交通信号灯的plc控制

毕业论文 题 目：带有显示器的十字路口交通信号灯的 PLC 控制 系 （部）：机电工程系 专 业：机电一体化 班 级： 学 生：巴哈尔姑力阿卜杜可热木 指导教师： 董燕 带有显示器的十字路口交通信号灯的 PLC 控制 随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来 越重要。马路上经常会看到这种现象:一旦整个路口的交通信号灯出现故障，若没有交警 的及时疏导，该路口就会塞得一塌糊涂，甚至造成严重的交通事故。原交通信号控制大 都采用继电器或单片机实现，存在着功能少、可靠性差、维护量大等缺点,越来越不能适 应城市道路交通高速发展的要求。另外，根据人车流量的多少，可能随时增加路口的交 通信号，比如增加转弯或人行道交通信号，原有系统的制约性就更加明显了。为了弥补 原交通信号灯系统存在的以上缺点，采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。 PLC 的智能控制原则是控制系统的核心，采用 PLC 把东西方向或南北方向的车辆按数量 规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就 可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆 滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率。 可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的 发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中 的作用更加突出。 题目：带有显示器的十字路口交通信号灯的 PLC 控制 中文摘要：城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输， 提高运营效率。交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，建立数学 模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。目前大多采用的是自适应信 号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误、停车次数等。所以经典控制法很难得到 满意的效果。而模糊控制是一种无须建立数学模型的控制方法，它能模仿有经验的交警 指挥交通时的思路，达到很好的控制效果。近些年来我国的许多学者也都以不同的思路 对单个交叉口、交通干线的模糊控制进行了研究，但因研究的局限性，实际中得到应用 的寥寥无几，本文实现基于 PLC 的交通信号的模糊控制系统。 根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用 PLC 实现单个十 字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口 4 相位交通灯为例，把 PLC 作为一 个模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行稳定可靠，能根据不同的交 通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡、 不稳定带来的问题。 关键词：交通; 智能控制； PLC 目 录 毕业论文任务书 毕业论文（摘要 Abstract） 1 绪论 1 1.1 城市交通现状 1 1.2 智能交通的国内外发展状况 3 1.3 交通信号灯控制的研究现状 3 2 十字路口信号控制的基本理论和方法 3 2.1 交通信号灯 3 2.2 信号灯的设置 4 2.3 交通信号的控制方式 5 2.4 城市道路智能交通信号控制系统 5 2.4.1 智能交通信号控制系统的基本组成 6 2.4.2 交通信号控制系统的主要术语和参数 6 2.4.3 智能交通信号控制的核心 8 2.4.4 智能交通信号控制系统的基本设计步骤 