《基于PLC的智能交通信号灯控制设计与实现5200字（论文）》

基于PLC的智能交通信号灯控制设计与实现目录TOC\o"1-2"\h\u13736摘要： 2628关键字： 237371绪论 2143301.1研究背景及意义 287261.2国内外研究现状 35002智能交通信号灯控制方案选择 3217502.1控制机的选择 3236942.2定时配时方案的选择 4313873智能交通信号灯控制系统硬件设计 576503.1硬件总体设计 5102313.2车流量检测模块 5106073.3PLC控制模块 650093.4数字量输出与输入模块 7247044智能交通信号灯控制的软件设计 948344.1主程序设计 9160254.2功能程序流程图 919345智能交通信号灯控制系统调试与仿真 11190325.1交通信号灯调试 11253915.2交通信号灯仿真 1216576总结 12摘要：随着经济的迅猛发展，汽车已经大量的进入了我们的生活。尽管汽车的普遍使我们的生活较为方便，但却产生了不可以忽略的问题，比如交通拥挤、空气污染等。智能交通控制系统是为了解决交通拥挤这些问题而产生的，它对疏导缓解交通有着重要作用。因此设计了交通信号灯控制系统，包括PLC控制、车流量检测、数字量输出输入等模块，具体研究了系统的硬件软件设计，以S7-200PLC为基础，通过STEP7-Micro/WINV4.0版编程软件对系统进行了调试以及仿真，结果表明本系统运行良好，可以运用在实际生活中。关键字：PLC控制器控制系统1绪论1.1研究背景及意义随着我国经济技术的发展，宽阔道路的建设和现代建筑成为推动城市发展、吸引投资的最佳动力来源。但是由于人口的增长和道路设施建设的不足，交通拥挤这样类似的问题日益受到人们的重视。公路交通问题现在已经成为影响城市和谐文明的重要因素之一。所以协调好车、人、路之间的相互关系，才能更加有效地解决好城市交通的各种复杂的问题。在紧急情况下，交警人员可以通过人工控制整个交叉路口内的驾驶车辆，实现禁止交通和行人通行的功能。而且在紧急状态结束时，它又可被更改为自动状态。PLC是在工业环境中进行数字控制的一种电子控制装置。它具有非常强的适应能力，工作让人心安，花费也不会特别高。所以才设计了这个交通信号灯控制系统，对于缓解十字路口交通拥挤的问题，而且对避免交通事故的发生具有非常重要的意义。1.2国内外研究现状现在，好多国家都在研究这个控制系统，根据他们对这个系统的研发的实际应用我们能够看出，我们可以通过获得交通信息来使交通信号灯更加的科技，更加的智能。在国外有非常多的制造商开发信息技术来获取这个参数，现在的情况是通过对视频进行图像处理应用于交通流量的检查分析。因为国外的交通信号控制技术较为发达，比我们要先进很多，所以我们国家采纳和学习其他国家的比较好的技术。然而由于国外技术先进并且系统价格非常昂贵，部分控制系统参数比较多，不符合我国的实际发展和经济情况。到现在为止，我们国家主要是通过视频来对车辆出行信息进行监测并进行控制，这种监控设备在装配时相对较简单，并且出故障时，易于检查和维护，试验结果比较通俗易懂，能够大范围的供人们使用。我国交通信号灯控制系统的研究，大部分的交通流数据都是通过车道占用率和排队长度来获得和收集的。虽然检测准确率有所提高，但是真实车流还是难以反映真实的情况。另外，系统算法是决定配时方案优劣的关键，如果想到达到系统的定时最优化的这个目标，我们需要更加努力的刻苦专研和开发，能够设计出实现这个目的的一个最佳的算法。2智能交通信号灯控制方案选择交通产业是城市路网的基础环节，它不仅是城市经济活动的命脉，也是制约路网发展的瓶颈，所以要尽快解决好交通拥挤等的一系列复杂问题。目前国内很大部分的交通灯都采用模拟信号控制时间，但是这种方式所存在的缺点已经不能处理好交通堵塞的问题。这些计划和方略的研究与改进，能够使智能交通信号系统更加被人们所接受，更够使它得到普遍的使用。2.1控制机的选择实现智能交通信号控制可以利用可编程序控制器、继电器、单片机。但是继电器会存在一些使用功能不太好，不太稳定的小问题，内部的程序设计不简单，非常复杂，花费高的缺点，不能够适用于城市的不断发展。采用可编程逻辑控制器控制信号灯系统的长处：（1）可靠性比较高，能够供人们放心的使用。（2）同类型产品价格比较合理，人们购买时不会觉得花费太高。