【基于PLC的十字路口智能交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)10000字（論文）】

引言隨著現(xiàn)代交通的快速發(fā)展和汽車進(jìn)程的加快，道路交通擁擠問(wèn)題日益嚴(yán)重、交通事故日益頻發(fā)，人們的出行安全受到了極大的威脅，同時(shí)，交通環(huán)境的惡化也成為了交通管理及規(guī)劃部門急需解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一。交通問(wèn)題不僅僅是在發(fā)展中國(guó)家出現(xiàn)，就是放在發(fā)達(dá)國(guó)家也同樣是一個(gè)極度困擾人們的難題。作為一個(gè)共識(shí)，緩解以及解決交通擁堵問(wèn)題的一個(gè)最簡(jiǎn)潔有效的辦法就是提高路網(wǎng)之間的聯(lián)通能力。然而，各國(guó)90%的大城市，都不可能一直修建道路，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)因素還是土地資源因素，都很大程度上阻礙了道路的無(wú)節(jié)制增長(zhǎng)[1]。因此，人們通過(guò)無(wú)限的道路建設(shè)來(lái)滿足逐日增加的交通需求是一種癡人說(shuō)夢(mèng)的行為，也并不可能實(shí)現(xiàn)。另外一個(gè)方面，由于各種客觀因素的限制，通過(guò)對(duì)于車輛增長(zhǎng)數(shù)量的嚴(yán)格控制來(lái)減少交通需求，并不能取得令人滿意的效果。實(shí)際上，交通系統(tǒng)是十分龐大的道路控制系統(tǒng)，它的復(fù)雜程度和控制難度是難以想象的，如果只是簡(jiǎn)單的從道路或者車輛的某一個(gè)角度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題都是相當(dāng)困難的。智能交通系統(tǒng)（ITS，Intelligent

Traffic

Systems）是能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制工程技術(shù)以及數(shù)據(jù)通信技術(shù)等技術(shù)相融合的一種及時(shí)、正確并且高速的管控體系，是交通運(yùn)輸綜合管理中的一個(gè)將車、人、路聯(lián)系更加密切，并且及時(shí)、高速、環(huán)保的綜合系統(tǒng)[2]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)條件越來(lái)越好，ITS的研究從照抄別國(guó)完善系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)辟研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ITS[3]。現(xiàn)在中國(guó)許多都市已經(jīng)建立了智能交通指導(dǎo)中央，公共運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)等。十二五以來(lái)，我國(guó)累計(jì)投入了數(shù)千億資金支持智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，極大改善了國(guó)民的出行狀況。智能交通是當(dāng)前都市交通運(yùn)輸行業(yè)進(jìn)步的勢(shì)必方向，前進(jìn)方向之一。國(guó)內(nèi)一些智能交通產(chǎn)業(yè)和其他繁盛國(guó)（美國(guó)，日本等)相比還有不小的距離，隨著國(guó)家一系列利民政策的實(shí)行，我國(guó)智能交通基本設(shè)備建造范圍將繼續(xù)逐擴(kuò)大。相信在未來(lái)智能交通系統(tǒng)可以像中國(guó)的高鐵一樣作為中國(guó)面向世界的一張柬貼[4]。自1991年美國(guó)首次開(kāi)始對(duì)智能化的交通運(yùn)輸體系進(jìn)行研究以來(lái)，日本，歐盟，新加坡等國(guó)家和地區(qū)陸續(xù)展開(kāi)了對(duì)智能化的交通運(yùn)輸管理體系的規(guī)劃，研究及其應(yīng)用。國(guó)外的智能化交通系統(tǒng)相對(duì)于國(guó)內(nèi)而言要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早了好多年，并且有著相對(duì)成熟的模式，下面主要對(duì)日本的發(fā)展情況進(jìn)行說(shuō)明。智能軌道交通系統(tǒng)是在日本早期由70年代起步并逐漸發(fā)展起來(lái)[5]。從1973年至1978這幾年間，日本人進(jìn)行了"動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)"的嘗試，在這些嘗試中，車?yán)镩_(kāi)車人員可以遵從汽車?yán)锏娘@示屏上及時(shí)呈現(xiàn)的各條道路交通擁擠或者阻礙的情形以及開(kāi)車行駛的最優(yōu)方向，來(lái)正確地選擇他們自己想要行駛的駕車方向或者是到達(dá)指定目標(biāo)地的最優(yōu)路線，另外，"日本道路交通行駛車輛智能化促進(jìn)協(xié)會(huì)"將推動(dòng)its在日本的應(yīng)用與發(fā)展[6]。