PLC交通燈控制系統(tǒng)

題目：PLC十字路口交通燈控制系統(tǒng)院系：西南交通大學(xué)專業(yè)：電氣工程及其自動化XX：呂松濤指導(dǎo)教師：周福林西南交通大字IJJJ院系西南交通大學(xué)專業(yè)電氣工程及其自動化年級電氣工程及其自動化2013-59學(xué)號13921772XX呂松濤學(xué)習(xí)中心直屬學(xué)習(xí)中心指導(dǎo)教師周福林題目PLC十字路口交通燈控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師評語是否同意答辯過程分（滿分20）指導(dǎo)教師簽章）評閱人評語評閱人（簽章）成績笞辯委員會主任簽章）年月曰畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書班級電氣工程及其自動化2013-59學(xué)生XX呂松濤學(xué)號發(fā)題日期：年月日完成日期：年月日題目PLC十字路口交通燈控制系統(tǒng)題目類型：工程設(shè)計V技術(shù)專題研究理論研究軟硬件產(chǎn)品開發(fā)一、 設(shè)計任務(wù)及要求按照？16十字路口交通燈控制系統(tǒng)的需求分析及總體設(shè)計方案。PLC十字路口交通燈控制系統(tǒng)包括：控制系統(tǒng)的的需求分析、方案設(shè)計、PLC硬件系統(tǒng)的設(shè)計、軟件系統(tǒng)的設(shè)計等幾個方面。采用控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，通過對PLC控制器的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，使用體型的軟件開發(fā)工具實現(xiàn)本需求分析所涉及的功能，保證軟件能夠正常使用。二、 應(yīng)完成的硬件或軟件實驗用PLC工具開發(fā)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行系統(tǒng)測試。三、 應(yīng)交出的設(shè)計文件及實物（包括設(shè)計論文、程序清單或磁盤、實驗裝置或產(chǎn)品等）畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)論文、含畢業(yè)設(shè)計論文和源代碼的光盤四、 指導(dǎo)教師提供的設(shè)計資料趙軻編著基于PLC的多時段交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計XX輕工業(yè)秦宇峰編著基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)信息技術(shù)教學(xué)與研究陳婷婷編著基于PLC的城市十字路口交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)用研究科技向?qū)Ь课濉?要求學(xué)生搜集的技術(shù)資料（指出搜集資料的技術(shù)領(lǐng)域）軟件工程方法資料。考試題庫系統(tǒng)開發(fā)資料PLC控制系統(tǒng)和交通信號燈控制方案的相關(guān)資料六、 設(shè)計進(jìn)度安排第一部分熟練課題，收集、整理課題相關(guān)資料（1周）第二部分系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計（2周）第三部分熟悉系統(tǒng)實現(xiàn)平臺：熟練掌握PLC的使用（2周）第四部分詳細(xì)設(shè)計、編碼、測試（3周）第五部分畢業(yè)設(shè)計論文文檔編寫整理（2周）評閱及答辯（1周）指導(dǎo)教師：年月日學(xué)院審查意見:審批人：年月日誠信承諾一、 本設(shè)計是本人獨立完成；二、 本設(shè)計沒有任何抄襲行為；三、 若有不實，一經(jīng)查出，請答辯委員會取消本人答辯資格。承諾人：年月日目錄摘要IAbstract!!第1章緒論11.1設(shè)計十字路口交通燈意義11.2我國十字路口交通燈系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀21.3本文研究內(nèi)容21.4論文安排3第2章十字路口交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計32.1控制系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)設(shè)計42.2控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計42.2.1控制系統(tǒng)總體框圖42.2.2可編程控制器（PLC）52.2.3檢測器的選擇82.2.4控制系統(tǒng)其他設(shè)備選擇10第3章十字路口交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計10PLC的外部接線圖10PLC的地址分配113.3車輛通過流量檢測方式123.3.1電感式傳感器設(shè)計123.3.2比較鑒別電路133.4車輛通過流量計數(shù)方式133.5PLC實現(xiàn)十字路口交通燈控制143.6強(qiáng)通控制16第4章十字路口交通燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計174.1十字路口交通燈系統(tǒng)的軟件設(shè)計17PLC系統(tǒng)梯形圖分析19第5章十字路口交通燈控制系統(tǒng)軟件調(diào)試與檢測215.1調(diào)試與檢測21總結(jié)24致謝26參考文獻(xiàn)27摘要本設(shè)計利用電感式傳感器檢測各個路口通行車輛，利用計數(shù)器統(tǒng)計各個路口的車流量，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，在PLC中編程實現(xiàn)智能化判別各個交通路口的車輛停滯狀況,然后對交通停滯狀態(tài)進(jìn)行分級處理，通過PLC智能控制系統(tǒng)對交通停滯級別做出相應(yīng)的適當(dāng)反應(yīng)，具體通過調(diào)整紅綠燈的讀秒時間來減小交通停滯狀態(tài)。