本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于plc的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于PLC的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注，我國(guó)許多大中城市的交通壓力都非常大。所以，改善與提高現(xiàn)有的交通系統(tǒng)的工作效率，加強(qiáng)交通路口的信號(hào)燈控制和監(jiān)控是非常重要的。</p><p>　　解決好交通信號(hào)燈控制問(wèn)

2、題將是保障交通有序、安全、快速運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。但現(xiàn)有的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)都是單一的固定時(shí)序控制, 不能夠根據(jù)實(shí)際交通狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。</p><p>　　本文主要使用PLC和地感線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)智能交通控制。在十字路口相應(yīng)的位置埋設(shè)地感線圈，對(duì)此路段上的車流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)車流量的變化，改變綠燈的控制時(shí)間，可以實(shí)時(shí)地對(duì)綠燈資源進(jìn)行合理調(diào)配，提高十字路口的通行能力，緩解交通擁擠，達(dá)到最優(yōu)控制。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件

3、設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，最后用iFIX工程組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控，達(dá)到了比較滿意的可視化效果，并實(shí)現(xiàn)了模擬真實(shí)環(huán)境的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 智能交通 地感線圈 車流量 延時(shí)控制</p><p>　　THE DESIGN OF INTELLIGENT TRAFFIC CONTROL SYSTEM BASED ON PLC</p><p><b>　　

4、ABSTRACT </b></p><p>　　Along with the development of the society economy, the city transportation problem causes our concern more and more, and traffic pressure in many large and medium-sized cities in

5、 China is very great. Therefore, to improve and enhance efficiency of the existing transport system, strengthen the control of traffic lights and monitor the situation is very important.</p><p>　　The traffic

6、 light control is important for urban traffic safety and high efficiency. But all the traffic light control are working in standing sequence, and are unable to make adjustment with different traffic flow.</p><

7、p>　　In the design of the paper, one method of the intelligent traffic control is used which combines the PLC and the induction coil. Induction coils are preburied at the correspond- ing crossroads to make statistics o

8、f the vehicle flow, according to which the control time of the green lights is changed, then, the resource of the green light is reasonably distributed to improve the traffic capacity at the crossroads. PLC could self re

9、gulate the time of traffic light, and reach the best of control. Th</p><p>　　KEY WORDS intelligent traffic induction coil vehicle flowrate time-delay control</p><p><b>　　目 錄</b&g

10、t;</p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p><b>　　英文摘要II</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>

11、　　1.2 課題研究背景2</p><p>　　1.3 本文研究的內(nèi)容3</p><p>　　2 總體方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 工作原理分析4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 車流

12、量檢測(cè)6</p><p>　　3.1.1 地感線圈的選型原則6</p><p>　　3.1.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置6</p><p>　　3.2 用PLC實(shí)現(xiàn)智能交通控制8</p><p>　　3.2.1 PLC的I/O地址分配及選型8</p><p>　　3.2.2 PLC的外部接線及系統(tǒng)原理9<

13、;/p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1 系統(tǒng)的控制要求10</p><p>　　4.2 程序重點(diǎn)部分分析11</p><p>　　4.2.1 通行車輛計(jì)數(shù)11</p><p>　　4.2.2 延時(shí)控制的選擇12</p><p>　　5 系統(tǒng)仿真1

14、3</p><p>　　5.1 組態(tài)軟件選取13</p><p>　　5.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建立13</p><p>　　5.3 智能交通控制系統(tǒng)監(jiān)控主界面設(shè)計(jì)15</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)17</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><

15、;p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　附錄一19</b></p><p>　　附錄二錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　附錄三錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p&g

16、t;<b>　　1.1 引言</b></p><p>　　城市交通系統(tǒng)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的“血液循環(huán)系統(tǒng)”，是衡量一個(gè)城市文明進(jìn)步的標(biāo)志。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市規(guī)模不斷膨脹，城市的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和社會(huì)活動(dòng)日益繁忙，交通量持續(xù)增長(zhǎng)，使得交通擁擠和阻塞現(xiàn)象越來(lái)越突出，從而引發(fā)的交通問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)越來(lái)越受到交通部門的重視。因此如何采用一種科學(xué)的控制方法，建立一套城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

