【基于PLC的智能交通灯设计与实现4300字（论文）】

页第1章引言缓解和解决交通拥堵，最简明而又行之有效的方法是增强路网间联通能力。整个交通灯管理系统以PLC为核心进行编程控制，具有较高的可靠性和安全性。不管是经济因素，还是土地资源，均极大地妨碍着道路无限制地发展。另一方面，随着社会生产力的不断发展和科学技术水平的日益进步，城市中每天产生的汽车总量将成倍增加，这使得城市交通压力越来越大。所以，人通过无限制地修建道路以满足日增的交通需求就是痴人说梦。受种种客观因素制约，通过对车辆增长数量进行严格管控，降低交通需求，没有得到满意结果。这就要求我们必须研究如何有效地管理城市交通以缓解交通拥挤的方法。其实交通系统就是一个非常大的道路控制系统，其复杂程度之高，控制之难，令人无法想象，若单纯地从道路或车辆某一个角度去解决，则难度颇大。为了更好地管理城市交通，需要对整个路网进行全面的监控和调节。智能交通系统是区域及城市交通系统中最重要的部分。本文所设计的智能交通信号控制系统就是以现代计算机技术为核心，利用先进的传感器技术、通信技术以及信号处理等技术手段对交通流进行有效管理与调控的一种智能化交通管理设施。这一体系的运行状况，直接体现着一个地区，一个城市现代化管理水平。本文对智能交通灯控制系统进行研究与设计，通过计算机实现交通信号控制，以提高道路交通安全水平。

第2章交通灯系统方案的设计2.1交通灯系统的方案选择本次的智能交通灯的控制系统是基于PLC设计的。PLC由于程序十分不同，所以，操作员可根据实际情况，对错误的程序进行适时修正，使其内部编写出适当程序。而最人性化之处在于，不需要同时更改其所用外部硬件设备之间的多种连接，只要加入少量或部分命令即可。像这样的系统可以够根据不同的需求，来对车辆进行特殊的分类和管理，并且还能实现远程遥控等功能。如今，大多数自动化控制中系统使用了更多电子技术，通过其内部数量众多软元件对其进行控制，从而节约了大量硬件和软件费用，只要对软件做一个小的修改操作，非常方便快捷，所以现在的很多行业和领域里已经开始广泛运用这种控制技术。除PLC控制系统外，为人所知最多的是单片机控制器，单片机控制器工艺较为成熟、价格也较为低廉，不过其控制很不稳定，抗干扰能力很差，所以现在大多数的控制系统都不用单片机来工作，而是选用PLC。由于单片机抗干扰能力实在不强，稳定性并不是太好，不够出众，相比较而言，PLC的地位凸显了很多，人们在使用时感到方便，舒适，编码也很容易，抗干扰能力较强能满足多种场合在不同生产线作业线上编程的需求。并且由于其可靠性和抗干扰性较高所以能够适应多种工业现场环境。因此，本控制系统是基于PLC设计的。2.2系统设计该项目设计主要是利用PLC来实现交通信号灯和车流之间的联动仿真控制，结合实际路口交通状况进行设计。光电传感器对十字路口出车的数量进行监控。系统的结构框图如图2-1所示：图2-1系统结构框图以上是关于智能交通灯的系统结构图。此次系统框图主要分输入部分的构成，控制部分的构成，输出部分的构成三个环节，其中，输入部分的构成是操作按钮调用输入控制，东西车道走向、南，北车道走向的流量探测控制等等。控制部分采用PLC实现了外部对于信号的输入，以及负载设备向外界进行输出的信号接收。输出的环节提供了各个方向的状态监控和系统显示，这其中就包括了系统的运行状态以及停止状态。

第3章交通灯系统硬件的设计3.1I/O点数的确定及PLC选型3.1.1机型的选择按照结构的不同PLC的型号可分为三种：整体型，组合型和堆叠型。在故障发生时，能及时发出声光信号提示用户进行维修或更换元器件。通过对本课题控制系统功能的研究，发现该控制系统比较适合于固定不变的的工艺流程，通过开关量达到控制的目的。因此，使用小尺寸的PLC就可以达到规定的要求。另外由于采用了模块化设计，因此整个控制系统易于调试。经过对上述3类PLC产品进行全面分析对比，由于西门子系列PLC结构齐全、组态灵活可靠，通讯能力强大、扩展功能完善等特点。同时，又因为其功能强大，操作简单而成为目前应用广泛的工业自动化控制设备之一。因此在交叉路口交通与控制仿真系统中会选用西门子S7-200系列PLC为主控设备。3.1.2西门子S7-200系列PLC概述西门子的S7-200系列相关的PLC系统的构成包含了S7-200。基本单元为：CPU21X/22X系列当中的CPU226/226XM，这款在西门子的小型PLC中属于功能最强的。本次设计采用了西门子S7-200系列的226型号作为整个设计核心的控制单元，从而对整个十字路口的交通系统进行把控，使得东、西、南、北这四个方向，可做到循环闪亮，车流有序。3.2PLC系统的I/O分配表表3-1I/O输入地址分配表序号检测名称地址元件元件符号1系统运行I0.0按钮SB12系统急停I0.1按钮SB23东西方向延时I0.2按钮SB34南北方向延时I0.3按钮SB45夜间模式I0.4按钮SB56C1光电I0.5传感器SQ17C2光电I0.6传感器SQ28C3光电I0.7传感器SQ39C4光电I1.0传感器SQ4表3-2I/O输出地址分配表序号检测名称地址元件备注1南北红灯Q0.0指示灯HL12南北黄灯Q0.1指示灯HL23南北绿灯Q0.2指示灯HL34东西红灯Q0.3指示灯HL45东西黄灯Q0.4指示灯HL56东西绿灯Q0.5指示灯HL67东西人行道绿灯Q0.6指示灯HL78东西人行道红灯Q0.7指示灯HL89南北人行道绿灯Q1.0指示灯HL910南北人行道红灯Q1.1指示灯HL10

