基于欧姆龙PLC的智能交通灯系统设计

1、本科生毕业设计（论文） 题 目：基于欧姆龙 plc 的智能交通灯系统设计 学生姓名： xx 系 别： 电气信息工程系 专业年级 电气工程及其自动化 06 级本科 1 班 指导教师： xxx 2010 年 6 月 10 日 摘要摘要 城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安 全运输，提高运营效率。目前，就我国大多数城市而言，已经建立了多种交通信号控 制系统，其中定时控制所占的比例较大，在一些交通流量波动较大的交叉口，实现信 号智能控制己迫在眉睫。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。早期采

2、用的定时 信号控制正在淘汰过程中。针对我国城市交通的现状，从控制系统设计上应用可编程 控制器plc设计出智能交通灯控制系统以解决交通问题。在十字路口相应的位置预埋 传感器，对此段上的车流量进行统计，并根据车流量的变化，改变绿灯的控制时间， 可以实时的对绿灯资源进行合理的配置，提高十字路口的通行能力，最大限度地减少 车辆滞留现象，较好的解决车流量不均衡、不稳定的问题。 关键词：传感器；关键词：传感器；plcplc；车流量；梯形图；车流量；梯形图 abstract the municipal transportation signal control is through the adjustme

3、nt, the warning and the induction which flows to the transportation achieved improves the person and the cargo safe transportation，enhancing the operation efficiencyat present, our country majority cities have already established the many kinds of traffic signal control system，timed control occupies

4、 proportion bigger, undulates a bigger road intersection in some traffic flows，to realize the signal intelligent control to be imminenttransport system is a random nature，ambiguity and uncertainty of complex systems，the establishment of mathematical models very difficult and sometimes impossible to

5、use existing mathematical methods describedearly signals control is regularly used by the process of elimination. according to the traffic conditions of the urban areas in china, this paper, from the design of a control system ,discusses a design of intelligent traffic control lights based on the ap

6、plication of the programmable logical control(plc).sensor coils are pre-buried at the corresponding crossroads to make statistics of the vehicle flow, according to which the control time of the green light is changed ,and then ,the resource of the green light is reasonably distributed to improve the

7、 traffic capacity at the crossroads, reduces the phenomenon of the vehicles stranded in a large scale ,solves the problems of not equilibrium and unstable traffic flow magnitude well. and in order to improve the control efficiency of the traffic lights. key word: sensor; plc ; vehicle flow ; ladder

8、目目 录录 第一章 绪论 .1 1.1 交通信号灯的产生.1 1.2 城市交通现状.1 1.3 交通信号灯的现状及发展趋势.2 1.3.1 现状.2 1.3.2 发展趋势.2 1.4 本文的主要研究内容.3 第二章 系统的组成 .4 2.1 信号灯的设置.4 2.2 传感器的选择.5 2.3 plc 控制系统 .6 2.3.1 plc 概述 .6 2.3.2 选择 plc 的原因 .6 2.3.3 plc 型号的选择 .8 第三章 系统的方案设计 .9 3.1 车流量的计量.9 3.2 控制系统的设计思路.9 3.3 交通灯的基本设计方案.9 3.3.1 正常循环控制.9 3.3.2 根据车流

9、量的循环.10 3.3.4 急车强通控制 .11 第四章 软件编程与调试 .13 4.1 软件的开发环境.13 4.1.1 操作界面.13 4.1.2 程序的检查和编译 .14 4.1.3 下载程序 .14 4.1.4 程序的调试及监控 .15 4.2 i/o 地址分配 .16 4.3 程序分析.16 4.3.1 系统启动停止 .16 按下启动按钮时，交通系统启动；按下停止按钮时，交通系统停止。.16 4.3.2 流量信息采集 .17 4.3.3 流量信息处理 .17 4.3.4 交通灯控制 .19 4.3.5 强通程序 .23 第五章 总结与展望 .25 参考文献 .26 致 谢 .27 附

10、录 a.28 附录 b.31 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 0 第一章 绪论 1.1 交通信号灯的产生 自从有铁路以来，就出现了为延某段轨道行驶的列车显示是否安全的信号灯了。 1986 年发明家 jp奈特产生了将信号应用在道路的想法。他在伦敦的议会大楼外 设置了第一个交通信号灯，将红色和绿色的煤气灯组合起来供夜晚使用。然而，当某 个信号灯发生爆炸并炸死了一名警察后，这个计划就宣告失败了。 由于汽车的发明以及交通量的不断增加，交通信号灯日益成为一种需要，特别是 在美国。20 世纪初，阿尔弗雷德贝尼施开发出一种红绿灯系统，并且在俄亥俄州的 克利夫兰进行了第一次安装。四年后，在设置于纽约的交