17、、交通信號(hào)控制與交通疏導(dǎo)的綜合管理系統(tǒng)，成為現(xiàn)代城市交通管理部門亟待解決的重要問(wèn)題之一[1]。</p><p>　　目前，我國(guó)城市十字路口的交通控制系統(tǒng)基本上都采用定時(shí)控制方式。通常的做法是事先經(jīng)過(guò)交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)兩個(gè)方向紅綠燈設(shè)置固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔[2]。然而實(shí)際十字路口車輛的流量是隨機(jī)和變幻莫測(cè)的，有的路口在不同的時(shí)段可能會(huì)有很大的差異，并且經(jīng)常受到人為因素的影響。因此常常出現(xiàn)下面的情況，當(dāng)某條

18、道路的車流量很大卻要等待紅燈，而此時(shí)另一條空道或車流量相對(duì)少得多的道路卻依然按原定時(shí)間亮著綠燈。因此固定時(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，為克服這種少車路口綠燈時(shí)無(wú)車通行或多車路口綠燈通行時(shí)間短而堵車等資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，出現(xiàn)了智能交通控制系統(tǒng)[3]，它能夠根據(jù)流量變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的

19、時(shí)間長(zhǎng)度，最大限度地減少十字路口的車輛滯流現(xiàn)象，有效的緩解交通擁擠，實(shí)現(xiàn)交通控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制，從而大大的提高交通控制系統(tǒng)的效率。</p><p>　　當(dāng)前的智能交通控制系統(tǒng)有以紅外感應(yīng)車流量的、有桉預(yù)定時(shí)間段改變通行時(shí)間的、有以電視監(jiān)控信息來(lái)干預(yù)的等多種方法與手段，各有特點(diǎn)。隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，城市化的推進(jìn)與私家車數(shù)量的猛增，道路交通擁擠的問(wèn)題日益突出，可以預(yù)見(jiàn)，智能交通控制系統(tǒng)將具有廣大的應(yīng)用前景

20、。因此，研究智能交通控制系統(tǒng)具有相當(dāng)大的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值[4]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是一個(gè)以車流量為核心的智能交通自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)使用地感線圈檢測(cè)車流量，并利用PLC在順序控制上的強(qiáng)大功能，對(duì)交通流量進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和控制，實(shí)現(xiàn)十字路口交通系統(tǒng)的智能控制。隨著數(shù)字化城市建設(shè)的進(jìn)程，對(duì)城市交通的要求不僅是智能化，而是網(wǎng)絡(luò)化、信息化。</p><p>　　1.2 課題研究背景<

21、/p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快和機(jī)動(dòng)車輛的迅猛增加, 城市交通問(wèn)題日益嚴(yán)重。城市交通擁擠不僅造成交通事故頻發(fā)、車輛延誤增大，而且進(jìn)一步帶來(lái)能源浪費(fèi)和環(huán)境污染的加劇，由此引起的不良社會(huì)后果更是難以估計(jì)。城市交通問(wèn)題的解決能有效的控制城市交通狀況，減少交通擁擠，減少環(huán)境污染，提高經(jīng)濟(jì)效益，保證城市的持續(xù)化發(fā)展。</p><p>　　解決城市交通問(wèn)題的根本途徑有兩條，一是加快

22、道路設(shè)施規(guī)劃建設(shè)，健全城市道路網(wǎng)絡(luò)體系，這種方法是一種外延型的發(fā)展途徑。二是采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，對(duì)城市交通進(jìn)行現(xiàn)代化的管理與控制，提高現(xiàn)有道路的通行能力，這是一種內(nèi)涵的方法[5]。誠(chéng)然道路設(shè)施是發(fā)展城市交通、滿足各種交通需求的物質(zhì)載體，但受到道路建設(shè)資金和城市土地空間的限制。例如，我國(guó)許多大城市建設(shè)地鐵或輕軌以緩解交通壓力。但是，建設(shè)地鐵或輕軌需要大量的資金與時(shí)間，這對(duì)大多數(shù)中小城市都不現(xiàn)實(shí)。所以，加強(qiáng)交通管理與控制是公認(rèn)的效益顯著、投

23、資少的方法。當(dāng)前，改善與提高現(xiàn)有的交通系統(tǒng)的效率已成為當(dāng)務(wù)之急，而提高交通控制系統(tǒng)的效率更是重中之重[6]。</p><p>　　20世紀(jì)80年代以后，世界各國(guó)的交通控制出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展熱潮，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，交通運(yùn)輸組織與優(yōu)化理論的不斷提高，交通控制手段越來(lái)越先進(jìn)，形成了一批高水平有實(shí)效的城市道路交通控制系統(tǒng)。當(dāng)今世界各國(guó)廣泛使用的最有代表性且有成效的交通控制系統(tǒng)有澳大利亞的SCAT系統(tǒng)、英國(guó)