本文的系統(tǒng)設(shè)計不但能充分地利用城市交通設(shè)施，節(jié)約交通資源，還能優(yōu)先處理交通緊急狀況，體現(xiàn)該設(shè)計的人性化。關(guān)鍵詞：十字路口交通燈；PLC編程；強(qiáng)通控制；電感式傳感器；Inordertoalleviateurbantrafficcongestionandtakeadvantageoftheefficiencyoftheexistingroadnetwork.Inthispaper,byusingPLCprogrammingtorealizeintelligenttrafficlightcontrolsystemdesign.Fristly,throughthePLCprogrammingtopletethetraditionaltrafficlightcontrol,then,addingintelligentdesignonthebasisofit,usinginductivesensorstodetectthecar,usingphotoelectriccountertostatisticseachintersectiontraffic,andaccordingtothepresetparameters,itcanintelligentjudgeeachtrafficintersectioncongestion.Afterwards,bygradingoftrafficstateofstagnation,thePLCcontrolsystemwouldappropriateadjustthetrafficlightssecondstimetoalleviatetrafficpressure,toensurethenormaloperationoftheroads.Finally,toembodythehumanneedsofmodernsociety,thispaperdesignstheadaptivetrafficemergencylightsresponseprocedurestomakesurethatinspecialcircumstancesthesystemcanswitchtomanualcontrolmodeandachievebettercontrol,sothatthegoalofmakingthissystemcanrealizeintelligenttrafficlightrunning,makingthemostofthecityhassometrafficfacilities,improvingtheutilizationrateofroadnetwork,reducingtrafficcongestionandsavingtransportationresourcescanberealized.Keywords:PLCprogramming;intelligenttrafficlight;inductancetypetransducer;urgentcontrol第1章緒論本章簡要介紹當(dāng)今交通特點以及發(fā)展十字路口交通燈的必要性，然后介紹十字路口交通燈的發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用現(xiàn)狀。最后介紹本次研究的主要內(nèi)容和論文安排。1.1設(shè)計十字路口交通燈意義現(xiàn)在城市交通路口一般均設(shè)置控制車輛通行的交通燈控制系統(tǒng)，普通的定時限紅黃綠燈循環(huán)控制系統(tǒng)更是隨處可見，這種路口通用的交通燈作用機(jī)理是：首先對該路口的車輛流量進(jìn)行調(diào)研統(tǒng)計，根據(jù)該路口的調(diào)查報告數(shù)據(jù)對該路口兩個方向的紅綠燈的延時時間進(jìn)行合理設(shè)置，該延時時間為固定時限。然后設(shè)計根據(jù)這個時間延時循環(huán)運行的交通燈控制系統(tǒng)，使得該路口的車輛在所設(shè)定的紅綠燈延時控制系統(tǒng)下能保證通暢運行。上述這種路口通用交通燈控制系統(tǒng)采用定時限控制方法對紅綠燈轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制，雖然實施與操作過程簡單易懂，因此，現(xiàn)實生活中我們常常會遇到這樣的現(xiàn)象：某一路口某一方向幾乎沒有什么車輛通行，而其對面方向的路口中卻正有大量車輛在排隊等候通行。嚴(yán)重影響了道路設(shè)施的有效利用，嚴(yán)重浪費了人類寶貴的時間，造成了嚴(yán)重的社會資源浪費。通過上述現(xiàn)實現(xiàn)象可知，通過對某一路口車流量統(tǒng)計建立的固定模式的交通燈控制系統(tǒng)，不能滿足實現(xiàn)生活中人類行為規(guī)律要求，因此，改善現(xiàn)如今固定時限的交通燈控制循環(huán)系統(tǒng)，使之能夠充分滿足現(xiàn)實生活的交通需求，已然成為當(dāng)今研究的熱門話題。如今，科學(xué)技術(shù)日新月異不斷發(fā)展，我們對機(jī)械智能化程度以及社會生活人性化要求也越來越高，根據(jù)古老的統(tǒng)計學(xué)方法建立的交通燈定時限循環(huán)作用的交通控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足如今人類的社會生活需求。十字路口交通燈系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來，它將自動控制、計量、新傳感器以及計算機(jī)管理技術(shù)于一身，利用可編程控制器實現(xiàn)交通燈智能化控制。十字路口交通燈控制系統(tǒng)能夠使道路交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮其最大效能，它不但能夠能有效緩解交通停滯狀況，而且可以充分利用社會有效經(jīng)濟(jì)資源。