8 3 基于 PLC 的模糊控制系统的设计实现 8 3.1 可编程控制器 9 3.2 硬件电路 10 3.3 PLC 的编程设计 14 3.3.1 确定工/O 点数及 PLC 的选择 14 3.3.2 I/0 点地址分配 15 3.3.3 交通灯控制时序图 16 3.3.4 控制流程图 17 3.4 软、硬件的调试 17 4 结论 19 参考文献 带有显示器的十字路口交通信号灯的 PLC 控制 1 绪 论 1.1 城市交通现状 据一项对美国主要城市交通状况的调查显示：1982 年至 2000 年，美国城市在上下班 高峰期间的交通堵塞状况不断加剧，由交通堵塞造成的时间和汽油浪费而带来的经济损 失每年高达 680 亿美元。以广州为例来讲，现在市区平均车速只有每小时 12 公里。用这 个目标速度代入欧美标准计算，广州人为交通堵塞所付出的经济代价总值:每年耗费 1.5 亿小时，减少生产总值 117 亿元。相当于该市整个生产总值的 7%! 在北美、澳大利亚等大城市，道路面积率高达 35%-40%，而北京只有 20%。缓解交通拥 堵，加快道路建设是当务之急。据悉，到 2010 年，北京将投资 500 亿元用于城市道路建 设，到 2005 年，北京仅高速公路通车里程就达到 600 公里。但一味发展城市道路，也会 刺激私家车超常规发展，两者发展速度的失衡，最终还是逃不出“拥堵修路再拥堵” 的怪圈。 中国各大城市的交通系统都存在着不同程度的问题，北京、上海、广州三大城市的 公共交通出行比例都比国外大城市小，尤其是高峰时段的公共交通分担率更小。从我国 目前各大城市的交通结构看，普遍存在常规公共交通系统发展不足，快速轨道交通系统 发展滞后、自行车交通分担率过高、小汽车发展势头强劲的不协调现象。因此，要准确 认识各种交通工具各自的使用条件和服务范围，充分发挥各种交通方式的优点，使其合 理分工，才能发挥整个交通系统的效率。 1.2 智能交通的国内外发展状况 城市交通矛盾的日益突出，已开始影响城市的发展，解决这个问题最行之有效的良 方或许就是大力发展智能化交通。智能化交通管理体系在国外已经有了 40 多年的发展历 史，是目前发达国家普遍采用的交通管理方式，这种方式是在发达的交通网络基础上， 应用卫星定位系统，对所辖区域的交通流量实施有效控制，使有限的交通网络功能得到 充分合理的利用，极大发挥城市的载体功能。智能交通系统将大大提高交通效率而节省 大量的燃料和时间;除此之外，智能交通系统能够减少交通事故，减少因事故造成部分经 济损失。在与世界发达国家机动车人均拥有量差距还很大的情况下，我国一些特大城市 的交通拥堵已排在世界前列。 在北京召开的“第二届国际智能交通系统技术研讨暨技术与产品展览会”上透露。 我国将投资 20 亿元对北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、济南、青岛、杭州、中山 10 个城市进行交通智能化改造，到 2010 年，这 10 个城市将全部实现交通的智能化。目 前国内外对智能交通系统的理解不尽相同，但不论从何种角度出发，有一点是共同的:智 能交通系统是用各种高新技术，特别是电子信息技术提高交通效率，增加交通安全性和 改善环境的技术经济系统。日本、欧洲等众多国家和地区在智能交通系统方面都取得了 相当大的进展，对当地交通运输效率的提高起了关键性的作用。从各国的发展来看，智 能交通系统能使交通基础设施发挥出最大的效能，提高服务质量;同时使社会能够高效地 使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会及经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵， 而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道路收费系统等方面都会产 生巨大的影响。 表 1-1 美国 欧洲 日本同我国在智能交通系统发展方面的对比表 国 家 ITS 发展程 度 投资规模 重点发展领域 预期目标 美 国 ITS 大国， 智能交通 应用率达 80%以上。 19901997 年用于智能 交通的预算 为 12.935 亿 美元。 