11、通灯上又增加了第三种颜色 -黄色。1925 年，交通灯重新出现在英国。 自动信号很快被开发出来。1926 年出现了用定时器加以控制的灯。6 年以后，又 采用了由交通工具本身通过道路上的压力垫进行操作的信号。 现代交通信号常常由电脑来控制。电脑与道路底下的交通检测器相连接，监视交 通流量并测算出改变灯光的最佳时间。 【1】 1.2 城市交通现状 由于城市的发展和人们生活水平的提高，交通路口通行问题已变得越来越严重。 这些问题已经影响到了现代化城市建设和国民经济发展。为了解决这个问题，专家提 出很多建议，如限制私人购车，增加道路宽度，建立交桥，发展车市轨道交通等等。 这些措施和办法虽然短期内也能缓

12、解交通压力，但长远来看，城市的空间毕竟是有限 的，这些办法除了需要大量资金支持外，还要付出惨痛的代价。特别是像北京这样的 著名历史文化古城，一味的扩展路面，不仅使古建筑和古迹遭到破坏，也破坏了城市 独有特征。那么解决城市拥堵的最科学又行之有效的途径在哪里呢？最行之有效的良 方或许就是大力发展智能化交通。 在交通系统中交通信号灯是管理交通网络的最重要元素，而街道各路口又是车辆 通行的瓶颈所在。研究车辆的通行规律，根据实际情况制定相应的通行规则对缓解交 通堵塞和提高路口车辆通行效率具有非常重要的现实意义。本文就是通过对十字路口 的车流量进行监测，再通过 plc 对交通灯制定相应的规则，以保证各路口

13、车辆的顺利 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 1 通行。 【2】 1.3 交通信号灯的现状及发展趋势 1.3.1 现状 目前实现路口交通灯系统控制的方式很多，可以用标准逻辑器件、单片机、可编 程控制器 plc 等方案来实现。在国外几个先进的国家已经开始采用智能方式来控制交 通信号，其中主要运用 gps 全球定位系统等，但相对来说成本较高，不适合国内目前 的发展状况。 【3】 对于控制方法，可以分为静态多段配时控制、准动态多段配时控制、最优控制。 目前我国十字路口的交通灯大多采用的控制方法都是静态多段配时控制。即事先 调查道路的车流量，利用这些数据实现的一种开环控制。 根据统计的数据将两个方

14、向红绿灯的时间预先设置好。例如假设左转绿灯为 20s，左转红灯为 60s，直行绿灯为 30s，直行红灯为 50，其中红绿灯之间以绿灯闪烁 3s、黄灯亮 3s 做为缓冲。红绿灯按照顺序依次启动，周而复始的循环。然而这样的 模拟控制只能机械的进行时间控制而忽视了路况的复杂性。这样必然产生如下弊端: 当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多 的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控不能 有效的实时对绿灯资源的合理调配所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力 和物力资源也是一种浪费。因此这种方法只适用于稳态交通环境。研究静态多段配时

15、控制也适合有意义的，可以将其作为其他控制策略的“参照系” ，或为它们提供“初 始系统” 。 准动态多段配时控制与静态多段配时控制相类似，只不过多段划分不是以时间为 依据，而是以检测到的实时交通状况为依据。交通状态可以用车流量、占有率、车速 等交通数据的特征值来表达。本文就是利用车流量来对交通等进行控制。 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 比静态多段配时控制有明显的改善。如果十字路口采用动态多段配时控制系统，则相 当于一个有经验的交警在对各方向的车辆进行统计，根据车流量的不同分配以不同的 绿灯时间，从而进行合理的调配，防止车辆的堵塞，较好地解决了上述问题。这

16、是代 替一般顺序控制的有效办法。 最优控制目前多采用模糊控制、网路路由控制、神经网络控制等等。 【4】 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 2 1.3.2 发展趋势 近年来，国内外许多专家致力于开发新的交通信号控制方法，人工智能是新的研 究方向之一，这是因为人工智能在复杂系统的定性建模和控制上卓有成效。利用模糊 控制与神经网络控制等职能控制技术进行信号灯控制能取得比定时控制与感应控制更 好的效果，是今后交通信号灯控制的主要研究方向。将模糊控制、神经网络控制和遗 传算法这三者结合起来用于路口信号灯的控制将用可能是今后的研究重点。 1.4 本文的主要研究内容 由于交通流量是时变的、非线性的，具有

17、很大的随机性，并且很难建立精确的数 序模型，所以本文设计了一种根据车流量来决定信号灯配时的准动态多段配时控制， 其主要内容如下： 对十字路口交通信号灯控制问题、控制系统组成等进行描述 在 plc 上编程实现此控制系统 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 3 第二章 系统的组成 此交通灯控制系统的硬件部分由红黄绿信号灯、传感器、plc 控制系统和电源等 组成。 2.1 信号灯的设置 信号灯设的合理、正确，能较充分的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