十字路口交通系統(tǒng)是一個(gè)地區(qū)和城市交通系統(tǒng)的主要組成部分。該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)直接反映了區(qū)域和城市的現(xiàn)代化管理水平。在該系統(tǒng)中，交通信號(hào)燈不是唯一易于發(fā)生改變的部件，因?yàn)槠渌M件也具有較大的可變性和隨機(jī)性。只有科學(xué)，客觀地分析研究該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制，才能建立科學(xué)有效的管理以及具備良好的控制措施，使系統(tǒng)平穩(wěn)高效運(yùn)行。2交通燈系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)2.1交通燈系統(tǒng)的功能本次設(shè)計(jì)的智能交通燈控制系統(tǒng)主要采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)路口交通燈的自動(dòng)控制，通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)東西方向，南北方向車道，人行道的交通燈的時(shí)間控制，從而實(shí)現(xiàn)路口車輛的智能管理。本次系統(tǒng)主要分為夜間模式交通燈管理、高峰期模式交通燈管理、正常模式交通燈管理等三個(gè)模式，處在正常的情況下。東西方向的以及南北方向交通燈的時(shí)間按照指定的來(lái)運(yùn)行。高峰期模式又分為東西方向以及南北方向高峰期模式，采用傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向流量的檢測(cè)，當(dāng)對(duì)應(yīng)的方向流量在一定時(shí)間內(nèi)過(guò)多時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)方向的高峰期模式，此時(shí)綠燈時(shí)間加長(zhǎng)，紅燈時(shí)間縮小。夜間模式下全部黃燈閃爍控制。具體運(yùn)行要求如下：（1）系統(tǒng)啟動(dòng)后，交通燈南北方向開(kāi)始運(yùn)行，交通燈東西方向開(kāi)始運(yùn)行，系統(tǒng)車道多方向開(kāi)始實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)人行道方向也持續(xù)進(jìn)行監(jiān)控。（2）系統(tǒng)運(yùn)行后，采用傳感器檢測(cè)東西方向車流量以及南北方向車流量，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)。如果某一方向車流量檢測(cè)數(shù)值超出預(yù)設(shè)數(shù)值，那么判定為當(dāng)前方向?yàn)楦叻迤诜较颍藭r(shí)對(duì)應(yīng)的綠燈時(shí)長(zhǎng)加長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的紅燈時(shí)長(zhǎng)縮短。同時(shí)非高峰期模式的車流紅燈時(shí)長(zhǎng)加長(zhǎng)，綠燈時(shí)長(zhǎng)縮短。（3）當(dāng)系統(tǒng)處在也就模式的情況下，此時(shí)東西車道方向黃燈閃爍且保持，南北車道方向黃燈閃爍且保持。（4）系統(tǒng)按下急停操作按鍵，系統(tǒng)停止運(yùn)行，等待工作人員下一次的接通。2.2交通燈系統(tǒng)的方案的選擇通過(guò)上述研究分析可以知道智能交通燈控制系統(tǒng)要對(duì)指示燈，傳感器檢測(cè)，開(kāi)關(guān)按鈕等元件進(jìn)行控制，根據(jù)對(duì)流程的分析得知，控制系統(tǒng)可以采用以下三種控制方式，分別為：

（1）利用PLC來(lái)完成智能交通燈控制系統(tǒng)的過(guò)程。

（2）利用單片機(jī)來(lái)完成智能交通燈控制系統(tǒng)的過(guò)程。

（3）利用傳統(tǒng)接觸器電路來(lái)完成智能交通燈控制系統(tǒng)的過(guò)程。根據(jù)上述系統(tǒng)信息對(duì)三種控制方式進(jìn)行分析比較，然后選擇出最適合智能交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行工作控制的工作方式。單片機(jī)系統(tǒng)大多用于小型家電控制系統(tǒng)里面，編寫(xiě)好的程序進(jìn)行二次修改需要對(duì)焊機(jī)好的電路板進(jìn)行拆除，一般用于成品家電中，在智能交通燈處理控制系統(tǒng)控制里面需要用到多部分指示燈，電機(jī)的運(yùn)行。需要根據(jù)用戶需求實(shí)時(shí)擴(kuò)展，單片機(jī)在這個(gè)應(yīng)用上，功能擴(kuò)展較低，往往編程好的項(xiàng)目需要二次擴(kuò)展時(shí)則需要重新燒錄元件，拆除硬件。