ITS 发展在车辆安全 系统、GPS 适时定位 系统、车辆管理系统。 一是安全，减少事故 和财产损失；二是经 济效益，每年节省 200 亿美元的目的； 三是环保和减少能耗。 日 本 通过近十 年的研究 已建成符 合本国国 情的智能 交通系统。 1998 年用于 智能交通的 研究经费有 161 亿日元， 用于基础设 施的经费有 1285 亿日元。 交通信息服务系统、 高速公路不停车收费 系统等较为先进的领 域。 1994 年后未来 30 年 减少 50%的交通事故 人员伤亡率，较少汽 车尾气排放对大气的 污染。 欧 洲 各 国 ITS 应用程 度介于美 国与日本 之间 19951998 年间用于共 同研究的经 费有 280 亿 欧元。 从道路交通扩展到铁 路和水路等 64 个课 题的研究，分布于交 通信息服务、电子自 动收费管理等方面。 一是安全性提高；二 是有效性提高（出行 时间节省 6%） ；三是 环境保护（污染物减 少 50%等。 中 国 地方试点 和专家呼 吁阶段。 基本无 基本无 基本无 1.3 交通信号灯控制的研究现状 城市交通系统是一种非线性的、时变的、滞后的大系统，以往的交通控制研究多是 基于启发式的考虑，而不是基于控制理论的方法。近多年来，随着众多研究控制理论出 身的学者的加盟，使得城市交通自动控制领域的研究出现了新的思路、新的方法。本小 节就近年来交通信号控制理论的研究进展作一简述。 (1)静态多段配时控制 静态多段配时控制是利用历史数据实现的一种开环控制，其基本设计思想源于线性 规划。它没有考虑交通需求的随机波动，没有考虑城市道路交通流的实时进化过程，其 控制能力和抗干扰能力非常有限。但就城市某一区域而言，每日的交通状况毕竟表现出 相当程度的重复性，车流的运动变化仍有一定的规律可循。因此研究静态多段配时控制， 将其作为其他控制策略的“参照系” ，或为它们提供“初值系统”还是很有意义的。这种 方法简便易行，尤其适用于稳态交通环境，颇受交通工程人员欢迎。 (2) 准动态多段配时控制 准动态多段配时控制与静态多段配时控制相类似，只不过多段的划分不是以时间为 依据，而是以检测到的实时交通状态为依据。交通状态可以用交通量、占有率、车速等 交通数据的特征值来表达。被划分成的若干个交通状况分别配以不同的优化配时。准动 态多段配时控制是一闭环控制系统。由于反馈的引入，所以系统的动态性能比静态多时 段控制有明显改善，但是又由于它的控制方式仍属于方案选择式，所以系统动态性能的 改善又十分有限，故称之为准动态系统。 2 十字路口信号控制的基本理论和方法 2.1 交通信号灯 在道路上用来传递具有法定意义指挥交通流通行或停止的光、声、手势等，都是交 通信号。交通信号是在空间上无法实现分离原则的地方，主要在平面交叉口上，用来在 时间上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。交通信号灯用轮流显示不同灯色来指 挥交通的通行或停止。 随着信号灯的发展，各国使用的信号灯存在不同的差别，各自给信号灯赋予不同的含义。 我国目前使用的信号灯基本上与国际规定一致，具体含义如下: (l)绿灯亮时，允许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍直行的车辆和被放 行的行人通行。 (2)黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆和已进入人行通道 的行人，可以继续通行。 (3)红灯亮时，不准车辆、行人通行。 (4)绿色箭头灯亮时，准许车辆按箭头所示方向通行。 (5)黄灯闪烁时，车辆、行人须在确保安全的原则下通行。 (6)右转弯车辆和 T 形交叉口右边无人行横道的直行车辆，遇黄灯或红灯时，在 不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下可以通行。 2.2 信号灯的设置 当交叉路口的交通量接近路口的通行能力时，考虑在交叉路口设置交通信号控制。 信号灯设得合理、正确，能较充分地发挥道路的交通效益，如设置不当，非但浪费了设 备和资金，并且会对交通造成不良后果。