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1、本 科 毕 业 论 文题目： 基于PLC和组态软件的 交通智能监控系统 学院： 电气工程学院 班级： 自动化12-1 姓名： 卓常轩 指导教师： 李芳芳 职称： 讲师 完成日期： 年 月 日兰州工业学院本科毕业论文摘 要根据城市路口交通灯的运行特点，设计一个基于车流量的智能交通灯监控系统。利用可编程控制器（PLC）和组态王软件（King View）完成此智能交通灯的设计制作。选择西门子S7-200系列PLC作为控制器，利用组态王6.53实现智能交通灯的实时监控。根据实际需要，设计三种模式：白天模式、夜间模式和紧急模式，有效地提高了十字路口的通行效率。关键词：智能交通灯；可编程控制器；组态王；监
2、控系统- I -AbstractAccording to the characteristics of traffic lights at urban intersection,designed an intelligent traffic monitoring system based on traffic.Using the programmable controller(PLC) and King view software(King View) to complete the design of the intelligent traffic lights.Choose the Sie
3、mens S7-200 series PLC as the controller,used the kingview 6.53 achieves the real-time monitoring of intelligent traffic lights.According to the actual needs,designs three kinds of modes:the daytime mode,night mode emergency mode ,effectively improve the traffic efficiency of the intersection.Key Wo
4、rds:Intelligent traffic light;PLC;Kingview;Monitoring system - III -1绪论1.1本设计的目的及意义 近年来，我国许多城市的交通压力都伴随着流动人口的急剧增加而增加。经济的快速发展，一些红绿灯路口不合理的工作时间，交通违章记录不准确，因此，为了提高工作效率，改善现有的交通系统，加强对路口信号控制是非常重要的。在此背景下，结合城市道路交通国内的实际情况来看，开发真正适合我们自己的智能控制系统，已成为一项重要任务。设计一个十字路口的交通灯控制电路，设计红色，黄色，绿色交通信号灯，其中红色光，表示该道路禁止通行;黄灯表示车辆等待，绿灯
5、表示道路允许通行。该电路自动控制两个红色，黄色和绿色交通灯的状态转换。红绿灯十字路口易于使用相应的系统配置简单的编程与友好的用户界面接入设备的设计要求，应用程序库，以加速编程和调试的速度。在另一方面，这个时候学会了设计PLC控制扩展I/O接口的方法，学习使用软件组态王，并进一步学习编程PLC-200，以及学习实施模拟交通灯的控制。 在日常生活中，利用交通信号灯可以有效清晰的管理道路交通，提高道路通行能力，对减少交通事故有着显著的效果。交通灯控制系统由PLC控制，监控仿真组态王两部分组成，继而实现交通灯的基本功能，使交通实现有效控制。为了保障通过路口的行人安全，以及车辆交通秩序化，规范化，有必要
6、使设计的红绿灯更人性化，更标准化，保障行人和车辆的安全通行。通过设计红绿灯电路程序，掌握PLC编程软件和仿真软件组态王的应用，并达到基本电路可以自行设计的目的。 1.2国内外发展研究现状 1.2.1国外发展现状 早在19世纪，英国就诞生了第一个交通信号灯，由于其使用的是煤气交通信号灯，并在随后的使用中发生爆炸，造成交通信号灯几乎近半个世纪消失。直到20世纪初，美国的克利夫兰市才再次出现了交通灯，但此时已经改成了电力信号灯。1926年英国出现了使用自动化的控制器来控制的交通灯，这是城市交通自动控制的开始。 20世纪初，美国首先使用车辆感应式信号控制器，车辆传感器控制器的特征是，它可以根据交通流量
7、来调整绿灯时间的长度，使得绿灯时间更有效地利用，减少车辆在路口的等待时间，比定时控制具有更大的灵活性。目前城市道路交通信号控制系统最具代表性的有英国的TRANSYT和SCOOTS交通控制系统以及澳大利亚的SCATS系统。信号灯在发展过程中，自适应理论备受各研究机构欢迎。比如上面提到的SCOOTS和SCATS系统。近年来，国外依旧偏向于用自适应理论研究交通控制系统，特别是美国的十几所大学和研究机构正在开发自适应交通信号控制系统的理论，例如美国亚利桑那大学研发的RHODES。1.2.2国内发展现状我国在交通灯的研发领域起步较晚，由于我国人口众多，随着社会的发展，交通问题越发严重，这使得我国对交通的
8、需求急剧增加。城市交通是一个高度集成和复杂的问题，必须在依据城市道路实际情况下进而多方面的去解决。由于中国经济和社会的快速发展使得对道路交通效率而安全的要求越发严格。当前国内的交通灯设计呈现多元化，有单片机控制交通灯的控制系统；有应用CPLD设计的交通灯控制系统；有应用PLC设计的交通灯控制系统。国内交通信号灯基本位于车辆相对密集的十字路口，并设置红，绿，黄三种颜色的指示灯指示，再加上一个倒数计时器来控制车辆的行驶。这样的设计对于大多数的道路交通都能起到很好的车辆分流作用，但由于实际中出现各种突发事件，与各种外在因素的存在，这种设计仍然存在着很大的弊端，例如不能根据道路的车流量来及时的改变放行