PLC為工業(yè)方向工作的自動(dòng)化控制器，如果采用PLC來(lái)對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，那么就由用戶編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的PLC程序，通過(guò)輸入輸出端口接線到基本單元后，由程序采集外部硬件信號(hào)，由程序驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載硬件信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的智能交通燈控制系統(tǒng)處理工作過(guò)程，基同時(shí)我們可以根據(jù)道路實(shí)際情況修改程序，不需要改變外部硬件設(shè)備，只需要通過(guò)切換開(kāi)關(guān)或者改變模擬量出入輸出的邏輯關(guān)系即可完成對(duì)道路的調(diào)控，同時(shí)PLC系統(tǒng)具備和上位機(jī)和下位機(jī)的通信連接，還有擴(kuò)展的功能，后續(xù)的維護(hù)簡(jiǎn)單，可靠性高，而且PLC編程的內(nèi)容通俗易懂，容易被操作者所接受。繼電器控制則是通過(guò)一些低壓元件然后進(jìn)行電氣連接的方式組成一個(gè)操控系統(tǒng)，該系統(tǒng)捕捉模擬量控制過(guò)程較復(fù)雜，運(yùn)行系統(tǒng)電路復(fù)雜，檢修困難，擴(kuò)展性極低。在用PLC采用的控制系統(tǒng)的智能交通燈控制系統(tǒng)中，PLC因?yàn)榉浅２灰粯拥南到y(tǒng)的程序，操作的人可以通過(guò)實(shí)際情況及時(shí)修改不正確程序，使得正確的程序在它的內(nèi)部編寫(xiě)，而且最為人性化的是并不需要同時(shí)改變它所使用外部硬件設(shè)備的各種連接方式，只需增加少數(shù)或者一部分指令的數(shù)量就好了，有著特殊的擴(kuò)大化功能?，F(xiàn)如今大部分的自動(dòng)化控制的系統(tǒng)都是用的電子技術(shù)比較多，通過(guò)它的內(nèi)部大量的軟元件的控制它，這樣就可以節(jié)省許多硬件的成本，只需要在軟件上進(jìn)行小小的修改動(dòng)作就可以了，十分的便捷，快速，方便，重量輕，體積小，外觀小，實(shí)在是最好的控制系統(tǒng)的選擇。除了PLC控制系統(tǒng)以外被人們知道最大多的就是單片機(jī)控制器，它的技術(shù)不僅成熟，而且相比價(jià)格便宜[。就是它的控制十分的不穩(wěn)定，而且抗干擾能力十分不好使得他在生產(chǎn)線所需的控制系統(tǒng)中并不突出也基本不使用。不適用于控制智能交通燈控制系統(tǒng)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的抗干擾能力真的不怎么樣，穩(wěn)定性也不怎么樣不突出，相比之下PLC就突出許多，價(jià)格便宜的同時(shí)，性能相比其他的都要好很多，讓人覺(jué)得使用起來(lái)感覺(jué)方便舒適編碼簡(jiǎn)單，還是因?yàn)榭垢蓴_能力強(qiáng)，可以滿足各種情況下不同生產(chǎn)線作業(yè)線下的編程需要。因此綜上所述本次控制系統(tǒng)采用PLC做主控器進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖本課題設(shè)計(jì)主要通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈與車流的聯(lián)動(dòng)模擬控制，根據(jù)實(shí)際的十字路口的交通狀況加以設(shè)計(jì)。光電傳感器監(jiān)測(cè)十字路口出的車輛數(shù)目。并判斷采用夜間模式還是白天模式，其中白天模式又分為正常模式與高峰期模式，根據(jù)不同的模式，自動(dòng)調(diào)節(jié)交通信號(hào)燈的時(shí)間，以達(dá)到提高通行效率的目的。如圖2-1所示是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如上所述為本次智能交通燈的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)框圖分為輸入部分組成，控制部分組成，輸出部分組成等三部分，其中輸入部分組成為操作按鈕呼叫輸入控制，東西車道方向、南北車道方向流量檢測(cè)控制等?？刂撇糠謩t利用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)外部輸入信號(hào)的接收，以及對(duì)負(fù)載設(shè)備的輸出控制。輸出部分有各方向的狀態(tài)監(jiān)控，有系統(tǒng)的狀態(tài)顯示，用于顯示系統(tǒng)的啟動(dòng)狀態(tài)，停止?fàn)顟B(tài)。

