PLC的智能交通灯控制系统设计.docx
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PLC的智能交通灯控制系统设计
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xxxxxxxxxxxxx学院
毕业论文（设计）
课题名称
基于PLC的智能交通灯控制
系统设计
专业及班级
机电3083
学号
47
姓名
xxx
指导老师
xxx
2011年5月4日
基于PLC的智能交通灯控制系统设计
摘要
针对近年来城市交通的拥挤现象,特别是驾驶员违章严重、交通事故频发、车辆尾气污染等问题,介绍了集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统。
在系统的设计中，主要使用了PLC和传感器相结合的方法,自动获取车辆数据，根据相应流量状况自动增加或减少绿灯时长，进行智能控制。
该系统的安装可以大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力。
减少了驾驶员违章的次数,抑制了交通事故的发生,同时对减轻车辆尾气排放,从而降低环境污染都起到了不可低估的作用。
分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。
关键词plc控制系统交通灯智能控制
BasedonPLCintelligenttrafficcontrolsystemdesign
Abstract
Inrecentyearstheurbantraffic,especiallythedrivercrowdingillegalseriousincidents,vehicles,trafficproblemssuchasexhaustpollution,thispaperintroducessetcomputer,information,electronicandcommunicationetcmanyhigh-techmeansintheintegrationofintelligenttransportationcommandcentercontrolsystem.Inthedesignofthesystem,themainuseofPLCandsensorcombinationofmethods,theautomaticacquisitionvehicledata,accordingtothecorrespondingtrafficautomaticallyincreaseordecreasethegreendurationofintelligentcontrol.Thissysteminstallationcangreatlyalleviatetheurbanroadcongestionphenomena,improvetheroadtransportationcapacity.Reducedthenumberofdriversviolation,curbingthetrafficaccidents,andtoreducevehicleexhaustemission,reducingenvironmentalpollutionhaveplayedacannotunderestimaterole.
Analyzesmodernurbantrafficcontrolandmanagementproblems,basedonthestatusoftheactualsituationofurbantrafficcontrolsystemisdescribedtheworkingprincipleoflights,andputsforwardasimpleandpracticalurbantrafficcontrolsystemhardwarecircuitdesign.
KeywordsPLCcontrolsystemtrafficlightsintelligentcontrol
目录
1引言………………………………………………………………………1
1.1城市交通的现状…………………………………………………………1
1.2plc交通灯的国内外发展状况…………………………………………1
1.3本文研究的目的及意义…………………………………………………2
1.4本文主要研究内容………………………………………………………3
2智能交通灯的理论和方法………………………………………………5
2.1传感器的选择……………………………………………………………5
2.2控制方式…………………………………………………………………6
2.3急车强通控制方式………………………………………………………7
2.4程序流程图………………………………………………………………8
3PLC硬件设计……………………………………………………………9
3.1I/O分配表………………………………………………………………10
3.2I/O分配点数估算………………………………………………………10
3.3PLC的选型………………………………………………………………10
3.4PLC硬件电路设计………………………………………………………11
4PLC软件编程设计………………………………………………………12
4.1PLC梯形图………………………………………………………………12
4.2PLC语句表………………………………………………………………14
结束语………………………………………………………………………16
致谢…………………………………………………………………………17
参考文献……………………………………………………………………18
1引言
1.1城市的现状
随着社会经济的发展，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。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
城市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，因此，自80年代后期，这些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。
1.2智能交通灯国内外发展状况
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），俗称“冰茶法案”，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，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。
日本于上个世纪90年代初就制定了大力发展智能交通系统的国家爱战略，其中智能汽车作为只鞥交通的重要组成部分，也得到了深入研究。
日本政府主导的先进安全汽车ASV项目已于2000年取得初步实用化成果。
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研究目的和意义
在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。
但是随着社会、经济的快速发展，原先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甚至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。
目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。
由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。
为此，需要一种新型的控制方法才能较好地解决这个问题。
智能交通系统（ITS——IntelligentTransportSystems）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，并应用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。
交通控制系统是ITS研究的一个重要方面。
由于交通系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性，是一个典型的分布式非线性系统，而且具有多种信息来源、多传感器的特点，用传统的理论与方法很难对其进行有效的控制。