9、时间，进而影响了交通效率。1.3本设计的主要内容在生产控制系统自动化领域中PLC具有可靠、稳定、抗干扰能力强的特性，如今PLC的应用也更加广泛。在PLC控制器设计主要是利用内部定时器和外围电路相结合，来实现控制十字路口红绿灯。通过主电路，控制电路，梯形图设计，仿真和在线监控组态王实现了系统的硬件和软件的设计和人机交互。摸拟的十字路口交通灯组态图，用一个开关控制交通灯的运行与停止，当开关为开时，信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯控制系统开始工作，且先南北绿灯亮，东西红灯亮。南北绿灯亮12秒，同时东西红灯亮12秒，则南北方向的车辆运行，东西方向的车辆停止运行，之后南北方向绿灯闪烁3
10、秒，此时东西方向仍然红灯；然后南北方向黄灯亮3秒，之后东西绿灯亮12秒，同时南北红灯亮12秒，则东西方向的车辆运行，南北方向的车辆停止运行，之后东西方向绿灯闪烁3秒，此时南北方向仍然红灯；然后东西黄灯亮3秒，再回到南北绿灯、东西红灯的状态，循环下去。另外，此设计中在遇到特殊情况时加上了东西延时和南北延时，各延时15秒，即当东西延时或南北延时按钮时，东西方向或南北方向各自多延时15秒。当启动信号断开时，所有的信号灯都保持原有状态。1.4本章小结 本章主要介绍了十字路口交通灯的发展历史、发展趋势及本设计的内容、目的。加深了对PLC的应用、发展方向及前景的了解，明确了本设计的重点及难点，有利于作好设
11、计、研究准备，同时也使自己对十字路口交通灯有了更多的了解，为完成本设计打下了坚实的基础。- 19 -2系统方案设计2.1系统性能分析为了设计思路清晰与便利，采用了顺序控制法。顺序控制就是指系统或生产设备在各输入信号的作用下，内部元件状态按照生产工艺预先规定的时间顺序变化，使得各执行机构在生产过程中自动有序地进行操作。PLC顺序控制设计法最基本的设计思路是将控制系统的一个完整的工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，然后用转换条件控制代表各步的内部编程元件，使其状态安装一丁点时间顺序变化，最终输出控制相应执行机构的动作步是根据输入量状态的变化来划分的。在任何一步之内各输出量的状态不变，但相邻两步输出
12、量总的状态是不同的。步的这种划分方法代表各步编程元件的状态与各输出量状态之间有着极为简单的逻辑关系。结合本设计要求，可以采用单流程编程法，也可以采用双流程法，应用并联分支结构，把东西和南北方向信号灯的动作分为两个流程同时启动，分别运作各自的时序运作，相互之间的配合由统一的时钟进行有机的配合，不会出现偏差，简洁明了，思路清晰。2.2控制方案分析方案一：采用单片机编程控制的方式。随着大规模集成电路技术的发展，微型计算机也在不断的进步，而其中就包含单片机技术。单片机主要应用于控制领域，用以实现各种测试和控制功能。单片机具有控制系统在线作用、软硬件结合、应用现场环境恶劣、应用的广泛性等特点。但是单片机
13、的引入使控制系统大大“软化”，相比其他计算机应用问题，单片机控制应用中的硬件内容较多，设计比较麻烦。方案二：采用可编程控制器控制的方式。可编程控制器又称PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的面向用户的指令，并能通过数字或模拟输入输出模块，控制各种类型的机械或生产过程。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。但是PLC的价格过于昂贵，不易拓展和升级，无法实现大众化。综上所述：单片机具有成本低廉，专用性可能会更强的优点，但是可靠性差、抗干扰性能差、处理能力会弱于PL
14、C、通讯不如PLC方便。比如要把整个城市的交通灯系统接入交通控制指挥中心，单片机做底层单个交通灯控制没有什么问题，但接着同样需要PLC做信号采集到远端中控室服务器，这样算起来的话，底层还不如用小型PLC来控制更好，且小PLC也不贵，控制一个路口交通灯足够，所以本设计采用PLC控制。2.3PLC选型分析模块化的PLC，包括CPU模块，I/O模块，内存，电源模块，背板或机架，这些模块可以按照一定的规则进行组合配置。本设计CPU选择的是CPU224。CPU224装配有：1.集成式24V编码器/负载电源:用于直接连接传感器和编码器。具有280mA输出电流，它也可用作负载电源。2.2种型号：带多种电源和
15、控制电压。3.内置数字量输入/输出：14个输入（I0.0I0.7、I1.0I1.5）和10个输出（Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1），在编写端子代码时采用八进制，没有0.8和0.9。4.1个通讯接口:作为PPI接口或用户可编程接口（FreePort）。本设计定时器选择的是TON。xx（37）：为选定的定时器号；PT（+10）：是定时器的设定值，用4位十进制数表示，定时单位为0.1秒，所以最低位是十分位。定时范围是0.13276.7秒。功能：定时时间到接通定时器接点。1.接通延时定时器用于单一时间间隔的定时。2.上电周期或首次扫描时，定时器位为OFF，当前值为0。3.输入端接通时，定时器位为OFF，当前值从0开始计时，当前值达到设定值时，定时器位为ON，当前值仍连续计数到32767。4.输入端断开，定时器自动复位，即定时器位为OFF，当前值为0。定时器相当于时间继电器。在电源掉电时，定时器复位。