1.2我國十字路口交通燈系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著交通理論、自動控制技術(shù)、優(yōu)化理論的逐步完善，以及交通基礎(chǔ)設(shè)施的人性化需求，促使我國也越來越重視交通控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施，該交通燈控制系統(tǒng)采用固定時間間隔的循環(huán)控制系統(tǒng)；在此之后國產(chǎn)的十字路口交通燈控制系統(tǒng)率先XX市同濟(jì)大學(xué)開發(fā)成功；還沒有應(yīng)用于實際的交通設(shè)施中；將十字路口交通燈控制系統(tǒng)首次應(yīng)用于實際工程中的是2000-2002年乂乂大學(xué)研究開發(fā)一套自適應(yīng)信號交通燈控制系統(tǒng)，它不但適合我國城市混合交通特點，還納入了對自行車交通流量的檢測，在實際工程應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果［1。如今最先進(jìn)的智能交通控制系統(tǒng)大是在PLC技術(shù)上發(fā)展起來的，它不但考慮車輛在交通路口的通行，在路口的兩個方向安裝紅外線車流量檢測器，光電開關(guān)就會受到汽車車體的阻礙使信號阻斷或發(fā)生變化，系統(tǒng)并將這電信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，利用PLC進(jìn)行累積計數(shù)，然后按車流量自動調(diào)節(jié)紅綠燈的延時以緩解交通阻滯。1.3本文研究內(nèi)容為了有效的緩解城市交通擁擠堵塞現(xiàn)象，本文利用PLC編程實現(xiàn)十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計運行。本文首先選擇能夠在惡劣電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC控制系統(tǒng)，通過PLC編程實現(xiàn)普通的定時限交通燈循環(huán)控制功能，在此基礎(chǔ)上綜合考慮現(xiàn)實生活中車輛流動不確定性問題，為系統(tǒng)設(shè)計添加智能化控制模塊，充分利用傳感器技術(shù)對車流量的過程進(jìn)行統(tǒng)計、監(jiān)視，判斷完畢車流停滯量級別后通過PLC控制系統(tǒng)適當(dāng)調(diào)整交通紅綠燈的讀秒時間，最后，使該系統(tǒng)在特殊情況下能切換到人工控制模式，實現(xiàn)強(qiáng)通控制。1.4論文安排根據(jù)上述的描述本論文的安排主要分為原理、硬件電路、軟件設(shè)計以及軟硬件調(diào)試四部分。原理部分：第1章主要介紹了十字路口交通燈的設(shè)計理念和PLC運行機(jī)理。普通交通燈設(shè)計部分：第2章主要對交通燈進(jìn)行初步設(shè)計，在PLC軟件中實現(xiàn)普通交通燈定時限循環(huán)控制。交通燈智能化設(shè)計：第3章詳細(xì)介紹了十字路口交通燈應(yīng)實現(xiàn)的功能與硬件部分電感式傳感器檢測車輛、累積計數(shù)，并在普通交通燈控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能化模塊設(shè)計與添加，并實現(xiàn)車輛緊急情況下的強(qiáng)通控制?？偨Y(jié)：第4章對基于PLC的十字路口交通燈做了總結(jié)。第2章十字路口交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計本章主要介紹十字路口交通燈控制系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)及方案設(shè)計，包括交通燈控制系統(tǒng)設(shè)備選擇的介紹和選擇、介紹和可編程控制器PLC基本組成及工作原理、系統(tǒng)的實現(xiàn)目標(biāo)及控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。2.1控制系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)設(shè)計在進(jìn)行論述中，借助可編程控制器對交通等進(jìn)行管控，同時結(jié)合該設(shè)置的基本設(shè)計理念，從實踐的視角出發(fā)進(jìn)行具體實驗把控，并在具體實踐中驗證了該程序不僅能夠起到預(yù)期交通管控效果，同時在具體操作層面上也相對簡單易行。因此采用該編程方式來進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計具有一定的可行性。而且結(jié)合具體的交通管控情況，對該編程是腳下的交通燈管控系統(tǒng)進(jìn)行了具體的分析，并基于此提出一種有效的設(shè)計模式：首先對啟動模塊進(jìn)行設(shè)計，促使模塊啟動后能夠正式開始交通燈的實際管控。系統(tǒng)啟動后，南北方向的紅燈以及東西方向的綠燈是處于開啟狀態(tài)。倘若南北綠（紅）燈和東西綠（紅）燈能同時亮?xí)r，系統(tǒng)自動關(guān)閉運行并報警。倘若所有信號燈均熄滅時，則系統(tǒng)自動關(guān)閉運行。首先南北紅燈亮維持25s。南北綠燈亮20s。周而復(fù)始。2.2控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.2.1控制系統(tǒng)總體框圖本文的設(shè)計框圖如圖2-1所示。圖2-1智能控制系統(tǒng)框圖2.2.2可編程控制器（PLC）本節(jié)主要是介紹控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，其中包括智能系統(tǒng)控制器的選擇、可編程控制器PLC的概述和選擇、智能控制系統(tǒng)車輛通過流量檢測方式的介紹和系統(tǒng)的總體設(shè)計。