3交通燈系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3.1PLC的概述PLC是指在產(chǎn)業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字控制的電子產(chǎn)品。當(dāng)前PLC、功能和命令系統(tǒng)是各種各樣的，但是它們是專門用于工業(yè)控制的微處理器計(jì)算機(jī)，因此其結(jié)構(gòu)和操作原理基本上相同，它的硬件構(gòu)成與工業(yè)微型計(jì)算機(jī)很像。如CPU、I/O接口、RAM、I/O擴(kuò)展接口、ROM和外部設(shè)備接口，數(shù)據(jù)和指令的發(fā)送也可以用內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成。伴隨著PLC應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展，PLC的控制功能也越來(lái)越強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越多，如邏輯控制函數(shù)、條件控制函數(shù)或者順序控制函數(shù)等。使用與或非邏輯控制PLC命令來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制。2.時(shí)間和賬戶功能：是PLC模塊內(nèi)部的計(jì)數(shù)器或定時(shí)器來(lái)代替時(shí)間繼電器與賬戶繼電器，用于特定操作的時(shí)間和賬戶的管理控制。PLC的操作功能，主要包括對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、運(yùn)算、傳輸、編碼等等其他功能。4.分步控制：指在處理多個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所執(zhí)行分步控制，只能前一個(gè)過(guò)程完成后，下一過(guò)程才能開(kāi)始，在硬件系統(tǒng)中搭配分步控制器。5.A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，其涉及到A/D和D/A中的轉(zhuǎn)換模塊，通過(guò)該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬值和數(shù)字值的轉(zhuǎn)換。6.控制運(yùn)動(dòng)的功能，該功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴位置模塊通過(guò)快速的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制。可以進(jìn)行的控制動(dòng)作主要分為多軸運(yùn)動(dòng)和單軸運(yùn)動(dòng)。7、對(duì)各種進(jìn)程進(jìn)行控制的功能，簡(jiǎn)記為過(guò)程控制功能。8、膨脹功能：增加進(jìn)出房間的數(shù)量，增加各類智能模塊和特殊功能單元，以提高PLC的控制能力。9.遠(yuǎn)程I/O功能遠(yuǎn)程I/O功能將分布在遠(yuǎn)離PLC主機(jī)位置的各種輸入/輸出設(shè)備連接起來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)，輸出信號(hào)[5]。要發(fā)送的遠(yuǎn)程I/O單元。，10.網(wǎng)絡(luò)單元：指PLC與上位機(jī)之間信息交互，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型設(shè)備和復(fù)雜系統(tǒng)的全面控制。11.監(jiān)控功能單元：使用PLC監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程，報(bào)告和記錄系統(tǒng)異常動(dòng)態(tài)?？墒褂每刂瞥绦虻脑诰€設(shè)置定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)機(jī)。通過(guò)上面的幾點(diǎn)功能介紹，已經(jīng)了解了該技術(shù)的主要應(yīng)用方面，對(duì)于其內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)還未提及，對(duì)此將從軟硬件兩方面進(jìn)行分析。首先是硬件部分，PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由重要處理器、RAM、輸入輸出、電源和編程硬件這幾部分構(gòu)成，其中中央處理器是眾多硬件中的核心，RAM負(fù)責(zé)信息暫時(shí)存放。除了硬件部分外，軟件結(jié)構(gòu)也是尤為重要的，為便于理解，可以簡(jiǎn)單分為以下兩部分：（1）監(jiān)控程序：是PLC原生自帶的軟件，主要用于PLC在運(yùn)行中監(jiān)督，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。（2）用戶程序：非系統(tǒng)自帶，可以隨意添加修改的可以按照使用者需求自動(dòng)安裝或者自主編碼的程序。通過(guò)用戶程序，實(shí)現(xiàn)用戶的需求。使系統(tǒng)在使用者的控制下按照預(yù)定的指令運(yùn)行。PLC具體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1：圖3-1PLC結(jié)構(gòu)圖3.2I/O點(diǎn)數(shù)的確定及PLC選型3.2.1機(jī)型的選擇根據(jù)結(jié)構(gòu)，PLC型號(hào)可分為整體型，組合型和堆疊型。