基于PLC的交通灯模拟控制设计ppt课件.ppt
基于PLC的交通灯模拟控制设计,冯健强 2011-12,目录,引言,城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。交通系统是一个具有随机性,模糊性和不确定性的复杂系统，建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述，目前大多采用的是自适应信号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误，停车次数等。所以经典控制法很难得到满意的效果。而模糊控制是一种无需简历数学模型的方法，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路，达到很好的控制效果。近些年我国的许多学者也都一不同的思路对单个交叉口，交通干线的模糊控制进行了研究，但因研究的局限性，实际应用的寥寥无几。本文基于实现PLC交通信号的模糊控制系统。 根据前后流量来决定交通信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用PLC实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口4相位交通为例，把PLC作为模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行的稳定可靠，能根据不同的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡，不稳定带来的问题。关键词：PLC可编程控制器，交通信号灯，可靠性高。,第二章 交通信号控制系统分析,2.1十字路口交通灯控制实际情况描述（1）南北方向绿灯和东西方向的绿灯不能同时亮；如果同时亮，则应自动立即关闭信号灯系统，并立即发出报警信号。,（2）系统工作后，首先南北红灯亮并维持25s；与此同时，东西绿灯亮，并维持20s时间，到20s时，东西绿灯闪亮，闪亮3s后熄灭。,（3）在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持2s，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。,（4）东西红灯亮并维持30s；与此同时，南北绿灯亮并维持25s；然后，南北绿灯闪亮3s后熄灭。,2.2十字路口交通灯的路况画出模拟图,2.3 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验,在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，分别为：禁止通行灯 （亮时为红色）准备禁止通行灯 （亮时为黄色） 直通灯 （亮时为绿色）另外行人道东西南北每面都有2个控制灯,分别为：禁止通行灯 （亮时为红色）直通灯 （亮时为绿色） 结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下：当交通灯系统启动开关接通时，南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯 10S，绿灯闪亮2S（亮0.1 灭0.1）,黄灯2S和红灯14S。当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，黄灯，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪，黄灯。南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮，当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。除此之外另设两个功能，使用10个脉冲开关。实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流量。其中8个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过马路的时候，按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起，南北向主干道红灯闪亮，延迟10秒恢复原来的控制系统。南北向脉冲开关对应东西向功能相同，另外两个脉冲开可以控制车流量，当东西向主干道等待车量较多的时候，按下东西向控制脉冲开关，东西向主干道延长绿灯点亮时间到15秒。东西向行人道绿灯也要对应延长。南北向脉冲开关对应东西向功能相同。,第三章 交通灯控制系统设计,3.1 交通灯控制系统硬件设计3.1.1 PLC智能化控制交通灯的方法传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好。然而实际上交通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、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，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控 制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好。然而实际上交通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、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，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控 制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。具体由传感器采集后送入可编程序控制器。在十字路口的四个方向(E、S、W、N)的近端J(斑马线附近)和远端Y(距斑马线约100米处)各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分：其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2。然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行模糊推理运算得出延迟时t2，最后由t1和t2来实现对十字路口车流量的灵活控制。,3.1.2可编程控制器I/O端口分配,根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启与停止按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号和故障指示驱动信号。