1、基本組成PLC又稱可編程序控制器，英文名是ProgrammableLogicController，是一項綜合型的技術(shù)，基于多門學(xué)科背景下研發(fā)出的可編程序控制器，不僅在使用方面十分便捷，而且從適用性視角講也具有十分突出的表現(xiàn)。所以該編程可以廣泛的應(yīng)用在多個領(lǐng)域。在交通領(lǐng)域的應(yīng)用表現(xiàn)方面，其不但可對目前普遍使用的交通燈達(dá)到精確控制，也可對多岔路口系統(tǒng)實現(xiàn)準(zhǔn)確方便控制。借助可編程序控制器，不僅可以實現(xiàn)對許多復(fù)雜的設(shè)備提供可靠的控制方案，特別是為循環(huán)控制系統(tǒng)提供主戰(zhàn)場，這與它的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成與功能是分不開的。從結(jié)構(gòu)上分，可編程序控制器可分為固定式和組合式兩種模式，其中固定式可編程序控制器包括5大板塊元素。中央處理器（CPU）CPU元件是整個控制器的核心構(gòu)成，也是整個控制器設(shè)計的主要原價。借助CPU元件，可以幫助可編程序控制器更穩(wěn)定的運行，同時也滿足多方面的需求，諸如對數(shù)據(jù)的收發(fā)、存儲等。其功能包括了：（1） 用戶基本數(shù)據(jù)信息的收發(fā)功能CPU可以更精準(zhǔn)的完成數(shù)據(jù)搜集功能，并將獲取的數(shù)據(jù)信息送入CPU事先預(yù)定的寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲；（2） 對電源情況進(jìn)行判定借助CPU，不僅可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時也對程序的具體運作情況，運作過程中出現(xiàn)的問題，以及工作電路的運行狀態(tài)等進(jìn)行檢測和問題的診斷；（3） 讀取用戶程序和數(shù)據(jù)（4） 刷新輸出狀態(tài)存儲器可編程序控制器要在系統(tǒng)程序的管理下運行，系統(tǒng)存儲器是就用來存儲的是系統(tǒng)程序的，它是由廠家研發(fā)并進(jìn)行固定設(shè)定的模塊，因此用戶無法對其進(jìn)行更改。而用戶存儲器的作用是對用戶信息，用戶編輯的程序以及相關(guān)的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行存儲和管理等。由于系統(tǒng)程序存于系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接存儲，它用來管理PLC整個系統(tǒng)，是不可更改的，常用的存儲器（用戶程序存儲器）類型有CMOSRAM、EPROM、EEPROM等，它們的容量大小有較大差別，大型的存儲器可以達(dá)到256匕小型的存儲器在8K以下［3。輸入輸出（I/O）模塊PLC程序運行結(jié)果一般是通過控制外部電路實現(xiàn)的，因此PLC需要與外部硬件電氣回路的信號傳輸交換的連接接口，這個接口就是輸入輸出模塊即I/0接口。在具體程序編程過程中，可以依據(jù)編程人員的需XX現(xiàn)對I/O模塊的數(shù)量選擇。I/O模塊數(shù)量是依據(jù)CPU管理配置能力來進(jìn)行確定的。I/O輸入模塊主要用來采集或接收信號并輸入CPU中，I/O輸出模塊主要用來送出用戶程序執(zhí)行信息或CPU控制器輸出的控制信息。2JVDC24VDC土共臨和土24VDi：軸&端「1311.實際元件供4］■謎打萸更匕偵精曖任何撤性圖2-2PLC外部接口端口編程器主要用來生成用戶程序，輸入編輯指令程序。一般可編程序控制器都利用計算機(jī)作為編程工具，直接在計算機(jī)上編輯梯形圖或指令表，并且在計算機(jī)中實現(xiàn)梯形圖或指令表的轉(zhuǎn)換。其他外部設(shè)備可編程序控制器還可連接有一些其他的外部設(shè)備并實現(xiàn)相應(yīng)功能，如EPROM寫入器、磁帶機(jī)和打印機(jī)等［4］。2、工作原理用戶在可編程序控制器中輸入編寫的控制程序并校對無誤后，點擊運行按鈕可編程

序控制器便開始逐步執(zhí)行輸入采樣數(shù)據(jù)、程序執(zhí)行與輸出控制三步。具體的運行流程加下:1輸入采樣階段通過對目標(biāo)數(shù)據(jù)或者信息的掃描，CPU可以完成數(shù)據(jù)的讀取工作，并將這些數(shù)據(jù)存儲到設(shè)定好的I/O映象區(qū)的對應(yīng)單元中。完成數(shù)據(jù)的收集后，則程序則依據(jù)相應(yīng)指令需求進(jìn)行具體的管控功能實現(xiàn)。2用戶程序執(zhí)行階段在該流程中，程序運算的基本規(guī)則是：由上而下、由左到右。，可編程序控制器能夠根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，不斷刷新該輸出結(jié)果在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)。3輸出刷新階段進(jìn)入輸出刷新階段，CPU依據(jù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行輸出鎖存電路的刷新工作，并依據(jù)刷新結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的外設(shè)驅(qū)動，以達(dá)成預(yù)期管控目標(biāo)［5?？删幊绦蚩刂破鲯呙柽^程加圖2-2所示。輸入端子輸入采樣輸入映像寄存器程序執(zhí)行輸出輸輸入端子輸入采樣輸入映像寄存器程序執(zhí)行輸出輸刷出新A鎖存器輸出輸出映像寄存器讀寫』輸出端子圖2-2PLC掃描流程圖2.2.3檢測器的選擇目前，世界在智能控制交通控制領(lǐng)域的理論研究上已經(jīng)取得不少成果，少數(shù)先進(jìn)國家已經(jīng)實現(xiàn)將智能交通控制系統(tǒng)應(yīng)用于實際工程中。但是GPS全球定位系統(tǒng)復(fù)雜、費用高，因此本文利用傳感器來探測車輛流量，不僅便捷，且作用效果也較好。