城市十字路交通信号灯控制系统的设计 毕业论文.doc

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1、I 城市十字路交通信号灯控制系统的设计城市十字路交通信号灯控制系统的设计 摘摘 要要 交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高 道路通行能力，减少交通事故有明显效果。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。可编程序控 制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各

2、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， 在现代工业中的作用更加突出 关键词：PLC；交通；控制自动；梯形图 II 目目 录录 第一章 1.1 1.1.1. 1.1.2. 1.2 1.2.1. 1.2.2 1.2.3. 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。

3、。 第二章 2.1 2.1.1. 2.1.2. 2.2 2.2.1. 2.2.2 2.2.3. 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 第三章 2.1 2.1.1. 2.1.2. 2.2 2.2.1. 2.2.2 III 2.2.37 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。

4、。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。

5、。 。 。 。 第章 结论 参考文献 . 致 谢 . 4 第一章第一章 前前 言言 1.1 交通灯的发展历史 当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和 最有效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的 机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。 1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场 上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯 组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆 炸，使警察受伤，遂被

6、取消。 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光 器组成，1914 年始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停 止” ，绿灯亮表示“通行” 。 1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯， 一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用 扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红 外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。 红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通 事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路 通行能力，减少交

7、通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路 标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿 灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。 左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人 优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后 停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分 接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。 5 1.2 交通灯的研究目的和意义 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

8、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 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，。 目前，大部分城市中十

9、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 6 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。 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯 装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器交通灯控制系统 集成自动控制

10、技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的 机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管 理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用 标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。 可编程控制器交通灯控制系统的特点： 脱机手动工作； 联机自动就地工作； 上机控制的单周期运行方式； 由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制； 自动启动、自动停机控制方式。 近年来 PLC 的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。 本系统采用 PLC 是基于以下四个原因： PLC 具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在 30 万小时以

11、上； 编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现； 抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制 的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC； 根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司 S7- 200 型 PLC。西门子 PLC 有小型化、高速度、高性能等特点，是 S7-200 系 列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以接 各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备 和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编 程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实

12、现控制。 7 第二章第二章 PLC 的基础知识的基础知识 2.1 概述 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员， 是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控 制器（Programmable Logic Controller） ，简称 PLC，它主要用来代替继 电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻 辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为 了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程 控制器简称 PLC。 8 2.2 PLC 的特点 1 可

13、靠性高，抗干扰能力强； 2 通用性高，使用方便； 3 程序设计简单，易学，易懂； 4 采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便； 5 系统设计周期短； 6 安装简便，调试方便，维护工作量小； 7 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产； 9 第三章第三章 PLC 在交通灯的应用在交通灯的应用 3 31 控制要求 信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开 始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始 状态，所有信号灯都熄灭。 10 32 控制时序 交通灯示意图如图1所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个 方向各6个灯，分为红、黄、绿三种颜色。工作时序如图

14、2所示，假设东西 向较忙，绿灯时间是南北向的2倍(40s)。按下起动按钮后，南北向绿灯亮 维持20s，20s后，南北黄灯闪烁3次，计6S，期间，东西向红灯也亮，并 维持26s；26s后，东西方向绿灯亮40s，后东西向黄灯闪烁3次，计6s，期 间，南北向红灯也亮，并维持46so接下去周而复始，直到停止按钮被按下 为止。 11 12 33 PLC 交通灯毕业设计硬件及外围元器件 根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱FX系列PLC、起动按钮 SB1、停止按钮SB2、红黄绿色信号灯各4只，输入输出端口接线如图3所 示。由图可见：起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入 继电器xl

15、端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y5端，东西方向黄灯接于输 出继电器Y4端，东西方向的红灯接于输出继电器Y3端，南北方向绿灯接于 输出继电器Y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y1，南北方向红灯接于 输出继电器Y0。将输出端的COM1及COM2用导线相连，输出端的电源为交流 220V。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可 以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继 电器，再由中间继电器驱动信号灯。 13 14 第四章第四章 程序设计程序设计 4 41 1 PLC 交通灯毕业设计梯形图 15 16 42 PLCPLC交通灯毕业设计交通灯毕业设计指令图指令图 17 18 19 20 21 参考文献参考文献 1. 廖常初主编. PLC 基础及应用 . 北京：机械工业出版社， 2004 2. 廖常初等.PLC 的顺序控制编程方法.工业自动化， （香港） ，1997 3. 廖常初主编. PLC 基础及应用.北京：机械工业出版社，2002 4. 廖常初.PLC 梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志，2001 5. 廖常初.电机及拖动.高等教育出版社，