由于每一个方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯同时工作，为了节省输出点数，可采用并联输出方法。由此可知，该系统所需的输入点数为2，输出点数为7，全部是开关量，则可将I/O分配用下表示。,3.1.3 PLC的外部接线图,根据上述I/O表可知，I/O所需点数只有9点，故选用CPM2AH微型PLC即可。但本书还是以CS1为例，则PLC外部输入输出的信号接线如图6-19所示。其中，每一方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯并联，用PLC的同一个输出点。,3.2交通灯控制系统软件设计,3.2.1十字路口交通灯模拟控制时序图,3.2.2 流程图,3.2.3程序梯形图,根据对交通信号灯的控制要求及PLC控制系统的I/O分配的定义，可对PLC进行控制程序的设计，其梯形图如图6-20所示。下面对所设计的梯形图作几点说明：(1) 当按下启动按钮，0.00接通，中间继电器200.00接通，10.02线圈得电，南北红灯亮，与此同时，10.02的常开触点闭合，10.04线圈得电，东西绿灯亮。(2) 延时20秒后，TIM 006的常闭触点接通，与该接点串联的TIM 008的常开接点共同控制产生0.5秒的钟脉冲信号，使东西绿灯闪烁3s（闪烁6次）。(3) 经过3秒后，TIM 007的常闭接点断开，10.04线圈失电，东西绿灯熄灭。此时TIM 007的常开接点闭合，10.05线圈接通，东西黄灯亮2s。(4) 经过2秒后，TIM 005的常闭接点断开，10.05线圈失电，东西黄灯灭，这是启动TIM 000进入延时。(5) 延时25s后，TIM 000的常闭接点断开，10.02线圈失电，南北红灯灭；同时，TIM 000的常开接点闭合，10.06接通，东西红灯亮；由于10.06的常开接点闭合，10.00线圈得电，南北绿灯亮。南北绿灯工作25s后，系统的工作情况与上述类同。如果发生南北、东西绿灯同时亮，则系统出现故障，应立即报警处理。当系统需要停止工作时，只要按下停止按钮即可。,3.2.4 梯形图对应的语句表,步序 指令 注解0 LD 0.001 OR 200.002 AND-NOT 0.01 3 OUT 200.00 启动停止 4 LD-NOT 10.035 AND 200.006 AND-NOT TIM0047 OUT TIM0008 #0250 南北红灯工作延时9 LD TIM00010 OUT TIM00411 #0250 东西红灯工作延时12 LD-NOT 10.0313 AND 200.0014 AND-NOT TIM00015 OUT TIM00616 #0200 东西绿灯工作延时17 LD TIM00618 OUT TIM00719 #0030 东西绿灯闪烁延时20 LD TIM00721 OUT TIM00522 #0020 东西黄灯工作延时23 LD TIM00024 OUT TIM00125 #0200 南北绿灯工作延时26 LD TIM00127 OUT TIM00228 #0030 南北绿灯闪烁延时29 LD TIM00230 OUT TIM00331 #0020 南北黄灯工作延时32 LD-NOT 10.0333 AND-NOT TIM00034 AND 200.00,35 OUT 10.02 南北红灯工作36 LD TIM00037 OUT 10.06 东西红灯工作38 LD TIM00639 AND-NOT TIM00740 AND TIM00841 LD 10.0242 AND-NOT TIM00643 OR-LD44 OUT 10.04 东西绿灯工作及闪烁45 LD TIM00746 AND-NOT TIM00547 OUT 10.05 东西黄灯工作48 LD TIM00149 AND-NOT TIM00250 AND TIM00851 LD 10.0652 AND-NOT TIM00153 OR-LD54 OUT 10.00 南北绿灯工作及闪烁55 LD TIM00256 AND-NOT TIM00357 OUT 10.01 南北黄灯工作58 LD 200.0059 AND-NOT TIM00960 OUT TIM008 振荡电路61 #000562 LD TIM00863 OUT TIM009 振荡电路64 #000565 LD 10.0066 AND 10.0467 OUT 10.03 事故报警68 END,第四章 总结,4.1程序调试 经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。,4.2难点分析,其实现场实况车辆的流量是变化的，本设计只是对其路灯起到一个开关的作用，即开关量控制系统。由于所学知识及设备有限，无法对其路灯进行智能化控制，所以在编程时就没把智能控制这一块加上去，再加上编程软件无法下载，在画梯形图方面受到一点阻碍。下面我就对智能化控制路灯作一些原理上的介绍。本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。(1)行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算 。(2)盲人脉冲按键按下时要实现功能的同时不影响和它没关系的主干道盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的，如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况。要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开。(3)手动车流控制按键的控制方式手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制，但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况，如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。这就涉及到了一个请求和响应的关系。(4)交通灯的闪亮交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第86条第94条指令之间），此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。,4.3 收获和体会,通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。,