第4章交通灯系统软件的设计4.1编程软件的概述德国西门子公司自行设计和制造出许许多多产品，包括其中本课题用到的S7-200，另外S7-300也是如此。这些软件都有自己独特的编程方法和使用技巧，在实际应用中取得了不错的效果。S7-200属于可编程系统，可以自行装配和扩展，200PLC能完成大、小多种命令，简单，繁杂的命令都可以完美达成。4.2梯形图的设计与分析4.2.1南北车道程序设计图3-1系统初始化系统的运行，输出M0.1控制南北方向，输出M0.2控制东西方向，复位M0.0。图3-2南北方向绿灯控制南北向的M0.1开始，南北的绿灯Q0.2开始运行，同时南北的人行绿灯Q1.0也开始运作。南北向的车流模拟M3.0开始工作，计时器管理的T38开始计时南北向绿灯的时间，此时南北向绿灯的时间减去T38正在计时的时间就成为了南北向绿灯的倒计时时间，当中运用到SUB采用减法指令，用作倒计时。接着定时结束后，T38的触点进行连接，进入M0.2，最后复位M0.1。4.2.2东西车道程序设计图3-3东西方向红灯控制东西向的M2.0运行，东西向红灯为Q0.3。东西向的人行红灯Q0.7以及东西向的红灯车流量开始模拟M3.3开始。此时，名为T43的计时器开始计时东西向红灯的时间，此时东西向红灯的时间减去T43所计算的时间，得到了东西向红灯的倒计时。SUB同样为减法指令，用作倒计时。定时结束之后，T43触点连接，进入M2.1，最后复位M2.0、Q0.3、Q0.7，M3.3。图3-4东西方向绿灯控制上图所示，M2.1开始运行，东西向的绿灯为Q0.5、东西向的人行道绿灯Q0.6以及东西方车流开始对M3.1模拟开始。同一时间T40的计时器开始计时东西向的绿灯时间，同样的东西向的绿灯时间减去T40计时的时间就得到了东西向绿灯的倒计时。定时后T40触点连接，接下来进入M2.2，最后复位M2.1、Q0.5。

第5章系统的仿真调试因要检测设计出的方案是否达到了想要达到的标准，所以对所设计程序进行了仿真调试，宇龙仿真软件所执行的为“awl”文档。该软件可进行CPU型号以及仿真速度等方面的测试，模拟量输入模块的选取等等。在完成了硬件和软件测试后，就进入了下一步工作。该系统由主控台和各功能模块构成。它由菜单栏和CPU状态显示栏组成、模块扩展区，信号输入开关等部分构成。第一步先生成名为.awl文件，接着在仿真软件当中的菜单栏选项中选择装载程序，然后导入第一步已经创建成功的名为.awl文件。最后挑选合适的CPU和扩展模块，按照此前设计方案，此处选用了CPU226最后，点击“run”按钮，然后根据创建程序时候所设置的I/O分配。系统开始转成为运行状态下，接着点击“是”，启动仿真程序。系统进入仿真程序。首先是南北方向位置的绿色灯亮起，同一时间，东西方向的红色灯亮起和南北方向的人行绿灯相互连接，东西方向的人行红灯接通。紧接着选择夜间状态模式下，这个时候I0.4的信号开始连接，系统接着进入夜间的控制模式。

总结本课题以PLC自动控制系统为基础设计在交通灯时间内对车流量进行控制处理的应用相关研究论文。首先，利用传感器的数据来获取当前状态下车子的数量，接着实现主电路和控制电路之间的配合，共同完成控制全过程。在这些元件器中，必须严格按各类外围器件要求来选择各类元件器等。在选择好了元器件之后再进行编程调试，最后把程序下载到单片机当中进行操作。控制电路中PLC程序设计在本设计中至关重要，该项目的功能往往经过几次反复修改后，才能满足设计目标要求的规范，但后续仍需完善改进的地方是代码从简。可以尝试在程序中加入了一些函数可以让系统运行起来更为简单快捷。但是其中的硬件仍然是最需要重视的。

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