24、的TRANSYT系統(tǒng)和SCOOT系統(tǒng)[7]。</p><p>　　TRANSYT(Traffic Network Study Tools)系統(tǒng)自1968年問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷不斷地改進(jìn)，已經(jīng)發(fā)展成為先進(jìn)的TRAN-SYT/9型。作為最成功的靜態(tài)智能交通控制系統(tǒng)，雖然已經(jīng)被世界400多個(gè)城市所使用，但是由于其計(jì)算量較大，很難獲得整體最優(yōu)的配時(shí)方案，同時(shí)需要大量的路網(wǎng)幾何尺寸和交通流數(shù)據(jù)[8]。SCOOT(Split、Cy

25、ele and Offset OptimizationTechnique)系統(tǒng)采用聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)控制的動(dòng)態(tài)模式，對(duì)周期、綠信比和相位差進(jìn)行控制，采用小步長(zhǎng)尋優(yōu)方法，相對(duì)TRANSYT而言具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。但SCOOT相位不能自動(dòng)改變，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)相當(dāng)繁瑣等缺點(diǎn)也急需改進(jìn)[9]。SCAT(Sydney Coordinated Adaptive TrafficMethod)系統(tǒng)由澳大利亞工程技術(shù)人員采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，呈計(jì)算機(jī)分層遞階形式

26、。采用地區(qū)級(jí)聯(lián)機(jī)控制，中央級(jí)聯(lián)機(jī)與脫機(jī)同時(shí)進(jìn)行的控制模式。SCAT系統(tǒng)充分體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)易于更改，控制方案容易變換。但是，SCAT系統(tǒng)過(guò)分依賴計(jì)算機(jī)硬件，無(wú)車流實(shí)時(shí)信息反饋，可靠性較低[1</p><p>　　20世紀(jì)70年代末以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，汽車保有量逐年增加，交通問(wèn)題日益顯現(xiàn)。我國(guó)部分大中城市摒棄了舊有的控制方式，一些先進(jìn)的控制技術(shù)逐漸得到應(yīng)用，雖然在整

27、體規(guī)模和層次上與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還有不小差距，但部分領(lǐng)域技術(shù)水平已處于世界先進(jìn)位置。目前，我國(guó)城市交通控制系統(tǒng)不單單是對(duì)交叉口信號(hào)燈進(jìn)行控制，而是集交叉口信號(hào)燈控制和干線控制以及現(xiàn)代城市高速公路交通控制于一體的混合型交通控制。</p><p>　　在我國(guó)的交通控制系統(tǒng)的進(jìn)步行程中，若只依賴被動(dòng)、微觀和靜態(tài)的傳統(tǒng)模式的控制策略，顯然不能滿足城市交通的需求。必須突破傳統(tǒng)信號(hào)控制的研究方法，控制思想上要由被動(dòng)控制向主動(dòng)自適

28、應(yīng)控制發(fā)展；控制技術(shù)上要借助于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)向智能化、集成化發(fā)展；控制規(guī)模上要由微觀、中觀控制向宏觀、微觀結(jié)合控制發(fā)展；控制模式上要由靜態(tài)控制向動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)控制發(fā)展；發(fā)展方向上要以我為主，充分結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，發(fā)展適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的交通控制系統(tǒng)[11]。概而言之，要充分利用系統(tǒng)工程的思想和方法，加強(qiáng)對(duì)城市先進(jìn)交通處理系統(tǒng)的硬件技術(shù)和軟件技術(shù)研發(fā)。 </p><p>　　我國(guó)智能交通控制系統(tǒng)起步較晚，交通信息集成和應(yīng)用程度

29、還比較落后，現(xiàn)有的交通顯示屏基本上是靜態(tài)交通信息，尚未形成真正意義上的智能交通控制。為此，對(duì)智能交通控制系統(tǒng)必須要加快研發(fā)和實(shí)用化的步伐，滿足新時(shí)期我國(guó)交通發(fā)展的需要。只有采用新技術(shù)，探索各種新方法，才能為城市交通控制開(kāi)辟新的思路，才能實(shí)現(xiàn)城市智能交通系統(tǒng)，從而真正緩解城市交通與經(jīng)濟(jì)發(fā)展日趨尖銳的矛盾[12]。</p><p>　　1.3 本文研究的內(nèi)容</p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)本課題

