【基于PLC的智能交通燈設(shè)計與實現(xiàn)4300字（論文）】

頁第1章引言緩解和解決交通擁堵，最簡明而又行之有效的方法是增強路網(wǎng)間聯(lián)通能力。整個交通燈管理系統(tǒng)以PLC為核心進(jìn)行編程控制，具有較高的可靠性和安全性。不管是經(jīng)濟(jì)因素，還是土地資源，均極大地妨礙著道路無限制地發(fā)展。另一方面，隨著社會生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的日益進(jìn)步，城市中每天產(chǎn)生的汽車總量將成倍增加，這使得城市交通壓力越來越大。所以，人通過無限制地修建道路以滿足日增的交通需求就是癡人說夢。受種種客觀因素制約，通過對車輛增長數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格管控，降低交通需求，沒有得到滿意結(jié)果。這就要求我們必須研究如何有效地管理城市交通以緩解交通擁擠的方法。其實交通系統(tǒng)就是一個非常大的道路控制系統(tǒng)，其復(fù)雜程度之高，控制之難，令人無法想象，若單純地從道路或車輛某一個角度去解決，則難度頗大。為了更好地管理城市交通，需要對整個路網(wǎng)進(jìn)行全面的監(jiān)控和調(diào)節(jié)。智能交通系統(tǒng)是區(qū)域及城市交通系統(tǒng)中最重要的部分。本文所設(shè)計的智能交通信號控制系統(tǒng)就是以現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)為核心，利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、通信技術(shù)以及信號處理等技術(shù)手段對交通流進(jìn)行有效管理與調(diào)控的一種智能化交通管理設(shè)施。這一體系的運行狀況，直接體現(xiàn)著一個地區(qū)，一個城市現(xiàn)代化管理水平。本文對智能交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計，通過計算機(jī)實現(xiàn)交通信號控制，以提高道路交通安全水平。

第2章交通燈系統(tǒng)方案的設(shè)計2.1交通燈系統(tǒng)的方案選擇本次的智能交通燈的控制系統(tǒng)是基于PLC設(shè)計的。PLC由于程序十分不同，所以，操作員可根據(jù)實際情況，對錯誤的程序進(jìn)行適時修正，使其內(nèi)部編寫出適當(dāng)程序。而最人性化之處在于，不需要同時更改其所用外部硬件設(shè)備之間的多種連接，只要加入少量或部分命令即可。像這樣的系統(tǒng)可以夠根據(jù)不同的需求，來對車輛進(jìn)行特殊的分類和管理，并且還能實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控等功能。如今，大多數(shù)自動化控制中系統(tǒng)使用了更多電子技術(shù)，通過其內(nèi)部數(shù)量眾多軟元件對其進(jìn)行控制，從而節(jié)約了大量硬件和軟件費用，只要對軟件做一個小的修改操作，非常方便快捷，所以現(xiàn)在的很多行業(yè)和領(lǐng)域里已經(jīng)開始廣泛運用這種控制技術(shù)。除PLC控制系統(tǒng)外，為人所知最多的是單片機(jī)控制器，單片機(jī)控制器工藝較為成熟、價格也較為低廉，不過其控制很不穩(wěn)定，抗干擾能力很差，所以現(xiàn)在大多數(shù)的控制系統(tǒng)都不用單片機(jī)來工作，而是選用PLC。由于單片機(jī)抗干擾能力實在不強，穩(wěn)定性并不是太好，不夠出眾，相比較而言，PLC的地位凸顯了很多，人們在使用時感到方便，舒適，編碼也很容易，抗干擾能力較強能滿足多種場合在不同生產(chǎn)線作業(yè)線上編程的需求。并且由于其可靠性和抗干擾性較高所以能夠適應(yīng)多種工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。因此，本控制系統(tǒng)是基于PLC設(shè)計的。2.2系統(tǒng)設(shè)計該項目設(shè)計主要是利用PLC來實現(xiàn)交通信號燈和車流之間的聯(lián)動仿真控制，結(jié)合實際路口交通狀況進(jìn)行設(shè)計。光電傳感器對十字路口出車的數(shù)量進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖以上是關(guān)于智能交通燈的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。此次系統(tǒng)框圖主要分輸入部分的構(gòu)成，控制部分的構(gòu)成，輸出部分的構(gòu)成三個環(huán)節(jié)，其中，輸入部分的構(gòu)成是操作按鈕調(diào)用輸入控制，東西車道走向、南，北車道走向的流量探測控制等等?？刂撇糠植捎肞LC實現(xiàn)了外部對于信號的輸入，以及負(fù)載設(shè)備向外界進(jìn)行輸出的信號接收。輸出的環(huán)節(jié)提供了各個方向的狀態(tài)監(jiān)控和系統(tǒng)顯示，這其中就包括了系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及停止?fàn)顟B(tài)。

