基于PLC的智能交通控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

./基于PLC的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市交通問題越來越引起人們的關(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。解決好交通信號(hào)燈控制問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。本文主要使用PLC和地感線圈來實(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。關(guān)鍵詞智能交通地感線圈車流量延時(shí)控制THEDESIGNOFINTELLIGENTTRAFFICCONTROLSYSTEMBASEDONPLCABSTRACTAlongwiththedevelopmentofthesocietyeconomy,thecitytransportationproblemcausesourconcernmoreandmore,andtrafficpressureinmanylargeandmedium-sizedcitiesinChinaisverygreat.Therefore,toimproveandenhanceefficiencyoftheexistingtransportsystem,strengthenthecontroloftrafficlightsandmonitorthesituationisveryimportant.Thetrafficlightcontrolisimportantforurbantrafficsafetyandhighefficiency.Butallthetrafficlightcontrolareworkinginstandingsequence,andareunabletomakeadjustmentwithdifferenttrafficflow.Inthedesignofthepaper,onemethodoftheintelligenttrafficcontrolisusedwhichcombinesthePLCandtheinductioncoil.Inductioncoilsarepreburiedatthecorrespond-ingcrossroadstomakestatisticsofthevehicleflow,accordingtowhichthecontroltimeofthegreenlightsischanged,then,theresourceofthegreenlightisreasonablydistributedtoimprovethetrafficcapacityatthecrossroads.PLCcouldselfregulatethetimeoftrafficlight,andreachthebestofcontrol.Thehardwareandsoftwareofthesystemareintroducedinthepaperindetail.Finally,usingiFIXsoftwareformonitoring,thevisualizationeffectandthesimulationoftherealenvironmentissatisfactory.KEYWORDSintelligenttrafficinductioncoilvehicleflowratetime-delaycontrol.目錄中文摘要I英文摘要II1緒論11.1引言11.2課題研究背景21.3本文研究的容32總體方案設(shè)計(jì)42.1工作原理分析42.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)53系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1車流量檢測(cè)63.1.1地感線圈的選型原則63.1.2信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置63.2用PLC實(shí)現(xiàn)智能交通控制83.2.1PLC的I/O地址分配及選型83.2.2PLC的外部接線及系統(tǒng)原理94系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)104.1系統(tǒng)的控制要求104.2程序重點(diǎn)部分分析114.2.1通行車輛計(jì)數(shù)114.2.2延時(shí)控制的選擇125系統(tǒng)仿真135.1組態(tài)軟件選取135.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建立135.3智能交通控制系統(tǒng)監(jiān)控主界面設(shè)計(jì)15結(jié)束語17致18參考文獻(xiàn)19附錄一20附錄二21附錄三27.1緒論1.1引言城市交通系統(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)象越來越突出,從而引發(fā)的交通問題越來越嚴(yán)重,人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)越來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)、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題之一[1]。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。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,道路交通擁擠的問題日益突出,可以預(yù)見,智能交通控制系統(tǒng)將具有廣大的應(yīng)用前景。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]。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。1.2課題研究背景隨著社會(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。解決城市交通問題的根本途徑有兩條,一是加快道路設(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]。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)的TRANSYT系統(tǒng)和SCOOT系統(tǒng)[7]。TRANSYT<TrafficNetworkStudyTools>系統(tǒng)自1968年問世以來,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、CyeleandOffsetOptimizationTechnique>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<SydneyCoordinatedAdaptiveTrafficMethod>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。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)過分依賴計(jì)算機(jī)硬件,無車流實(shí)時(shí)信息反饋,可靠性較低[10]。20世紀(jì)70年代末以來,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。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)。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]。1.3本文研究的容經(jīng)過對(duì)本課題的深入研究以及對(duì)智能交通控制系統(tǒng)的分析,明確本次設(shè)計(jì)完成的主要容如下：<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)。<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控制程序的編寫和調(diào)試,滿足控制系統(tǒng)及工藝的基本要求。<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。2總體方案設(shè)計(jì)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。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,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。2.1工作原理分析本系統(tǒng)以十字路口等待綠燈的車輛滯留量來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)通過該處的車輛數(shù)。圖1十字路口地感線圈布置示意圖以南北方向?yàn)槔?每當(dāng)車輛駛近十字路口,必須先通過遠(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通過增指令進(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)前行通過十字路口則必然經(jīng)過近端的地感線圈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通過減指令進(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)行判斷如下：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。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。車輛駛過產(chǎn)生的脈沖計(jì)數(shù)、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)。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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。圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)運(yùn)行過程中,首先,地感線圈感應(yīng)到車輛通過的信號(hào),該信號(hào)通過信號(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)通過判斷該信號(hào)的狀態(tài),經(jīng)過數(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)。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1車流量檢測(cè)3.1.1地感線圈的選型原則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,地感線圈主要由徑,外徑,線徑和匝數(shù)四大因素組成,一旦這四大因素確定,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。