基于plc的智能交通控制系统_毕业论文(编辑修改稿)

基于plc的智能交通控制系统_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

济建设快速发展，人民生活水平不断提高，汽车保有量 逐年增加，交通问题日益显现。 我国部分大中城市 摒弃 了旧有的控制方式，一些先进的控制技 术逐 渐得到应用 ， 虽然在整体规模和层次上与世界发达国家还有不小差距，但 部分领域技术水平已处于世界先进位置。 目前，我国城市交通控制系统 不单单是对交叉口信号灯进行控制 ， 而是集交叉口信号灯控制和干线控制以及现代城市高速公路交通控制于一体的混合型交通 控制。 在我国的交通控制系统的进步行程中，若只依赖被动、微观和静态的传统模式的控制策略 ， 显然不能满足城市交通的需求。 必须突破传统 信号控制的研究方法，控制思想上要由被动控制向主动自适应控制发展 ； 控制技术上要借助于现代科学技术向智能化、集成化发展；控制规模上要由微观、中观控制 向宏观 、微观结合控制发展；控制模式上要由静态控制向动态诱导控制发展 ； 发展方向上要以我为主，充分结合我国的实际情况，发展适应我国国情的交通控制系统 [11]。 概而言之，要充分利用系统工程的思想和方法，加强对城市先进交通处理系统的硬件技术和软件技术研发。 我国智能交通控制系统起步较晚，交通信息集成和应用程度还比较落后，现有的交通显示屏基本上是静态交通信息，尚未形成真正意义上的智能交通控制。 为此，对智能交通控制系统必须要加快研发和实用化的步伐，满足新时期我国交通发展的需要。 只有采用新技术，探索各种新方法，才能为城 市交通控制开辟新的思路，才能实现城市智能交通系统，从而真正缓解城市交通与经济发展日趋尖锐的矛盾 [12]。 本文研究的内容 经过对本课题的深入研究以及对智能交通控制系统的分析，明确本次设计完成的主要内容如下： (1) 根据控制要求，提出智能交通控制系统的总体方案并进行论证。 详细分析系统实现智能控制的工作原理，并确定系统的整体结构。 (2) 对智能交通控制系统进行设计，完成该系统的硬件构建 和软件设计。 完成硬件设备的选型，相应电气图纸的设计以及 PLC控制程序的编写和调试，满足控制系统及工艺的基本要求。 (3) 利用组态软件对系统的监控部分进行设计，画面符合要求，美观实用， 能完成对系统的主要变量的实时监视和数据分析。 基于 PLC 的智能交通控制系统设计 4 2 总体 方案 设计 系统设计的目的是对 PLC 控制进行深入地学习和应用，完成对交通流量的实时统计与控制，并能利用上位机组态软件进行实时监控。 系统 设计的思路是采用地感线圈探测车辆的通过，并用 PLC 对车辆数量进行计数，利用 PLC 在顺序控制上的强大功能，对交通流量进行实时统计和控制。 工作原理 分析 本系统以十字路口等待绿灯的车辆滞留量来确定该方向 交通 是否繁忙。 为了简化处理，该系统控制的普通 十字路口的每个方向仅有直行车道，每个方向均设有红、黄、绿色直行交通灯。 如图 1所示， 在十字路口的东南西北四个方向的近端（ 停车线 附近）和远端（相距近端约 100米处）各 埋设 一个 地感线圈 ，分别统计通过该处的车辆数。 E2E1S 2S 1N 2N 1W2W1 图 1 十字路口地感线圈布置示意图 以南北方向为例，每当车辆驶近十字路口，必须先通过远端的 地感线圈 N1或 S1，这时 地感线圈 将对车辆产生一个脉冲信号传送至 PLC内通过 增指令 进行加 1运算，此时如果信号灯仍为绿灯，车辆继续前行通过十字路口则必然经 过近端的 地感线圈 N2或 S2，同样 地感线圈 对车辆产生一个脉冲信号传送至 PLC内通过 减指令 进行减 1运算。 基于 PLC 的智能交通控制系统设计 5 最终， PLC对 地感线圈 N1和 S1脉冲信号的计数就可记录驶近路口的车辆数 X， PLC对地感线圈 N2和 S2脉冲信号的计数就可记录驶出路口的车辆数 Y。 为了简化运算，将两个相对方向（南与北、东与西） X、 Y 的数值合并为一组，那么南北方向车辆的滞留量 Z1=XY。 