交通灯网络化控制.docx

交通灯网络化控制.docx

《交通灯网络化控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通灯网络化控制.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

交通灯网络化控制

交通灯智能网络化控制的系统设计

1绪论

1.1交通灯国内外发展现状、水平和发展趋势

随着经济社会不断的发展和人们生活水平的提高，整个社会对交通运输的需求日益增加。

然而交通的发展却跟不上城市的发展，所以城市交通问题日益显著。

如何缓解城市及周围地区的交通拥挤和堵塞的现象几乎成为一个最为棘手的难题。

交通灯的出现使得交通秩序井然有序，对于疏导交通流量、提高道路通行率、减少交通事故有明显的效果。

但是交通灯的控制却是个不容忽视的问题。

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，可能会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以上的缺点，引入了基于PLC控制的交通信号灯控制系统。

20世纪80年代以后，随着大规模，超大规模，集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。

PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图像显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、数据处理、联网通信等功能的名副其实的多功能控制器。

我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。

在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、引进了不少国外的PLC，以后，在传统设备的改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，取得显著的经济效益，PLC在我国应用广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大作用。

1.2交通灯控制系统设计的内容和意义

可编程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，在现代工业中的应用更加突出。

城市交通灯控制采用的可编程控制器具有可靠性高、维护方便、用法简单、通用性强等特点。

由于交通流量是时变的、非线性的，具有较大的随机性，并且很难建立精确的数学模型，所以应根据前后相流量来决定信号灯配时的智能控制系统，用PLC实现单个十字路口交通信号灯智能控制方法，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，开发一种交通模糊控制系统，解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题，根据交通状况实时调整交通信号灯以达到对交通实时控制的能力，缓解局部交通高峰问题。

要求把各个路口的实施情况数据传送到上位机，供上级部门及时调配与管理。

2交通灯控制系统方案论证

2.1控制系统的方案

1.基于数字电路的交通灯控制系统

数字电路是我们最常用的一种控制电路，但数字电路有很多弊端，首先就是电路设计起来很复杂，其次就是电路一旦设计好后其参数就不能改变，工作起来也不是很容易受到外界信号的干扰，所以其很显然不利于现代交通灯智能控制的发展。

2.基于单片机的交通灯控制系统

在单片机控制系统电路中需要加入A/D，D/A转换器，线路复杂，还要分配大量的中断口地址。

而且单片机控制电路易受外界环境的干扰，也具有不稳定性。

3.基于PLC的交通灯控制系统

PLC作为一种新型的自动控制设备，具有很高可靠性，通常平均无故障时间都在30万小时以上在安装，操作和维护也较的容易；编程简单，PLC的基本指令也不多，编程器使用比较方便；程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济效应。

2.2交通灯控制系统设计方案的选择

通过比较上述三种方案的异同点，我们发现PLC具有：

编程方法简单；体积小，能耗低；功能强，性能价格比高；可靠性高，抗干扰能力强；维修工作量少，维修方便；系统的设计、安装、调试工作量少；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强等优点，所以方案三是我们最佳的选择。

3交通灯控制系统的硬件设计

3.1控制系统的简介

本系统是一个十字路口4相位交通灯为例，用PLC实现单个十字路口交通信号灯智能控制方法本设计是利用西门子公司的S7-200可编程逻辑控制器及其扩展模块对十字路口的交通灯进行控制。

本系统具有一定的智能性，它对交通路口按正常期循环控制、高峰期及急车强通控制进行控制。

交通灯控制的结构图如图3.1所示

图3.1交通灯控制系统的结构图

3.2交通灯控制系统的控制过程

3.2.1控制过程简介

交通信号灯受可编程控制器的控制；按下启动按钮时，系统得电首先读取实时时钟的数值，并处理得出当前的工作模式，然后交通灯得电并在此工作模式下周而复始的循环工作；当按下停止按钮时，交通灯停止工作并全部熄灭，系统恢复到初始状态。

