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1、基于PLC的交通燈設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：摘要為了解決十字路口的交通擁擠狀況，本文提出了一種基于PLC、車流量檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)值比較器的十字路口交通燈實(shí)時(shí)控制方案。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)地介紹了交通燈控制系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)。通過(guò)車流量檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)十字路口車流量的智能檢測(cè)，并根據(jù)車流量的變化，實(shí)時(shí)地對(duì)紅綠燈時(shí)間進(jìn)行合理調(diào)配，從而提高了十字路口的通行能力。關(guān)鍵詞：PLC 車流量 檢測(cè)第一章 緒論1.1交通信號(hào)燈的研究意義 在十字路口設(shè)置交通燈可以對(duì)交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的
2、交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過(guò)車輛流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而，實(shí)際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行、較適用的方案，仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒(méi)有什么車輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過(guò)。這種流量變化的偶然性是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍仍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制
3、方法。由于十字路口不同時(shí)刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的，采用固定時(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。為此，采用不依賴數(shù)學(xué)模型的根據(jù)車流量控制的方法設(shè)計(jì)交通燈控制器，能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。另外隨著眾多高科技技術(shù)在日常生活的普遍應(yīng)用，城市空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的。1.2 PLC發(fā)展的現(xiàn)狀可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡(jiǎn)稱PC或PLC，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國(guó)數(shù)字公司(DEC )為美國(guó)通用公司(GM)研
4、制開(kāi)發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。PLC早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時(shí)推動(dòng)了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展，現(xiàn)代PLC已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。第二章 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 目前的智能交通燈控制系統(tǒng)有以紅外感應(yīng)車流量的、有按預(yù)定時(shí)間段改變通行時(shí)間的，有以電視監(jiān)控信息來(lái)干預(yù)的等多種方法與手段，各有特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是一個(gè)以車流量為核心的智能交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)使用一種車流量檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)車量，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈的智能控制。根據(jù)
5、車流量檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)出的車流量，利用數(shù)值比較器進(jìn)行比較，將南北和東西兩個(gè)方向車流量的比較結(jié)果送入PLC進(jìn)行控制，從而調(diào)節(jié)兩個(gè)方向紅綠燈時(shí)間的長(zhǎng)短。2.2十字路口交通燈布置圖根據(jù)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)可分析得出，本系統(tǒng)需要合理配置車流量線圈檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)值比較器、PLC和紅綠燈。其布置圖如圖2-1所示：圖2-1 十字路口布置圖2.3系統(tǒng)的控制要求如果十字路口實(shí)行交通燈智能控制系統(tǒng)，則相當(dāng)于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的交警對(duì)各方向的車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)車流量的不同分配以不同的綠燈時(shí)間，從而進(jìn)行合理的調(diào)配，防止車輛的堵塞，較好地解決了上述問(wèn)題，這是代替模擬控制的有效辦法。交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下：1.信號(hào)燈受一個(gè)起動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，
6、當(dāng)起動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)數(shù)值比較器，將結(jié)果送給PLC。系統(tǒng)開(kāi)始工作，且先南北綠燈亮，東西紅燈亮。當(dāng)起動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。2.南北綠燈亮維持一段時(shí)間后南北黃燈閃爍，同時(shí)東西紅燈亮相同時(shí)間后紅燈閃爍。3.南北黃燈閃爍5秒。南北紅燈亮一段時(shí)間，同時(shí)東西紅燈閃爍5秒，東西綠燈亮與南北方向相同時(shí)間。4.南北紅燈亮維持一段時(shí)間后南北紅燈閃爍5秒，熄滅。同時(shí)東西綠燈維持相同時(shí)間后，東西黃燈閃爍5秒，熄滅。5.周而復(fù)始。 第三章 系統(tǒng)的資源配置3.1I/O地址分配PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)
7、狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。在本系統(tǒng)中要用到接通延時(shí)定時(shí)器，接通延時(shí)型定時(shí)器是各種PLC中最常見(jiàn)最基本的定時(shí)器，這種定時(shí)器在 SIEMENS的PLC中，稱為SD型定時(shí)器。其定時(shí)時(shí)間T=PTS，即定時(shí)時(shí)間=設(shè)定值精度。1ms: T32, T96 10ms: T33T36, T97T100 100ms: T37T63, T101T25根據(jù)系統(tǒng)的控制要求可分析得出PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配表見(jiàn)表3-1。表3-1 PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配表輸入信號(hào)定時(shí)元件輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)T37，T38，T39，T40，T41，T42，T43，T44，T45，T46，T47，T48名稱代號(hào)輸出點(diǎn)編號(hào)工作開(kāi)關(guān)
8、SB1I0.0T37，T41，T45分別代表南北綠燈亮30秒，20秒，25秒，東西紅燈亮30秒，20秒，25秒南北綠燈L0Q0.0比較結(jié)果Y0I0.1T38，T42，T46：南北黃燈閃爍5秒，東西紅燈閃爍5秒南北黃燈L1Q0.1比較結(jié)果Y1I0.2T39，T44，T47分別代表南北紅燈亮20秒，30秒，25秒，東西綠燈亮20秒，30秒，25秒南北紅燈L2Q0.2比較結(jié)果Y2I0.3T40，T45，T48：南北紅燈閃爍5秒，東西黃燈閃爍5秒東西綠燈L3Q0.3東西紅燈L4Q0.4東西黃燈L5Q0.53.2交通燈系統(tǒng)的接線形式端口I0.0為接入系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的傳送信號(hào)，端口Q0.0接南北綠燈，端口Q0.
