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基于PLC专家控制系统的十字路口红绿灯控制设计.doc
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基于PLC专家控制系统的十字路口红绿灯控制设计.doc
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基于 PLC 专家控制系统的十字路口红绿灯控制设计
摘要
在当今高速发展的社会里,交通问题成为大家关注的社会问题,而目前国内十字
路口的交通灯控制一般是定时切换控制的,汽车数量的直线上升及现有的定时切换控
制方式的局限性都使得我们有必要寻求一种智能的交通控制系统。基于此本论文主要
思路是:利用探测器(即电磁感应线圈)探测出车辆的流量后,通过可编程控制器
PLC 来实现自动调节红绿灯的时长。
关键词:PLC 控制;交通灯;探测车流量;专家控制系统
Abstract
In the high speed development of society , the traffic problem becomes the social
problem that everybody pays attention to , but at present our country traffic lights control
generally is timing. And that the quantities of cars increase straightly and the timing control of
the traffic lights have some bugs make us have necessity to look for a kind of intellective
transportation control system。According to that, the way of thinking of this thesis is that :
the time of the traffic lights are automatically computed by PLC after the locators(namely
electromagnetic induction coil)have explored the discharge of the vehicle。
Key words: the Control of PLC;Traffic lights;Number cars;the expert control system
I
目 录
基于 PLC 专家控制系统的十字路口红绿灯控制设计..............................I
摘要............................................................................................. I
Abstract......................................................................................I
1 引言.........................................................................................1
2 交通灯控制系统方案论证.............................................................1
3 用 PLC 实现交通灯控制系统..........................................................3
3.1 PLC 的选型..................................................................................................3
3.2 系统 I/O 分配和接线图...............................................................................4
3.2.1 I/O 分配表..............................................................................................4
3.2.2 I/O 接线图..............................................................................................5
3.3 传感器探测车辆..........................................................................................5
3.3.1 光电开关(光电传感器).........................................................................5
3.3.2 电感式传感器........................................................................................6
3.3.3 传感器的铺设........................................................................................7
3.4 用专家控制系统实现红绿灯的时长控制..................................................8
3.4.1 专家控制系统设计................................................................................8
3.4.2 车流量的计算........................................................................................9
3.4.3 用专家系统实现绿灯时长的智能控制..............................................10