通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目所需控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，該控制系統(tǒng)適用于工藝流程固定，維護(hù)量較少的設(shè)備，由開(kāi)關(guān)量來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，所以用小型的PLC即可實(shí)現(xiàn)所需要求。在通過(guò)以上三種類型的PLC產(chǎn)品的綜合分析與比較之后，因西門子系列PLC具有結(jié)構(gòu)完整，配置靈活，可靠性高，通訊能力強(qiáng)，擴(kuò)展功能豐富的特點(diǎn)。所以，將選擇西門子S7-200系列PLC作為交叉路口交通與控制仿真系統(tǒng)的主要控制設(shè)備。3.2.2西門子S7-200系列PLC概述西門子S7-200系列PLC的系統(tǒng)組成包括S7-200系列PLC中的基本單元、寫(xiě)入器、擴(kuò)展單元、文本顯示、編程器以及存儲(chǔ)卡等，基本單元為：CPU21X/22X系列，但是CPU226/226XM是在西門子小型PLC中功能最強(qiáng)的單元。由于對(duì)程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的空間、CPU集成的I/O點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)和模塊的擴(kuò)展能力以及通信接口的個(gè)數(shù)的綜合考慮，故本次課題設(shè)計(jì)決定采用西門子S7-200系列226型號(hào)PLC作為核心控制單元對(duì)整個(gè)十字路口交通系統(tǒng)進(jìn)行控制，使東、西、南、北四個(gè)方向的紅綠黃燈能夠?qū)崿F(xiàn)有規(guī)律的循環(huán)閃亮以及車流的有序運(yùn)行。3.3PLC系統(tǒng)的I/O分配表表3-1I/O輸入地址分配表序號(hào)檢測(cè)名稱地址元件元件符號(hào)1系統(tǒng)運(yùn)行I0.0按鈕SB12系統(tǒng)急停I0.1按鈕SB23東西方向延時(shí)I0.2按鈕SB34南北方向延時(shí)I0.3按鈕SB45夜間模式I0.4按鈕SB56C1光電I0.5傳感器SQ17C2光電I0.6傳感器SQ28C3光電I0.7傳感器SQ39C4光電I1.0傳感器SQ410S1光電I1.1傳感器SQ511S2光電I1.2傳感器SQ612S3光電I1.3傳感器SQ713S4光電I1.4傳感器SQ814S5光電I1.5傳感器SQ915S6光電I1.6傳感器SQ1016S7光電I1.7傳感器SQ1117S8光電I2.0傳感器SQ12表3-2I/O輸出地址分配表序號(hào)檢測(cè)名稱地址元件備注1南北紅燈Q0.0指示燈HL12南北黃燈Q0.1指示燈HL23南北綠燈Q0.2指示燈HL34東西紅燈Q0.3指示燈HL45東西黃燈Q0.4指示燈HL56東西綠燈Q0.5指示燈HL67東西人行道綠燈Q0.6指示燈HL78東西人行道紅燈Q0.7指示燈HL89南北人行道綠燈Q1.0指示燈HL910南北人行道紅燈Q1.1指示燈HL1011報(bào)警信號(hào)Q1.2蜂鳴器HA112東西流量1Q1.3指示燈HL1113東西流量2Q1.4指示燈HL1214東西流量3Q1.5指示燈HL1315東西流量4Q1.6指示燈HL1416南北流量1Q1.7指示燈HL1517南北流量2Q2.0指示燈HL1618南北流量3Q2.1指示燈HL1719南北流量4Q2.2指示燈HL183.4PLC外部接線圖根據(jù)S7-200系列PLC的I/O輸入及輸出地址分配表，并結(jié)合整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，使用24V直流電為控制系統(tǒng)中的信號(hào)輸入供電，輸出部分使用220V供電。圖3-2為PLC的電氣接線圖：圖3-2PLC硬件接線圖

4交通燈系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1流程圖4.1.1系統(tǒng)總流程圖通過(guò)PLC對(duì)步進(jìn)順序進(jìn)行控制，這樣能夠使每一個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格按照行動(dòng)順序。在對(duì)具有車流量監(jiān)測(cè)的十字路口交通及控制模擬系統(tǒng)進(jìn)行了分析之后，設(shè)計(jì)控制流程圖如圖4-1所示：圖4-1主流程圖主流程圖：程序啟動(dòng)后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行初始化并將一切數(shù)據(jù)歸零，之后進(jìn)入運(yùn)行模式判斷。當(dāng)是夜間模式時(shí)，車道方向的黃燈會(huì)閃爍，當(dāng)夜間模式結(jié)束時(shí)，程序也隨之結(jié)束，否則車道方向的黃燈繼續(xù)閃爍。當(dāng)為白天模式時(shí)，系統(tǒng)又將進(jìn)行判斷，當(dāng)為系統(tǒng)為正常模式，東西南北四個(gè)方向的交通信號(hào)燈按照正常模式運(yùn)行，其紅綠燈時(shí)長(zhǎng)將不發(fā)生改變；但南北方向高峰期開(kāi)始時(shí)，南北方向的綠信號(hào)燈時(shí)長(zhǎng)增加，紅燈時(shí)長(zhǎng)變短，東西方向則正好相反；當(dāng)判斷為東西方向高峰期時(shí)，東西方向的綠燈延長(zhǎng)，紅燈變短，南北方向與之相反。