基于plc智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電氣自動化專業(yè) 開題報(bào)告

1、開題報(bào)告一、課題意義（包括課題的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義）交通系統(tǒng)是社會經(jīng)濟(jì)的“血液循環(huán)系統(tǒng)”是衡量一個(gè)城市文明進(jìn)步的標(biāo)志，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市規(guī)模不斷膨脹城市的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和社會活動日益繁忙交通量持續(xù)增長，使得交通擁擠和阻塞現(xiàn)象越來越突出城市交通問題越來越嚴(yán)重城市交通問題成為我國嚴(yán)重的城市病之一，目前我國城市交通燈控制系統(tǒng)大都采用定時(shí)控制， 這種方式控制交通效率低，容易造成交通擁擠， 因此，需要一種能夠依據(jù)車流量、道路、時(shí)間 與季節(jié)變化情況改變控制方式或自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)間長度的智能交通控制系統(tǒng)， 以減少十字路口車輛滯留現(xiàn)象， 緩解交通擁擠，實(shí)現(xiàn)十字路口交通最優(yōu)控制，從而提高交通控制系統(tǒng)的效率

2、。 利用可編程控制器實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì)能夠有效地疏導(dǎo)交通提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀結(jié)合交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理給出了一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)方案。二、文獻(xiàn)綜述（包括：1.理論的淵源及演進(jìn)過程 2.國內(nèi)外對本課題的研究現(xiàn)狀和有待解決的問題 3.本人對所查文獻(xiàn)的評述等）1.交通燈的歷史淵源及演進(jìn)過程 19世紀(jì)初在英國中部的約克城紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中著紅裝的女人表示我已結(jié)婚而著綠裝的女人則是未婚者。后來英國倫敦議會大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故于是人們

3、受到紅綠裝啟發(fā)1868年12月10日信號燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了由當(dāng)時(shí)英國機(jī)械師德哈特設(shè)計(jì)、制造的燈柱高7米身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈-煤氣交通信號燈這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。 從此城市的交通信號燈被取締了。直到1914年在美國的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈不過這時(shí)已是“電氣信號燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市相繼重新出現(xiàn)了交通信號燈。 隨著各種交通工具的發(fā)展和交通

4、指揮的需要第一盞名副其實(shí)的三色燈紅、黃、綠三種標(biāo)志于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器被安裝在紐約市五號街的一座高塔上由于它的誕生使城市交通大為改善。 黃色信號燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎他懷著“科學(xué)救國”的抱負(fù)到美國深造在大發(fā) 明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天他站在繁華的十字路口等待綠 燈信號當(dāng)他看到紅燈而正要過去時(shí)一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過嚇了他一身冷汗?；氐剿奚崴磸?fù)琢磨終于想到在紅、綠燈中間再加上一個(gè)黃色信號燈提醒人們注意危險(xiǎn)。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個(gè)完整的指揮信號家族遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。中國最早的馬路紅綠燈是于1

5、928年出現(xiàn)在上海的英租界。 從最早的手牽皮帶到20世紀(jì) 50年代的電氣控制從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控交通信號燈在科學(xué)化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。2.國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及以待解決的問題 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)間段甚至可能會產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、較實(shí)用的方案仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象綠燈方向幾乎沒有什么車輛而紅燈方向卻排著長隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(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

6、一種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采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制方法。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。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及交通流理論的不斷發(fā)展交通運(yùn)輸組織與優(yōu)化理論、技術(shù)的不斷提高國內(nèi)外逐步形成了一批高水平有實(shí)效的城市道路交通控制系統(tǒng)。目前設(shè)計(jì)交通燈的方案有很多有應(yīng)用 CPLD設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)交通燈控制器方法有應(yīng)用PLC對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也有應(yīng)用單片機(jī)事先對交通信號的設(shè)計(jì)方法。例如澳大利亞的SCAT系統(tǒng)采取分層梯階式控制結(jié)構(gòu)。其控制

7、中心各有一臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)和一臺管理計(jì)算機(jī)通過串行數(shù)據(jù)線路相連。地區(qū)級的計(jì)算機(jī)自動把各種數(shù)據(jù)送到管理計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)連續(xù)地監(jiān)視所有路口的信號運(yùn)行、檢測器的工作 狀況。地區(qū)主控制器用于分析路段控制送來的車流數(shù)據(jù)確定控制策略并對本區(qū)域個(gè)路口進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。SCOOT系統(tǒng)充分體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)易于更改控制方案教易變換。英國的SCOOT系統(tǒng)SCOOT是由英國道路研究所在TRNSYT系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用自適應(yīng)控制方法與1980年提出的動態(tài)交通控制系統(tǒng)。SCOOT是為方案生成的控制系統(tǒng)是通過安裝在交叉口每條進(jìn)口車道最上游的車輛檢測器所采集的車輛信息進(jìn)行聯(lián)機(jī)處理從而形成控制方案并能連續(xù)實(shí)時(shí)調(diào)整周期、

8、綠信比和相位差來適應(yīng)不同的交通流。 國內(nèi)應(yīng)用和研究城市交通控制系統(tǒng)的工作起步較晚國家一方面進(jìn)行改善城市市中心交通為核心的技術(shù)研究另一方面采取引進(jìn)與開發(fā)相結(jié)合的方針建立了一些車城市道路控制系統(tǒng)。雖然取得了較好的效果但我國實(shí)際情況決定了需要對這些系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)比如需要完善信號系統(tǒng)控制現(xiàn)有的信號控制還存在一定的局限性。需要合理解決混合交通流問題?，F(xiàn)有信號控制系統(tǒng)對自行車流大多是與機(jī)動車同時(shí)開始容易造成交通流沖突。3.綜述評述 針對近年來城市交通的擁擠現(xiàn)象特別是駕駛員違章嚴(yán)重、交通事故頻發(fā)、車輛尾氣污染等問題介紹丁集計(jì)算機(jī)、信息、電子及通訊等眾多高新技術(shù)手段于一體的智能交通指揮中心控制系統(tǒng).該系統(tǒng)的安裝