利用傳感器探測車輛是否在該路口機(jī)理是：在該路口的入口附近鋪設(shè)地下感應(yīng)線圈，將該感應(yīng)線圈通入高頻電流，同時內(nèi)部會有渦流損耗發(fā)生，借助這種方式去感知汽車的通行情況。汽車離開后，則內(nèi)部的感應(yīng)線圈電感則會恢復(fù)到之前狀態(tài)，通過檢測器即可探測出電感線圈這一變化，也就可以對汽車的靠近或者遠(yuǎn)離進(jìn)行具體的判定。而且借助這種原理，可以促使在汽車靠近時將渦流電感轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號，該信號即可作為控制輸入信號輸入到可編程控制器中，將進(jìn)入與走出該路口的車輛計數(shù)相減即可得到該路口車輛停滯量［6。0圖2-3電感式傳感器作用機(jī)理圖對汽車是否經(jīng)過的檢測實現(xiàn)方式為：通過檢測器的連接，實現(xiàn)對感應(yīng)線圈的工作驅(qū)動，并將其對車體經(jīng)過的感應(yīng)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)對汽車靠近、遠(yuǎn)離的信息獲取，輸出脈沖操作電路圖加圖2-4所示:圖2-4電感式傳感器輸出脈沖波圖2.2.4控制系統(tǒng)其他設(shè)備選擇本設(shè)計的LPC交通燈控制系統(tǒng)其他設(shè)備有：LED交通信號燈及LED數(shù)碼管和電源。1、 LED交通信號燈：用于顯示輸出的控制結(jié)果，是PLC交通控制系統(tǒng)的重要組成部分。LED燈的工作電壓一般為1V。2、 電源：采用24V、400mA直流電源。第3章十字路口交通燈控制系筑硬件設(shè)計本章主要介紹普通交通燈控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化、人性化改進(jìn)設(shè)計，使系統(tǒng)能通過車流停滯量多少自動調(diào)整交通燈延時時間，以達(dá)到疏通交通車輛，節(jié)約交通資源的目的。最后，對該系統(tǒng)添加強(qiáng)通控制模塊，使系統(tǒng)能滿足急車優(yōu)先通行的需要。3.1PLC的外部接線圖根據(jù)以上交通燈功能設(shè)計硬件連接圖如3-1所示:在圖3-1硬件接線圖中，SB1為啟動按鈕，SB2為停止按鈕；硬件設(shè)計有兩個輸入口I0.0和10.1；輸入口I0.0接收啟動按鈕SB1的輸入；硬件設(shè)計有六個輸出口Q0.0-Q0.6,其中輸出口Q0.0控制東綠燈(HL5-1)和西綠燈(HL5-2),輸出口Q0.2控制東紅燈(HL7-1)和西紅燈(HL7-2)，輸出Q0.3控制報警燈(HL4)，輸出口Q0.6控制南紅燈(HL3-1)和北紅燈(HL3-2)。在進(jìn)行極性打造方面，24VDC可滿足需求。而輸入端子是1M、2M，輸出端是1L、2L。PLC的地址分配按照系統(tǒng)控制要求，分析上述交通燈控制系統(tǒng)思想，實現(xiàn)以上交通燈控制功能具體做法如下：當(dāng)南北方向道路交通燈亮紅燈時，如果東西方向禁止通行，則南北方向設(shè)置為可以通行。如果兩個方向同時是綠燈或者是紅燈亮，則系統(tǒng)會進(jìn)行報警。每個方向有紅黃綠三個交通燈，所以在一個十字路口至少要有12個信號燈的設(shè)置?？刂茣r分組進(jìn)行控制，南北、東西為一組，報警信號驅(qū)動的報警燈為單獨一組［7。3.3車輛通過流量檢量方式3.3.1電感式傳感器設(shè)計電感式傳感器設(shè)計的目的是感應(yīng)車輛流通，其感應(yīng)線圈電流檢測電路加圖3-2所示:*豐VT1VT2圖3-2信號檢測電路圖結(jié)合電感式傳感器在進(jìn)行車流量檢測需求，本文在進(jìn)行管控系統(tǒng)建設(shè)過程中使用的是單相半控橋式來進(jìn)行整體的設(shè)計。借助二極管和晶體管的搭配應(yīng)用完成設(shè)計。同時在單相半控橋式整流電路的輸出方面，其充分滿足了連續(xù)平滑控制的需求。當(dāng)電源般正半波時，Wt=a(a水于90度)時觸發(fā)二極管VT1后，流通電路的電流由電源提供，由于檢測電路中VT1，VD2導(dǎo)通，因此電流通路為：VT1—1一r一VD2；當(dāng)Wt為90度時，二極管VD2電流換給VD1，電流iVD2及i2終止，在Wt=Pi-(Pi+a)區(qū)間內(nèi)時電流由電感釋放電能提供；當(dāng)Wt為90(Pi)度之后，電源電壓般經(jīng)零變負(fù)，但源于感應(yīng)電勢，電流并沒有消失，而是處于逐步減弱的狀態(tài)。此時其借r-VD1-VT1回路放電。為了防止這種失控現(xiàn)象，仍須在半控式電路中加上續(xù)流二極管［8。VT1感應(yīng)線圈VD1

VT1感應(yīng)線圈VD1圖3-3感應(yīng)線圈電流檢測電路圖3.3.2比較鑒別電路本文中采用電壓比較器來輸出脈沖信號，當(dāng)。大于u+時電路輸出-Uom信號，反之當(dāng)。小于u+時電路輸出+Uom信號，正負(fù)Uom組成脈沖信號。電壓比較器如下圖所示:感應(yīng)線圈VD360kHz正弦信號圖3-4比較鑒別電路圖感應(yīng)線圈VD360kHz正弦信號圖3-4比較鑒別電路圖faVT21VT33.4車輛通過流量計數(shù)方式利用上述感應(yīng)機(jī)制，通過PLC分別統(tǒng)計東西南北道路的的車流量，每個方向當(dāng)車輛進(jìn)入路口經(jīng)過第一個傳感器（入口）時，利用計數(shù)器統(tǒng)計計數(shù)加1,當(dāng)經(jīng)過第二個傳感器（出口）時，便利用計數(shù)器統(tǒng)計計數(shù)加減1,兩計數(shù)器差值為該方向車道上車輛的滯留量，明顯此滯留量為動態(tài)值，此差值可與其他車道上檢測的車輛滯留量的值進(jìn)行比較，此可作為調(diào)整紅綠燈時長的依據(jù)。在進(jìn)行統(tǒng)計時，需要對不同方向車道的車流情況，以及汽車滯留情況進(jìn)行綜合分析，結(jié)合分析數(shù)據(jù)進(jìn)行通行原則的制定。原則上是充分保障車流通行的順暢性，盡可能減少車輛滯留的情況。

