基于plc的智能交通控制系统设计的开题报告.doc

长江师范学院 本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称: 基于PLC的智能交通控制系统设计 姓 名: XXX 学 号: 200891343116 专业年级:2009级机械设计制造及其自动化 指导教师: 李 焱 教务处制一、课题意义交通系统是社会经济的“血液循环系统”,是衡量一个城市文明进步的标志，随着社全经济的发展和城市化进程的不断推进，我国和世界其他大、中城市的交通问题日益突出，机动车出行需求的不断膨胀导致交通基础设施不足。交通拥挤、环境污染和交通安全等问题成为社会和经济可持续发展的症结之一，构建“和谐社会”成为我国今后国民经济和社会发展的主题，如何创造一个通畅、快捷、以人为本的交通环境成为“人与自然和谐相处”不容忽视的核心内容1。目前我国城市交通灯控制系统大都采用定时控制，这种方式控制交通效率低，容易造成交通拥挤。因此，需要一种能够依据车流量、道路、时间、与季节变化情况改变控制方式或自动调节红绿灯的时间长度的智能交通控制系统，以减少十字路口车辆滞留现象，缓解交通拥挤，实现十字路口交通最优控制，从而提高交通控制系统的效率2。这需要一种更加合适的交通控制系统来适应现代交通，而智能交通管理的发展不仅促进了城市交通管理水平的提高，而且也改善了城市交通状况，提高了道路的服务水平，为城市可持续发展创造了条件，同时也推动了交通及相又广处的发展，对城市现代化的建设备着很重要的意义3。二、文献综述（一）交通灯的历史渊源及演进过程 交通灯诞生于1918年，它的诞生使城市交通大为改善。它初始是安装在纽约市五号街的一座高塔上三色圆形四面投影器，其中的黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎。一天他发现红绿两色灯控制路口交通的缺陷，想出加上一个黄色信号灯提醒人们注意危险。他的建议得到有关方面的肯定后，红、黄、绿三色信号灯成为一个完整的指挥信号家族，应用于全世界陆、海、空交通领域。1928年在上海的英租界应用于中国的马路上4。随着人类文明的进步与发展，人们对各种交通车辆的需求量不断增大，城市的交通拥堵问题日益严重，随着科学化、自动化的发展，红绿灯系统也不断地更新、发展和完善，从手牵皮带到电气控制，从计算机定时控制到电子时时监控。（二）国内外的发展现状及以待解决的问题 随着交通运输组织与优化理论、交通流理论的不断发展，国内外逐步把计算机技术和自动控制技术应用于城市道路，逐步提高了交通控制系统的效率5。目前设计交通灯的方案较多，有应用CPLD设计实现交通灯控制器,也有应用PLC对交通灯控制系统的设计，也有应用单片机事先对交通信号的设计方法。例如澳大利亚的SCAT系统采取分层梯阶式控制结构，通过固定的监控计算机和管理计算机串行数据线路相连模式实现了连续监视所有路口的信号运行、检测器的工作状况。SCOOT系统充分吸收了计算机网络技术的突出优点，采用自适应控制方法能够连续实时调整周期、绿信比和相位差以适应不同的交通流，其系统结构易于更改、控制方案较易变换，但在信号控制上还存在一定的局限性，需要合理解决混合交通流问题6。在实时检测和自动控制的应用中，单片机往往作为一个核心部件来使用，然而仅仅依靠单片机是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。而PLC控制系统其具有通用性强，丰富的I/O接口模块，方便组合，安装简单，维修方便，驱动能力强，并且使用方便，编程简单，现场调试容易，能适应各种恶劣的运行环境，性能稳定，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型7。通过PLC系统的应用制造成本降低，维护性提高，其最大的优点就在于整个系统的稳定性得到了保证。我国交通灯系统的工作起步较晚，结合实际发展状况，政府一方面进行以改善城市市中心交通为核心的技术研究，另一方面采取引进与开发相结合的方针建立了一些城市道路控制系统，虽然得到了一定的效果，但现有信号控制系统容易造成自行车与机动车交通流冲突8。当前我国通常的做法是以事先测定的车辆流量调查数据为基础，进行统计分析确定两个方向红绿灯的延时。然而，实际上车辆流量的变化存在较大的随机性与不确定性,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出现空等现象，造成道路有效利用时间的浪费，影响了道路的畅通9。正是存在流量变化的偶然性，我们无法建立准确的统计分析模型来解决交通灯控制问题。迅猛发展的交通现状需要一种流量变化情况自行适应控制的交通灯设定方案。