同理可得， PLC通过对 地感线圈 脉冲信号的计数就可得到东西方向车辆的滞留量 Z2。 通过计算车辆的滞留量 Z1与 Z2的差值，从而决定对绿灯进行延时控制。 将此差值设为三个 区间进行判断如下： 如果 Z1－ Z2﹥ 10，则南北方向繁忙，东西正常，南北直行绿灯延长 10秒。 如果 Z1－ Z2﹤－ 10， 则东西方向繁忙，南北正常，东西直行绿灯延长 10秒。 如果 － 10≤Z1－ Z2≤10， 则视为正常情况，交通信号灯控制按固定周期变换。 车辆驶过产生的脉冲计数、车辆滞留量的双向比较以及绿灯延时时间的控制全部由 PLC来完成。 各 地感线圈 时刻检测车辆，在一个红绿灯周期中，每当东西或南北绿灯亮之前， PLC都要依据脉冲的计数判定东西、南北的车流规模，然后根据以上智能控制原则，调整绿灯时长。 系统结 构 系统主控制器选用西门子的 S7200系 列 PLC， 车流量检测装置采用基于电磁感应原理的地感线圈 ， 系统由 PLC控制器、 地感线圈 检测装置、信号转换装置 、 十字路口交通灯组等几部分组成 ， 如图 2所示。 地 地 地 地地 地地 地 地 地地 地P L C地地地地地地地地 图 2 系统结构图 系统运行过程中，首先， 地感线圈感应到车 辆 通过的信号 ， 该信号通过信号转换装置转换为 0～ 10V的标准电压信号输入到 PLC， PLC控制系统通过判断该信号的状态 ,经过数据处理和计算得到各路口实际车流量的数据 ， 自动控制系统根据各个路口的实际车流量自动调节其所在路口的信号灯的通行状态。 基于 PLC 的智能交通控制系统设计 6 3 系统硬件设计 车流量检测 地感线圈 的选型原则 地感线圈是本智能交通自控系统中的最主要的检测元件 ， 地感线圈的技术规格由车道的大小和埋设的深度决定 ， 地感线圈主要由内径 ， 外径 ， 线径和匝数四大因素组成 ， 一旦这四大因素确定 ， 线圈的规格型号即可确定 [13]。 地感线圈工作在最佳状态下时 ， 线圈的电感量应保持在 100uH—300uH之间 ， 在线圈电感不变的情况下 ， 线圈的匝数与周长有关系 ， 周长越小、匝数就越多 ， 线圈匝 数 可 参考表 1。 表 1 线圈匝数参考表 线圈周长 线圈匝数 300cm，电感 100uH—300uH 56匝 300—600cm 56匝 600—1000cm 45匝 1000—2500cm 3匝 2500cm以上 2匝 由于道路下可能埋设有各种电缆管线、钢筋、下水道盖等金属物质 ， 这些都会对线圈的实际电感值产生很大影响 ， 在实际施工时应使用电感测试仪实际测试地感线圈的电感值来确定施工的实际匝数 ， 保证线圈的最终电感值在合理的工作范围之内（如在 100uH—300uH 之间）。 否则 ， 应对线圈的匝 数进行调整 [14]。 在理想状况下（不考虑一切环境因素的影响 ）， 地感线圈只考虑面积的大小（或周长）和匝数 ， 可以不考虑导线的材质。 但在实际工程中 ， 必须考虑导线的机械强度和高低温抗老化问题 ， 在某些环境恶劣的地方还必须考虑耐酸碱腐蚀问题 [15]。 在实际的工程中 ， 建议采用。 若本系统中的十字路口模拟交通模型为 60*60cm， 根据实际十字路口的尺寸按比例缩放 ， 得到的车道大小约为3cm。 设计时选择的线圈内径为 * cm、外径为 * cm、线径为 、 匝 数为 180n。 信号转换装置 地感线圈的工作原理基于振荡电路原理 ,将地感线圈埋入地下，当有车辆经过时，基于 PLC 的智能交通控制系统设计 7 车的铁外壳使得线圈电感发生变化，将线圈接入振荡电路，使电感量的变化转换成谐振频率的变化。 信号转换装置是由一种基于电磁感应原理的信号转换线路构成 ， 该转换电路主要由两只三极管组成 的 共射极振荡器和地感线圈（电感元件）、电阻、电容等元件组成的耦合振荡电路组成 ， 信号转换装置的电路原理如图 3所示。 U19015R1R3R2GNDT4148473pFC1U29015R7R410KR5473pFC2C3R8输出信号+24V 图 3 信号转换装置电路原理图 Ul和 U2组成共射极振荡器 ， 电阻 R3是两只三极管的公共射极电阻 ， 并构成正反馈 ， 地感线圈 T作为。