9、1接南北黃燈，端口Q0.2接南北紅燈，端口Q0.3接?xùn)|西綠燈，端口Q0.4接?xùn)|西黃燈，端口Q0.5接?xùn)|西紅燈。I0.0 接線圈M0.0，I0.1接線圈M0.1，I0.2接線圈M0.2。第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及模擬4.1系統(tǒng)的程序思想設(shè)南北方向最大車流量為A，東西方向最大車流量為B。其流程圖如圖4-1、圖4-2、圖4-3、圖4-4所示：圖4-1 主程序流程圖 圖4-2 狀態(tài)S1流程圖 圖4-3 狀態(tài)S2流程圖 圖4-4 狀態(tài)S3流程圖4.2系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)及說(shuō)明系統(tǒng)的主梯形圖如下所示：圖4-5 南北方向車流量比東西方向大圖4-6 南北方向車流量比東西方向小圖4-7 兩個(gè)方向車流量相等I0.1、I0.
10、2、I0.3由數(shù)字比較器的結(jié)果控制，當(dāng)南北方向車流量比東西方向大時(shí)，I0.1為1，I0.2、I0.3為0，線圈M0.0通電，當(dāng)南北方向車流量比東西方向小時(shí)。I0.2為1，I0.1、I0.3為0，線圈M0.1通電當(dāng)兩個(gè)方向車流量相等時(shí)，I0.3為1，I0.1、I0.2為0，線圈M0.2通電。其梯形圖如圖4-5、圖4-6、圖4-7所示。圖4-8 設(shè)定的紅綠燈的時(shí)間由線圈M0.0控制通斷當(dāng)線圈M0.0通電時(shí)，計(jì)時(shí)器T37、T38、T39、T40開(kāi)始計(jì)時(shí)，30秒后T37通電，35秒后T38通電，55秒后T38通電，60秒后計(jì)時(shí)器T37、T38、T39、T40均斷電。圖4-9 設(shè)定的紅綠燈的時(shí)間由線圈M
11、0.1控制通斷當(dāng)線圈M0.1通電時(shí)，計(jì)時(shí)器T41、T42、T43、T44開(kāi)始計(jì)時(shí)，20秒后T41通電，25秒后T42通電，55秒后T43通電，60秒后計(jì)時(shí)器T41、T42、T43、T44均斷電。圖4-10 設(shè)定的紅綠燈的時(shí)間由線圈M0.2控制通斷當(dāng)線圈M0.2通電時(shí)，計(jì)時(shí)器T45、T46、T47、T48開(kāi)始計(jì)時(shí)，20秒后T45通電，25秒后T46通電，55秒后T47通電，60秒后計(jì)時(shí)器T45、T46、T47、T48均斷電。圖4-11 開(kāi)關(guān)控制南北綠燈啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.0閉合，當(dāng)線圈M0.0通電時(shí)，南北綠燈亮30秒；當(dāng)線圈M0.1通電時(shí)，南北綠燈亮20秒；當(dāng)線圈M0.2通電時(shí)，南北綠燈亮25秒。圖4
12、-12 表示說(shuō)明南北黃燈閃爍5秒當(dāng)T37通電時(shí)南北黃燈閃爍，5秒后T38通電，常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，閃爍結(jié)束，其余同理。圖4-13 南北紅燈亮，然后閃爍5秒當(dāng)T38通電時(shí)，南北紅燈亮，維持到T39通電，T39常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作；接著南北紅燈閃爍5秒，其余同理。圖4-14 東西綠燈亮當(dāng)T38通電時(shí)，東西紅燈亮，20秒后T39通電，T39常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，紅燈熄滅；當(dāng)T42通電時(shí)，東西紅燈亮，30秒后T43通電，T43常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，紅燈熄滅；當(dāng)T46通電時(shí)，東西紅燈亮，25秒后T47通電，T47常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，紅燈熄滅。圖4-15 東西黃燈閃爍5秒當(dāng)T39通電時(shí)，南北黃燈開(kāi)始閃爍，5秒后T40通電，T40常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作