根據(jù)以上判別，在PLC中編程實現(xiàn)車流量計數(shù)統(tǒng)計。3.5PLC實現(xiàn)十字路口交通燈控制東西車道交通量可加表3-1所示：表3-1東西車道交通量表規(guī)模東西西車車道道車流流規(guī)模規(guī)模小中大小小中大中中中大大大大大實現(xiàn)十字路口交通燈控制，利用PLC，將傳感器測得的車流停滯量與各道口的信號燈直接相連，加圖3-5所示:

PLC各車輛探測器各信號燈PLC各車輛探測器各信號燈圖3-5十字路口交通燈模塊連接圖首先按啟動按鈕后，十字路口交通燈控制系統(tǒng)開始運行，達(dá)到路口滿溢設(shè)定值。若檢測路口滿溢時，先判斷滿溢值在大（d以上）、中（z以上，d以下）、?。▁以上，z以下）哪個級別，根據(jù)級別來控綠燈制延時。南北方向計數(shù)器通過傳感器脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，得到數(shù)據(jù)N1,表示南北方向車道車輛發(fā)生小型堵塞，，則南北方向綠燈持續(xù)伸（根據(jù)車輛滿溢值的級別進(jìn)行設(shè)定兒若仍然存在z>N2-D2>x，則時間計數(shù)器又需計數(shù)延時ns；延時ns后，南北方向計數(shù)器重新通過傳感器脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，若N3-D3<x，則按照原普通定時控制進(jìn)行。南北方向綠燈閃爍3s，黃燈閃爍2s，之后轉(zhuǎn)入紅燈亮，東西方向一直由紅燈亮轉(zhuǎn)入綠燈亮。每次個方向車輛計數(shù)器車輛停滯數(shù)據(jù)比較完畢后都要清零，如此上述循環(huán)往復(fù)網(wǎng)。這個根據(jù)差值的級別來設(shè)定，但是一次通行總時間不能超過60s。另外，本次設(shè)計由于時間以及技術(shù)限制，暫時沒有考慮人行道的技術(shù)方式，可以認(rèn)為各方向人行道的通行與否與車行道車輛的通行與否是一致的。實際上，通過計數(shù)器綜合統(tǒng)計各路口人流量與車流量的計數(shù)更能精確統(tǒng)計各路口流量停滯信息，但是這樣做技術(shù)要求較高，實現(xiàn)成本也很高，故在此不做討論Mo車輛流量輸入信息與交通燈輸出的I/O分配圖加表3-2所示：表3-2十字路口交通燈1/0地址分配表輸入設(shè)備輸入點接口輸出設(shè)備輸出點接口啟動按鈕X0南北方向綠燈（2個）Y1北方計數(shù)器輸入X1南北方向黃燈（2個）Y2南方計數(shù)器輸入X2南北方向紅燈（2個）Y3西方計數(shù)器輸入X3東西方向綠燈（2個）Y4東方計數(shù)器輸入X4東西方向黃燈（2個）Y5停止按鈕X5東西方向紅燈（2個）Y63.6強(qiáng)通控制由于道路上常常有緊急時間突發(fā)情況發(fā)生，例如消防、急救等等。因此，急車強(qiáng)通控制需納入十字路口交通燈控制系統(tǒng)中。如果是有車需要急速通過，則可以通過強(qiáng)通開關(guān)來實現(xiàn)對交通等的臨時管控。那么此時所有的交通燈都是保持紅燈狀態(tài)。而只有急速通行車道的綠燈閃爍3s,斷開急車強(qiáng)通開關(guān)后成急車去的方向的綠燈亮3s后，交通燈信號則呈現(xiàn)為急車放行前狀態(tài)。急車通過后，交通等恢復(fù)到正常管控狀態(tài)uh。但需要注意的是，急車強(qiáng)通管控只是針對某一方向道路上的來車，如果兩條交叉道路都有來車，系統(tǒng)則會對先來車方向進(jìn)行響應(yīng)，之間會存在一個先后次序的排列。具體的實現(xiàn)流程如圖3-6所示：

圖3-6急車強(qiáng)通具體控制流程圖第4章十字路口交通燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計本章主要在可編程序控制器中對交通燈的定時限循環(huán)控制系統(tǒng)的編程原理進(jìn)行分析，同時也對該系統(tǒng)在進(jìn)行交通燈控制方面的具體運作規(guī)律進(jìn)行闡述，以及加入了電磁感應(yīng)計數(shù)器系統(tǒng)模擬交通燈現(xiàn)實應(yīng)用的場景，對最后在PLC中編程調(diào)試。4.1十字路口交通燈系統(tǒng)的軟件設(shè)計根據(jù)道路口的車輛流通調(diào)查報告，為十字路口兩個方向的紅綠燈設(shè)置合適的延時時間，交通燈根據(jù)這個時間延時控制系統(tǒng)循環(huán)運行。這種方法遵循了現(xiàn)如今實際基礎(chǔ)設(shè)施

建設(shè)中通用交通燈控制系統(tǒng)的一般控制規(guī)律:1、 當(dāng)該控制系統(tǒng)開始運行后，當(dāng)南北（或東西）方向顯示紅燈禁止車輛通行時，其余兩個方向即東西（南北）方向就會同時顯示綠燈允許車輛通行。2、 無論東西或南北方向顯示紅燈禁止車輛通行時，其余兩個方向都要顯示綠燈允許車輛通行，以免四個方向均是紅燈車輛都在等待通行。同樣，無論東西或南北方向顯示紅綠允許車輛通行時，其余兩個方向都要顯示紅燈禁止車輛通行，以免四個方向均是綠燈車輛均通行弓1起交通事故。3、 設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)紅綠燈的交互閃亮，合理的進(jìn)行交通管控。普通交通燈安?位置加圖4-1所示：圖4-1交通燈安?位置圖圖4-1交通燈安?位置圖 廠 有車輛經(jīng)過檢測儀的輸出 ii 無車輛經(jīng)過信號輸出 R信號輸出 圖4-2電磁傳感器工作示意圖及波形在具體應(yīng)用時，通過升關(guān)對信號燈管控系統(tǒng)進(jìn)行控制。升關(guān)啟動，信號燈亮，啟動開關(guān)斷升時所有信號燈熄滅。當(dāng)某方向繁忙時（假設(shè)南北繁忙）。檢測開關(guān)SB3自動閉臺，南北綠燈時長加5s,東西紅燈時長增加5s，其余時間不變，再循環(huán)。南北綠燈、東西綠燈只能是間隔亮。如果二者出現(xiàn)同時亮的情況則會出動系統(tǒng)報警，同時系統(tǒng)也會自動斷電關(guān)閉。4.2PLC系統(tǒng)梯形圖分析西門子PLCS7-200編程軟件具有普適性，其可以被應(yīng)用于多種不同功能的系統(tǒng)設(shè)計，同時也可以滿足多種不同參數(shù)的需求。因此借助該軟件進(jìn)行編程可以滿足多數(shù)系統(tǒng)的需求，同時也可以實現(xiàn)對PLC程序的異地讀取［15］。比如想要進(jìn)行程序梯形圖的更改成者是和變換語旬表就可以用該軟件完成。1、系統(tǒng)初始化時候：當(dāng)開關(guān)SB1臺上時，I0.0觸點接通，Q0.1線圈得電，主道綠燈亮，Q0.6線圈得電，次道紅燈亮，在次道沒有行人按按鈕或者沒有車輛等待要經(jīng)過的情況下，一直保持主道綠燈，次道紅燈，提高道路利用率。