3.5 程序设计和编程........................................................................................11
II
3.5.1 PLC 程序设计......................................................................................11
3.5.2 PLC 的编程语言..................................................................................16
4 程序调试的基本要点......................................................................................16
5 结束语....................................................................................17
致谢..........................................................................................17
参考文献....................................................................................18
附录:十字路口红绿灯控制梯形图如下...........................................19
III
1 引言
目前,随着我国城市道路和交通运输的迅速发展,交通管制显得越来越重要。不
仅要依据实际车流量来设计路口的交通红绿灯信号控制方案,而且还要根据当前流量
统计,及时进行方案的调整及优化,保证道路畅通和单位时间流量最大化。计算机技
术的迅猛发展,使小型 PLC 可编程控制器的指令功能日趋强大,而采用逻辑集成电路
组成的信号灯控制器,已经不能满足现实需要,用 PLC 控制城市交通信号灯,不仅可
以满足现实需要,而且投资少,周期短,人机对话界面良好,控制方案更简单,适合
于各种情况
[1]
。传统的十字路口交通控制灯,通常是事先经过对交通流量的调查,运用
定时的方法将两个方向红绿灯的延时时间预先设置好
[2]
。这样必然产生如下弊端:当某
条路段的车流量很大时却要长时间等待红灯,而此时另一条是空道或车流量相对少得
多的道却长时间亮的是绿灯,这种现象是未对实际情况进行实时监控所造成的,这样
的交通控制系统效率低,容易造成交通拥挤,而且对人力、物力资源的浪费。因此,
我们有必要寻求一种能根据车流量变化的情况来智能控制绿灯时长,减小滞留量,提
高交通控制系统。
基于此,本论文应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通实现专家控制:在十字
路口各入路口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,可避免出现空道占时现象。
本论文主要解决的问题是:如何检测车辆的存在与通过,探测车辆传感器的布置,
如何应用专家控制系统来控制红绿灯时长,最后程序的实现与调试。
2 交通灯控制系统方案论证
(1) 采用继电器控制系统实现,继电器控制回路存在多种弊端,如继电器由于长期
动作容易造成咬死和损坏、继电器回路接线复杂,而且维护困难、继电器回路难以实
现复杂逻辑的控制等。采用继电器控制来实现,结构复杂、造价高、维护难,很难达
到复杂的控制要求。
1
传统十字路口红绿灯控制就是采用此种方法来控制的。其系统工作过程:首先是
南北红灯亮并维持 25s,在南北红灯亮的同时,东西绿灯亮并维持 20s。20s 延时到,
东西绿灯闪亮 3s(闪亮的周期为 1s 即亮 0.5s,熄 0.5s)后熄灭,东西黄灯亮并维持
2s 后,东西黄灯熄灭,东西红灯亮,同时南北红灯熄灭,南北绿灯亮。东西红灯亮并
维持 25s。南北绿灯亮并维持 20s,20s 延时到,南北绿灯闪亮 3s 后熄灭,南北黄灯
亮并维持 2s。2s 延时到,南北黄灯熄灭,南北红灯亮,同时东西红灯熄灭,东西绿灯
亮。开始下一周期的动作,以后周而复始地循环。当启动开关断开时,所有信号灯熄
灭
[3]
。
急车强通信号受强通开关控制。无急车时,按正常循环时序控制,有急车来时,将该
方向急车强通开关接通,不管原来信号状态如何,一律强制让急车方向的绿灯亮,直
到急车通过为止。急车一过,断开急车强通开关,信号的状态立即转为急车放行方向
的绿灯闪 3 次,随后按正常时序控制。
这种定时控制方式虽然考虑了紧急车辆的通行,但是交通灯的正常时序是定时切
换红绿灯,这样必然会产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯,而
此时另一条是空道或者车流量相对少得多的路段却长时间亮的是绿灯,这种多等少的
尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的。显然,这样的交通灯控制系统效率
较低,无法依据道路与季节变化情况改变控制方式,容易造成交通拥挤,也浪费人力、
物力
[4]
。
(2) 采用计算机控制系统实现,如 DSP、专用集成电路以及单片机等。这类控制系统
虽有较好的性价比,但使用的是高级语言、机器语言或汇编语言进行编程,其难度大、
纠正难、用户不易掌握。
(3) 用可编程控制系统实现,由于其在自动化技术、计算机技术及网络通信技术的迅
猛发展,使 PLC 的功能日益增多。它不仅能实现单机控制,而且能实现多机群控制;
不仅能实现逻辑控制,还能实现过程控制、运动控制和数据处理等。它具有功能强大、
使用可靠、维修简单、抗干扰能力强等许多优点,并且在很多地方已逐步取代了继电
器电路的逻辑控制。
继电器控制系统接线复杂、电器多、占地面积大,调整延时不方便,延时准确度
差;计算机控制系统是按一定数学模型进行跟踪控制、效果好,但造价高,维护难度
大,只适用于极重要的交通路口;可编程控制系统(PLC)有许多突出的优点:造价低、
坚固耐用、在恶劣环境下也能可靠地工作、延时准确,用软件来改变控制程序和时间,
极为灵活
[5]
。
专家控制系统需要按实际情况来改变参数,如使用继电器控制,则很难
实现;如使用单片机控制,则需要引入大量的 I/O 接口电路、硬件设计,而且这两种控
制方式的抗干扰能力都十分有限。采用可编程控制器(PLC)对交通信号灯进行管理,
既能满足控制要求,又具有高的抗干扰性和稳定性。
2
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