18、上有车通 行，往往会引起有意或无意的闯红灯。因此，信号控制交叉路口的交通事故，多发生 在交通量较低的交叉口或交通量较低的时间内。因此，研究制定合理设置信号灯的依 据是十分必要的。我国目前尚未制定统一的信号灯设置依据，结合我国目前的具体交 通状况，根据路口的特点和车流状况，本文所设计的交通系统以普通的六车道路口为 例，信号灯的分布如图 2.1 所示。 【5】 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 4 图 2.1 十字路口交通灯示意图 2.2 传感器的选择 传感器使用感应线圈(电感式传感器)电感式传感器其主要部件是埋设在公路下十 几厘米深处的环状绝缘电线。当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成高

19、频磁场。 当汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减 少。当汽车正好在该感应线圈的正上方时，该感应线圈的电感减到最小值。当汽车离 开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。由于电感变化该感应线圈 中流动的高频电流的振幅和相位发生变化。因此，在环的始端连接上检测相位或振幅 变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部 分，则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在和通过。 车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现漏检的现象，传感器在地下的铺设 我们采取在在距离绿灯放行线约 100m 处和放行线之后各预埋传感器，方案如图 2.

20、2 所示。 图 2.2 传感器分布示意图 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 5 2.3 plc 控制系统 2.3.1 plc 概述 可编程逻辑控制器（programmable logic controller，简称 plc）是以自动控制 技术、微计算机和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制器，目前已经广泛应用 于各个领域。发展到后期，可编程控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已 经远远超过了逻辑控制的范畴，于是人们又将其称为 programmable controller，简 称 pc，但是个人计算机（personal computer）也常简称 pc，为了避免混淆，可编程 控制器

21、仍被称为 plc。 plc 的基本设计思想是把计算机的功能完善、灵活、通用等特点和继电器控制系 统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用 的，可根据实际应用的对象、将控制内容编成软件写入控制器的用户存储区内，以满 足不同的应用对象，而且控制器和控制对象连接方便。随着半导体技术尤其是微处理 技术和微型计算机的发展，到 70 年代中期以后，plc 已经广泛地使用微处理器作为中 央处理器，输入输出和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这 时的 plc 已不再仅有逻辑判断功能，还同时具有数据处理、pid 调节、通讯联网、故 障自诊断及 dcs 生产监控

22、等技术。 plc 自问世以来，发展迅速，为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会颁布 的可编程控制器标准草案中对可编程控制器做了如下的定义：“可编程控制器是一种 数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储 器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计时等操作指令，并通过数 字式和模拟式的输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其外围设 备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体。 易于扩充其功能的原则设计。 总之，可编程控制器是一台专为工业环境应用而设计的计算机，它是将传统的继 电气技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。由于它不是

23、针对某一 具体行业应用，因此它的硬件应根据实际需要应用来进行配置，其软件则根据控制要 求进行编写。 【6】 2.3.2 选择 plc 的原因 可靠性高、抗干扰能力强 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 6 可靠性是工业控制器的重要指标。这就要求工业控制器能在各种恶劣的工作环境 (如电磁干扰、粉尘等)下可靠工作，将故障率降至最低。而 plc 具有很高的可靠性和 抗干扰能力，不会出现继电器控制系统中接线老化、脱焊、触点电弧等现象，从国内 外使用 plc 的实际情况看，平常无故障率可以达到几万甚至几十力，小时以上。故被 称为“专为适应恶劣工业环境而设计的计算机” 。 目前空中各种电磁干扰日益严重，

24、 为了保证交通控制的可靠稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 plc。 应用灵活、使用方便 模块化的 plc 设计，使用户能根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等 来选择自己所需要的 plc 的模块并进行资源的配置和 plc 的编程。plc 是通过存储器 中的程序实现控制功能，若控制功能需要改变，只需要改变程序及少许接线即可。而 且，同一台 plc 还可以用于不同的控制对象，通过改变软件就可以实现不同控制系统 的控制要求。因此，plc 具有很大的灵活性和通用性，结构形式多样化，可以适用各 种不同规模、不同工业控制要求。 编程语言简单易学、编程能力强功能强大 目前，plc 大多

25、采用梯形图语言编程方式，既继承了继电器控制线路清晰直观感， 又考虑到电气技术人员的读图习惯和应用实际，电气技术人员易于编程，程序修改灵 活方便。种决策都可方便的用软件实现。现代 plc 不仅具有条件控制、计数、定时、 步进、跳转、移位等功能，还能完成 ad，da 转换、数字运算和数据处理及通信 网络、生产过程监控等功能。 易于安装、调试、维修 在安装时，由于 plc 的输入输出接口已经做好，因此可以直接和外部设备相连， 而不再需要专用的接口电路，所以硬件安装上的工作量相应减少。plc 的调试可以先 在实验室模拟完成后再现场安装、调试，这样可以避免可能在现场出现的一些问题， 从而缩短调试周期。在