13、，東西黃燈熄滅；當(dāng)T43通電時(shí)，南北黃燈開(kāi)始閃爍，5秒后T44通電，T44常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，東西黃燈熄滅；當(dāng)T47通電時(shí)，南北黃燈開(kāi)始閃爍，5秒后T48通電，T48常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，東西黃燈熄滅。圖4-16 東西紅燈亮然后閃爍5秒按下啟動(dòng)按鈕I0.0時(shí)，當(dāng)線圈M0.0得電時(shí)，東西紅燈開(kāi)始亮，30秒后T37通電，T37常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，南北紅燈開(kāi)始閃爍，5秒后T38得電，T38常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，南北紅燈熄滅；當(dāng)線圈M0.1得電時(shí)，東西紅燈開(kāi)始亮，20秒后T41通電，T41常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，南北紅燈開(kāi)始閃爍，5秒后T42得電，T42常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，南北紅燈熄滅；當(dāng)線圈M0.2得電時(shí)，東西紅燈開(kāi)始亮，25秒后T45通電，
14、T45常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，南北紅燈開(kāi)始閃爍，5秒后T46得電，T46常閉開(kāi)關(guān)動(dòng)作，南北紅燈熄滅。4.3設(shè)計(jì)程序仿真本設(shè)計(jì)基于IASIMU107B S7200 PLC仿真軟件進(jìn)行仿真，由于仿真過(guò)程大致相同，以下只對(duì)當(dāng)線圈M0.0通電時(shí)的仿真進(jìn)行詳細(xì)的圖文解釋。當(dāng)開(kāi)關(guān)SB1合上時(shí)，根據(jù)車流量檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果，相應(yīng)線圈得電。即當(dāng)南北車流量比東西方向大時(shí)，線圈M0.0得電。當(dāng)線圈M0.0得電時(shí)，T37通電待30秒后動(dòng)作（南北綠燈熄滅），南北黃燈閃爍5秒，與此同時(shí)，東西方向紅燈亮30秒后熄滅，接著紅燈閃爍5秒。南北黃燈閃爍5秒后紅燈亮20秒，接著紅燈閃爍5秒，與此同時(shí)，東西方向綠燈亮20秒后，黃燈閃爍5秒。
15、此處再次表明端口含義：端口I0.0為接入系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的傳送信號(hào)，端口Q0.0接南北綠燈，端口Q0.1接南北黃燈，端口Q0.2接南北紅燈，端口Q0.3接?xùn)|西綠燈，端口Q0.4接?xùn)|西黃燈，端口Q0.5接?xùn)|西紅燈。在仿真程序載入.awl用戶程序，將端口I0.0、I0.1勾選，運(yùn)行程序，即表示線圈M0.0通電，如圖4-17所示。即T37通電待30秒后進(jìn)行南北綠燈熄滅，東西方向紅燈亮30秒后熄滅動(dòng)作，如圖4-18所示。圖4-17 M0.0閉合，南北綠燈亮30秒，東西紅燈亮30秒圖4-18 南北綠燈亮30秒，東西紅燈亮30秒南北綠燈亮30秒，東西紅燈亮30秒后，隨即南北黃燈閃爍5秒，東西紅燈閃爍5秒，其模擬顯
16、示如圖4-19 所示。圖4-19 南北黃燈閃爍5秒，東西紅燈閃爍5秒南北黃燈閃爍5秒，東西紅燈閃爍5秒后，隨即南北紅燈亮20秒，接著東西方向綠燈亮20秒，其模擬如圖4-20 所示。圖4-20 南北紅燈亮20秒，東西方向綠燈亮20秒南北紅燈亮20秒，東西方向綠燈亮20秒后，隨即南北紅燈閃爍5秒，東西方向黃燈閃爍5秒，其模擬如圖4-21 所示。圖4-21 南北紅燈閃爍5秒，東西黃燈閃爍5秒同理當(dāng)開(kāi)關(guān)SB1合上時(shí)，根據(jù)車流量檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果，相應(yīng)線圈得電，即當(dāng)南北車流量比東西方向小時(shí)，線圈M0.1得電；一樣多時(shí)，線圈M0.2得電。當(dāng)線圈M0.1得電時(shí)，T37通電待20秒后動(dòng)作（南北綠燈熄滅），南北
17、黃燈閃爍5秒，與此同時(shí)，東西方向紅燈亮20秒后熄滅，接著紅燈閃爍5秒。南北黃燈閃爍5秒后紅燈亮30秒，接著紅燈閃爍5秒，與此同時(shí)，東西方向綠燈亮30秒后，黃燈閃爍5秒。當(dāng)線圈M0.2得電時(shí)，T37通電待25秒后動(dòng)作（南北綠燈熄滅），南北黃燈閃爍5秒，與此同時(shí)，東西方向紅燈亮25秒后熄滅，接著紅燈閃爍5秒。南北黃燈閃爍5秒后紅燈亮25秒，接著紅燈閃爍5秒，與此同時(shí)，東西方向綠燈亮25秒后，黃燈閃爍5秒。自南北紅燈閃滅及東西黃燈閃亮?xí)r間達(dá)到相應(yīng)時(shí)間后，T40、T45、T48的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，T37、T41、T45動(dòng)斷觸點(diǎn)復(fù)位，線圈M0.0、M0.1、0.2重新得電，只要沒(méi)有斷開(kāi)按鈕SB1，系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)下去。12
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