30、的深入研究以及對(duì)智能交通控制系統(tǒng)的分析，明確本次設(shè)計(jì)完成的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　(1) 根據(jù)控制要求，提出智能交通控制系統(tǒng)的總體方案并進(jìn)行論證。詳細(xì)分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制的工作原理，并確定系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(2) 對(duì)智能交通控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成該系統(tǒng)的硬件構(gòu)建和軟件設(shè)計(jì)。完成硬件設(shè)備的選型，相應(yīng)電氣圖紙的設(shè)計(jì)以及PLC控制程序的編寫(xiě)和調(diào)試，滿足控制系統(tǒng)及工

31、藝的基本要求。</p><p>　　(3) 利用組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫(huà)面符合要求，美觀實(shí)用，能完成對(duì)系統(tǒng)的主要變量的實(shí)時(shí)監(jiān)視和數(shù)據(jù)分析。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是對(duì)PLC控制進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)和應(yīng)用，完成對(duì)交通流量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)與控制，并能利用上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

32、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路是采用地感線圈探測(cè)車輛的通過(guò)，并用PLC對(duì)車輛數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，利用PLC在順序控制上的強(qiáng)大功能，對(duì)交通流量進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和控制。</p><p>　　2.1 工作原理分析</p><p>　　本系統(tǒng)以十字路口等待綠燈的車輛滯留量來(lái)確定該方向交通是否繁忙。為了簡(jiǎn)化處理，該系統(tǒng)控制的普通十字路口的每個(gè)方向僅有直行車道，每個(gè)方向均設(shè)有紅、黃、綠色直行交通燈。如圖1所示，在十字路口的東

33、南西北四個(gè)方向的近端（停車線附近）和遠(yuǎn)端（相距近端約100米處）各埋設(shè)一個(gè)地感線圈，分別統(tǒng)計(jì)通過(guò)該處的車輛數(shù)。</p><p>　　以南北方向?yàn)槔慨?dāng)車輛駛近十字路口，必須先通過(guò)遠(yuǎn)端的地感線圈N1或S1，這時(shí)地感線圈將對(duì)車輛產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)傳送至PLC內(nèi)通過(guò)增指令進(jìn)行加1運(yùn)算，此時(shí)如果信號(hào)燈仍為綠燈，車輛繼續(xù)前行通過(guò)十字路口則必然經(jīng)過(guò)近端的地感線圈N2或S2，同樣地感線圈對(duì)車輛產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)傳送至PLC內(nèi)通過(guò)

34、減指令進(jìn)行減1運(yùn)算。最終，PLC對(duì)地感線圈N1和S1脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)就可記錄駛近路口的車輛數(shù)X，PLC對(duì)地感線圈N2和S2脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)就可記錄駛出路口的車輛數(shù)Y。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，將兩個(gè)相對(duì)方向（南與北、東與西）X、Y 的數(shù)值合并為一組，那么南北方向車輛的滯留量Z1=X-Y。同理可得，PLC通過(guò)對(duì)地感線圈脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)就可得到東西方向車輛的滯留量Z2。通過(guò)計(jì)算車輛的滯留量Z1與Z2的差值，從而決定對(duì)綠燈進(jìn)行延時(shí)控制。將此差值設(shè)為三個(gè)區(qū)間進(jìn)行

35、判斷如下：</p><p>　　如果Z1－Z2﹥10，則南北方向繁忙，東西正常，南北直行綠燈延長(zhǎng)10秒。</p><p>　　如果Z1－Z2﹤－10，則東西方向繁忙，南北正常，東西直行綠燈延長(zhǎng)10秒。</p><p>　　如果－10≤Z1－Z2≤10，則視為正常情況，交通信號(hào)燈控制按固定周期變換。</p><p>　　車輛駛過(guò)產(chǎn)生的脈沖計(jì)數(shù)、

36、車輛滯留量的雙向比較以及綠燈延時(shí)時(shí)間的控制全部由PLC來(lái)完成。各地感線圈時(shí)刻檢測(cè)車輛，在一個(gè)紅綠燈周期中，每當(dāng)東西或南北綠燈亮之前，PLC都要依據(jù)脈沖的計(jì)數(shù)判定東西、南北的車流規(guī)模，然后根據(jù)以上智能控制原則，調(diào)整綠燈時(shí)長(zhǎng)。</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　系統(tǒng)主控制器選用西門子的S7-200系列PLC，車流量檢測(cè)裝置采用基于