第3章交通燈系統(tǒng)硬件的設(shè)計3.1I/O點數(shù)的確定及PLC選型3.1.1機(jī)型的選擇按照結(jié)構(gòu)的不同PLC的型號可分為三種：整體型，組合型和堆疊型。在故障發(fā)生時，能及時發(fā)出聲光信號提示用戶進(jìn)行維修或更換元器件。通過對本課題控制系統(tǒng)功能的研究，發(fā)現(xiàn)該控制系統(tǒng)比較適合于固定不變的的工藝流程，通過開關(guān)量達(dá)到控制的目的。因此，使用小尺寸的PLC就可以達(dá)到規(guī)定的要求。另外由于采用了模塊化設(shè)計，因此整個控制系統(tǒng)易于調(diào)試。經(jīng)過對上述3類PLC產(chǎn)品進(jìn)行全面分析對比，由于西門子系列PLC結(jié)構(gòu)齊全、組態(tài)靈活可靠，通訊能力強大、擴(kuò)展功能完善等特點。同時，又因為其功能強大，操作簡單而成為目前應(yīng)用廣泛的工業(yè)自動化控制設(shè)備之一。因此在交叉路口交通與控制仿真系統(tǒng)中會選用西門子S7-200系列PLC為主控設(shè)備。3.1.2西門子S7-200系列PLC概述西門子的S7-200系列相關(guān)的PLC系統(tǒng)的構(gòu)成包含了S7-200?；締卧獮椋篊PU21X/22X系列當(dāng)中的CPU226/226XM，這款在西門子的小型PLC中屬于功能最強的。本次設(shè)計采用了西門子S7-200系列的226型號作為整個設(shè)計核心的控制單元，從而對整個十字路口的交通系統(tǒng)進(jìn)行把控，使得東、西、南、北這四個方向，可做到循環(huán)閃亮，車流有序。3.2PLC系統(tǒng)的I/O分配表表3-1I/O輸入地址分配表序號檢測名稱地址元件元件符號1系統(tǒng)運行I0.0按鈕SB12系統(tǒng)急停I0.1按鈕SB23東西方向延時I0.2按鈕SB34南北方向延時I0.3按鈕SB45夜間模式I0.4按鈕SB56C1光電I0.5傳感器SQ17C2光電I0.6傳感器SQ28C3光電I0.7傳感器SQ39C4光電I1.0傳感器SQ4表3-2I/O輸出地址分配表序號檢測名稱地址元件備注1南北紅燈Q0.0指示燈HL12南北黃燈Q0.1指示燈HL23南北綠燈Q0.2指示燈HL34東西紅燈Q0.3指示燈HL45東西黃燈Q0.4指示燈HL56東西綠燈Q0.5指示燈HL67東西人行道綠燈Q0.6指示燈HL78東西人行道紅燈Q0.7指示燈HL89南北人行道綠燈Q1.0指示燈HL910南北人行道紅燈Q1.1指示燈HL10