26、维修方面，plc 完善的诊断和显示功能，可以通过模块上的显 示或编程器等很容易找到故障模块，由于是模块化的设计，因此只需要对出错的模块 进行更改即可。 网络功能强大 plc 具有很强的网络功能。plc 不仅能做到远程控制、进行 plc 内部通讯与上位 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 7 机进行通讯，还具备专线上网、无线上网等功能。因此，plc 就可以组成范围很大的 控制网络，整个工厂，甚至整个系统都可以实现自动化。对于交通灯系统可以将同一 条道路上的交通灯组成局域网进行统一调度管理； 体积小、重量轻、易于实现机电一体化 plc 结构紧凑，坚固耐用，体积小巧，并具备很强的可靠性和抗干扰能力

27、，使之 易于装入机械设备内部，因而成为机电一体化十分理想的控制设备。 【7】 2.3.3 plc 型号的选择 车辆的流量记数、交通灯的时长控制可由 plc 来实现。 本例选用欧姆龙 plc 作为控制器件是因为它具有高可靠性丰富的输入/输出接口， 并且具有较强的驱动能力；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行 逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟 式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程；它采用模块化结构，编程简单，安装 简单，维修方便。 本设计例中,plc 选用 omroncpm1a 系列，其输入端接收来自各个路口的车辆探 测器测得的输出脉冲，

28、输出接十字路口的红绿信号交通灯。 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 8 第三章 系统的方案设计 3.1 车流量的计量 关于车流量的计量有多种方式: (1) 行车道的车流量通过 plc 分别统计。当车辆进入路口经过第一个传感器时， 使统计数加 1，经过第二个传感器出路口时，使统计数减 1，其差值为该股车道上车 辆的滞留量(动态值)，可以与其他道的值进行比较，据此作为调整红绿灯时长的依据。 (2) 先统计每股车道上车辆的滞留量，然后按大方向原则累加统计。如将东西向 的左行、直行、右行道上的车辆的滞留量相加，再与其它的 3 个方向的车流量进行比 较，据此作为调整红绿灯时长的依据。 (3) 统计每

29、股车道上车辆的滞留量后按通行最大化原则(不影响行车安全的多道 相向行驶)累加统计。如，东西相向的 2 个左行、直行道上的车辆的滞留量全部相加， 再与南北向的总车流量进行比较，据此作为调整红绿灯时长的依据(下面的例子就是 按此种方式)。 以上计算判别全部由 plc 完成。可以把以上不同计量判别方式编成不同的子程序， 方便调用。 3.2 控制系统的设计思路 出于便捷和效果的综合考虑，我们可用如下方案来控制交通路况:制作传感器探 测车辆数量来控制交通灯的时长。 具体思路如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经 过时即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为脉冲信号作为可编程控制器

30、的控制 输入，并用 plc 计数，按一定控制规律自动调节绿灯的时长。比较传统的定时交通灯 控制与智能交通灯控制，可知智能控制交通系统的最大优点在于减缓滞流现象，也不 会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，较全球定位系统而言成本更低。 3.3 交通灯的基本设计方案 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 9 3.3.1 正常循环控制 交通灯的静态多段配时控制是基础，首先要明确交通灯的控制顺序，如图 3.1 所 示。本文所设计的智能延时也是在此基础上建立的，这是交通灯的正常循环过程。 【8】 图 3.1 交通灯正常循环示意图 3.3.2 根据车流量的循环 本例就上述所描述的车流量统计方式,根据

31、图一十字路口给出一例 plc 自动调整 红绿灯时长的程序流程图，其行车顺序与现实生活中执行的一样，只是时间长短不一 样。流程图如图 3.2 所示。 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 10 图 3.2 交通灯流程图 流程图注释 (1)当各路口的车辆滞留量达一定溢满值时(相当于比较严重的堵车)，红绿灯切 换采用现有的常规定时控制方式。 (2)当南、北向路口的车辆滞留量比东、西向路口的大时(反之亦然)，该方向的 通行时间为通过比较后采用的延时时间。 (3)延时时间（本例的核心控制规律）增加的时间的确定。 若南、北向车辆滞留量大于等于东、西向车辆滞留量 x 时(如 30 辆车或其它值)， 让南、北

