基于PLC的交通灯模拟控制设计课件

1、基于PLC的交通灯模拟控制设计冯健强 2011-12目录引言1具体设计方案2可编程控制器程序设计3总结4结束语5引言 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需简历数学模型的方法，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。近些年我国的许多学者也都一不同的思路对单个交叉口，交通干线的模糊控制进行了研

2、究，但因研究的局限性，实际应用的寥寥无几。本文基于实现PLC交通信号的模糊控制系统。 根据前后流量来决定交通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相位交通为例，把PLC作为模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行的稳定可靠，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：PLC可编程控制器，交通信号灯，可靠性高。第二章 交通信号控制系统分析2.1十字路口交通灯控制实际情况描述（1）南北方向绿灯和东西方向的绿灯不能同时亮；如果同时亮，则应自动立即关闭信

3、号灯系统，并立即发出报警信号。（2）系统工作后，首先南北红灯亮并维持25s；与此同时，东西绿灯亮，并维持20s时间，到20s时，东西绿灯闪亮，闪亮3s后熄灭。（3）在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持2s，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。（4）东西红灯亮并维持30s；与此同时，南北绿灯亮并维持25s；然后，南北绿灯闪亮3s后熄灭。2.2十字路口交通灯的路况画出模拟图北 南东西 交通指挥灯示意图绿 黄红绿黄红红黄绿绿红黄第三章 交通灯控制系统设计3.1 交通灯控制系统硬件设计3.1.1 PLC智能化控制交通灯的方法传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，

4、运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好。然而实际上交通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、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，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控 制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，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

5、交通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、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，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控 制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。具体由传感器采集后送入可编程序控制器。在十字路口的四个方向(E、S、W、N)的近端J(斑马线附近)和远端Y(距斑马线约

6、100米处)各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分：其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2。然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行模糊推理运算得出延迟时t2，最后由t1和t2来实现对十字路口车流量的灵活控制。3.1.2可编程控制器I/O端口分配根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启与停止按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号和故障指示驱动信号。由于每一个方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯同时工作，为了节省输出点数，可采

7、用并联输出方法。由此可知，该系统所需的输入点数为2，输出点数为7，全部是开关量，则可将I/O分配用下表示。3.2交通灯控制系统软件设计3.2.1十字路口交通灯模拟控制时序图 启动/停止南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯 交通信号灯时序状态示意图3.2.2 流程图启动开关南北红灯亮南北绿灯南北绿灯闪14S10S4S东西绿灯亮东西绿灯闪东西红灯亮10S4S14S东西行人道南北行人道 结束10S2S2S14S14S 10S2S2S南北主干道启动开关东西绿灯亮东西绿灯闪东西黄灯亮东西红灯亮东西主干道南北红灯亮南北绿灯亮南北绿灯闪南北黄灯亮结束交通灯模拟控制系统流程图启动开关按下脉冲开关原

8、来控制循环系统行人道绿灯点亮，主干道红灯闪亮结束YN启动开关盲人脉冲按键控制流程图按下脉冲开关对应方向绿灯点亮时间延长到15秒，另一方向红灯点亮延长到15秒再次按下启动开关按此次控制方式进行循环原来方式控制系统结束YNYN手动控制车流量流程图东西红灯工作延时东西绿灯工作延时东西黄灯工作延时南北绿灯闪烁延时南北红灯工作东西绿灯闪烁东西绿灯工作东西黄灯工作000000380000000001380000002003380000TIM 0004TIM 0000#0250TIM 0000TIM 0004#0250TIM 0006#0200TIM 0007#0030002003380000TIM 000

9、0TIM 0005#0020TIM 0001#0250TIM 0002#0030TIM 0006TIM 0007TIM 0000TIM 0001TIM 0003#0020TIM 0002002003380000TIM 0000TIM 0000002002002006002002TIM 0006TIM 0006TIM 0007TIM 0008TIM 0008#0005TIM 0007TIM 0005002004002005002006TIM 0001TIM 0001TIM 0002TIM 0008002000002001TIM 0003TIM 0002TIM 0009#0005380000TIM

10、 0009TIM 0008002000002004002003启动/停止按钮南北红灯工作延时东西绿灯闪烁延时南北绿灯工作延时南北黄灯工作延时东西红灯工作南北绿灯闪烁南北绿灯工作南北黄灯工作事故报警END(001)3.2.4 梯形图对应的语句表步序 指令 注解0 LD 0.001 OR 200.002 AND-NOT 0.01 3 OUT 200.00 启动停止 4 LD-NOT 10.035 AND 200.006 AND-NOT TIM0047 OUT TIM0008 #0250 南北红灯工作延时9 LD TIM00010 OUT TIM00411 #0250 东西红灯工作延时12 LD-N

11、OT 10.0313 AND 200.0014 AND-NOT TIM00015 OUT TIM00616 #0200 东西绿灯工作延时17 LD TIM00618 OUT TIM00719 #0030 东西绿灯闪烁延时20 LD TIM00721 OUT TIM00522 #0020 东西黄灯工作延时23 LD TIM00024 OUT TIM00125 #0200 南北绿灯工作延时26 LD TIM00127 OUT TIM00228 #0030 南北绿灯闪烁延时29 LD TIM00230 OUT TIM00331 #0020 南北黄灯工作延时32 LD-NOT 10.0333 AND-

12、NOT TIM00034 AND 200.0035 OUT 10.02 南北红灯工作36 LD TIM00037 OUT 10.06 东西红灯工作38 LD TIM00639 AND-NOT TIM00740 AND TIM00841 LD 10.0242 AND-NOT TIM00643 OR-LD44 OUT 10.04 东西绿灯工作及闪烁45 LD TIM00746 AND-NOT TIM00547 OUT 10.05 东西黄灯工作48 LD TIM00149 AND-NOT TIM00250 AND TIM00851 LD 10.0652 AND-NOT TIM00153 OR-LD5

13、4 OUT 10.00 南北绿灯工作及闪烁55 LD TIM00256 AND-NOT TIM00357 OUT 10.01 南北黄灯工作58 LD 200.0059 AND-NOT TIM00960 OUT TIM008 振荡电路61 #000562 LD TIM00863 OUT TIM009 振荡电路64 #000565 LD 10.0066 AND 10.0467 OUT 10.03 事故报警68 END4.2难点分析其实现场实况车辆的流量是变化的，本设计只是对其路灯起到一个开关的作用，即开关量控制系统。由于所学知识及设备有限，无法对其路灯进行智能化控制，所以在编程时就没把智能控制这一

14、块加上去，再加上编程软件无法下载，在画梯形图方面受到一点阻碍。下面我就对智能化控制路灯作一些原理上的介绍。本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。(1)行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算 。(2)盲人脉冲按键按下时要实现功能的同时不影响和它没关系的主干道盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的，如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加

15、通顺减少车辆堵塞的情况。要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开。(3)手动车流控制按键的控制方式手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制，但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况，如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。这就涉及到了一个请求和响应的关系。(4)交通灯的闪亮交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对PL