第4章交通燈系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1編程軟件的概述德國西門子公司自行設(shè)計和制造出許許多多產(chǎn)品，包括其中本課題用到的S7-200，另外S7-300也是如此。這些軟件都有自己獨特的編程方法和使用技巧，在實際應(yīng)用中取得了不錯的效果。S7-200屬于可編程系統(tǒng)，可以自行裝配和擴(kuò)展，200PLC能完成大、小多種命令，簡單，繁雜的命令都可以完美達(dá)成。4.2梯形圖的設(shè)計與分析4.2.1南北車道程序設(shè)計圖3-1系統(tǒng)初始化系統(tǒng)的運行，輸出M0.1控制南北方向，輸出M0.2控制東西方向，復(fù)位M0.0。圖3-2南北方向綠燈控制南北向的M0.1開始，南北的綠燈Q0.2開始運行，同時南北的人行綠燈Q1.0也開始運作。南北向的車流模擬M3.0開始工作，計時器管理的T38開始計時南北向綠燈的時間，此時南北向綠燈的時間減去T38正在計時的時間就成為了南北向綠燈的倒計時時間，當(dāng)中運用到SUB采用減法指令，用作倒計時。接著定時結(jié)束后，T38的觸點進(jìn)行連接，進(jìn)入M0.2，最后復(fù)位M0.1。4.2.2東西車道程序設(shè)計圖3-3東西方向紅燈控制東西向的M2.0運行，東西向紅燈為Q0.3。東西向的人行紅燈Q0.7以及東西向的紅燈車流量開始模擬M3.3開始。此時，名為T43的計時器開始計時東西向紅燈的時間，此時東西向紅燈的時間減去T43所計算的時間，得到了東西向紅燈的倒計時。SUB同樣為減法指令，用作倒計時。定時結(jié)束之后，T43觸點連接，進(jìn)入M2.1，最后復(fù)位M2.0、Q0.3、Q0.7，M3.3。圖3-4東西方向綠燈控制上圖所示，M2.1開始運行，東西向的綠燈為Q0.5、東西向的人行道綠燈Q0.6以及東西方車流開始對M3.1模擬開始。同一時間T40的計時器開始計時東西向的綠燈時間，同樣的東西向的綠燈時間減去T40計時的時間就得到了東西向綠燈的倒計時。定時后T40觸點連接，接下來進(jìn)入M2.2，最后復(fù)位M2.1、Q0.5。

第5章系統(tǒng)的仿真調(diào)試因要檢測設(shè)計出的方案是否達(dá)到了想要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，所以對所設(shè)計程序進(jìn)行了仿真調(diào)試，宇龍仿真軟件所執(zhí)行的為“awl”文檔。該軟件可進(jìn)行CPU型號以及仿真速度等方面的測試，模擬量輸入模塊的選取等等。在完成了硬件和軟件測試后，就進(jìn)入了下一步工作。該系統(tǒng)由主控臺和各功能模塊構(gòu)成。它由菜單欄和CPU狀態(tài)顯示欄組成、模塊擴(kuò)展區(qū)，信號輸入開關(guān)等部分構(gòu)成。第一步先生成名為.awl文件，接著在仿真軟件當(dāng)中的菜單欄選項中選擇裝載程序，然后導(dǎo)入第一步已經(jīng)創(chuàng)建成功的名為.awl文件。最后挑選合適的CPU和擴(kuò)展模塊，按照此前設(shè)計方案，此處選用了CPU226最后，點擊“run”按鈕，然后根據(jù)創(chuàng)建程序時候所設(shè)置的I/O分配。系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)成為運行狀態(tài)下，接著點擊“是”，啟動仿真程序。系統(tǒng)進(jìn)入仿真程序。首先是南北方向位置的綠色燈亮起，同一時間，東西方向的紅色燈亮起和南北方向的人行綠燈相互連接，東西方向的人行紅燈接通。緊接著選擇夜間狀態(tài)模式下，這個時候I0.4的信號開始連接，系統(tǒng)接著進(jìn)入夜間的控制模式。

總結(jié)本課題以PLC自動控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計在交通燈時間內(nèi)對車流量進(jìn)行控制處理的應(yīng)用相關(guān)研究論文。首先，利用傳感器的數(shù)據(jù)來獲取當(dāng)前狀態(tài)下車子的數(shù)量，接著實現(xiàn)主電路和控制電路之間的配合，共同完成控制全過程。在這些元件器中，必須嚴(yán)格按各類外圍器件要求來選擇各類元件器等。在選擇好了元器件之后再進(jìn)行編程調(diào)試，最后把程序下載到單片機(jī)當(dāng)中進(jìn)行操作?？刂齐娐分蠵LC程序設(shè)計在本設(shè)計中至關(guān)重要，該項目的功能往往經(jīng)過幾次反復(fù)修改后，才能滿足設(shè)計目標(biāo)要求的規(guī)范，但后續(xù)仍需完善改進(jìn)的地方是代碼從簡。可以嘗試在程序中加入了一些函數(shù)可以讓系統(tǒng)運行起來更為簡單快捷。但是其中的硬件仍然是最需要重視的。

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