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1、基于PLC的交通信号控制系统设计目次1前言12总体方窠的设计12.1 PLC的基本结构12.2 PLC各部分作用22.3 总体方案设计33系统硬件设计43.1 系统主电路设计43.2 地感线圈的工作原理53.3 地感线圈的选择63.4 信号转换装置73.5 交通灯选型73.6 PLe的I/O地址分配83.7 PLC的外部接线及原理94系统软件设计104.1 编程软件的选取104.2 编程软件的使用方法104.3 交通灯的时序分析114.4 系统的控制要求124.5 主程序的设计135调试与仿真195.1 MCGS的基本介绍195.2 MCGS组态环境的创建205.3 MCGS组态软件模拟运行2
2、1结论22参考文献231前言交通灯是现代通行所必不可少的，它的发展更是有着相当悠久的历史。目前,人类的工业文明正处于飞速发展的时期，各种各样的交通工具正在不停地涌现出来，汽车更是几乎快成为必不可少的工具。由于这些通行工具的大量使用，导致出行变得更加的方便，但是人们同时也正在迎来一个严峻的问题，就是逐渐变大的交通压力，几乎所有的路口的交通控制信号系统开始达不到要求。世界上的第一台在伦敦街口的由煤气供能的仅有红绿两种颜色的交通灯，是由来自英国的工程师纳伊纳伊特所安装的。虽然它也可以实现交通信号的控制功能，但是在不久以后，出现了一场爆炸事故后，这种交通灯便被淘汰掉了。随后四十多年以后，交通灯又出现在
3、了人们的视野中，第一台由电力来驱动的交通信号灯被美国人克利夫兰斯制造了出来，并且广泛地安装在了各主要城市，用电力来驱动的交通灯以及开始具备了现代交通控制信号系统的雏形。随后由于交通信号的自动化控制的提出，交通灯的发展被提高到了一个崭新的高度。等到了1968年，联合国提出的道路交通以及道路信号标志协定对交通信号灯的不同的意义做出了较为明确的规定，即红灯的时候停，所以红灯所在车道的车辆得在人行道以后。绿灯的时候行，绿灯所在车道的车辆可以选择直行或者左拐、右拐。黄灯的时候适当等一等，黄灯所在车道的车辆需要减速慢行，必要的时候得选择停止，但是另一种情况，假如车辆已经非常接近停车线从而无法安全停车的情况
4、下，车辆可以直接进入交叉路口。由于新型交通灯的使用以及明确的交通规则的提出，城市的交通压力得到了极大的改善，人们的出行也开始变得更加方便。2总体方案的设计2.1 PLC的基本结构总体上来讲，PLC就是一种适用于工业控制的计算机，唯一区别就是它要比传统的计算机拥有更加强力的跟工业过程相互连接的接口以及更加直接的满足控制要求的编程型语言。总而言之，计算机控制系统和PLC非常地相似，因此PLC也具备有存储器、电源、输入/输出接口、中央处理器等，具体情况如图2-1所示：图2-1PLC的基本结构2.2 PLC各部分作用（1）中央处理单元PLC的核心部分就是中央处理单元，它主要有控制接口电路以及微处理器两
5、部分组成。我们都知道，对于微处理器而言，其实质就是一种可编程序控制器的控制以及运算，而且对于数据、逻辑进行计算以及操控系统进行运作都是借助于微处理器发挥作用的。微处理器的运行方式是按照系统中的程序赋予给他的任务来进行的。对其而言，对用户的数据进行管控和保存接受并且转发程序；在储存器中保存接收到的信息；对于电源和PLC内部有可能出现的电路故障进行检测；PLC在进行工作的过程中，用户的指令被储存器进行调用，之后进行解译，之后将其进行转发和计算；借助于计算所得，把输出映像寄存器中的相关信息进行更新。之后在借助输出部分进行打印表以及通讯连接等操作。（2） I/O单元I/O单元是PLC的输入以及输出装置
6、。输入口能够输入现场所有的输入信号,并且将它变换成为中央处理器能够接受的信号，最后再送给CPU进行运算；相反的输出单元就是将CPU输出的信号转变成控制器能接受的信号，然后再用来驱动各种器件。（3）存储器对于PLC系统而言，它所具备的存储器可以进行两方面的划分，其中之一为系统，之二为用户程序存储器。对于用户程序存储器而言，我们能够将其进行三方面的划分，分别是系统区域、用户程序区域、数据区域。对于系统程序存储器而言，其能够发挥价值的位置在于将厂家编程出来的系统程序进行保存，并且固定在存储器当中，不容许修改。系统程序相当于一个完整的操作系统，他与PLC的性能密切相关。（4）编程器编程器的作用是为用户