把先进的智能控制技术、信息融合技术、智能信息处理技术与交通管理技术结合起来，代表着城市交通信号控制系统发展的方向。
智能交通的发展是现代社会经济发展的客观要求，交通运输是国民经济和现代社会发展的基础。
由于现代社会城市化速度越来越快、国民经济的高速增长、全球经济的一体化进程加快、个人旅行与休闲时间的不断增加以及人们对交通需求越来越高，智能交通便成为现代社会经济发展的客观要求。
1.4主要研究内容
由于城市的高速发展，交通障碍也随之增加，为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。
用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。
分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。
本课题主要应用传感器与plc相结合，以车辆等待绿灯的滞留数来确定该该方向是否繁忙。
如下图1以南北向为例，每当车辆进入十字路口必先经过检测器1和3，检测器就会发生2个脉冲给PLC，PLC对检测器1和3的计数就可得到车辆进入候车入口的总数和Y。
车辆继续往前就会经过检测器2和4，同样检测器2和4也会发出2个脉冲给PLC，PLC对检测器2和4脉冲的计数就会得到车辆驶出候车入口的总数和X，那么Y（进入总量）-X（驶出总量）=Z1（南北向车辆滞留数）,同样，东西方向，PLC通过对检测器脉冲的计数就可得到滞留量Z2。
图1十字路口传感检测器布置
设Z1-Z2>20，则南北方向繁忙，东西一般，南北直行绿灯时长加5s,南北左转绿灯时长加5s，东西红灯时长加10s。
Z1-Z2<-20，则东西方向繁忙，南北一般，东西直行绿灯时长加5s，东西左转绿灯时长加5s，南北红灯时长加10s。
-20<=Z1-Z2<=20，则设为一般情况，控制灯正常闪亮。
表1绿灯时长控制
繁忙
一般
繁忙
正常
东西直行绿灯加5s,东西左转绿灯加5s
一般
南北直行绿灯加5s,南北左转绿灯加5s
正常
以上车辆的计数和车流量的比较及绿灯时间长度控制全部由PLC完成。
各检测器时刻检测车辆，在一个红绿灯周期中，每当东西或南北绿灯亮之前，PLC都要依据脉冲的计数判定东西、南北的车流规模，然后根据以上简述的智能控制原则，调整绿灯时长。
图2感应控制的原理框图
2智能交通灯的理论和方法
2.1传感器的选择
车辆检测器的类型主要可分为压力检测器、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。
本着实用性、经济性等原则，本设计选用具有高准确率、低成本、高可靠性的光电传感器。
光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
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：
光电传感器检测十字路口各方向的车流，每当有车辆经过，检测器就会发出一个脉冲并传输给PLC（如图3），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
2.2智能交通信号灯正常控制方式
信号灯受启动开关控制。
当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，启动开关断开时所有信号灯熄灭。
一般情况下，先南北红灯亮50S，南北绿灯亮20S，闪烁3S，黄灯亮2S，此时南北左转红灯亮了75S，然后南北直通红灯亮25S,同时南北左转绿灯亮20S，闪烁3S，黄灯亮2S。
东西方向则是先直通绿灯亮20S，闪烁3S，黄灯亮2，然后红灯亮25S，此时东西左转灯红灯先亮25S，然后左转绿灯亮20S，闪烁3S，黄灯亮2S,然后东西直通红灯和左转红灯都亮50S。
当某方向繁忙时（假设南北繁忙）。
检测开关SB3自动闭合，南北绿灯时长加5s，东西红灯时长增加5s,其余时间不变，再循环。
南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮则报警并关闭系统。
图4交通正常灯工作时序图
2.3急车强通控制方式
急车强通信号受急车强通开关控制。
无急车时，信号灯按正常时序控制。
有急车来时，将急车强通开关接通，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。
急车一过，将急车强通开关断开，控制灯恢复正常，急车强通信号只能响应一路方向的急车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。
若2个方向同时来急车，则按东西，南北顺序依次响应。
2.4程序流程图
为了方便分析，以下是该系统的正常控制程序流程图
３PLC硬件设计
3.1I/O分配表
序号
输入设备
端号
输出设备
端号
1
启动按钮SB1
X0
南北红灯
Y0
2
停止按钮SB2
X1
南北绿灯
Y1
3
自动开关SB3
X2
南北黄灯
Y2
4
自动开关SB4
X3
南北左转红
Y3
5
东西强通开关SB5
X4
南北左转绿
Y4
6
南北强通开关SB6
X5
南北左转黄
Y5
7
东西红灯
Y6
8
东西绿灯
Y7
9
东西黄灯
Y10
10
东西左转红
Y11
11
东西左转绿
Y12
12
东西左转黄
Y13
13
报警灯
Y14
3.2I/O分配点数估算
系统输入信号：
手动选择按钮4个，需要4个输入端
自动选择按钮2个，需要2个输入端
以上共需要6个输入信号点，考虑到以后可能会对系统进行补充调整，所以再增加2个备用点，这样就共需要8个输入点。
系统输出信号：
南北和东西需要12个输出信号，再加1个报警器，因此共需要13个输出信号，考虑到以后可能补充调整再加2个信号点，所以一共要15个输出点。
3.3Plc的选型
本设计可采用三菱的FX2-32MR机型，该控制器有16个输入点和16个输出点，性能高体积小，基本执行指令速度为0.48μs/步，程序存储器的容量可扩展至8K步，采用循环扫描方式，完全可以满足需要。
3.4Plc硬件电路图
4PLC软件编程设计
GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。
适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
改程序梯形图和语句表就可以用该软件完成。
4.1plc梯形图
4.2程序语句表
结束语
通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。
毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综合性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。
其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。
毕业的时间一天一天的临近，毕业设计也接近了尾声。
在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。
在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。
毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。
最后终于做完了有种如释重负的感觉。
此外，还得出一个结论：
知识必须通过应用才能实现其价值！
有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
致谢
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
最后，衷心感谢我的论文指导老师，从论文的结构到材料的收集，具体内容的安排老师都给予了悉心的指导，没有她的帮助我是不可能完成这篇论文的。
再次表示衷心的感谢！
参考文献
[1]电气控制与PLC原理及应用，林春方主编，上海交通大学出版社，2008
[2]李伟《机床电器与PLC》西安：
西安电子科技大学出版社，2006
[3]社会交通与社会发展，黎德扬，2001
[4]常斗南《可编程序控制器》原理·应用·实验北京：
机械工业出版社，1998
[5]廖常初主编PLC基础及应用,北京：
机械工业出版社，2004
[6]智能交通系统研究发展动向与启示，陆化普，史其信，1996
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