圖4-4程序初始梯形圖第5章十字路口交通燈控制系統(tǒng)軟件調(diào)試與檢5.1調(diào)試與檢測一般說來，在進(jìn)行調(diào)試過程中，一是進(jìn)行模擬調(diào)試，二是進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。而要保證調(diào)試結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，還要在調(diào)試工作開展之前進(jìn)行具體的程序檢查，同時對相應(yīng)的系統(tǒng)安裝、接線等情況進(jìn)行具體的區(qū)分。唯有確保所有的安裝和接線都準(zhǔn)確的前提下，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試的結(jié)果才真的具有指導(dǎo)性和以舉行。而且在進(jìn)行調(diào)試的過程中，要經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)試，確保調(diào)試結(jié)果沒有問題后，才能夠真正的投入使用。1.程序的模擬調(diào)試所謂的模擬調(diào)試，顧名思義是以模擬的模式來進(jìn)行系統(tǒng)的應(yīng)用檢測。一般說來，在完成了相應(yīng)的控制程序編寫后，可以通過在模擬實驗室中進(jìn)行仿真模擬的模式來對系統(tǒng)進(jìn)行具體應(yīng)用時狀態(tài)的調(diào)試。以鈕子開關(guān)代替信號輸入，同時以二極管替代紅綠燈進(jìn)行模擬。而后依據(jù)不同的交通情況需求進(jìn)行信號燈的模擬控制。這種調(diào)試的主要目的在于檢查系統(tǒng)是否能夠滿足具體實踐需求，同時也對系統(tǒng)應(yīng)用的準(zhǔn)確性進(jìn)行判定。在調(diào)試時應(yīng)該充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、用選擇序列的功能表圖中的每條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)該及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實際設(shè)定值。在設(shè)計和模擬調(diào)試程序的同時，可以設(shè)計。制作控制臺或控制柜，PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也同時進(jìn)行。2.程序的現(xiàn)場調(diào)試PLC現(xiàn)場調(diào)試是指所有設(shè)備都安裝好后，所有連接線都接好后的實際調(diào)試。也是PLC程序的最后調(diào)試?，F(xiàn)場調(diào)試的具體過程大體是：（1） 要查接線、核對地址。要逐點進(jìn)行，要確保正確無誤?？刹粠щ姾藢?，那就是查線，較麻煩。也可帶電查，加上信號后，看電控系統(tǒng)的動作情況是否符合設(shè)計的目的（2） 檢查模擬量輸入輸出?？摧斎胼敵瞿K是否正確，工作是否正常。必要時還可用標(biāo)準(zhǔn)儀器檢查輸入輸出的精度。（3） 檢查與測試指示燈。控制面板上如有指示燈，應(yīng)先對應(yīng)指示燈的顯示進(jìn)行檢查。一方面，查看燈壞了沒有，另一方面檢查邏輯關(guān)系是否正確。指示燈是反映、系統(tǒng)工作的一面鏡子，先調(diào)試好它，將對進(jìn)一步調(diào)試提供方便。（4） 檢查手動動作及手動控制邏輯關(guān)系。（5） 半自動工作。如系統(tǒng)可自動工作，那先調(diào)半自動工作能否實現(xiàn)。調(diào)試可一步步推進(jìn)直至完成整個控制周期。哪個步驟或者環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就著手解決哪個步驟或、環(huán)節(jié)的問題。（6） 自動工作。（7） 模擬量調(diào)試、參數(shù)確定。以上調(diào)試的都是邏輯控制的項目。這是系統(tǒng)調(diào)試時,首先要通電。這些調(diào)試基本完成后，可著手調(diào)試模擬量、脈沖量控制。最主要的是選定臺適控制參數(shù)。一般講，這個過程是比較長的。也好耐心調(diào)，參數(shù)也要作多種選擇，再從中選出最優(yōu)者。有的PLC，它的PID參數(shù)可通過自整定獲得。但這個自整定過程，也是需要相當(dāng)?shù)臅r間才能完成。異常條件檢查。總結(jié)本文利用PLC編程實現(xiàn)十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計運行。首先論述了十字路口交通燈控制系統(tǒng)研究設(shè)計的必要性，然后對PLC實現(xiàn)控制的機(jī)理進(jìn)行介紹。本文首先通過PLC編程實現(xiàn)普通的交通燈控制功能，在此普通的交通燈控制基礎(chǔ)上添加智能化設(shè)計，利用電感式傳感器感應(yīng)各個路口的車流量，然后通過連接計數(shù)器統(tǒng)計各個方向的車流量，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)（對車流停滯量進(jìn)行分級處理），智能化的判斷各個交通路口的擁堵情況，通過PLC控制系統(tǒng)來適當(dāng)?shù)恼{(diào)整紅綠燈的讀秒時間，以緩解交通壓力，保證路面交通的正常運行。