7、提供了对程序进行编辑和调试以及监视等功能平台，它是可编程序控制器的重要的设备之一。（5）电源单元电源单元唯一的作用就是给PLC的电源提供能量，它也是可编程序控制器能够持续工作的唯一保障。2.3 总体方案设计基于PLC的自适应交通灯智能控制系统主要有车流量检测系统、PLC、控制中控台三大部分组成，其控制结构图如2-1所示。中控台图2-1基于PLC的自适应交通灯控制系统结构图车流量检测系统主要负责检查各路口单位时间（60S）内通过路口的车辆数量，并将检测结果发送至PLC；PLC根据车流量检测系统记录的数据，按预先设定的控制规律来控制相应的交通信号灯；中控台主要用来对控制系统的运行模式进行控制，如自
8、动运行模式、人工干预运行模式等。自动运行模式下，若东西向或南北向车流量均小于15辆min,则系统按定时切换控制运行，双向绿灯均为40s,黄灯3s,红灯43s切换运行；若某一向每分钟车流量大于15而小于30,则该向绿灯调整为50s,黄灯3s,另一向绿灯30s,黄灯3s；若某一向若某一向每分钟车大于30,则该向绿灯调整为70s,黄灯3s；当两向车流量均在同一范围内时，车流量较大的一向控制优先，若两向车流量均在同一范围内且相等时，东西向控制优先。3系统硬件设计3.1 系统主电路设计该定时系统由定时器，时间状态显示器等部分组成其中定时器由两片CD4029构成的二位十进制可预制减法计数器完成，时间状态由
9、两片74LS47和两只LED数码管对减法计数器进行页码显示。预置到减法计数器的时间常数通常两片8路双向三态门74LS245实现。根据设计要求，交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，以完成30s的定时任务。3.2 地感线圈的工作原理本系统是通过东南西北四个方向的地感线圈检测到的车流量数量来判断各个路口的繁忙情况。本次设计将交通路口进行了简化地处理，只考虑各个方向只有一条直行道的情况，然后将地感线圈铺设在距离十字路口30米的地方，以此来统计车流量的复杂情况。具体情况如图3-1所示，图3-1十字路口地感线圈布置图在这个设计中，每当有车辆通过十字路口就一定会经过地感线圈N以及S,然后地
10、感线圈就会产生一个脉冲信号并且输送到PLC内，接着再进行加1运算，PLC通过对脉冲信号的计数即为各个路口的车流量，分别统计出南北方向和东西方向的车流量X以及Y,最后比较俩数值X与Y就能判断出南北和东西的车流量复杂情况，如果车辆流量较大，则该方向的绿灯时间适当地延长，如此循环比较,但不能超过一个最大值，反之亦然。3.3 地感线圈的选择本次设计的核心就是地感线圈对车流量的检测，因此对地感线圈的选择就变得很重要。如果要使地感线圈能够合理地进行工作，就应该保持电感线圈的电感量在100UH至300UH间，然后在不改变线圈电感的情况之下，线圈的匝数跟周长有着密切的关系，如果周长越小随之线圈的匝数就越多，具
11、体情况可以参照下表3-1所示。表3-1线圈【巾:数的参考表线圈周长线圈匝数KLlxM12比较辅助继电器M20、M21、M22比较轴助继电器开始图4-4流程图的设计5调试与仿真5.1 MCGS的基本介绍本设计经过考量并且分析了系统设计的标准之后，将MCGS组态软件进行使用，将其作用在仿真测试中。对于MCGS而言，它是一个能够进行高速构造并且进行计算机监控系统组成的一种组态软件。仅仅借助于Windows系统就能够进行工作，借助于从现场采集数据，向用户呈现动画、报警、曲线等方式的方案展示。微软公司的视窗系统能够充分的将其性能进行发挥，Windows系统具备极强的图形功能以及及便捷的操作流程，这对于M
12、CGS来说时最合适不过的，也正是因为WindoWS系统的搭载，使得它比之前使用专用机进行开发在通用性能上，有着更加良好的表现，并且也能够完全的实现自动化。对于MCGS而言，其自身具备的独特之处在于能够将信息进行可视化呈现，并且画面较为简单；并行处理的功能也更加强悍；多媒体动画也更加的丰富，能够更好的将信息进行展示；结构呈开放式，数据获取方面作用范围极其广泛，并且在对数据进行处理的时候也较为便捷；安全机制标准较高，能够满足信息保密的需求；连接互联网功能；对于数据的保存使用数据库进行，系统更加的可靠和完善；能够将控制系统的分布式管理目标进行实现。MCGS系统的环境构成分别为组态环境以及运行环境。使
