PLC的智能交通灯设计毕业设计.docx
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PLC的智能交通灯设计毕业设计
一主要任务设计的思路、方法等
1．1主要任务
传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：
事先经过车辆流量的调查，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，实际上车辆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、较适用的方案，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，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。
目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。
由于十字路口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，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。
为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。
另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为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是必要的。
1．2设计的思路、方法等
由于城市的高速发展，交通障碍也随之增加，为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。
用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。
分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。
本课题主要应用传感器与plc相结合，以车辆等待绿灯的滞留数来确定该该方向是否繁忙。
如下图1以南北向为例，每当车辆进入十字路口必先经过检测器1和3，检测器就会发生2个脉冲给PLC，PLC对检测器1和3的计数就可得到车辆进入候车入口的总数和Y。
车辆继续往前就会经过检测器2和4，同样检测器2和4也会发出2个脉冲给PLC，PLC对检测器2和4脉冲的计数就会得到车辆驶出候车入口的总数和X，那么Y（进入总量）-X（驶出总量）=Z1（南北向车辆滞留数）,同样，东西方向，PLC通过对检测器脉冲的计数就可得到滞留量Z2。
图1十字路口传感检测器布置
设Z1-Z2>20，则南北方向繁忙，东西一般，南北直行绿灯时长加5s,南北左转绿灯时长加5s，东西红灯时长加10s。
Z1-Z2<-20，则东西方向繁忙，南北一般，东西直行绿灯时长加5s，东西左转绿灯时长加5s，南北红灯时长加10s。
-20<=Z1-Z2<=20，则设为一般情况，控制灯正常闪亮。
1．3调研的目的和总结
在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。
但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。
如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。
传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：
事先经过车辆流量的调查，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，实际上车辆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、较适用的方案，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，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。
目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。
由于十字路口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，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。
为此，需要一种新型的控制方法才能较好地解决这个问题。
智能交通系统（ITS——IntelligentTransportSystems）ITS是一个跨学科、信息化、系统化的综合研究体系，其主要内容是：
将先进的人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息与通讯技术及电子传感技术等有效的集成，并应用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。
交通控制系统是ITS研究的一个重要方面。
由于交通系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性，是一个典型的分布式非线性系统，而且具有多种信息来源、多传感器的特点，用传统的理论与方法很难对其进行有效的控制。
把先进的智能控制技术、信息融合技术、智能信息处理技术与交通管理技术结合起来，代表着城市交通信号控制系统发展的方向。
智能交通的发展是现代社会经济发展的客观要求，交通运输是国民经济和现代社会发展的基础。
由于现代社会城市化速度越来越快、国民经济的高速增长、全球经济的一体化进程加快、个人旅行与休闲时间的不断增加以及人们对交通需求越来越高，智能交通便成为现代社会经济发展的客观要求。
二技术手段及控制要求
车辆检测器的类型主要可分为压力检测器、磁感应式检测器、声音检测器、光电检测器、超声波检测器、雷达检测器、环形线圈检测器等。
本着实用性、经济性等原则，本设计选用具有高准确率、低成本、高可靠性的光电传感器。
光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
感应控制是本系统的重点也是不同于一般交通信号控制之处，其主要思想为：
光电传感器检测十字路口各方向的车流，每当有车辆经过，检测器就会发出一个脉冲并传输给PLC（如图3），PLC通过对脉冲的计数就可得到各方向的车流量，然后PLC通过一定的智能控制原则根据各方向车流量的大小自然的改变相应的绿灯灯亮时间从而尽可能减少车辆等候时间
图3检测器工作原理和波形
信号灯受启动开关控制。
当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，启动开关断开时所有信号灯熄灭。
一般情况下，先南北红灯亮50S，南北绿灯亮20S，闪烁3S，黄灯亮2S，此时南北左转红灯亮了75S，然后南北直通红灯亮25S,同时南北左转绿灯亮20S，闪烁3S，黄灯亮2S。
东西方向则是先直通绿灯亮20S，闪烁3S，黄灯亮2，然后红灯亮25S，此时东西左转灯红灯先亮25S，然后左转绿灯亮20S，闪烁3S，黄灯亮2S,然后东西直通红灯和左转红灯都亮50S。
当某方向繁忙时（假设南北繁忙）。
检测开关SB3自动闭合，南北绿灯时长加5s，东西红灯时长增加5s,其余时间不变，再循环。
南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮则报警并关闭系统。
图4交通正常灯工作时序图
急车强通信号受急车强通开关控制。
无急车时，信号灯按正常时序控制。
有急车来时，将急车强通开关接通，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。
急车一过，将急车强通开关断开，控制灯恢复正常，急车强通信号只能响应一路方向的急车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。
若2个方向同时来急车，则按东西，南北顺序依次响应。
为了方便分析，以下是该系统的正常控制程序流程图
三硬件设计
3.1I/O分配表
序号
输入设备
端号
输出设备
端号
1
启动按钮SB1
X0
南北红灯
Y0
2
停止按钮SB2
X1
南北绿灯
Y1
3
自动开关SB3
X2
南北黄灯
Y2
4
自动开关SB4
X3
南北左转红
Y3
5
东西强通开关SB5
X4
南北左转绿
Y4
6
南北强通开关SB6
X5
南北左转黄
Y5
7
东西红灯
Y6
8
东西绿灯
Y7
9
东西黄灯
Y10
10
东西左转红
Y11
11
东西左转绿
Y12
12
东西左转黄
Y13
13
报警灯
Y14
系统输入信号：
手动选择按钮4个，需要4个输入端
自动选择按钮2个，需要2个输入端
以上共需要6个输入信号点，考虑到以后可能会对系统进行补充调整，所以再增加2个备用点，这样就共需要8个输入点。
系统输出信号：
南北和东西需要12个输出信号，再加1个报警器，因此共需要13个输出信号，考虑到以后可能补充调整再加2个信号点，所以一共要15个输出点。
3.2Plc的选型
本设计可采用三菱的FX2-32MR机型，该控制器有16个输入点和16个输出点，性能高体积小，基本执行指令速度为0.48μs/步，程序存储器的容量可扩展至8K步，采用循环扫描方式，完全可以满足需要。
3.3Plc硬件电路图
四软件设计
GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。
适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
改程序梯形图和语句表就可以用该软件完成。
4.1plc梯形图
4.2程序语句表
五总结
通过这次毕业设计，我感觉收获很多，在本次设计中我熟悉了一些PLC十字路口交通灯的基本设计方法，懂得了交通灯的运行规律。
毕业设计的目的主要是培养我们运用所学的理论知识和专业知识来分析和解决PLC程序控制交通灯中所出现的一系列问题。
本次我们主要解决了交通灯程序编程设计及调试验证。
本次的设计是这五年来学习过程中涵盖面最广的一次设计，它不仅体现了我们对交通灯的设计思想，更重要的是对我们五年来所学知识的运用到了实践，使我明白了在以后设计过程中的一般步骤及方法。
我趁着做毕业设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
这次设计让我受益匪浅，各方面都得到了很大的提高，但由于本人学识有限，再加上实践能力和经验不足，设计中难免有不足之处。
但不管怎么样通过设计使我各方面的能力提高了很多，为今后的工作和学习奠定了坚实的基础，我认为这才是最重要的。
五致谢
在此要感谢我的指导老师，在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。
虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
六参考文献
[1]孙振强.可编程序控制器原理及应用教程.北京.清华大学出版社,2005
[2]刘晓燕.S7-200西门子PLC基础教程.北京.中国铁道出版社,2012
[3]阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京.人民邮电出版社，2006
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