最后，在上述交通燈控制系統(tǒng)中設(shè)計添加適應(yīng)交通緊急情況的交通燈反應(yīng)程序，使該系統(tǒng)在特殊情況下能切換到強(qiáng)通控制模式，使得本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)交通燈智能化人性化運行。致謝在交大的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，在此，我要感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我的老師和關(guān)心過我的同學(xué)，他們在我成長過程中給予了我很大的幫助。本次設(shè)計能夠成功的完成，要特別感謝我的論文指導(dǎo)老師周福林周老師的關(guān)懷和教導(dǎo)。從本次設(shè)計課題的選題、設(shè)計原理的確定，到論文的最終完成，周老師一直不厭其煩地給予我悉心的幫助和指導(dǎo)，使我受益匪淺。在此，再次對周福林老師表示衷心的謝意。參考文獻(xiàn)秦宇峰.基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)[J].信息技術(shù)教學(xué)與研究，2011(23)陳婷婷.基于PLC的城市十字路口交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].科技向?qū)Ь浚?011(33)趙軻，喬東凱.基于PLC的多時段交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計[J].XX輕工業(yè)，2010(09)于秀娜.基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)[J].科技論壇榮曉飛.基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用邱道尹.S7-300/400PLC人門和應(yīng)用分析[M].:中國電力，2008.X鳳珊.電氣控制及可編程序控制器(第2版)[M].:中國輕工業(yè)，2003.王永華.現(xiàn)在電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)(第二版).：航空航天大學(xué).2008陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用練習(xí)與實踐.：電子工業(yè).2006王兆義.可編程序控制器教程[M].：機(jī)械工業(yè)，2001袁任光.可編程控制器選用手冊.：機(jī)械工業(yè),2002鐘肇新.可編程控制器原理及應(yīng)用.：華南理工大學(xué)西門子公司.SIMATICS7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊.2004X風(fēng)翼.圖解西門子S7-200PLC人門.：電子工業(yè).2009陳立定.電氣控制與可編程序控制器的原理及應(yīng)用[M].：機(jī)械工業(yè)，2004李輝.S7-200PLC編程原理與工程實訓(xùn).：航空航天大學(xué).2007ISERMANNR,SCHAFFNITJ,SINSELS.Hardware-in-the-loopSimulationfortheDesignandTestingofEngine-controlSystems[J].ControlEngineeringPractice,1999,7(5):643-653.王庭有.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].：國防工業(yè)，2005.YUQuan,RONGJian.RealTimeSimulationPlatformDesignofTrafficControlHardwareIn-the-loop[J].JournalofChongqingInstituteofTechnology:NaturalScienceEdition,2009,23(10):57-60.周力，陳躍東，江明.城市智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，XX工程技術(shù)學(xué)院，2006,第6期.SUNJiasi,ZHUXiaobing.DesignDataSetsofRoad[M].Beijing:ChinamunicationsPress,2003.于泉，榮建.交通控制硬件在環(huán)實時仿真平臺設(shè)計[J].XX工學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009,23(10)：57-60.趙曉華，陳陽舟，石建軍等.交通控制算法在Paramics交通仿真軟件中的實現(xiàn)[J].公路交通科技，2006,23(6):136-139.史靜.互通式立交最小安全凈距及變速車道長度研究[D].：長安大學(xué)，2011.JiriKoziorek,LenkaLandryova.SoftplcsandTheirUsinginControlApplications.the5thIFACWorkshoponProgrAmmAbleDevicesAndSystems2001(PDS2001),2001.史建平.PLC在全功能交通燈控制上的應(yīng)用[J].XX工業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，1999，第12卷.王國鋒，宋鵬飛，X蘊(yùn)靈.十字路口交通燈系統(tǒng)發(fā)展與展望[J].公路，2012，(5)：217-222.X延新等.高速公路監(jiān)控通信管理[M].人民交通，2004.ZHAOXiaohua,CHENYangzhou,SHIJianjun,etal.RealizationofTrafficControlAlgorithmUsingTrafficSimul