37、電磁感應(yīng)原理的地感線圈，系統(tǒng)由PLC控制器、地感線圈檢測(cè)裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、十字路口交通燈組等幾部分組成，如圖2所示。</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，首先，地感線圈感應(yīng)到車輛通過(guò)的信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為0～10V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)輸入到PLC，PLC控制系統(tǒng)通過(guò)判斷該信號(hào)的狀態(tài),經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和計(jì)算得到各路口實(shí)際車流量的數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)路口的實(shí)際車流量自動(dòng)調(diào)節(jié)其所在路口的信號(hào)燈的通行狀態(tài)。&

38、lt;/p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 車流量檢測(cè)</p><p>　　3.1.1 地感線圈的選型原則</p><p>　　地感線圈是本智能交通自控系統(tǒng)中的最主要的檢測(cè)元件，地感線圈的技術(shù)規(guī)格由車道的大小和埋設(shè)的深度決定，地感線圈主要由內(nèi)徑，外徑，線徑和匝數(shù)四大因素組成，一

39、旦這四大因素確定，線圈的規(guī)格型號(hào)即可確定[13]。地感線圈工作在最佳狀態(tài)下時(shí)，線圈的電感量應(yīng)保持在100uH—300uH之間，在線圈電感不變的情況下，線圈的匝數(shù)與周長(zhǎng)有關(guān)系，周長(zhǎng)越小、匝數(shù)就越多，線圈匝數(shù)可參考表1。</p><p>　　表1 線圈匝數(shù)參考表</p><p>　　由于道路下可能埋設(shè)有各種電纜管線、鋼筋、下水道蓋等金屬物質(zhì)，這些都會(huì)對(duì)線圈的實(shí)際電感值產(chǎn)生很大影響，在實(shí)際施工

40、時(shí)應(yīng)使用電感測(cè)試儀實(shí)際測(cè)試地感線圈的電感值來(lái)確定施工的實(shí)際匝數(shù)，保證線圈的最終電感值在合理的工作范圍之內(nèi)（如在100uH—300uH 之間）。否則，應(yīng)對(duì)線圈的匝數(shù)進(jìn)行調(diào)整[14]。</p><p>　　在理想狀況下（不考慮一切環(huán)境因素的影響），地感線圈只考慮面積的大?。ɑ蛑荛L(zhǎng)）和匝數(shù)，可以不考慮導(dǎo)線的材質(zhì)。但在實(shí)際工程中，必須考慮導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度和高低溫抗老化問(wèn)題，在某些環(huán)境惡劣的地方還必須考慮耐酸堿腐蝕問(wèn)題[15

41、]。在實(shí)際的工程中，建議采用0.1cm以上鐵氟龍高溫多股軟導(dǎo)線。若本系統(tǒng)中的十字路口模擬交通模型為60*60cm，根據(jù)實(shí)際十字路口的尺寸按比例縮放，得到的車道大小約為3cm。設(shè)計(jì)時(shí)選擇的線圈內(nèi)徑為1.8*2.3 cm、外徑為2.0*2.5 cm、線徑為0.05cm、匝數(shù)為180n。</p><p>　　3.1.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置</p><p>　　地感線圈的工作原理基于振蕩電路原理,將地

42、感線圈埋入地下，當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，車的鐵外殼使得線圈電感發(fā)生變化，將線圈接入振蕩電路，使電感量的變化轉(zhuǎn)換成諧振頻率的變化。信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置是由一種基于電磁感應(yīng)原理的信號(hào)轉(zhuǎn)換線路構(gòu)成，該轉(zhuǎn)換電路主要由兩只三極管組成的共射極振蕩器和地感線圈（電感元件）、電阻、電容等元件組成的耦合振蕩電路組成，信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置的電路原理如圖3所示。</p><p>　　Ul和U2組成共射極振蕩器，電阻R3是兩只三極管的公共射極電阻，并構(gòu)成正反饋