32、向的左转灯亮由 20s 增加到 40s(定时控制，值可改)，再让直行车直行 30s 增加到 50s，直至循环结束，进行下一次循环的计算。 3.3.4 急车强通控制 急车强通控制的逻辑流程图如图 3.3 所示。具体控制要求如下： 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 11 图 3.3 交通灯急车强通控制流程图 流程图注释 急车强通控制受强通开关控制。无急车时，按正常循环时序控制，有急车时， 打开急车强通开关控制，不管原来信号状况如何，一律强制让急车来车方向的绿灯亮， 直到急车通过为止，断开急车强通开关，信号灯的状态立即转为急车放行方向的绿灯 闪亮 3s。随后按正常时序控制。 急车强通信号只能响应

33、一条路上的来车，若两条交叉的路（东北或南北）先后 都来车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。 【9】 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 12 第四章 软件编程与调试 4.1 软件的开发环境 4.1.1 操作界面 omron 公司的 cmp1a 系列配置有编程器接口和串行接口。既可以通过编程器接口， 又可以通过串行接口进行程序的输入等工作。现在常用的编程工具主要使用工业计算 机或个人电脑。该系统 plc 可以借助串口或通信模块进行程序的输入工作。通过串口 或借助通信模块输入程序，需要在上位机上装有专用编程软件。omron 公司 plc 用的 编程软件很多，最新的为 cxprogrammer

34、 软件，运行于 windows 界面，简称 cxp，是 20 世纪术推出的基于视窗的编程软件，cx-programmer 软件可适合于 omron 公司的全 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 13 系列 plc。本系统所选 plc 型号适合选用 cxprogrammer 软件，所选的版本为 cx- programmer 7.1【9】 cx-p 编程软件用的是完全视窗风格的界面，主界面如图所示，有窗口、菜单、 工具条、状态栏，可用鼠标与键盘操作，并可以打开多个例程，窗口、plc、程序、 (程序)段进行处理。该软件界面友好，操作简单，支持 omron 公司全系列 plc。 图 3.4 cx-p

35、rogrammer 7.1 操作界面 软件初始化设置 软件设置如下所示，即在 windows 环境下，对 windows 编程软件 cx-programmer 7.1 进行初始化设置。这部分设置分为两个部分，设备型号的选择和网络类型的选择。 设备类型选择 cpm1(cpm1a) cpu 型号选择 cpu40 网络类型选择 sysmacway，即选择了上位机链接方式进行通信，端口名称 com1 波 特率 9600bps。 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 14 图 3.5 plc 设置界面 4.1.2 程序的检查和编译 可以通过“plc”菜单中的“程序检查选项”命令来实现程序编辑过程的语法、

36、 数据等检查，当出现错误时，会在相应指令条的左母线前出现红色标记，并在输出窗 口中显示错误信息。 程序编辑完成后，单击工具条中的“编译程序”按钮，或者选择“程序”菜单 中的“编译”命令进行程序的编译，检查程序的正确性，编译的结果将显示在输出窗 口中。当“错误”的级别较高时，可能会导致程序无法运行，而“警告”的级别较低， 程序仍然可以运行。 4.1.3 下载程序 程序编译完成后，要将程序传送到 plc 中，可以按照以下 3 个步骤进行。 使用专用电缆连接 plc 与计算机，并在离线的状态下进行 plc 的接口设置。 选择“plc”菜单中的“在线工作”命令，或点击工具条上的“在线工作”按 钮，在出

37、现的确认对话框中，选择“是” ，建立起 plc 与计算机的通信。此时 cpu 面 板上的通信灯不断闪烁，梯形图编辑窗口的背景由白色变为灰色，表明系统已经正常 进入在线状态。 开始下载程序。选择“plc”菜单中的“传送”命令，在弹出的下拉菜单中点 击“到 plc” ，将出现下载选项对话框，在选项中选取“程序” ，并确认，就可以实现 程序的下载。也可点击工具条中的“传送到 plc”按钮来实现程序的下载。 4.1.4 程序的调试及监控 程序监控 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 15 首先选择“plc”菜单中“操作模式”下的“运行”或“监视”命令，plc 开始运 行程序；然后选取“plc”菜单中

38、的“监视”命令，使程序进入监控状态，以上操作 也可利用工具条中的快捷按钮实现。进入程序的监控状态后，梯形图窗口中被点亮的 元件表示是导通的，否则为断开。 通过“查看”窗口也能实现程序的运行监视。将要观察的地址添加到查看窗口中， 利用元件值信息就可知道该元件的工作情况。 暂停程序监控 暂停监视能够将程序的监视冻结在某一时刻，这一功能对程 序的调试有很大帮助。触发暂停监视功能可以用手动触发或者触发器触发来实现，步 骤如下。在监视模式下，选择需要暂停监视的梯级。单击工具条中“以触发器暂停” 按钮，在出现的对话框中选择触发类型：手动或触发器。若选择触发器，则在“地址 和姓名”栏中键入触发信号地址，并选