4.1.2正常模式圖4-2正常模式程序流程圖正常模式：在正常模式下，當(dāng)執(zhí)行南北方向時(shí)，南北車道與人行橫道綠燈接通共持續(xù)25s，當(dāng)25s結(jié)束后南北車道的綠燈閃爍3s，接下來(lái)南北車道的黃燈接通持續(xù)2s，即南北車道和人行橫道紅燈接通持續(xù)30s。當(dāng)執(zhí)行東西方向時(shí)，東西車道與人行橫道綠燈接通共持續(xù)25s，當(dāng)25s結(jié)束后，東西車道的綠燈閃爍3s，接下來(lái)東西車道的黃燈接通持續(xù)2s，然后東西車道和人行橫道紅燈接通并持續(xù)30s。4.1.3高峰期模式圖4-3南北高峰期模式程序流程圖南北高峰期模式：當(dāng)為南北高峰期模式時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整南北方向的時(shí)間，使得南北方向車道與人行橫道綠色信號(hào)燈時(shí)間延長(zhǎng)至40s。同時(shí)南北方向車道與人行橫道紅燈時(shí)間分別降低至18s，南北方向車道黃燈時(shí)間不變還為2s。通過(guò)調(diào)整東西方向的時(shí)間，會(huì)使東西方向車道與人行橫道紅燈時(shí)間分別延長(zhǎng)至42s，東西方向車道與人行橫道綠燈時(shí)間降低至18s，東西方向車道黃燈時(shí)間同樣仍為2s。圖4-4東西高峰期模式流程圖東西高峰期模式：當(dāng)為南北高峰期模式時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整南北方向信號(hào)燈的時(shí)間，讓南北方向車道交通燈與人行橫道紅色信號(hào)燈時(shí)間分別增加到42s，南北方向車道綠色交通燈與人行橫道綠信號(hào)燈時(shí)間減少到18s，其黃燈時(shí)間不變。東西方向的時(shí)間加以調(diào)整，使得東西方向車道與人行橫道綠燈時(shí)間分別延長(zhǎng)至40s，東西方向車道與人行橫道紅燈時(shí)間降低至18s，東西方向車道黃燈時(shí)間同樣仍為2s。4.2編程軟件的概述德國(guó)西門子公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)了許許多多的產(chǎn)品，其中就包括本文需要用到的S7-200，除此之外還有S7-300，S7-1200等不同種類的PLC軟件[11]。S7-200是一臺(tái)可自行組裝擴(kuò)展的可編程系統(tǒng)，200PLC可以完成大大小小的各種指令，可以完成簡(jiǎn)單的指令，也可以完成復(fù)雜的各種指令。S7-200有著多種功能不同的模塊，單個(gè)模塊可以根據(jù)需求來(lái)添加新的模塊。S7-200如果想擴(kuò)展數(shù)字或者模擬量I/O，但是又不想影響原有的控制器的大小，可以在CPU的前方增添一塊信號(hào)板將模塊鏈接在CPU的右方就可以了，即方便又實(shí)用。SIMATICS7-200系統(tǒng)的CPU的擴(kuò)展模塊達(dá)到了8個(gè)，現(xiàn)在的擴(kuò)展能力有所增強(qiáng)。200系統(tǒng)的PLC的I/O地址時(shí)不可以改動(dòng)得，為系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)自動(dòng)配給的。系統(tǒng)的存儲(chǔ)卡的存儲(chǔ)空間大小約為1200可達(dá)24MB，是200、300的大約2~4倍。本次智能交通燈控制系統(tǒng)的梯形圖部分采用S7-200PLC編程軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)程序通過(guò)STEP7-Micro/WIN軟件進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。該編程軟件為西門子S7-200PLC專用軟件。4.3梯形圖的設(shè)計(jì)與分析4.3.1南北車道程序設(shè)計(jì)圖3-5系統(tǒng)初始化網(wǎng)絡(luò)1：系統(tǒng)運(yùn)行，輸出M0.1控制南北方向，輸出M0.2控制東西方向，復(fù)位M0.0。圖3-6南北方向綠燈控制網(wǎng)絡(luò)2：南北方向M0.1啟動(dòng)，南北綠燈Q0.2和南北人行綠燈Q1.0運(yùn)行，南北車流量模擬M3.0運(yùn)行；計(jì)時(shí)器T38計(jì)時(shí)南北綠燈時(shí)間，當(dāng)南北綠燈時(shí)間減去T38計(jì)時(shí)器時(shí)間就為南北綠燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，SUB為減法指令，作用為倒計(jì)時(shí)。定時(shí)完畢，T38觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M0.2，復(fù)位M0.1。圖3-7南北方向綠燈閃爍控制網(wǎng)絡(luò)3：M0.2啟動(dòng)，SM0.5閉合，每0.5s南北綠燈Q0.2運(yùn)行，每0.5s南北綠燈Q0.2復(fù)位，其作用為綠燈閃爍。T39計(jì)時(shí)器定時(shí)3s，3s減去T39計(jì)時(shí)器時(shí)間，則為南北綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間。