（三）综述评述经过实际交通系统应用状况的分析，目前的道路交通控制系统存在以下缺点：1. 两车道的车辆轮流放行时间相同且固定，缺乏两车道车辆较大差异时自动调整机制；2. 缺少紧急车辆通行调控系统。结合实际交通道路调控需求及国内外的实践应用等综合因素考虑，我们可以得出CPLD、单片机与PLC构成的交通控制系统相比，他们具有经济、廉价、系统程序简单优点等优点。但是随着PLC的发展，其已慢慢超越了CPLD、单片机的优越性，除了其抗干扰性、稳定性、可靠性更为重要，市场普及性也不断增大，成本不断降低，已经成为现在先进控制系统的首先。因此，设计一种基于PLC的智能的交通灯控制系统，来解决目前我们现实生活中的交通控制问题是很有必要的。三、课题研究内容及方法（一）研究内容 智能交通灯不仅保持了传统交通灯结构简单，操作方便，运行可靠等特性，而且采用PLC控制，可根据车流量大小自行改变交通灯时间长短，以达到不同时期对道路交通灯的不同要求，还具有紧急控制开关，应对各种突发事件，制造成本降低，维护性和可靠性提高10。因此，智能交通灯可以首先在全国一二级城市运用，凭借其优良的性能，将来可以全国推广，为中国道路安全及道路建设提供保障11。 本设计的目的在于设计出一个具有实用价值、性价比较高的基于PLC的智能交通灯控制系统。下面就对基本的PLC交通灯设计进行阐述:第一部分是PLC交通等控制系统的硬件设备的要求，如下:1. 要选择PLC系统设备2. PLC外部接线图。3. 要设计I/O配线表。4. PLC电源和地的选择。 第二部分是设计PLC流程图。1. 设计系统控制总体结构。2. 设计信号传送系统。3. 紧急控制系统。第三部分是对PLC交通灯的编程器的选择和系统调试。1.顺序功能流程图SFR。2.用编程器输入指令并检查。3.系统调试仿真。（二）方案设计： 我们可根据车流量、道路、时间、季节变化来调节红绿灯的时间长短，来实现智能控制，以减少十字路口的车辆滞留现象,缓解交通拥挤,实现十字路口交通最优控制，提高交通系统的效率12.。根据PLC的检测信号不同，可设计两种方案。方案一，根据测车流量来调整个方向红绿的时间长短13，此方案能有效的使个各方的车流量尽可能的排队，特别是在城市中的上下班的时候，能方便快捷的提前预知个方向的交通状况，执行方便，系统稳定性高；但也存在一定的缺点，不能预知调整行人通过的时间，浪费了一定的时间。方案二，根据模糊的测个方向的候车量多少来确定优先通过14，此方案能更精确的分析十字路口的堵车情况，把人、车、路调整到更好的运行状态，能节约更多的时间；但模糊逻辑控制也有一定的缺点，其受环境的影响较大，计算机分析交换数据要求较快，对系统的反应能力要求高，根据目前国内的状况，还不能达到这么高的要求。 综述以上两种方案，我们根据现实状况，对交通系统的稳定性要求较高才是关键，并且技术要成熟，方便改造及经济性等因素，我们可选择方案一。其有较好的使用价值和执行条件，并对目前交通系统有较大的改善，足够满足现在的需求，具有很高的实用价值及研究意义。（三）研究方法：对比法，归纳总结法，分析法，文献法。四、技术路线 1.观察十字路口交通灯的工作时序。 2.设计I/O口。 3.画出状态转移图。 4.写出指令表。 5.用编程器输入指令。 6.调试运行。 7.I/O端子接线图。信号转换装 置地感线圈信号交通灯组PLC控制系统 紧急按钮信 号以太网接口 图11基于PLC智能交通灯控制系统总体结构框图5、 课题研究进度1、2012年10月28日至2012年11月2号，撰写开题报告，11月3号毕业论文开题答辩。2、2012年12. 2012年11月3日至11月9日，强化PLC的相关知识，熟悉PLC软件的使用；查阅相关设计文献资料，初步确定设计方案。3. 2012年11月9日至12月7日，完成设计初稿，编写控制程序并进行仿真、调试，接受中期检查。4. 2012年12月8日至12月28日前，进一步优化设计，反复实验，完善设计，完成毕业设计。5. 2012年12月31日前上交完整的毕业设计文档。6. 2013年1月5日，毕业论文（设计）答辩。6、 参考文献1安实,王健,徐亚国,李静.城市智能交通管理技术与应用M.20032史忠科,黄辉生等.交通控制系统导论J北京科学出版社.20073王静霞,张国华,黎明编.城市智能公共交通管理系统J.20084徐继峰.智能交通信号控制系统的设计与研究.J北京工商大学.2006 5刘智勇.智能交通控制理论及其应用.M北京科学出版社.2008 6扬琪，王笑京，齐彤岩，蔡华.智能交通系统标准体系原理与方法J.20037李道霖.电气控制与PLC原理及应用(西门子系列)J；电子工业出版社 8赵明旺,王杰.智能控制华中科技大学出版杜M.20109温志达.梁桂荣.陈碧明.基于车流量的智能交通