交通灯的示意图如图3.2

图3.2交通灯的示意图

3.2.2交通灯的控制要求

1.正常时段工作方式：

正常时段的交通灯工作一个周期为180s，工作方式如下：

东西车行道：

左转绿灯亮28s，黄灯闪2，红灯亮150s；直行绿灯亮28s，黄灯闪2s，红灯亮150s；右转绿灯亮28s，黄灯闪2s，红灯亮150s；

东西人行道：

绿灯亮30s，红灯亮150s；

南北车行道：

左转绿灯亮28s，黄灯闪2，红灯亮150s；直行绿灯亮28s，黄灯闪2s，红灯亮150s；右转绿灯亮28s，黄灯闪2s，红灯亮150s；

南北人行道：

绿灯亮30s，红灯亮150s；

2.高峰时段工作方式：

高峰时段的交通灯工作一个周期为90s，工作方式如下：

东西车行道：

左转绿灯亮18s，黄灯闪2s，红灯亮70s；直行绿灯亮18s，黄灯闪2s，红灯亮70s；右转绿灯亮18s，黄2s，红灯亮70s；

东西人行道：

绿灯亮20s，红灯亮70s；

南北车行道：

左转绿灯亮18s，黄灯闪2s，红灯亮70s；直行绿灯亮18s，黄灯闪2s，红灯亮70s；右转绿灯亮18s，黄2s，红灯亮70s；

南北人行道：

绿灯亮20s，红灯亮70s；

3.急车强通的工作方式：

急车强通受急车强通启动和停止按钮控制。

没有急车强通的时候，交通灯按上面的时间段循环控制，当一方有急车来的时候，不管当前的交通灯处于何种工作状态，急车通行的方向的所有绿灯亮起，此时另一个方向的所有红灯亮起，直到所有急车通过并按下急车强通按钮之后，所有方向均恢复正常的工作状态；当两个方向都有急车需要强通的时候，首先响应先来的一方，再响应后来的一方。

3.3系统输入/输出点的分配

输入点的分配如表3.3.1所示：

表3.3.1输入点的分配

输出点的分配如表3.3.2所示：

表3.3.2输出点分配

3.4系统的硬件选择

根据设计要求，本设计共需要I/O点数为4输入/22输出。

3.4.1CPU的选择

CPU226的端子连接图如图3.4.1所示。

L+接24VDC，M接地。

上部分0.0到1.7为16点输出端子，下部分0.0到2.7为24点输入端子。

图3.4.1CPU226端子连接图

3.4.2扩展模块的选择

S7-200系列CPU提供一定数量的主机数字量I/O点，但在主机I/O点数不够的情况下，就必须使用扩展模块的I/O点。

本设计PLC主机的输入点足以满足要求。

需要扩展6点输出，EM222是8点输出，这样扩展一个EM222就满足系统要求。

EM222的端子连线图如图3.4.2所示，L+接24VDC，M接地。

上下两部分其他8个端子均为数字量输入输出端子。

图3.4.2EM222的端子连接图

4交通灯控制系统的软件设计

4.1控制原理

本设计的控制的原理是：

根据实时时钟值来判断当前信号灯的工作模式，此PLC程序由一个主程序和四个子程序构成，放行的顺序先东西方向再南北方向，有急车时让急车先行。

4.2控制系统的时序图

1.正常时段的时序图

如图4.2.1所示，在一个循环周期（180s）中，所有绿灯亮的时间为28s，所有黄灯闪亮的时间为2s，剩下的时间为红灯亮的时间；

2.高峰时段的时序图

如图4.2.2所示，在一个循环周期（90s）中，所有绿灯亮的时间为18s，所有黄灯亮的时间为2s，剩下的时间为红灯亮的时间；

3.子程序工作时段图

如图4.2.3所示，高峰时间段一般为2h，总有三段，剩下的为正常时间段。

图4.2.1正常时段的时序图

图4.2.2高峰时段的时序图

图4.2.3子程序工作时段图

4.3控制系统的流程图

1.正常时段循环工作的交通灯系统流程图如图4.3.1所示

图4.3.1正常时段工作的流程图

4.5控制系统的仿真

1.实物仿真：

在实验室中，以一个4相位的路口为例进行了简单的仿真实验

放行的顺序：

东西绿灯亮10s，南北红灯亮10s；然后东西和南北黄灯闪3s；然后东西红灯亮10s，南北绿灯亮10s。

I0.0为启动按钮，I0.1为停止按钮；Q0.0，Q1.0分别为东西和南北的绿灯；Q0.1，Q1.1分别为东西和南北的黄灯；Q0.2，Q1.2分别为东西和南北的红灯；

实物仿真图如图4.5.1所示，实物仿真时梯形图的界面如图4.5.2所示

图4.5.1实物仿真图

图4.5.2实物仿真时的梯形图界面

2.软件仿真

仿真软件为西门子S7_200汉化仿真V2.0版本

软件仿真图如图4.5.3和图4.5.4所示

图4.5.3软件仿真图

图4.5.4软件仿真图