3s后T39觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M0.3，復(fù)位M0.2，Q0.2及Q1.0。圖3-8南北方向黃燈控制網(wǎng)絡(luò)4：M0.3啟動(dòng)，南北黃燈Q0.1運(yùn)行。T40計(jì)時(shí)器定時(shí)2s，2s減去T40計(jì)時(shí)器時(shí)間則為南北黃燈倒計(jì)時(shí)。2s后T40觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M0.4，復(fù)位M0.3、Q0.1、Q1.0及南北車流量M3.0。圖3-9南北方向紅燈控制網(wǎng)絡(luò)5：M0.4啟動(dòng)，南北紅燈Q0.0、南北人行道紅燈Q1.1運(yùn)行以及南北方向紅燈車流模擬M3.2運(yùn)行。T37計(jì)時(shí)器定時(shí)南北紅燈時(shí)間，當(dāng)南北紅燈時(shí)間減去T37計(jì)時(shí)器時(shí)間就為南北紅燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。定時(shí)完畢T37觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M0.1，復(fù)位M0.4、Q0.0、Q1.1及M3.2。4.3.2東西車道程序設(shè)計(jì)圖3-10東西方向紅燈控制網(wǎng)絡(luò)6：東西方向M2.0啟動(dòng)，東西紅燈Q0.3、東西人行紅燈Q0.7和東西方向紅燈車流模擬M3.3運(yùn)行；計(jì)時(shí)器T43計(jì)時(shí)東西紅燈時(shí)間，當(dāng)東西紅燈時(shí)間減去T43計(jì)時(shí)器時(shí)間就為東西紅燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，SUB為減法指令，作用為倒計(jì)時(shí)。定時(shí)完畢，T43觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M2.1，復(fù)位M2.0、Q0.3、Q0.7和M3.3。圖3-11東西方向綠燈控制網(wǎng)絡(luò)7：M2.1啟動(dòng)，東西綠燈Q0.5、東西人行道綠燈Q0.6和東西方向車流量模擬M3.1運(yùn)行。T40計(jì)時(shí)器定時(shí)東西綠燈時(shí)間，當(dāng)東西綠燈時(shí)間減去T40計(jì)時(shí)器時(shí)間就為東西綠燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。定時(shí)完畢T40觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M2.2，復(fù)位M2.1、Q0.5。圖3-12東西方向綠燈閃爍控制網(wǎng)絡(luò)8：M2.2啟動(dòng)，SM0.5閉合，每0.5s東西綠燈Q0.5運(yùn)行，每0.5s東西綠燈Q0.5復(fù)位，其作用為綠燈閃爍。T41計(jì)時(shí)器定時(shí)3s，3s減去T41計(jì)時(shí)器時(shí)間，則為東西綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間。3s后T41觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M2.3，復(fù)位M2.2，Q0.5及Q0.6。圖3-13東西方向黃燈網(wǎng)絡(luò)9：M2.3啟動(dòng)，東西黃燈Q0.4運(yùn)行。T42計(jì)時(shí)器定時(shí)2s，2s減去T42計(jì)時(shí)器時(shí)間則為東西黃燈倒計(jì)時(shí)。2s后T42觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M2.0，復(fù)位M2.3、Q0.4及M3.1。圖3-14系統(tǒng)急停網(wǎng)絡(luò)10：當(dāng)I0.1接通，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入急停狀態(tài)，所有信號(hào)指令復(fù)位。4.3.3夜間模式與正常時(shí)間賦值程序設(shè)計(jì)圖3-15夜間模式控制網(wǎng)絡(luò)11：當(dāng)I0.4接通的時(shí)候系統(tǒng)進(jìn)入夜間模式。南北、東西黃燈每0.5s閃爍。其他模式全部復(fù)位一次，防止系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)干擾。圖3-16正常時(shí)間賦值網(wǎng)絡(luò)12：數(shù)據(jù)的傳送指令。在正常行駛的狀態(tài)下，通過(guò)寄存器MOV給南北方向的紅綠燈賦值，南北的紅燈時(shí)間為30s、南北的綠燈時(shí)間為25s。網(wǎng)絡(luò)13：同上，數(shù)據(jù)的傳送指令。在正常行駛的狀態(tài)下，通過(guò)寄存器MOV給東西方向的紅綠燈賦值，東西的紅燈時(shí)間為30s，東西的綠燈時(shí)間為25s。4.3.4流量監(jiān)控程序設(shè)計(jì)圖3-1760s內(nèi)車流量判斷與流量清零網(wǎng)絡(luò)14：判斷60s的流量。