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1、目录目录 摘要 .1 关键词 .1 Abstract. .1 Key words.1 引言 .2 1 交通灯概述 .3 1.1 课题背景.3 1.2 研究目的和意义.3 1.3 本文的主要工作.4 2 可编程程序控制器（PLC） .5 2.1 PLC 概述.5 2.1.1 PLC 的发展历程.5 2.1.2 PLC 的发展趋势.6 2.1.3 PLC 的应用.7 2.2 PLC 的硬件结构.7 2.3 PLC 的工作原理.8 2.4 本章小结.9 3 带人行横道过马路请求的交通灯控制系统设计 .10 3.1 交通灯控制设计方案分析.10 3.2 交通灯控制系统的工作方式.10 3.2.1 带人
2、行横道过马路请求的工作方式.11 3.2.2 带流量检测的十字路口设计.12 3.3 车流量检测设计.13 3.4 硬件设计 .14 3.4.1 PLC 的选型.14 3.4.2 PLC 的地址分配.14 3.4.3 PLC 的外部接线.15 3.5 系统程序设计 .15 3.5.1 系统的梯形图.15 3.5.2 系统程序分析.19 3.6 本章小结 .19 4 系统检测与调试 .20 4.1 检测与调试.20 4.2 本章小结.21 参考文献 .22 致谢 .23 菏泽学院本科生毕业设计（论文） 基于 PLC 的智能交通灯控制系统设计 自动化专业学生 张清路 指导教师 王秀 摘要：自从交通
3、灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样， 从而使交通灯显得更加智能化。 在一些特殊的十字路口，如果利用普通十字路口的交通灯控制方式，会出现以下情况：一个方 向上绿灯但是没有车要经过，同时另一个方向上是红灯却有车要经过。这样就降低了道路使用率， 浪费很多时间，因此对待特殊的十字路口要采取特殊的控制方式。 选择西门子可编程控制器 S7-200 为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图进行编程， 实现了特殊十字路口交通灯控制系统的自动化。 关键词：PLC；交通控制；自动化 Design of Intelligent Traffic Light Control Sy
4、stem baseing on PLC Student majoring in Automation Zhang Qinglu Tutor Wangxiu Abstract：Since the inception of traffic lights, their internal circuit control system is constantly being improved. And design becomes various so that the traffic lights are more intelligent. In some special crossroads, if
5、 the ordinary traffic lights control method is used, the following situation will occur: when there is no vehicle passing in one direction, but the traffic light is green. While there is vehicle, but the traffic light is red, resulting in the reducing of the road usage and wasting a lot of time. The
6、refore, the special control mode is needed on the special intersection. It is to choose the Siemens S7-200 PLC as the core components, and focus on the hardware interface design and use the ladder diagram to program. And by doing so, the automation of traffic light control system on special intersec
7、tion could be achieved. Key words: PLC ；Traffic control ；Automation 引言 菏泽学院本科生毕业设计（论文） 据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除 繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某些特 殊交汇路段（如主干道和次干道）的车流量很大时却要等待红灯，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，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是 一种浪费。 智能控制交通系统是目前研究的方向，
8、也已经取得不少成果，在少数几个先进国 家已采用智能方式来控制交通信号，其中主要运用 GPS 全球定位系统等。出于便捷和 效果的综合考虑，我们可用如下方案来控制交通路况:在车流量少的路口安装行人按钮 和制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的变化。具体如下：在车流量少的路口的两 个方向安装行人按钮红外线车流量检测器，当行人要过马路时，按下按钮即可检测到 行人要经过，当汽车经过光电开关时就会阻碍或者反射，经过转换电路转换，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，按这些要求自动调节红绿灯的变化。 比较传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制，可
9、知后者的最大优点在于减缓滞 流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，较全球定位系统而言 成本更低。 1 交通灯概述 1.1 课题背景 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 菏泽学院本科生毕业设计（论文） 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。它由红绿两色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，遂被取消。1914 年，电气启动的红绿灯 出现在美
10、国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市 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、减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标
11、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。 1.2 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
12、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，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 目前，大部分城市中十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
13、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
14、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； 菏泽学院本科生毕业设计（论文） 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 万小时以上； 编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊
15、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现控制1。 1.3 本文的主要工作 第一章，回顾交
16、通灯的历史，随着社会经济的发展，交通管制的要求越来越高， 采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了交通灯控 制系统，才会满足稳定可靠的交通控制系统需求。 第二章，叙述了可编程程序控制器的产生、发展、应用的历程，通过论述可编程 程序控制器的各种优点、 卓越性能、结构、原理，有一个感性的总体认识。为完成本 次设计任务打下基础。 第三章，结合交通灯控制系统的要求，进行硬件、程序设计，从主要部件的选择、 流程的分析、程序思路的产生，主要功能的实现和各种特殊功能的设计等方面来完成 本次设计任务。 第四章，最后对系统进行调试和检测，通过对系统的调试和检测，再进行系统性 梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，以使主要功能和特殊功能得以完全实现， 确保顺利应用于现实中。 2 可编程程序控制器（PLC） 2.1 PLC 概述 可编程序控制器（Programmable Logic Controller,缩写 PLC）是以微处理器为基 菏泽学院本科生毕业设计（论文） 础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编 程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产