如有些不合理信号控制的路口，由于主要道路 上驾驶员遇红灯而停车，但他在相当长的时间内并未看到次要道路上有车通行，往往会 引起有意或无意的闯红灯。因此，信号控制交叉口的交通事故，多发生在交通量较低的 交叉口上或交通量较低的时间内。 在吸取国外信号灯设置经验的基础上，结合我国目前具体的交通状况，路口信号灯 的设置与改进要运用交通工程学理论作指导，根据路口的地形特点、车流状况，作好车 辆与行人交通流量的调查，进口道上车辆行驶速度的调查，交通事故及违章调查，车辆 可穿越的空当及延误调查等，具体问题具体分析，制定优化的信号配时，保证现代交通 高效、节能、低公害运行。 交叉路口交通信号灯安装方式有两种，一种是安装在伸向交叉路口中央上空型臂上; 一种是安装在路口边或中央的灯柱上。 信号灯的排列方式通常分为两种: (1)水平排列式 从道路的中心线一侧起以红、黄、绿的顺序向路边排列。常用于路面较宽的道路。 (2)垂直排列式 从上往下依次是红、黄、绿灯。这种方式常用于路面较窄的道路。按固定方式排列信号 灯有两个好处:一是把红灯信号放在最醒目的位置;二是可使患有色盲的人凭借位置来判 断信号的含义。在交叉路口中央上空安装信号灯时应符合车辆通行净空高度界限的要求。 信号灯的亮度应保证人们在 1O0m 以外能看清。 2.3 交通信号的控制方式 根据所采用的控制装置的不同，交通信号一般有三种控制方式： (1)周期式信号。这种信号的周期长、相位、绿灯时间、转换时间等都是事先确定的。 信号通过规定的周期运行，每个周期的周期长和相位都恒定不变。依靠所提供的设备， 可用几种预定配时方案，每一种都在一天规定的时间中交替使用。 (2)半感应式信号。这种信号保证主干路总保持绿灯直到设在次干路上的检测器探到 有车辆到达。这时信号经过一个适当的转换间隔后，立刻为次干路显示绿灯，该绿灯就 维持到次干路上的车辆全部通过路口或持续到预定的最大绿灯时间为止。在绿波信号系 统中，分配给次干路的绿灯时间必须限制在预定的时间内。该系统的周期长和绿灯时间 可根据需要随时进行调整。当次干路没有车辆时，主干路总是保持绿灯，事实上分配到 次干路的绿灯时间可充分利用，所有“多余的”绿灯时间则都分配给主干路。 (3)全感应式信号。该信号的所有相位全由传动检测器来控制。一般每个相位都要规 定最小与最大绿灯时间。这种控制方式的周期长度和绿灯时间可根据需要作很大的变动。 周期中的某些相位是可以任意选择使用的，当检测器未测出交通量时，该时刻的相位可 自动取消。 目前，许多信号系统都实现了计算机控制，使用计算机系统控制的地理交叉口，其 信号一般采用预定周期式控制。有些城市还部分地实现了交替信号的线或面的联动控制， 在这样的系统中，计算机充当了主控机和监视器的角色。此时，信号的联动不仅对提高 单个信号交叉口的通行能力和服务水平有很大作用，而且还对提高整条道路或整个路网 的通行能力发挥着极其重要的作用。 2.4 城市道路智能交通信号控制系统 智能交通信号控制系统是城市道路交通管理系统中对交叉路口、行人过街，以及环 路出入口采用信号控制的子系统。主要包括交通工程设计、车辆信息采集、数据传输与 处理、控制模型算法与仿真分析、优化控制信号调整交通流等。国内外各大中城市己有 的交通信号控制系统就是根据不同环境条件，基于各自城市道路的规划和发展水平建立 起来的。 2.4.1 智能交通信号控制系统的基本组成 智能交通信号控制系统的基本组成是：主控中心、路口交通信号控制机以及数据传 输设备。其中主控中心包括操作平台、交互式数据库、效益指标优化模型、数据(图像) 分析处理等。 图 2-1 城市道路智能交通信号控制系统框图 2.4.2 交通信号控制系统的主要术语和参数 1)周期 周期是指信号灯色发生变化，显示一个循环所需的时间，也称周期长，即红、黄、 绿灯时间之和。它是决定点控制定时信号交通效益的关键控制参数，用 C 表示。一般信 号灯的最短周期长度不少于 36 秒，否则就不能保证几个方向的车辆顺利通过交叉口。最 长周期长度一般不超过 120 秒。 从疏散交通的角度讲，显然当交通需求越大时，周期应越长，否则一个周期内到达的车 辆不能在该周期的绿灯时间内通过交叉口，就会发生堵塞现象。 