9、及使用大大緩解了城市道路堵塞現(xiàn)象、提高了道路的通行能力.減少了駕駛員違章的次數(shù)抑制了交通事故的發(fā)生同時(shí)對減輕車輛尾氣排放從而降低環(huán)境污染都起到了不可低估的作用。 分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀結(jié)合城鄉(xiāng)交通的實(shí)際情況目前急需一種智能的交通燈控制系統(tǒng)，來解決目前我們現(xiàn)實(shí)生活中的交通控制問題，設(shè)計(jì)一種簡單實(shí)用可靠的城市智能交通燈控制系統(tǒng)的方案是很有必要的。 三、課題研究內(nèi)容及方法1、研究內(nèi)容 針對目前國內(nèi)，所有十字路口的交通燈控制大都是基于單片機(jī)的固定循環(huán)的控制或簡單的PLC定時(shí)控制，但在運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性與人性化、智能程度達(dá)不到目前的需要，現(xiàn)在設(shè)計(jì)的PLC控制交通系統(tǒng)將以人為本，智能化更

10、高，更可靠。所以對當(dāng)前的交通燈控制系統(tǒng)先進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和智能控制，顯的更為重要。下面就對基本的PLC交通燈設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述:第一部分是PLC交通等控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備的要求如下 :1. 要選擇PLC系統(tǒng)設(shè)備 2. PLC外部接線圖 3. 要設(shè)計(jì)I/O配線表 4.PLC電源和地的選擇。 第二部分是對PLC交通燈的編程器的選擇和系統(tǒng)調(diào)試 1. 順序功能流程圖SFR 2. 用編程器輸入指令并檢查 3. 系統(tǒng)調(diào)試仿真。2、方案設(shè)計(jì)：我們可根據(jù)車流量、道路、時(shí)間、季節(jié)變化來調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)間長短，來實(shí)現(xiàn)智能控制，以減少十字路口的車輛滯留現(xiàn)象,緩解交通擁擠,實(shí)現(xiàn)十字路口交通最優(yōu)控制，提高交通系統(tǒng)的效率。根據(jù)PLC的檢

11、測信號不同，可設(shè)計(jì)兩種方案。方案一，根據(jù)測車流量來調(diào)整個(gè)方向紅綠的時(shí)間長短，此方案能有效的使個(gè)各方的車流量盡可能的排隊(duì)，特別是在城市中的上下班的時(shí)候，能方便快捷的提前預(yù)知個(gè)方向的交通狀況，執(zhí)行方便，系統(tǒng)穩(wěn)定性高；但也存在一定的缺點(diǎn)，不能預(yù)知調(diào)整行人通過的時(shí)間，浪費(fèi)了一定的時(shí)間。方案二，根據(jù)模糊的測個(gè)方向的候車量多少來確定優(yōu)先通過，此方案能更精確的分析十字路口的堵車情況，把人、車、路調(diào)整到更好的運(yùn)行狀態(tài)，能節(jié)約更多的時(shí)間；但模糊邏輯控制也有一定的缺點(diǎn)，其受環(huán)境的影響較大，計(jì)算機(jī)分析交換數(shù)據(jù)要求較快，對系統(tǒng)的反應(yīng)能力要求高，根據(jù)目前國內(nèi)的狀況，還不能滿足這么高的要求。綜述以上兩種方案，我們根據(jù)現(xiàn)實(shí)

12、狀況，對交通系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高才是關(guān)鍵，并且技術(shù)要成熟，方便改造及經(jīng)濟(jì)性等因素，我們可選擇方案一。其有較好的使用價(jià)值和執(zhí)行條件，并對目前交通系統(tǒng)有較大的改善，足夠滿足現(xiàn)在的需求，具有很高的實(shí)用價(jià)值及研究意義。3、研究方法：對比法，歸納總結(jié)法，分析法，文獻(xiàn)法。四、技術(shù)路線 1.觀察十字路口交通燈的工作時(shí)序 2.設(shè)計(jì)I/O口 3.畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 4.寫出指令表 5.用編程器輸入指令 6.調(diào)試運(yùn)行 7.I/O端子接線圖交通燈組PLC控制系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換裝 置地感線圈信號 緊急按鈕信 號以太網(wǎng)接口11基于PLC智能交通燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5、 課題研究進(jìn)度1、2012年10月28日至2012年11月2號，

13、撰寫開題報(bào)告，11月3號畢業(yè)論文開題答辯。2、2012年12. 2012年11月3日至11月9日，強(qiáng)化PLC的相關(guān)知識，熟悉PLC軟件的使用；查閱相關(guān)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)資料，初步確定設(shè)計(jì)方案。3. 2012年11月9日至12月7日，完成設(shè)計(jì)初稿，編寫控制程序并進(jìn)行仿真、調(diào)試，接受中期檢查。4. 2012年12月8日至12月28日前，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，完善設(shè)計(jì)，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。5. 2012年12月31日前上交完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)文檔。6. 2013年1月5日，畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯。6、 參考文獻(xiàn)1劉智勇,智能交通控制理論及其應(yīng)用M北京科學(xué)出版社.2008 2史忠科,黃輝生等.交通控制系統(tǒng)導(dǎo)論M北京科學(xué)出版社.20073李道霖.電氣控