43、，地感線圈T作為檢測(cè)器諧振電路中的一個(gè)電感元件，與振蕩回路一起形成LC諧振。當(dāng)有大的金屬物（汽車）通過(guò)時(shí)，由于空間介質(zhì)發(fā)生變化引起了振蕩頻率的變化（有金屬物體時(shí)振蕩頻率升高），將會(huì)使線圈中單位電流產(chǎn)生的磁通量增加，從而導(dǎo)致線圈電感值發(fā)生微小變化，進(jìn)而改變LC諧振的頻率，這個(gè)頻率的變化就作為有汽車經(jīng)過(guò)地感線圈的路面時(shí)的輸入信號(hào)，再將此信號(hào)通過(guò)由R4和C3組成的LC濾波電路，輸出穩(wěn)定的直流電壓（0～10V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)），此電壓即可輸入到P

44、LC系統(tǒng)。</p><p>　　3.2 用PLC實(shí)現(xiàn)智能交通控制</p><p>　　目前智能交通控制的設(shè)計(jì)方案有很多，有采用CPLD數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈智能控制的設(shè)計(jì)，有采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通控制設(shè)計(jì)的方案[16]。而本智能系統(tǒng)采用PLC實(shí)現(xiàn)智能交通控制，并通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)十字路口車流量自動(dòng)調(diào)節(jié)綠燈時(shí)間的控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.1

45、PLC的I/O地址分配及選型</p><p>　　經(jīng)過(guò)分析后，可得出系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)及其I/O地址分配如表2所示。</p><p>　　表2 I/O分配表</p><p>　　在PLC選型時(shí)，由于目前市場(chǎng)上的PLC種類繁多，生產(chǎn)公司不同，PLC的結(jié)構(gòu)和編程語(yǔ)言也會(huì)有差異，而西門子S7-200系列PLC具有體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，具有豐富的功能模塊和強(qiáng)大的指

46、令系統(tǒng)，這就使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)其復(fù)雜控制功能，并且可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求[17]。又由于其編程易于掌握，指令豐富，因此在本設(shè)計(jì)中選用S7-200系列PLC。</p><p>　　由系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)及其I/O地址分配，結(jié)合CPU224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，8KB用戶程序區(qū)和5KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，1個(gè)RS485通信/編程口和7個(gè)擴(kuò)展模塊的特點(diǎn)，所以可選用CPU224。<

47、/p><p>　　3.2.2 PLC的外部接線及系統(tǒng)原理</p><p>　　在該控制系統(tǒng)中，PLC采用繼電器輸出直接驅(qū)動(dòng)交通燈。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”，故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p>　　P

48、LC的外部接線及系統(tǒng)原理圖如下圖4所示。其中，PLC、交通燈和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路均采用DC24V開(kāi)關(guān)電源供電；開(kāi)關(guān)電源型號(hào)為DR-120-24，電流為5A。交通燈型號(hào)為JD200-3-35-2A，環(huán)境工作溫度為－40℃～＋80℃，工作電壓為24VDC。</p><p>　　PLC外部電源電路設(shè)計(jì)見(jiàn)附圖。其中，當(dāng)空氣開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源指示燈亮，電源開(kāi)始正常供電，當(dāng)電路中出現(xiàn)短路或過(guò)載情況時(shí)，空氣開(kāi)關(guān)會(huì)斷開(kāi)電源，保護(hù)電路及相

49、關(guān)設(shè)備。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　上電后，控制系統(tǒng)開(kāi)始工作。先進(jìn)行程序初始化，寄存器清零并開(kāi)始計(jì)數(shù)。如前文2.1中所述，通過(guò)計(jì)算車輛的滯留量Z1與Z2的差值，從而決定是否對(duì)綠燈進(jìn)行延時(shí)控制。如果－10≤Z1－Z2≤10，則視為正常情況，交通信號(hào)燈控

50、制按固定周期變換。如果Z1－Z2﹥10，則南北方向繁忙，東西正常，南北直行綠燈延長(zhǎng)10秒。如果Z1－Z2﹤－10，則東西方向繁忙，南北正常，東西直行綠燈延長(zhǎng)10秒。依次循環(huán)檢測(cè)對(duì)交通燈進(jìn)行自動(dòng)控制。根據(jù)設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)的控制流程如下圖所示。</p><p>　　4.2 程序重點(diǎn)部分分析</p><p>　　4.2.1 通行車輛計(jì)數(shù)</p><p>　　在程序中，怎

