地址定義 3.13.1 選型選型 plc 高性能小型可編程控制器，具有較高的性價比，應用廣泛。 它不僅具備了以往的小型 plc 所具有的功能，而且還可連接可編程 控制終

16、端,盡可能使安裝空間最小化，并實現了具有 2 點-7 點輸入 輸出點數的彈性構成，為了節(jié)省節(jié)點的個數，它們采用整體式和模 塊式相結合的疊裝式結構。只有選擇了符合要求的產品才能達到既 可靠又經濟的要求，三菱公司 fx 系列的 plc 適合本次實驗的要求， 因此我們選擇三菱系列型號的可控制編程器。 3.23.2 輸入輸出定義輸入輸出定義 根據對控制任務的分析，我們將輸入輸出定義如下表（3-1）所示: 表 3-1 啟動按鈕sb1停止按鈕sb2 東西主干道綠燈y0東西主干道黃燈y1 東西主干道紅燈y2南北主干道綠燈y4 南北主干道黃燈y5南北主干道紅燈y6 起動按鈕 sbl 接于輸入繼電器 xo 端，

17、停止按鈕 sb2 接于 輸入繼電器 x1 端； 東西方向的綠燈接于輸出繼電器 y0 端，東西方向黃燈接 于輸入繼電器 y1 端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器 y2 端； 南北方向的綠燈接于輸出繼電器 y4 端，南北方向的黃燈 接于輸出繼電器 y5，南北方向紅接于輸出繼電器 y6。 將輸出端的 com1 及 com2 用導線相連，輸出端的電源為交 流 220v。 如果信號燈的功率較大，一個輸出繼電器不能帶動兩只信 號燈，可以采用一個輸出點驅動一只信號燈，也可以采用輸出 繼電器先帶動中間繼電器，再由中間繼電器驅動信號燈。 3.33.3 輸入輸出接線圖輸入輸出接線圖 根據信號燈的控制要求，本模塊所用

18、的器件有：plc 控制單元， 起動按鈕 sb1，停止按鈕 sb2，紅黃綠色信號燈各四只。 輸入輸出端口接線如下圖所示： 圖 3-1 輸入輸出接線圖 4 程序設計程序設計 4.14.1 狀態(tài)轉移圖狀態(tài)轉移圖 圖 4-1 狀態(tài)轉移圖 說明： 啟動開關進入 plc 工作狀態(tài)，根據信號輸入（我們讓東西主干 道綠燈先亮，南北主干道紅燈先亮）各個信號燈按照我們規(guī)定的時 間依次亮起，然后循環(huán)往復。按下結束按鈕停止工作。 4.4.梯形圖梯形圖 本模塊我們采用基本邏輯的編程實現信號燈的控制。燈亮采用 編程軟件定時器實現，燈閃采用由定時器組成的脈沖發(fā)生器實現。 現在我們來分析一下由 t10 及 t11 組成脈沖發(fā)

19、生器的梯形圖。 圖 4-2 周期為 1 秒的脈沖發(fā)生器 由上圖可知，當 m100 閉合時，t10 得電，延時 05 秒后，t10 觸點閉合，定時器 t11 得電，延時 05 秒后，其常閉觸點 t11 斷開， t10 線圈失電，其觸點 t10 斷開，而定時器 t10 再次得電，05 秒 后，t10 再次閉合，如此周而復始，即可得到 t10 觸發(fā)的工作 波形如下圖（4-3）所示 圖 4-3 t10 觸電的脈沖波形 圖 4-4 邏輯指令梯形圖 工作時，可編程控制器處于運行狀態(tài)，按動起動按鈕 sb1，則輔 助繼電器 m10 得電并自鎖，由梯形圖可知，首先接通輸出繼電器 y6，及 y0，使得南北方向的紅

20、燈亮、東西方向的綠燈亮。大家根據 梯形圖的文字說明及上面的時序圖，不難分析交通信號燈的整個周 期工作過程。 按停止按鈕 sb2，則輔助繼電器 m100 斷電并解除自鎖。整個系 統(tǒng)停止運行，所有信號燈熄滅。按上述指令輸入 plc 編程器運行。 交通燈信號控制梯形圖對應的指令如下： 0 ld x000 1 or m100 2 ani x001 3 out m100 4 ld m100 5 ani t1 6 out t0 k300 9 ld t0 10 out t1 k300 13 ld m100 14 ani t0 15 out t2 k260 18 ld t2 19 out t3 k30 22

21、ld t3 23 out t4 k20 26 ld t0 27 out t5 k260 30 ld t5 31 out t6 k30 34 ld t6 35 out t7 k20 38 ld m100 39 ani t0 40 out y006 41 ld t0 42 out y002 43 ld y006 44 ani t2 45 ld t2 46 ani t3 47 and t10 48 orb 49 out y000 50 ld t3 51 ani t4 52 out y001 53 ld y002 54 ani y005 55 ld t5 56 ani t6 57 and t10 58

22、 orb 59 out y004 60 ld t6 61 ani t7 62 out y005 63 ld m100 64 ani t11 65 out t10 k5 68 ld t10 69 out t11 k5 72 end 5 5 系統(tǒng)安裝與調試系統(tǒng)安裝與調試 5.15.1 輸入程序輸入程序 圖 5-1 程序輸入 5.25.2 系統(tǒng)安裝系統(tǒng)安裝 5.2.15.2.1 元件表元件表 實驗室安裝所需元件器材如下表（5-1）所示： 表 5-1 序號名稱型號規(guī)格數量單位備注 1 安裝板 600mmx800mm1 塊 木板或鐵 板 2plcfx2-32mr1 臺 3 導軌 din0.3 米 4 空

23、氣斷路 器 multi9 c65n d201 只 5 熔斷器 rt28-324 只 6xb2-bvb3c 24v4 只綠色 7xb2-bvb4c 24v4 只紅色 8 指示燈 xb2-bvb5c 24v4 只黃色 9 轉換開關 xb2-be101c1 只 10 控制變壓 器 jbk3-100 380/220v 1 只 11 按鈕 la4-3h1 只 12 端子 d-2020 只 13 銅塑線 bv1/1.13m25 米 14bvr7/0.75m10 米 15 m4*20 螺桿 若 干 只 16 m4*12 螺桿 若 干 只 17 4 平墊圈 若 干 只 18 緊固件 4 彈簧墊圈及 4 螺母

24、若干只 19號碼管若干米 20號碼筆1支 5.2.25.2.2 安裝接線安裝接線 a) 、元器件布局圖 依據實驗室工作臺具體情況,我們將元件按下圖（5-2）分布： 圖 5-2 元器件布局圖 b）、安裝接線 圖 5-3 完整的系統(tǒng)圖 5.2.5.2.將程序寫入 plc 將程序寫入 plc 的方法有兩種，一種是用專用的編程器（如手持 式編輯器）傳輸到 plc，一種是在電腦安裝上編程軟件后通過編程 電纜傳輸到 plc。各種 plc 的編程軟件不同，編程電纜也有所不同， 具體的操作方法可根據具體情況而定，在現場一般用編程器修改調 試。因為本設計是在實驗室模擬實際交通燈控制情況，故采用電腦 編程通過數據寫入的方式。 5.35.3 系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試 圖 5-4 系統(tǒng)調試圖 經過調試程序沒有錯誤