13、用MCGS进行构成的用户应用系统，能够设置成为五个部分从而组成结构，分别有主控、设备、用户三个窗口以及实时数据库和运行机制。组态工作进行的时候，用户只拥有一个系统提供的空框架，但是此框架能够单独进行工作，并且还有着极为强大的动画和功能部件存在其中。假设我们想要搭建一个应用系统，第一步，进入到组态环境中，使用系统所持有的功能或者是构件进行系统的构造,将所有的参数进行配置,从而使其变成为一个功能强大并且具备实用性的工程；第二步，由运行环境接受组态环境中所得出的结果。两者进行结合，就成为了一个应用系统。5.2 MCGS组态环境的创建要采用MCGS对交通信号控制系统进行仿真就需要对各变量进行定义，首先
14、要建立一个新的工程，创建一个新的工作窗口，只有在这个工作窗口中才能对所想要的仿真图进行设计。然后就是在实时数据库里对各种变量进行定义，这是MCGS软件的最基本的设定。最后在定义完各种变量以后才能够设计对应的脚本程序，对系统的仿真进行初步的设计。具体流程如图5-1和5-2所示。上工作台：C:USERSADMINISTRATORDESKTOP面绿灯.MCG*!。国主控窗口Io设备窗口朗用户窗口I的实时数据库/运有动画组态I新建窗回窗口属性图5-1用户窗口图UMCGS组-工作台:GUSERSADMINISTRATORDESKTOPIigT(1).MCG*.3文件(F)编量(E)M(V)三(l)IM(
15、T)窗口(W)和助（三）QIgiBl-电I里I二庭|1J囱即IKl.国主控窗口w设备窗口嵬用户窗口如实时数据库订运行策略I名字类型注释SQlnputETime字符型系统内建数据对象SQlnputSTime字符型系统内建数据对象SdInputUserI字符型系统内建数据对象S3InputUserZ字符型系统内建数据对象Eut数值型曲。东西红开关型配东西绿开关型住跷3开关型的南北红开关型的南北绿开关型的闪烁开关型的闪烁1开关型图5-2变量定义图5.3 MCGS组态软件模拟运行在各方面的参数都设置好以后就可以对设计好的控制系统图进行仿真，点击进入运行的选项系统开始模拟运行，运行画面如图5-3所示：图
16、5-3控制系统仿真图结论对于本设计，我最初的想法是设计出一种和我们在街头上普遍常见的交通信号灯所不一样的交通信号控制系统。我们在街头常见的交通灯每种信号灯的时间都是固定不变的，它并不会随着车流量的变化而改变交通信号灯的持续时间，因此常常会出现交通过于拥堵的情况。本次的毕业设计，是建立在常见的交通灯的基础上，添加了一种地感线圈来统计各个方向车流流量的复杂情况，通过对其所统计的数据的比较，就能够根据不同方向车流量的变化而改变信号灯的持续时间，实现交通信号的智能化控制。通过地感线圈脉冲信号输入到PLC内的数据进行实时对比，有效地改变信号灯时间，使车流更加通畅，减少不必要的等待时间。此次设计能够有效地
17、控制道路上的车流流量，最大程度地缓解交通压力，由于个人所学有限，设计也存在不足。比如：将附近的几个甚至十几个交通信号灯之间做一个通信，使他们能够实时作数据交换，对比。根据多个路段信号灯给出的信号，对之后的信号灯做出良好的信号控制。最后，如果本设计真正投入运行，其成本也不会比一般的交通灯昂贵，性能优于一般的交通灯。只是在原有的交通灯基础上添加了车流量检测装备，所以系统后期维护及操作也不会存在大的问题。参考文献1李晓东，蓝蔚.浅谈PLC在交通灯控制系统的实现.科技信息,2018:21-23.2郭和伟.基于PLC的交通信号灯控制系统设计.公路交通技术,2019:4-8.3赵亚妮基于PLC的智能交通控
18、制系统的设计与实现.长安大学，2017:22-30.4温志达,梁桂荣,陈碧铭等.基于车流量的智能交通灯控制系统.自动化技术与应用，2019:6TL5赵丹.逻辑控制在交通灯上的研究与应用.武汉理工大学,2018:17-20.6薛爱国.PLC循环控制程序的编写.机电信息,2019:6-12.7王阳.基于PLC的交通灯自动控制系统设计.商品与质量,2018:1-11.8施凤鸣，宁歆.基于PLC的智能交通灯控制系统.九江职业技术学院学报,2019：3-6.9李雅妮.基于GPRS和PLC的交通路口信号灯远程智能监控系统的设计.内蒙古科技大学,2018:24-27.10方贵盛,王云凤.智能交通灯PLC控制
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