51、樣對(duì)車輛脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)是很重要的。經(jīng)過(guò)反復(fù)思考和編程，我最終選擇了利用增減指令對(duì)車輛脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣可以很容易得出各方向上的車輛數(shù)量。具體程序如下圖所示：</p><p>　　4.2.2 延時(shí)控制的選擇</p><p>　　在設(shè)計(jì)方案里，怎樣利用南北方向與東西方向車輛滯留量的差值進(jìn)行延時(shí)控制的選擇是關(guān)鍵的一步。經(jīng)過(guò)不斷的探討，我選擇了比較指令來(lái)實(shí)現(xiàn)這一選擇。具體程序如下：</p&g

52、t;<p>　　根據(jù)延時(shí)條件的不同可選擇不同的方式進(jìn)行控制，若延時(shí)條件均不滿足，則按車流量正常處理。具體程序見(jiàn)附錄一。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　5.1 組態(tài)軟件選取</p><p>　　在系統(tǒng)仿真過(guò)程中，我選用的是iFIX組態(tài)軟件。iFIX軟件可作為一個(gè)“進(jìn)入過(guò)程的窗口”，并提供實(shí)

53、時(shí)數(shù)據(jù)給操作員及軟件應(yīng)用，由于具有很好的開(kāi)放性、安全性以及擴(kuò)展性，成為了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域最流行的工控組態(tài)軟件之一[18]。</p><p>　　iFIX軟件是以SCADA(數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控)組件為核心。SCADA的基本功能是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理，保證數(shù)據(jù)的完整性，并且提供完整的分布式網(wǎng)絡(luò)功能。數(shù)據(jù)采集就是從現(xiàn)場(chǎng)獲取數(shù)據(jù)并將它們加工成可利用的形式。iFIX也可以向現(xiàn)場(chǎng)寫(xiě)數(shù)據(jù)，這樣就建立了控制軟件所需的雙向連接。iFIX不

54、需要用特別的硬件來(lái)獲得數(shù)據(jù)，而是通過(guò)一個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)器兼容它們，這在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中顯得尤為重要。數(shù)據(jù)管理包括通過(guò)掃描、報(bào)警和控制程序從驅(qū)動(dòng)程序映像列表中讀取數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再將數(shù)據(jù)傳送到過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)以及從內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)函數(shù)、讀取數(shù)據(jù)，并傳達(dá)到需要的應(yīng)用中等功能[19]。</p><p>　　人機(jī)交互HMI是iFIX軟件的另一個(gè)重要組件，它具有強(qiáng)大的圖形編輯功能。iFIX 提供了強(qiáng)大的人機(jī)交互平臺(tái)，它以直觀的界面把所

55、有的系統(tǒng)組件都集成在一個(gè)單獨(dú)的開(kāi)發(fā)環(huán)境中，具有微軟界面風(fēng)格。該人機(jī)交互平臺(tái)特有的動(dòng)畫(huà)向?qū)?，智能圖符生成向?qū)У葟?qiáng)大的圖形工具方便了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，標(biāo)簽組編輯器大量節(jié)省系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，并且內(nèi)置了易學(xué)易用的VBA這一計(jì)算機(jī)語(yǔ)言系統(tǒng)，使得無(wú)論是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員，還是應(yīng)用人員都能很快上手。</p><p>　　基于iFIX軟件的強(qiáng)大功能和在工業(yè)自動(dòng)化中的廣泛應(yīng)用，我選用了這一軟件完成系統(tǒng)仿真。</p><p&

56、gt;　　5.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建立</p><p>　　在進(jìn)行系統(tǒng)仿真時(shí)，首先應(yīng)建立數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)是iFIX系統(tǒng)的核心，它從硬件中獲取或給硬件發(fā)送過(guò)程數(shù)據(jù)，由標(biāo)簽（塊）組成。數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽（塊）是獨(dú)立一個(gè)單元，可以接收、檢查、處理并輸出過(guò)程值。</p><p>　　數(shù)據(jù)庫(kù)以電子數(shù)據(jù)表的形式出現(xiàn)：每一行是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽，每一列是一個(gè)域。數(shù)據(jù)庫(kù)編輯器用來(lái)創(chuàng)建和編輯數(shù)據(jù)庫(kù)塊，它可以打開(kāi)節(jié)點(diǎn)列表

57、（SCU中定義）中任何 SCADA節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。</p><p>　　數(shù)據(jù)庫(kù)中有數(shù)字量輸入DI和數(shù)字量輸出DO。DI表示每掃描一次，數(shù)字量輸入塊從DIT 表中的I/O地址中讀取數(shù)字量數(shù)據(jù)；DO表示每接收到的值，數(shù)字量輸出塊把一模擬量信號(hào)送入DIT表中的 I/O 地址。DI和DO的建立過(guò)程如圖9和圖10所示：</p><p>　　根據(jù)本文中系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)設(shè)置，按上述過(guò)程，可建立智能交通控制