2)相位 相位：即信号相位，是指在周期时间内按需求人为设定的，同时取得通行权的一个 或几个交通流的序列组。 3)相位差 相位差:具有相同周期长的相关路口，在同方向上的两个相关相位的启动时间差，称 为相位差。从某一车流方向来看，为使车辆在交叉口处不受阻而流畅通过，与其使相关 联信号同时显示同一灯色(特别是绿灯开始时间)，不如使绿灯开始时间错开一些。这里 称时间对“错开”为相位差。把干线上某一路口作为基准路口，其他各路口的协调相位 起始时刻滞后于基准路口的协调相位起始时刻的最小时间差，称为绝对相位差;车辆行使 方向任意相邻路口的协调相位起始时刻的最小时间差，称为相对相位差。通常用时距图 表示信号配时与距离的关系。 图 2-2 时距图 以第 1 个交叉口的信号为基准，则图中的 Al、A2、A3 分别为交叉口 2、3、4 的信号 的绝对相位差。要确定路口信号间的相对相位差，则需要先确定车辆的行驶方向。当车 辆由路口 1 沿道路驶向路口 4 时，Bl 是路口 2 信号和路口 1 信号的相对相位差;B2 是路 口 3 信号和路口 2 信号的相对相位差;当车辆由路口 4 沿道路驶向路口 1 时，B3 是路口 3 信号和路口 4 信号当相对相位差;B4 是路口 2 信号和路口 3 信号的相对相位差。由时距图 可以看出，BZ 和 B4 均表示路口 2 信号和路口 3 信号之间的相对相位差，只是因选定行车 方向不同而具有不同的数值。两者之和等于一个周期的长度。 4) 饱和流量 饱和流量:是衡量路口交通流施放能力的重要参数，通常是指一个绿灯时间内的连续 通过路口的最大车流量。 5) 绿灯间隔时间 绿灯间隔时间:是指从失去通行权的相位的绿灯结束，到下一个得到通行权的相位绿 灯开始所用的时间。 6) 有效绿灯时间 有效绿灯时间:是指被有效利用的实际车辆通行时间。它等于绿灯时间与黄灯时间之 和减去头车启动的损失时间。 2.4.3 智能交通信号控制的核心 智能交通信号控制系统的核心是控制模型算法软件，是贯穿规划设计在内的信号控 制策略的管理平台，体现着交通管理者的控制思想，它包括信号控制系统将起到的作用 和地位。目前，国内外已应用的信号控制系统大多是以优化定周期方案、优化路口绿信 号配比以及协调相关路口通行能力为基础的，是根据历史数据和自动检测到的车流量信 息，通过设置的控制模型算法选取适当的信号配比控制方案，是被动的控制策略。随着 网络技术的发展，交互式控制策略使信号控制由感控到诱导实现了真正的智能，交通信 号控制系统不仅可以检测到车流量等交通信息参数，调控路口绿信号配比，变化交通限 行、禁行等指路标志，还可以根据系统联接的数据库完成与交通参与者之间的信息交换， 向交通参与者显示道路交通信息、停车场信息，提供给交通参与者合理的行驶线路，以 达到均衡道路交通负荷的主动的控制策略。尤其重要的是计算机网络技术和数字化使数 据传输和信息利用得到了可靠保证。可以说，城市道路智能交通信号控制系统是城市道 路交通管理随着信息产业技术迅猛发展的综合产物。 2.4.4 智能交通信号控制系统的基本设计步骤 根据路口交通现状和预测进行交通渠化设计分析原始交通流数据，通过仿真模型效 验，确定控制模式，进行交通参数设定根据交通渠化设计及控制模式的设计要求完成交 通工程设计(包括车辆检测器的检测区定位)根据各个路口配备设备的相关性，完成协调 设计确定系统和单点控制的优化目标函数，得出最优信号控制方案配置路口信号控制机 的固化基础参量，配置主控中心数据库与数据传输设置。 3 基于 PLC 的模糊控制系统的设计实现 现代交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，因此其数学模型 的建立非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。即使经过多次简化已建立 的数学模型，它的求解还必须简化计算才能完成。所以经典控制法很难得到满意的效果。 模糊控制是一种无须数学模型的控制方法，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路， 达到很好的控制效果。20 世纪 70 年代，Pappis 设计了一个孤立交叉口的信号灯模糊控 制器，效果很好。