39、择“条件”类型。当触发的条件满足时， “暂 停监视”将出现在刚才所选择的区域。要恢复完全监视，可再单击“以触发器暂停” 按钮。若选择手动，监视开始后，等屏幕中出现所需的内容时，单击工具条中“暂停” 按钮，使暂停监视功能发生作用。要恢复完全监视，可再次单击“暂停”按钮。 强制操作 强制操作是指对梯形图中的元件进行强制性地赋值，来模拟真实 的控制过程，以验证程序的正确性。先选中要操作的元件，再点击“plc”菜单中的 “强制”命令，此时，进行强制操作的元件会出现强制标记。元件的强制操作可通过 相同的方法解除。 在线编辑程序 下载完成后，程序变成灰色，将无法进行直接修改，但可利 用在线编辑功能来修改程

40、序，提高编程效率。先选择要编辑的对象，再点击程序菜单 中“在线编辑”命令，在弹出的子菜单中选择“开始” ，此时，编辑对象所在的梯级 的背景将由灰色变为白色，表示可以对其进行编辑。当编辑完成时，利用程序菜单的 “在线编辑”中的“发送修改”命令将修改的内容传送到 plc。传送结束后，梯级的 背景又会变成灰色，处于只读状态。 【10】 4.2 i/o 地址分配 输入/输出量地址分配 00000 启动按钮 01001 南北左转绿灯 00001 传感器 1 01002 南北左转黄灯 00002 传感器 2 01003 南北左转红灯 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 16 00003 传感器 3 01

41、004 南北直行绿灯 00004 传感器 4 01005 南北直行黄灯 00005 传感器 5 01006 南北直行红灯 00006 传感器 6 01007 东西左转绿灯 00007 传感器 7 01100 东西左转黄灯 00008 传感器 8 01101 东西左转红灯 00009 传感器 9 01102 东西直行绿灯 00010 传感器 10 01103 东西直行黄灯 00011 传感器 11 01104 东西直行红灯 00100 传感器 12 01105 南北人行道红灯 00101 传感器 13 01106 东西人行道红灯 00102 传感器 14 00103 传感器 15 00104 传

42、感器 16 00105 东西方向强通按钮 00106 南北方向强通按钮 00107 停止按钮 4.3 程序分析 4.3.1 系统启动停止 按下启动按钮时，交通系统启动；按下停止按钮时，交通系统停止。 图 4.1 启动停止梯形图 4.3.2 流量信息采集 由于研究对象为六车道十字路口，需要对南北和东西方向的左行道、直行道分别 计量。当车辆通过路口 100m 处的计量位置时，该车道的总车辆加一；当车辆通过路 口的计量位置时，该车道的总车辆减一；当该方向红灯亮时数据恢复到初始值等待下 一次循环计数。南北方向流量信息采集的梯形图如下图所示。传感器 1 触发时 dm0000 内数据加 1，传感器 2 触

43、发时 dm0000 内数据减 1，当按下启动停止按钮或南北直行红 灯熄灭时 dm0000 数据恢复初始值等待下一次循环中采集信息。东西方向采集信息的 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 17 过程相同详细梯形图见附录。 图 4.2 流量信息采集梯形图 4.3.3 流量信息处理 南北车流流量计算 南北左转黄灯亮 3s 后，将南北两主干道的左转车流量相加；南北直行黄灯亮 3s 后，将南北两主干道的直行车流量相加，随后再将南北左转车流量和南北直行车流量 相加即得到南北车流量。 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 18 图 4.3 南北左转和直行车流量统计梯形图 图 4.4 南北方向总车流量梯形图

44、 延时判断 在计算出南北和东西的车流量之后，对两者进行比较，得出他们的大小关系。当 南北车流量等于东西车流流量时，被判为满溢；当南北车流量小于东西车流量时，再 判断东西车流量和南北直流流量之差是否大于设定值 x=30（可以更改） ，大于 x 即为 南北方向延时，小于等于 x 判为满溢。当东西车流量小于南北车流量时，再判断南北 车流量和东西直流流量之差是否大于设定值 x，大于 x 即为东西延时，等于小于即为 满溢。由此可得出道路的延时依据为： 当 0x30 时，为满溢，当 x30 时为某一方向的延时。 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 19 图 4.4 延时判断梯形图 4.3.4 交通灯控制