58、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，如下圖11所示。</p><p>　　5.3 智能交通控制系統(tǒng)監(jiān)控主界面設(shè)計(jì)</p><p>　　監(jiān)控界面是系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交流的窗口，界面設(shè)計(jì)要美觀實(shí)用，簡(jiǎn)潔易懂。交通系統(tǒng)監(jiān)控主界面如下圖12所示。主界面以圖形形式，直觀顯示了系統(tǒng)所控制的一個(gè)十字路口，在路口的每個(gè)進(jìn)口道設(shè)置信號(hào)燈，由此可清楚地顯示當(dāng)前信號(hào)燈的狀態(tài)。</p><p>　　主界面中還設(shè)有

59、視頻窗口，可清楚地監(jiān)控到十字路口處的交通狀況。在界面切換時(shí)，可通過(guò)編輯腳本進(jìn)行切換。如圖12中所示，可點(diǎn)擊“東風(fēng)路文化路十字路口”進(jìn)入下一界面，以達(dá)到同時(shí)監(jiān)控不同路口的目的。該過(guò)程中所編輯的腳本為：</p><p>　　Private Sub Group7_Click()</p><p>　　openpicture "路口2"</p><p>&

60、lt;b>　　End Sub</b></p><p>　　通過(guò)該腳本進(jìn)入的“東風(fēng)路文化路十字路口”監(jiān)控界面如下圖所示：</p><p>　　由此可見(jiàn)，利用交通監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)路口，達(dá)到及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)控交通狀況的目的。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>

61、　　本文以單十字路口為對(duì)象，根據(jù)交通控制需求，完成了基于PLC的智能交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。論文包括系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真等。在總體方案設(shè)計(jì)中，首先確定了智能交通控制系統(tǒng)的控制方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)采用通過(guò)判斷不同條件來(lái)確定是否選用延時(shí)控制這一方案，這種方案在實(shí)現(xiàn)上簡(jiǎn)單方便，而且具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值。在硬件設(shè)計(jì)中，本文詳細(xì)介紹了地感線圈的選型、工作原理及對(duì)車流量的判斷，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將車輛脈

62、沖信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)送入PLC，PLC根據(jù)相應(yīng)車流量狀況自動(dòng)延長(zhǎng)或縮短紅綠燈時(shí)長(zhǎng)。文中通過(guò)對(duì)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的分析，選擇了合適的PLC進(jìn)行智能控制，詳細(xì)介紹了PLC的外圍電氣設(shè)備選型與接線以及PLC控制柜的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中，根據(jù)系統(tǒng)控制要求，首先確定了系統(tǒng)的總流程圖，并用編程軟件STEP 7 MicroWIN SP6 進(jìn)行了獨(dú)立編程。最后，本文使用iFIX 3.5工程組態(tài)軟件完成了系統(tǒng)的仿真過(guò)程，能完成對(duì)交通路口的流量統(tǒng)計(jì)及在線監(jiān)控，達(dá)到

63、了比較滿意的可視化效果。該系統(tǒng)總體上實(shí)現(xiàn)了以PLC為控制主體的智能交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能自動(dòng)地根據(jù)車流量的變化來(lái)調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)</p><p>　　當(dāng)然，由于作者水平有限，本文還存在一些不足之處。本文設(shè)計(jì)的智能交通控制系統(tǒng)只是針對(duì)單個(gè)十字路口的，而實(shí)際交通問(wèn)題是一個(gè)由點(diǎn)、線和區(qū)域控制組成的復(fù)雜的控制系統(tǒng)。因此在以后的研究中，有待于在此基礎(chǔ)上將系統(tǒng)擴(kuò)展到干道協(xié)調(diào)控制和區(qū)域控制上，提高實(shí)用性。另外，本文的研究中沒(méi)有考慮

64、行人，在進(jìn)一步的研究中，要注意結(jié)合實(shí)際情況，使系統(tǒng)更加完善，得到推廣和應(yīng)用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　胡振文.城市智能交通系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展構(gòu)想[J].國(guó)防交通工程與技術(shù),2003,1(2):10～13</p><p>　　鮑曉東,張仙妮.智能交通系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].道路交通與安全,2006(8)<

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