基于PLC控制的交通管理系统设计

基于PLC控制的交通管理系统设计姓名：郭英杰学号：1030660205专业：机械与电子工程指导老师：鲍廷议摘要本次模拟交通灯控制系统设计，通过对现代城市交通控制与管理问题的现状的分析，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单的交通灯控制系统的PLC设计方案，其主要是设计其硬件电路。根据设计要求，选择30秒定时循环模块，画出信号灯的显示流程图；在选择好时间模块之后，再设计硬件电路，硬件电路是利用Multisim仿真软件绘制，绘制当中选择8个输入端口和8个输出端口的的输入输出模块，输入输出模块之间通过PLC梯形图程序实现逻辑连接，设计当中选择了启动、模块停止、总停、手动和自动开关按钮。设计好硬件电路之后，再利用三菱编程软件进行PLC编程，ABSTRACT目录前言...................................................................5第一章绪论..........................................错误!未定义书签。第一节PLC的概述..................................错误!未定义书签。第二节交通灯发展简介...............................错误!未定义书签。第三节设计方案的重述...............................错误!未定义书签。第二章交通灯控制系统设计..............................错误!未定义书签。第一节PLC机型的选择................................错误!未定义书签。第二节十字路口交通等模拟图.........................错误!未定义书签。第三节I/O接线图...................................错误!未定义书签。第四节各个时段的控制过程的设计.....................错误!未定义书签。第五节SFC控制程序设计.............................错误!未定义书签。第三章设计总结........................................错误!未定义书签。第一节程序调试.....................................错误!未定义书签。第二节难点分析.....................................错误!未定义书签。第三节收获和体会...................................错误!未定义书签。参考文献...............................................错误!未定义书签。附录指令表程序........................................错误!未定义书签。致谢...................................................错误!未定义书签。前言可编程序控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在日常生活中得到了广泛的应用。PLC是一种数字式运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，PLC的平均无故障运行时间（又称平均故障间隔时间MTBF）已经高达几十万小时。其次，PLC具有通用性强，使用方便的特点。由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作只是确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线。一个控制对象的硬件配置确定以后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。PLC还具有功能强，适应面广的特点，现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，还具有数值运算和数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行控制，也可以对模拟量进行控制，既可控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。PLC还具有通信联网的功能，可与上位计算机构成分布式控制系统。用户只需根据控制的规模和要求，适当选择PLC的型号和硬件配置，就可以组成所需的控制系统。随着交通的不断发展和汽车化进程的加快，交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化，已经成为引人注目的城市问题之一。。众所周知，缓解交通拥挤的最直接和最有效办法是增加道路网。但无论哪个国家的大城市，不可能无限制地修建道路，不论是资金因素还是土地因素，都限制了道路的无节制增长。因此，不可能通过无限制地修建道路来满足日益增长的交通需求。与此同时，通过限制车辆增加削减交通需求也因受到客观因素的制约而无法取得满意的结果。事实上，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，无论单独从车辆方面考虑还是从道路方面考虑，都很难从根本上解决道路拥挤的问题。道路交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。绪论城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方中国智能交通网式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。除了多时段多方案定时控制的使用，为了避免各交叉路口之间“各自为政”的孤立控制方式对交通流造成的频繁停车，还必须把相邻的交叉路口作为一个系统来统一地加以控制。1917年，在美国盐湖市开始使用联动式信号系统，把六个交叉路口作为一个系统，以人工方式加以集中控制。1922年，美国休斯顿市建立了一个同步系统，它以一个交通亭为中心控制十二个交叉路口。1928年，上述系统经过改进，形成“灵活步进式”定时系统;由于它简单、可靠、价格便宜，很快在美国推广普及。这种系统以后不断改进、完善，成为当今的协调控制系统。20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。伴随着城市交通信号控制系统的迅速发展。人们认识到，要更好地提高城市管理水平，不仅仅依靠硬件设备的更新和改进，还必须同时在控制逻辑和方法上有所突破，即城市交通的区域协调控制。传统的城市道路交通控制指的是区域交叉口信号灯控制，而城市交通的区域协调控制，是在整个城市范围内对交通进行控制，这无论是从理论角度还是实践角度，都是一个极其复杂的大系统控制问题。国外对城市区域交通控制的研究，开始于20世纪60年代初。1967年，英国运输与道路实验室(TRRL)成功开发出TRANSYT(TRAFFIONetworkStudyTools)交通控制系统，后来又在TRANSYT的基础上开发了SEOOT(splitCYELEandoffsetOptimizationTechnique)系统。澳大利亚在70年代末也开发了基于配时方案实时选择方法来实现路网协调控制的SCAT(SydneyCoordinatedAdaptiveTrafficMethod)系统。这些系统己经在西方国家的城市网络交通中取得了成功的应用。进入20世纪80年代后期，随着城市化进程的加快和汽车的普及，城市交通拥挤、阻塞现象日趋恶化，由此引发的事故、噪声和环境污染己成为日益严重的社会问题，交通问题成为困扰世界各国的普遍性难题。人们对交通系统的规模复杂性和开放性特征有了更深一层的认识，并开始意识到单独考虑车辆或道路方面很难从根本上解决交通拥挤现象，只有把路口交通流运行与信号控制的藕合作用综合考虑，且赋以现代的各种高新技术方可彻底消除有关问题。于是，智能交通系统(ITS)应运而生，并得到迅猛发展。除在技术和功能上得到增强和完善的SCOOT和SCATS以外，STREAM、ITACA、MOTION、RT-TRACS、SURFZ000、PRODYN和UTOPIA等新一代城市交通控制系统相继推出并投入应用。目前城市交通控制研究的新发展主要体现在城市交通网络的各个方面:区域交通信号灯和城市快速公路匝道口的新的控制方法上;实现区域和快速公路的集成控制;采用动态路由导航与交通网络控制结合:以实现先进车辆控制系统AVCS为主的智能交通系统(ITS);以实现先进交通管理系统ATMS和先进驾驶员信息系统ATIS为主的城市多智能体交通控制系统;以及一些辅助的交通策略如道路自动计费、公共交通优先等。可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了无感应控制到有感应控制、手动控制到自动控制再到智能控制、单点控制(点控)到干线控制(线控)再到区域控制和网络控制(面控)的过程。随着社会经济的发展,城市交通问题引起越来越多的人的关注，交通问题成为制约我我国经济发展的一个大问题,因为我国人口较多，所以大部分城市都会出现交通拥堵现象，特别是一些大城市.随着社会的发展，一个城市的交通是否便捷是衡量其是否具有发展潜力的重要指标，随着城市车辆的不断增加，大部分城市的交通出现了超负荷运行的情况，所以交通问题已经成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。因此城市纷纷修建了高速道路，然而,随着私家车和机车的不断增多,导致交通量快速的增长，所以高速道路并没有发挥出其预期的作用。如何采用合适的控制方法，最大限度的利用好城市高速道路，缓解主干道，还有城区同周边地区的交通拥堵现象，已经成为交通部门亟待解决的重要问题。可见改善城市交通灯控制系统是很重要的一件事情。在交通灯的设计中，现在一般都是采用PLC（ProgrammableLogicController）。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编