45、 延时控制 经过信息的处理可以得到南北延时、东西延时和满溢三种结果梯形图如下图所示。 当结果被判定为南北延时内部继电器 20004 触发并保持输出 20009， ，等到下一次循环 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 20 结果，东西方向相同。当结果判定为满溢时，工作区 20008 输出并保持，直到东西方 向红灯结束时复位。 图 4.5 延时控制梯形图 绿灯时间控制 按下启动按钮时，第一次循环开始为正常循环，左转绿灯时间为 20s，直行红灯 为 30s。在第二次循环时，车流量结果已知，若满溢则仍为正常循环左转和直行绿灯 时间不变，若为某一方向延时则则为该方向的延时循环左转绿灯为 40s 直行绿

46、灯为 50s。 图 4.6 正常循环绿灯时间控制梯形图 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 21 图 4.7 延时循环绿灯时间控制梯形图 南北左转绿灯运行程序 在正常循环下，按下启动按钮或者南北方向左转红灯亮 60s 后左转绿灯亮，20s 后熄灭；强通情况下，南北方向强通按钮按下时灯亮，东西方向强通按钮按下时灯灭。 图 4.8 南北左转绿灯梯形图 南北左转黄灯运行程序 在正常运行情况下，当南北左转绿灯亮 20s 后，南北左转黄灯点亮，亮 3s 后熄 灭；当南北方向或东西方向强通按钮按下后，南北黄灯不管处于什么状态，都要立即 熄灭 图 4.9 南北左转黄灯梯形图 南北左转红灯运行程序 在以下两

47、种情况下左转红灯亮：正常运行时，当南北左转亮 3s 后；东西方向强 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 22 通按钮按下后。在以下两种情况下左转红灯灭：正常运行时，当左转红灯亮 60s 后熄 灭；南北方向强通按钮按下时。 图 4.10 南北左转红灯梯形图 南北直行绿灯运行程序 在正常运行情况下，当南北左转黄灯亮 3s 后，南北直行绿灯点亮，亮 30s 后开 始闪亮，闪亮 3s 后熄灭；强通情况下，当南北强通按钮按下时，南北直行绿灯亮， 直至断开急车强通开关，然后闪亮 3s 后熄灭；当东西强通按钮按下时，南北方向直 行绿灯灭。 图 4.11 南北直行绿灯梯形图 南北直行黄灯运行程序 在正常运行

48、情况下，当南北直行绿灯亮 30s 后，南北直行黄灯点亮，亮 3s 后熄 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 23 灭；当南北方向或东西方向强通按钮按下后，南北直行黄灯不管处在什么状态，都要 立即熄灭。 图 4.12 南北直行黄灯梯形图 南北方向直行红灯运行程序 在正常运行情况下，当南北直行黄灯亮 3s 后，南北直行红灯点亮，亮 50s 后熄 灭；强通情况下，当南北强通按钮按下时，南北向直行红灯灭。当东西强通按钮按下 时，南北向直行红灯亮。 图 4.13 南北直行红灯梯形图 4.3.5 强通程序 南北向强通按钮按下时，南北向强通辅助继电器得电，十字路口的交通灯按照控 制要求亮或灭。同时，产生一

49、个脉冲使南北方向绿灯闪烁辅助继电器得电，闪烁完成 后辅助继电器失电。 图 4.14 南北方向强通梯形图 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 24 图 4.15 东西方向强通梯形图 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 25 第五章 总结与展望 本文以十字路口为控制对象，设计了准动态多段配时控制和定时控制相结合控制 方法，完成了对十字路口智能交通控制系统的设计，采用个人计算机与 plc 相结合， 成功实现了个人计算机和 omron 公司 cpm1a 型 plc 的通信。实现了以 plc 为控制主体 的智能交通控制系统。 展望 本论文中设计的智能交通控制系统只是针对十字路口设计的，实际城市交通的

50、 控制问题，是一个由点、线和区域控制组成的复杂的控制系统。城市交通控制的研究 最终解决区域交通控制问题，这是提高城市交通水平的根本所在。因此，在以后的研 究中，有待于在此基础上将系统扩展到干道协调控制和区域交通控制上，提高系统的 实用性。 本文的研究没有考虑行人、自行车等自由车流的存在，在进一步的城市交通控 制系统的研究中，要注意结合中国城市交通中汽车一自行车一行人混合交通的国情， 研究适合我国国情的智能交通控制系统。 提高城市交通网的通行能力是一个综合性的问题，交通信号控制只是其中一个 措施，除此之外，还应加强交通法规建设和交通管理措施。把规划、管理、控制等方 面进行综合治理才是城市交通的出

51、路。 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 26 参考文献 【1】李江交通工程学m人民交通出版社，2002 【2】荆便顺道路交通控制m.人民交通出版社，1995 刘智勇 【3】智能交通控制理论及其应用m.科学出版社，2003 【4】史忠科、黄辉先、曲仕茹等 交通控制系统导论m.科学出版社，2003 【5】杨兆升城市交通流诱导系统m中国铁道出版社,2004 【6】张万忠等 可编程控制器入门及应用实例（欧姆龙 cpm2a 系列）m.中国电 力出版社，2008 【7】宫淑贞、王冬青、许世许可编程控制器原理及应用m人民邮电出版社， 2001 【8】宋伯生plc 编程理论算法及技巧m机械工业出版社，20