（3）较为稳定，不易发生变化，能够让人们长期使用。（4）既方便又快速。人们可以方便使用。因此这个文章选用的是可编程逻辑控制器控制交通信号系统。2.2定时配时方案的选择到现在为止提出的智能交通灯控制系统中，我们可以根据不同的实际情况，选择合适的配时方案，进行优化配时设计。不同的时间分配形式各异，主要有以下几种的方式：最基本的定时方案，一般用于交通流量不大的路口；这种交通信号只有黄灯、绿灯、红灯3种指示灯，它们的配时方案如下：指示灯经过一个方向（假定物体），绿灯亮，时间到了，绿灯闪过，然后又变成黄灯。这时，半周期计时周期结束。如图1所示。图1简单交通方案示意图该方案在绿灯亮时，你可以直行，也可以向左转，也可以向右转，如有交通禁令，不会限制你向右边转换。该方案比较适合想要直接向前行驶的车。第二个方案：先南北直行，接着南北左右转通行最后东西直行。信号灯每个方向都有绿灯、绿灯闪和黄灯信号。如图2所示。图2方案二的相位转换图方案一中交通信号灯只有绿、黄、红三种颜色，是现在最简单的红绿灯。但是只适用于车流量较小的相互交叉路口，方案二中该时间分配方案适用于大多数交叉路口，尤其适用于中小型路口。这种方案实现了控制车辆稳定、有顺序有方向运行的目标。因此选择了方案二中比较简单的定时配时方案。采用行同步直行，或者在同一时刻左转和右转的配时方案，就可以将行人与车辆分隔开。3智能交通信号灯控制系统硬件设计3.1硬件总体设计智能型得交通信号灯控制系统主要由交通流量探测器、信号转换器、可编程逻辑控制器和交叉路口信号灯组成。应用较为简单的顺序方式，采用小型可编程逻辑控制器，选择西门子S7-200系列计算机，这个系列的可编程逻辑控制器功能好、指令相对来说比较全，能满足我们现在以致未来的研究要求。3.2车流量检测模块如图3：实现这个模块的方法：感应式线圈检测系统，检测电路方法：电容三点振荡电路。图3LC振荡电路如图4中一个三车道交叉路口：当有车辆通过地感线圈时，环形线圈的电感值会逐渐降低，感值最小的时候，车辆此时正在线圈的正上方；随着车辆越来越远离磁场区域，地感线圈的电感值会慢慢的恢复到它刚开始的那个数，我们可以通过计数，来自动调整红绿灯时间。图4传感器敷设例如，当测试的车辆经过上方N1时，可编程逻辑控制器数目加1，接着通过N2时，数目减去1，但是N1和N2之间的值就是这条道路上车辆存在（即还未开走的车辆的数量）。如若将N1，N2分别设置为车辆的入口和出口，那么N1与N2的距离就是目前在等待车辆的1~1倍。3.3PLC控制模块3.3.1PLC硬件选型程序结构可以分成两个主要部分：（1）监控程序：控制可编程逻辑控制器运行的系统自带程序（2）用户程序：用户为控制受控系统的运行而编写的各种程序代码。在应用程序设计中，正确选择可编程逻辑控制器是必不可少的一环。可编程控制器有很多种，型号多种多样，各种型号一一对应于它们的功能、内部结构形式、程序代码的编程方式、花费金钱的数目等。比较好的产品有西门子、AB等。这篇论文主要是由于下面的这些因素来选用具体的可编程逻辑控制器模式：（1）内部结构：可编程逻辑控制器的内部模式可以分为整体和模块。整机的I/O点主要集成在可编程程序控制器的中央处理器中，不能够向外延伸，模块式可以分块使用其各部分功能，可以向其他方面延伸，输入输出点的内容丰富，能够灵活地扩展，大多数比较大的系统会采用这种方式。（2）响应速度：通过对控制需求的分析，选择合适的控制器，一方面性能方面可以满足需求，并且花费较小，可以承担。（3）型号统一：应该尽可能做到系统型号一致，这样设备可以较为普遍使用，便于购买和通信。考虑到以上因素，这篇论文用的是西门子S7-200系统可编程逻辑控制器，对信号灯进行控制。西门子S7-200PLC的优点：一是各种指令非常的全面，能够基本满足各种请求和需要。可以实现逻辑、模拟、位置等的控制。二是中央处理器解决问题非常的迅速，并且处理结果能够让人们达到想要的结果。三是强大的网络沟通能力。CPU226具有两个RS485端口，不需要适配器就可以直接连接PC机或触摸屏。3.3.2PLC硬件组态硬件组态：西门子S7-200PLC的模块化结构，这个结构每一块比较独立。在安装过程中，都是以机架为中心轴环绕，电源在左边。除了CPU模组和电源和以外，每个单一机架最多能够匹配8个扩展模块。