近些年来我国的许多学者也都以不同的思路对单个交叉口、交通干线 的模糊控制进行了研究。 3.1 可编程控制器 可编程控制器 (ProgralnlnableController)，又称为可编程逻辑控制器根据国际电 工委员会(IEC)在 1987 年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其定义如下， “可编程控 制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序 的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术运算等操作 的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编 程控制器及其有关外部设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功 能的原则设计。 PLC 的主要特点： (1) 可靠性高，抗干扰能力强 PLC 是专为工业控制而设计，在硬件方面采用了电磁屏蔽、光电隔离、模拟量和数字 量滤波、优化电源等措施，并对元件进行了严格的筛选，在软件方面采用了警戒时钟、 故障诊断、自动恢复等措施，利用后备电池对程序和数据进行保护，因此，PLC 具有其他 工业控制设备更高的可靠性。 (2)编程简单，使用方便 PLC 采用面向过程，面向问题的“自然语言”编程，比如梯形图语言编程方式，非常 直观，易懂易编，容易推广使用，现代的 PLC 已经使用 IEC1131-3 作为编程语言标准， 具有功能清晰、易于理解的特点正在被技术人员所接纳和采用。 (3)功能强大，应用灵活 PLC 的基本功能包括数字和模拟量输入/输出、算术和逻辑运算、定时、计数、步进、 移位、比较、代码转换等，还能完成 A/D、D/A 转换、以及通讯网络、生产过程监控等功 能。PLC 的配置、安装、使用和维护都很简单，方便，PLC 标准的积木式结构与模块化的 程序设计可以适应大小不同、功能复杂的控制要求，并能适应产品规格或者工艺要求的 变化，从而可以节省大量的人力和物力。 控制系统比较 (1)PLC 与单片机控制系统比较 虽然单片机的配置较微机系统简单，成本也较易接受，但它仍然不是为工业控制而 设计的。同样存在着编程难、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍较差，成本 高等缺点。尽管其有较强的数据处理能力，但工业控制都为开关量控制，所以其长处仍 得不到发挥。在很大程度上，PLC 是专为工业控制而设计的。因此，它具有较好的环境适 应性。事实上，现代 PLC 的核心就是单片微处理器。用单片机作控制部件在成本方面具 有优势。但是不可否认，从单片机到工业控制装置之间毕竟有一个硬件开发和软件开发 的过程。虽然 PLC 也有必不可少的软件开发过程，但两者所用的语言差别很大，单片机 主要使用汇编语言开发软件。而 PLC 用专用的指令系统来编程的。前者复杂而易出错， 开发周期长。后者简便易学，现场就可以开发调试。单片机控制系统仅适用于较简单的 自动化项目。硬件上主要受 CPU、内存容量及 I/0 接口的限制;软件上主要受限于与 CPU 类型有关的编程语言。一般说来单片机或单片机系统的应用只是为某个特定的产品服务 的。其通用性、兼容性和扩展性都相当差。 (2)PLC 与计算机控制系统的比较 PLC 是专为工业控制所设计的。而微型计算机是为科学计算、数据处理等而设计的， 尽管两者在技术上都采用了计算机技术，但由于使用对象和环境的不同，PLC 较之微机系 统具有面向工业控制、抗干扰能力强、适应工程现场的温度、湿度环境、输入、输出一 般采用“光-电”隔离技术，并配备有可承受较大负载的继电器或可控硅(也有用晶体管) 输出部件，一般可以直接驱动小型电机等负载。此外，使用面向工业控制的专用语言而 使编程及修改方便。并有较完善的监控功能。而微机系统则不具备上述特点，一般对运 行环境要求苛刻，使用高级语言编程，要求使用者有相当水平的计算机硬件和软件知识。 此外，微机系统的外设配备较多，有些对工业控制并非必须。