表1線圈匝數(shù)參考表線圈周長(zhǎng)線圈匝數(shù)<300cm,電感100uH—300uH5-6匝300—600cm5-6匝600—1000cm4-5匝1000—2500cm3匝2500cm以上2匝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圍之〔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]。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小〔或周長(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題,在某些環(huán)境惡劣的地方還必須考慮耐酸堿腐蝕問題[15]。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)選擇的線圈徑為1.8*2.3cm、外徑為2.0*2.5cm、線徑為0.05cm、匝數(shù)為180n。3.1.2信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置地感線圈的工作原理基于振蕩電路原理,將地感線圈埋入地下,當(dāng)有車輛經(jīng)過時(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。圖3信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置電路原理圖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,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)過地感線圈的路面時(shí)的輸入信號(hào),再將此信號(hào)通過由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PLC系統(tǒng)。3.2用PLC實(shí)現(xiàn)智能交通控制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)。3.2.1PLC的I/O地址分配及選型經(jīng)過分析后,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。表2I/O分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱輸入點(diǎn)編號(hào)名稱輸出點(diǎn)編號(hào)線圈S1I0.0南北紅燈Q0.0線圈S2I0.1南北黃燈Q0.1線圈N1I0.2南北綠燈Q0.2線圈N2I0.3東西紅燈Q0.3線圈W1I0.4東西黃燈Q0.4線圈W2I0.5東西綠燈Q0.5線圈E1I0.6線圈E2I0.7手動(dòng)啟動(dòng)I1.0手動(dòng)停止I1.1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)大的指令系統(tǒng),這就使其無論在獨(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。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。3.2.2PLC的外部接線及系統(tǒng)原理在該控制系統(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。PLC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開關(guān)電源供電；開關(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。圖4系統(tǒng)原理圖PLC外部電源電路設(shè)計(jì)見附圖。其中,當(dāng)空氣開關(guān)閉合時(shí),電源指示燈亮,電源開始正常供電,當(dāng)電路中出現(xiàn)短路或過載情況時(shí),空氣開關(guān)會(huì)斷開電源,保護(hù)電路及相關(guān)設(shè)備。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)的控制要求上電后,控制系統(tǒng)開始工作。先進(jìn)行程序初始化,寄存器清零并開始計(jì)數(shù)。如前文2.1中所述,通過計(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。圖6系統(tǒng)總流程圖4.2程序重點(diǎn)部分分析4.2.1通行車輛計(jì)數(shù)在程序中,怎樣對(duì)車輛脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)是很重要的。經(jīng)過反復(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：圖7各方向地感線圈計(jì)數(shù)4.2.2延時(shí)控制的選擇在設(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)過不斷的探討,我選擇了比較指令來實(shí)現(xiàn)這一選擇。具體程序如下：圖8延時(shí)控制的實(shí)現(xiàn)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。具體程序見附錄一。5系統(tǒng)仿真5.1組態(tài)軟件選取在系統(tǒng)仿真過程中,我選用的是iFIX組態(tài)軟件。iFIX軟件可作為一個(gè)"進(jìn)入過程的窗口",并提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給操作員及軟件應(yīng)用,由于具有很好的開放性、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]。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)寫數(shù)據(jù),這樣就建立了控制軟件所需的雙向連接。iFIX不需要用特別的硬件來獲得數(shù)據(jù),而是通過一個(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)傳送到過程數(shù)據(jù)庫(kù)以及從部數(shù)據(jù)庫(kù)訪問函數(shù)、讀取數(shù)據(jù),并傳達(dá)到需要的應(yīng)用中等功能[19]。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有的系統(tǒng)組件都集成在一個(gè)單獨(dú)的開發(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)開發(fā),標(biāo)簽組編輯器大量節(jié)省系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間,并且置了易學(xué)易用的VBA這一計(jì)算機(jī)語言系統(tǒng),使得無論是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員,還是應(yīng)用人員都能很快上手?；趇FIX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。5.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建立在進(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、處理并輸出過程值。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)編輯器用來創(chuàng)建和編輯數(shù)據(jù)庫(kù)塊,它可以打開節(jié)點(diǎn)列表〔SCU中定義中任何SCADA節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。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的建立過程如圖9和圖10所示：圖9DI建立過程圖10DO建立過程根據(jù)本文中系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)設(shè)置,按上述過程,可建立智能交通控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù),如下圖11所示。圖11系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)5.3智能交通控制系統(tǒng)監(jiān)控主界面設(shè)計(jì)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)。圖12系統(tǒng)監(jiān)控主界面主界面中還設(shè)有視頻窗口,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。該過程中所編輯的腳本為：PrivateSubGroup7_Click<>openpicture"路口2"EndSub通過該腳本進(jìn)入的"東風(fēng)路文化路十字路口"監(jiān)控界面如下圖所示：由此可見,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。結(jié)束語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)采用通過判斷不同條件來確定是否選用延時(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,并通過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將車輛脈沖信號(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)。文過對(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STEP7MicroWINSP6進(jìn)行了獨(dú)立編程。最后,本文使用iFIX3.5工程組態(tài)軟件完成了系統(tǒng)的仿真過程,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)車流量的變化來調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)間,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。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,本文的研究中沒有考慮行人,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。參考文獻(xiàn)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鮑曉東,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>智勇.智能交通控制理論及其應(yīng)用[M].：科學(xué),2003王軍.智能交通與控制[J].中國(guó)交通信息產(chǎn)業(yè),2003<2>:55～56聞淑芳,饒泓.智能交通系統(tǒng)的發(fā)展與思考[J].科技廣場(chǎng),2005,2:114～117宇.PLC實(shí)現(xiàn)城市交通的智能化控制[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2012<4>:12～13Greenshields,B.D.,Shapiro,D.,andErickson,E.L.<1947>