52、05 【9】高钦和可编程控制器应用技术与设计实例人民邮电出版社，2004 【10】omron 公司可编程控制器编程手册cpm1a 操作手册、cpm1a/2a/2ah/2c 编程手册. 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 27 致 谢 当我完成这篇论文时，四年的大学生涯即将结束，在我求学期间得到了许多人的 帮助，借此机会表达对他们的感谢。 首先向指导老师王永军致以诚挚的敬意和感谢。从论文的选题到完成，他都给予 精心的指导，王老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良 好的精神氛围。置身其问，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念， 树立了宏伟的学术目标，领会了基本的

53、思考方式，而且还明白了许多待人接物的道理。 同时将感谢送给在实验上给予我帮助的王俊青、李福坤老师。 真诚感谢我的家人，正是他们的大力支持和鼓励，才使我能顺利完成学业。 最后再一次诚挚地感谢所有给予我指导和帮助的老师和同学，感谢在百忙中抽出 时间进行论文评审的各位老师! 谢谢! 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 28 附录 a 1ld 0.00106and p_lt211out 10.05 2or 200.00107out 200.03212tim 013 #30 3andnot 1.07108ld 200.01213ld tim013 4out 200.00109 sub(31) dm10

54、8 dm110 dm112 214or 10.06 5ld 0.01110tim 033 #10215andnot tim014 6and 200.00111ld tim033216or hr0.00 7inc(38) dm0112out tr0217andnot hr0.01 8ld 0.02113cmp(20) dm112 #30218and 200.00 9and 200.00114ld p_gt219out 10.06 10dec(39) dm0115or p_eq220tim 014 #500 11ld tim014116andld221ld tim013 12or 0.00117o

55、ut 200.04222andnot 200.11 13mov(21) #10 dm0118ld tr0223ld 200.08 14ld 0.03119and p_lt224andnot 200.11 15and 200.00120out 200.05225orld 16inc(38) dm2121ld 200.03226mov(21) #230 dm1002 17ld 0.04122 sub(31) dm110 dm108 dm114 227mov(21) #300 dm1003 18and 200.00123tim 034 #10228ld 200.11 19dec(39) dm2124

56、ld tim034229andnot 200.08 20ld tim014125out tr0230mov(21) #430 dm1002 21or 0.00126cmp(20) dm114 #30231mov(21) #500 dm1003 22mov(21) #10 dm2127ld p_gt232ld tim013 23ld 0.05128or p_eq233or 10.07 24and 200.00129andld234or tim017 25inc(38) dm3130out 200.06235or hr0.00 26ld 0.06131ld tr0236andnot tim015

57、27and 200.00132and p_lt237andnot hr0.01 28dec(39) dm3133out 200.07238and 200.00 29ld tim014134ld 200.04239out 10.07 30or 0.00135or 200.09240tim 015 dm1002 31mov(21) #10 dm3136andnot tim020241ld tim015 32ld 0.07137out 200.09242or 11.00 33and 200.00138ld 200.06243andnot tim016 34inc(38) dm4139or 200.1

58、1244andnot hr0.00 35ld 0.08140andnot tim020245andnot hr0.01 36and 200.00141out 200.11246and 200.00 37dec(39) dm4142ld 200.05247out 11.00 38ld tim014143or 200.07248tim 016 #30 中国石油大学胜利学院毕业设计(论文) 29 39or 0.00144or 200.02249ld tim016 40mov(21) #10 dm4145or 200.08250or 11.01 41ld 0.09146andnot tim020251

59、andnot tim017 42and 200.00147out 200.08252or hr0.01 43inc(38) dm5148ld 0.00253andnot hr0.00 44ld 0.10149ld 200.08254and 200.00 45and 200.00150andnot 200.09255out 11.01 46dec(39) dm5151orld256tim 017 #600 47ld tim020152mov(21) #230 dm1000257ld tim016 48or 0.00153mov(21) #300 dm1001258or 11.02 49mov(2

60、1) #10 dm5154ld 200.09259or tim020 50ld 0.11155andnot 200.08260andnot tim018 51and 200.00156mov(21) #430 dm1000261or hr0.00 52inc(38) dm6157mov(21) #500 dm1001262ld hr0.03 53ld 1.00158ld 0.00263or tim018 54and 200.00159or 10.01264and tim054 55dec(39) dm6160or tim011265andnot hr0.00 56ld tim020161or