T60為常閉觸點(diǎn)，其目的為保持循環(huán)。網(wǎng)絡(luò)15：當(dāng)1min斷開(kāi)的時(shí)候，T60觸點(diǎn)閉合，將MOV寄存器的數(shù)據(jù)復(fù)位，其目的是因?yàn)橹匦屡袛嗔髁克砸辶?。圖3-18判斷車流量網(wǎng)絡(luò)16-19均為判斷流量。網(wǎng)絡(luò)16：開(kāi)始判斷1min內(nèi)的流量，在1min內(nèi)每當(dāng)有車流經(jīng)過(guò)，C1光電I0.5就接通一次，C1光電量每次＋1就為C1的光電累加量。ADD為加法指令，其目的為累加光電次數(shù)來(lái)判斷車流量。網(wǎng)絡(luò)17：開(kāi)始判斷1min內(nèi)的流量，在1min內(nèi)每當(dāng)有車流經(jīng)過(guò)，C2光電I0.6就接通一次，C2光電量每次＋1就為C2的光電累加量。網(wǎng)絡(luò)18：開(kāi)始判斷1min內(nèi)的流量，在1min內(nèi)每當(dāng)有車流經(jīng)過(guò)，C3光電I0.7就接通一次，C3光電量每次＋1就為C3的光電累加量。網(wǎng)絡(luò)19：開(kāi)始判斷1min內(nèi)的流量，在1min內(nèi)每當(dāng)有車流經(jīng)過(guò)，C4光電I0.8就接通一次，C4光電量每次＋1就為C4的光電累加量。其梯形圖在圖3-19中展示。圖3-19東西方向與南北方向的車流判斷C1、C2的累加量為東西方向上的車流，C3、C4的累加量為南北方向上的車流。網(wǎng)絡(luò)20：進(jìn)行光電累加來(lái)判斷車流量，C1光電累加量+C2光電累加量為東西方向上的累加量，這里代表的是東西方向車流量。網(wǎng)絡(luò)21:進(jìn)行光電累加來(lái)判斷車流量，C3光電累加量+C4光電累加量為南北方向上的累加量，這里代表的是南北方向車流量。圖3-20高峰期判斷網(wǎng)絡(luò)22：在1min內(nèi)C1C2的累加量>=10的時(shí)候表示進(jìn)入東西方向的高峰期，當(dāng)C1C2的累加量<=9時(shí)則表示東西方向正常。網(wǎng)絡(luò)23：在1min內(nèi)C3C4的累加量>=10的時(shí)候表示進(jìn)入南北方向的高峰期，當(dāng)C3C4的累加量<=9時(shí)則表示南北方向正常。圖3-21東西方向高峰期控制網(wǎng)絡(luò)24：當(dāng)進(jìn)入東西方向高峰期時(shí)，東西方向延時(shí)I0.2閉合，南北方向的紅色信號(hào)燈設(shè)置為42s，同時(shí)南北方向的綠色信號(hào)燈設(shè)置為13s；而東西方向的綠色信號(hào)燈設(shè)置為37s，東西方向的紅燈時(shí)長(zhǎng)為18s。圖3-22南北方向高峰期控制網(wǎng)絡(luò)25：當(dāng)進(jìn)入南北方向高峰期時(shí)，南北方向延時(shí)，IO.3閉合，設(shè)置東西方向的紅色信號(hào)燈時(shí)設(shè)置42s，其東西方向的綠色信號(hào)燈設(shè)置13s。南北方向的綠色信號(hào)燈設(shè)置37s，南北方向的紅燈時(shí)長(zhǎng)為18s。

5總結(jié)經(jīng)過(guò)了三個(gè)月的學(xué)習(xí)和努力，我終于完成了以西門子S7-200的PLC控制的交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和論文。本文PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)處理交通燈的時(shí)間控制的應(yīng)用論文，先通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)采集當(dāng)前車流量后，根據(jù)主電路和控制電路一起完成整個(gè)控制過(guò)程，其中一定要嚴(yán)格按照各種外圍器件的要求選用各種元件器等。控制電路的PLC程序設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵也是最重要的部分，項(xiàng)目的功能經(jīng)常數(shù)次重復(fù)修改后能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)PLC仿真軟件對(duì)交通燈程序進(jìn)行仿真調(diào)試，使用PLC的梯形圖進(jìn)行編寫(xiě)控制程序，簡(jiǎn)單明了的觀察到了系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程，本設(shè)計(jì)具有的特點(diǎn)如下：（1）簡(jiǎn)單化了設(shè)計(jì)過(guò)程，在今后想改變?cè)O(shè)計(jì)要求，只需要改變儲(chǔ)存在通用數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)值就可以改變它的運(yùn)行時(shí)間。（2）對(duì)復(fù)雜的梯形圖程序進(jìn)行了簡(jiǎn)單化，使實(shí)現(xiàn)交通燈運(yùn)行的程序更加直觀。（3）通過(guò)在不同時(shí)間段實(shí)現(xiàn)不同的時(shí)間分配可以在不同