基于PLC的一种智能交通灯控制系统.doc
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1、本科毕业设计(论文)一种智能交通灯控制系统 摘 要随着世界范围内城市化和机动化进程的加快,城市交通越来越成为一个全球化的问题。简单的十字路口交通灯已经不能适应车流量越来越大的实际情况,所以这就需要一个更为合理和智能且成本不高的路口交通灯控制系统。本文主要是对智能交通灯控制系统进行设计,使它可以根据实时的道路车辆滞留量来对下一次的放行时间进行控制,从而实现交通灯的智能控制。在本文中,对车辆检测传感器以及PLC的一些基本知识进行了介绍。PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于
2、工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理。本文利用西门子S7-200软件进行编程,通过感应线圈(电感式
3、传感器)进行车辆滞留量的检测,然后通过计数器进行统计,使用S7-200中的功能指令来实现对交通灯的控制。根据对程序的编写和调试,基本实现了本系统预期的设计目标。关键词:交通灯,PLC,车辆滞留量 NEW INTELLIGENT TRAFFIC LIGHT CONTROLSYSTEM ABSTRACTWith the scope of urbanization and motorization, urban traffic and become a global problem. Simple intersection traffic lights, already can not adapt
4、to the bigger the actual situation, so it needs a more reasonable and intelligence and high cost of intersection traffic control system. This paper is mainly for intelligent traffic control system design, make it according to the real-time road vehicles stranded in the next release quantity control,
5、 so as to realize the time of traffic intelligent control. PLC the programmable controller is take the microprocessor as a foundation, synthesized one new industrial control installment which the computer technology, the automatic control technology and the mechanics of communication development com
6、es. It has the structure to be simple, the programming is convenient, the reliable higher merit, has widely used in the commercial run and in the position automatic control. Statistics indicated that the programmable controller is in the industrial automation installment applies most one kind of equ
7、ipment. The expert believed that the programmable controller will become from now on the industrial control principal means and important foundation equipment one, PLC, the robot, CAD/CAM will become the industrial production three big props. Because PLC has to uses the adaptability to environment s
8、trong characteristic, simultaneously its internal timer resources are very rich, may “the evolution type” the signal light carry on the accuracy control to the present universal use, may realize conveniently specially to the multi-road forks control. Therefore more and more applies now PLC in the tr
9、affic light system. At the same time, PLC itself also has the communication networking function, composes a local area network the identical strip paths on signal light to carry on the centralized dispatcher management, may reduce the vehicles general waiting time, realizes the scientific management
10、.In this paper, the vehicle detection sensor and some basic knowledge of PLC is introduced based on Siemens S7-200 software programming, through the induction coils (inductive sensor) quantity of vehicle detection, and then through the use of statistical, counter S7-200 of the function of the instru
11、ctions to traffic control. According to the procedures and debugging, basically achieved expected this system design objective .KEY WORDS: Light Vehicles Quantity of PLC 目 录摘 要IABSTRACTII目 录III前 言第一章 关于PLC的介绍1.1 PLC的定义1.2 PLC的工作原理1.3 PLC的特点1.4 PLC基础知识1.5 PLC的构成1.6 PLC的国内外状况1.7 PLC未来展望第二章 电感式传感器2.1电感
12、式传感器工作原理2.2 电感式传感器特点2.3电感式传感器介绍2.4电感式传感器原理图第三章 总体方案选择3.1 继电器接触器控制3.2 单片机系统控制3.3可编程控制器控制3.4 数控装置控制第四章 梯形图的设计与编程方法4.1可编程控制器梯形图4.2继电-接触器控制与可编程控制转换4.3编程器件第五章 交通灯控制系统的设计5.1控制系统的组成5.2 车辆的存在与通过的检测5.3 PLC控制部分的设计5.4灯控制电路设计5.5 测试、数据及结果分析结论参考文献致谢附录外文资料译文 前 言 随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解
13、决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。在城市交通中,交通灯信号是交通网络控制中最重要的元素,今年来城市交通的车流量较大,给交通带来了巨大的压力。提高路口的车辆通行效率,对于缓解路口车辆阻塞,便捷出行具有十分重要的意义,目前的城市交通灯,都是根据车辆的一般通行量预设固定的红绿灯转换周期。这种固定配时模式会导致某个方向的车辆已通行完毕,而另个方向的车辆要有相对较长的时间等待,这样就降低了车辆的通行效率。对此不断有学者用不同的方法,从不同的角度来研究。国内外有宏观和微观两种模型。宏观模型