图5是其必须的硬件材料：图5所必须的硬件材料具体如下图6所示：图6硬件材料3.4数字量输出与输入模块3.4.1数字量输出输出触点需要17个，图7表示的是数字量输出地址分配，通过图7所示，我们能够很清晰的观察到输出地址在这个程序的内部是如何进行分配的。图7数字量输出地址分配3.4.2数字量输入根据图8所示：输入接触触点需要12个：表中显示了输入接触点的具体作用。四个方向的车辆检测信号减少计数和增加数分别是I0.0和I0.1,I0.2和I0.3,I0.6和I0.7分别是从东到西，从西到东，从南到北，从北到南，从北到南。如下图9所示：I1.1和I1.2、I1.3和I1.4分别作为强通检测信号的输入，向东直行，向北直行，向左转。图8车辆检测信号输入图9强通检测信号输入所以我们可以得出结论：选用224

CPU，并采用EM222扩展模组（含8个输出触点），是能够实现我们对这个程序设计的要求。4智能交通信号灯控制的软件设计4.1主程序设计本文设计的智能交通信号灯控制系统，具有定时控制、分时控制、智能控制等功能。定时控制方案：里面含有较多的模式，都实现了夜间和强车通行；我们还可以通过车流量决定控制模式，发生紧急情况时，红绿灯熄灭，黄灯进入黄闪状态，从而使人行道不能自由通行，机动车不能通行，特殊绿色通道不能通行。图10显示了智能交通信号控制系统的主程序流程。图10主程序流程4.2功能程序流程图4.2.1延时功能绿灯直行延迟的条件是：当前通行方向上的车辆与反方向上的车辆的延迟的差值大于经验值σ，相反方向上的车辆延迟大于δ，并且不超过最久的时间。虽然紧接着使用延迟条件来控制绿灯延迟显得比较麻烦，但选择其非条件作为绿灯延迟到绿灯闪的转换条件，可以简化控制。图11部分控制程序流程框图4.2.2控制模式从智能交通信号灯控制系统的控制思想可知：通过可编程逻辑控制器目前运行时间，可以决定是选择白天或者夜间控制模式。图12控制系统整体控制思想4.2.3强通功能实现强通的方法如下：如果能够检测到任何一个强通信号时，M4.0的上边沿为1，打开T57通路延时计时器，经过0.5秒的延时后（时间可设定，要求比脉冲上升时间更长），根据检测到的强通讯号码，将对应的步长设置为1。通过这种方式，控制系统会先达到一个非常短暂停止工作状态，然后紧接着进入到强通的状态。5智能交通信号灯控制系统调试与仿真5.1交通信号灯调试5.1.1调试步骤S7-200PLC程序设计是采用了STEP7程序软件，采用了块的思想。利用分块结构，将控制程序与逻辑操作分解为不同的部分，提高了程序的可读性和可扩展性。智能交通信号灯控制系统调试步骤具体为以下：1）打开需要的编写程序软件，思考构思，建立项目。2）选择可编程逻辑控制器的型号。3）根据设计思路，编写相关的程序代码。4）编译并执行我们所设计的程序。5）下载程序到可编程逻辑控制中。6）执行可编程逻辑控制器并且观察可能会发生的实的情况。7）观察测试灯的闪灭的顺序。8）通过状态表的变化来预测输出的改变。5.1.2调试结果当白天的模式没有考虑延迟时，信号输出的顺序显示在图13中。这种输出顺序是符合基本理论的。图13系统信号的输出顺序当程序正常运行时，设置任意一个强通开关，程序开始执行后会跳转到相应于强通开关状态。达到急车强通。手工输入计数器脉冲，计数器可以计算车辆的停留时间。该系统可以根据车辆的停留时间进行智能延迟。更改可编程逻辑控制器当前时间，可实现白天模式和夜间模式。5.2交通信号灯仿真如图14所示为控制系统的仿真图，虽然还不是很完善，但是已经达到了设计的目标，后期还可以进行改进。通过进行一系列的实验和测试，对实验结果进行分析和改进，最终通过完整的实验数据，我们可以得到这个系统的仿真图。图14智能交通信号灯控制系统的仿真图6总结目前的交通信号控制系统都不够智能化，过于僵硬，不灵活，容易发生交通拥挤等问题，而且人力物力利用率也不高。而基于西门子S7-200PLC智能交通信号控制系统能够弥补这个问题的不足之处。根据这个方案设计的这样的系统运行较为稳定，实用性高，能够在原来的系统的基础上，具备更加完善的功能，更加能够方便人们的出行生活。这篇论文所设计的这个信号灯控制系统，在整个设计过程中，不仅需要查找和学习大量的参考文献，构造出自己论文的思路和框架，并且还得按照自己构思的框架一步步的实现这个系统的完成，