因此 PLC 显然较微机系统 更适合于工业控制。交通控制是事关生命安全的，其对可靠性和抗干扰能力的要求非常 高，正是基于这两点，想到了采用了 PLC 来进行交通信号灯的控制。 3.2 硬件电路 (1)供电线路 供电线路如图 3 一 1 所示，二相电源经由一个总进线空气开关(Q)后供给系统的控制 回路及 LED 主电路部分。其控制部分为 220V，LED 电压由控制电压通过变压整流后提供 优 AC220V DC24V PLC 输出电源 TC Q PLC 输入电源 图 3-1 供电线路图 (2)硬件配置 系统硬件配置如图 3 一 2 所示： 3-2 硬件配置图 (3)设备安装 室外安装一定要采用合理的支架以提高高压部分的绝缘性能。变压器安装一定按照使用 说明进行，以很好的保护灯管及变压器本身。高压线路必须按照标准进行，注意防水、 防漏电的处理。低压线路尽量避开高压部分，以免发生高压放电产生明火。线路要按照 标准进行，尽量避免中途接口。注意与高压冲突时的解决办法。规范化施工、电源线自 身质量、接口规范。 s7-200 既可以安装在控制柜背板，也可以在标准导轨上固定;既可以水平安装，也可以垂 直安装。在安装时，尽量将 57-200 与加热装置、高电压和电子噪声隔离开，同时为接线 和散热留出适当的空间。最佳的接地方案应该确保 57-200 及其相关设备的所有接地点在 一点接地。这个单独的接地点应该直接连接到系统的地上。所有的接地线应该尽量短并 且用较粗的线径。当选择接地点，应当考虑安全接地要求和对隔离器件适当保护。在设 计 57-200 接线时，应该提供一个单独开关，能够同时切断 S7-200、输入电路和输出电路 的所有供电。提供断路器或熔断器等过流保护装置来限制供电线路中的电流。导线尽量 短并且保证线粗能够满足电流要求。 (4)系统接线图 系统硬件接线如图-3、图 3-4。 图 3-3 系统接线图（一） 图 3-4 系统接线图（二） 3.3 PLC 的编程设计 3.3.1 确定工/O 点数及 PLC 的选择 交通信号是一个连续自动运行的系统，通常依时间变换转换，很少需要人工干预，因此 输入设备很少，只需要一个起动按钮，所以只有很少几个输入点。输出端只有信号指示， 每个路口上都有 3 个直行指示灯，3 个右行指示灯，3 个左行指示灯及 2 个人行道指示灯， 这样需要 11 个输出端口。4 个路口则需要 44 个输出端口，而实际上，东西方向两个路口， 南北方向两个路口交通灯的变化完全一样，用一个输出端口驱动两个指示灯，就可以节 约一半的资源，只需 22 个输出端。 3.3.2 I/0 点地址分配 本系统 I/O 点地址分配如下表 3-5 所示 表 3-5 输入/输出地址编排表 类 别 器件代号 地址号 功能说明 SA1 I0.0 启动 SA2 I0.1 停止 SA3 I0.2 手动 输 入 SA4-SA11 I0.3-I1.2 手动控制开关 LED1 Q0.0 东西向直行红灯亮 LED2 Q0.1 东西向直行黄灯亮 LED3 Q0.2 东西向直行绿灯亮 LED4 Q0.3 东西向右行红灯亮 LED5 Q0.4 东西向右行黄灯亮 LED6 Q0.5 东西向右行绿灯亮 LED7 Q0.6 东西向左行红灯亮 LED8 Q0.7 东西向左行黄灯亮 LED9 Q1.0 东西向左行绿灯亮 LED10 Q1.1 东西向人行红灯亮 LED11 Q2.0 东西向人行绿灯亮 LED12 Q2.1 南北向直行红灯亮 LED13 Q2.2 南北向直行黄灯亮 LED14 Q2.3 南北向直行绿灯亮 LED15 Q2.4 南北向右行红灯亮 LED16 Q2.5 南北向右行黄灯亮 LED17 Q2.6 南北向右行绿灯亮 LED18 Q2.7 南北向左行红灯亮 LED19 Q3.0 南北向左行黄灯亮 LED20 Q3.1 南北向左行绿灯亮 LED21 Q3.2 南北向人行红灯亮 输 出 LED22 Q3.3 南北向人行绿灯亮 3.3.3 交通灯控制时序图 本系统的时序图设计如下： 图 3-6 时序图 3.3.4 控制流程图 启 动 初 始 化 东西直行绿 南北左行红 东西直行离开 车辆采样 10s 模糊推理并决 策绿灯延时 南北左行绿