14、更适于实时模型,短期预测和速度控制等。近年来,有学者提出速度阶梯连续性模型,还利用CA模型优化交通灯控制。但前者主要侧重于在理论方面阐释,后者把问题简化为单行道的控制,均未对实际问题提出解决方案。还有的学者从宏观角度研究改善交通控制的方法,提出通过检测各车道的车辆数量来调节时长,但只是考虑直行车道,并未解决问题。后来有学者提出直行和左转车道同时运行,但允许同时运行的车道组合教单一,通行效率提高不明显。针对以上情况,在此本文介绍一种新型交通灯智能控制系统。该系统采取车多通行时间长和同时通行的车道不冲突的原则,采用电感式传感器测量车辆的数量,在软硬件方面对现行的交通灯控制系统做了进一步的改进,大大
15、提高了运行效率和车辆通行的灵活性和实时性。本方案中具体的设计思路是在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈,当汽车经过时就会产生涡流损耗,环状绝缘电线的电感开始减少,即可检测出汽车的通过,并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入,并用PLC计数,按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。利用 LED数码管显示时间。第1章 关于PLC的介绍 1.1 PLC的定义 PLC即可编程控制器(Programmable logic Controller,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(International Electrical Committee
16、)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义: PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路,也是一种和硬件结合很紧密的语言,在半导体方面有很重要的应用,可以说有半导体的地方就有PLC PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其
17、内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。1.2 PLC的工作原理1.2.1 PLC的工作方式 (1)输入采样阶段,在此阶段,顺序读入所有输入缎子通断状态,并将读入的信息存入内存,接着进入程序执行阶段,在程序执行时,即使输入信号发生变化,内存中输入信息也不变化,只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。 (2) 程序执行阶段:PLC对用户程序扫描。 (3)输出刷新阶段:当所有指令执行完毕通过隔离电路,驱动功率
18、放大器,电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。1.2.2 PLC汇编语言采用面向控制过程,面向问题,简单直观的plc编写横语言,常用的有:梯形图,语句表,功能图等。1:梯形图:由继电器控制逻辑演变而来,两者具有一定程度的相似性,但梯形图编程语言功能更强更方便。主要特点:(1)自上而下,从左到右的顺序排列,两列垂直线为母线。每一逻辑行,起使左母线。(2)梯形图中采用继电器名称,但不是真实物理继电器称为“软继电器”(3)每个梯级流过的是概念电流,从左向右,其两端母线设有电源。(4)输入继电器,用于接入信号,而无线圈,输入继电器,通过输入接入的继电器,晶体及晶闸管才能实现。2.语句表:又叫指
19、令表,类似计算机汇编语言形式,用指令的记助符编程。地址指令变量0001LDX0000002ORX0100003ANDX0010004OUTY0000005END 它有两组,第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个END指令,用以 结束程序。梯形图与助记符的对应关系: 助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系,而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲,其顺序为:先输入,后输出(含其他处理);先上,后下;先左,后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。 1.2.2 PLC的基本指令1 输入输出指令(LD/LDI/OUT)下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件以列表
20、的形式加以说明:符号功能操作元件LD(取)常开触点与母线相连X,Y,M,T,C,SLDI(取反)常闭触点与母线相连X,Y,M,T,C,SOUT(输出)线圈驱动Y,M,T,C,S,F LD与LDI指令用于与母线相连的接点,此外还可用于分支电路的起点。OUT 指令是线圈的驱动指令,可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等,但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出,能连续使用多次。 地址指令数据0000LDX0000001OUTY0002 触点串连指令(AND/ANDI)、并联指令(OR/ORI)符号(名称)功能 操作元件AND(与)常开触点串联连接 X,Y,M,T,C,S AN
21、DI(与非)常闭触点串联连接X,Y,M,T,C,SOR(或)常开触点并联连接X,Y,M,T,C,SORI( 或非)常闭触点并联连接 X,Y,M,T,C,S AND、ANDI指令用于一个触点的串联,但串联触点的数量不限,这两个指令可连续使用。OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。地址指令数据0002LDX0010003ANDIX0020004ORX0030004OUTY0013 电路块的并联和串联指令(ORB、ANB)符号(名称) 功能 操作元件ORB(块或)电路块并联连接无ANB(块与) 电路块串联连接无含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”,串联电路块并联连接时,支路的起点以L
22、D或LDNOT指令开始,而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令,其后不带操作元件号,因此,ORB指令不表示触点,可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接,应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令,用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制;也可将所有要并联的电路块依次写出,然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令,但这时ORB指令最多使用7次。将分支电路(并联电路块)与前面的电路串联连接时使用ANB指令,各并联电路块的起点,使用LD或LDNOT指令;与ORB指令一样,ANB指令也不带操作元件,如需要将多个电路块串联连接,应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令,
23、用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制,若集中使用ANB指令,最多使用7次。 地址指令 数据0000LDX0000001ORX0010002LDX0020003ANDX0030004LDIX0040005ANDX0050006ORX0060007ORB0008ANB0009ORX0030010OUTY0064 程序结束指令(END)符号(名称)功能操作元件END(结束)程序结束无在程序结束处写上END指令,PLC只执行第一步至END之间的程序,并立即输出处理。若不写END指令,PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步,因此,使用END指令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时,可以将END指令
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