【基于PLC的十字路口智能交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)10000字（論文）】

引言隨著現(xiàn)代交通的快速發(fā)展和汽車進(jìn)程的加快，道路交通擁擠問題日益嚴(yán)重、交通事故日益頻發(fā)，人們的出行安全受到了極大的威脅，同時(shí)，交通環(huán)境的惡化也成為了交通管理及規(guī)劃部門急需解決的重點(diǎn)問題之一。交通問題不僅僅是在發(fā)展中國家出現(xiàn)，就是放在發(fā)達(dá)國家也同樣是一個(gè)極度困擾人們的難題。作為一個(gè)共識，緩解以及解決交通擁堵問題的一個(gè)最簡潔有效的辦法就是提高路網(wǎng)之間的聯(lián)通能力。然而，各國90%的大城市，都不可能一直修建道路，無論是經(jīng)濟(jì)因素還是土地資源因素，都很大程度上阻礙了道路的無節(jié)制增長[1]。因此，人們通過無限的道路建設(shè)來滿足逐日增加的交通需求是一種癡人說夢的行為，也并不可能實(shí)現(xiàn)。另外一個(gè)方面，由于各種客觀因素的限制，通過對于車輛增長數(shù)量的嚴(yán)格控制來減少交通需求，并不能取得令人滿意的效果。實(shí)際上，交通系統(tǒng)是十分龐大的道路控制系統(tǒng)，它的復(fù)雜程度和控制難度是難以想象的，如果只是簡單的從道路或者車輛的某一個(gè)角度來解決這個(gè)問題都是相當(dāng)困難的。智能交通系統(tǒng)（ITS，Intelligent

Traffic

Systems）是能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制工程技術(shù)以及數(shù)據(jù)通信技術(shù)等技術(shù)相融合的一種及時(shí)、正確并且高速的管控體系，是交通運(yùn)輸綜合管理中的一個(gè)將車、人、路聯(lián)系更加密切，并且及時(shí)、高速、環(huán)保的綜合系統(tǒng)[2]。隨著我國經(jīng)濟(jì)條件越來越好，ITS的研究從照抄別國完善系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_辟研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ITS[3]?，F(xiàn)在中國許多都市已經(jīng)建立了智能交通指導(dǎo)中央，公共運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)等。十二五以來，我國累計(jì)投入了數(shù)千億資金支持智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，極大改善了國民的出行狀況。智能交通是當(dāng)前都市交通運(yùn)輸行業(yè)進(jìn)步的勢必方向，前進(jìn)方向之一。國內(nèi)一些智能交通產(chǎn)業(yè)和其他繁盛國（美國，日本等)相比還有不小的距離，隨著國家一系列利民政策的實(shí)行，我國智能交通基本設(shè)備建造范圍將繼續(xù)逐擴(kuò)大。相信在未來智能交通系統(tǒng)可以像中國的高鐵一樣作為中國面向世界的一張柬貼[4]。自1991年美國首次開始對智能化的交通運(yùn)輸體系進(jìn)行研究以來，日本，歐盟，新加坡等國家和地區(qū)陸續(xù)展開了對智能化的交通運(yùn)輸管理體系的規(guī)劃，研究及其應(yīng)用。國外的智能化交通系統(tǒng)相對于國內(nèi)而言要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早了好多年，并且有著相對成熟的模式，下面主要對日本的發(fā)展情況進(jìn)行說明。智能軌道交通系統(tǒng)是在日本早期由70年代起步并逐漸發(fā)展起來[5]。從1973年至1978這幾年間，日本人進(jìn)行了"動態(tài)路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)"的嘗試，在這些嘗試中，車?yán)镩_車人員可以遵從汽車?yán)锏娘@示屏上及時(shí)呈現(xiàn)的各條道路交通擁擠或者阻礙的情形以及開車行駛的最優(yōu)方向，來正確地選擇他們自己想要行駛的駕車方向或者是到達(dá)指定目標(biāo)地的最優(yōu)路線，另外，"日本道路交通行駛車輛智能化促進(jìn)協(xié)會"將推動its在日本的應(yīng)用與發(fā)展[6]。十字路口交通系統(tǒng)是一個(gè)地區(qū)和城市交通系統(tǒng)的主要組成部分。該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)直接反映了區(qū)域和城市的現(xiàn)代化管理水平。在該系統(tǒng)中，交通信號燈不是唯一易于發(fā)生改變的部件，因?yàn)槠渌M件也具有較大的可變性和隨機(jī)性。只有科學(xué)，客觀地分析研究該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制，才能建立科學(xué)有效的管理以及具備良好的控制措施，使系統(tǒng)平穩(wěn)高效運(yùn)行。2交通燈系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)2.1交通燈系統(tǒng)的功能本次設(shè)計(jì)的智能交通燈控制系統(tǒng)主要采用PLC來實(shí)現(xiàn)路口交通燈的自動控制，通過PLC實(shí)現(xiàn)東西方向，南北方向車道，人行道的交通燈的時(shí)間控制，從而實(shí)現(xiàn)路口車輛的智能管理。本次系統(tǒng)主要分為夜間模式交通燈管理、高峰期模式交通燈管理、正常模式交通燈管理等三個(gè)模式，處在正常的情況下。東西方向的以及南北方向交通燈的時(shí)間按照指定的來運(yùn)行。高峰期模式又分為東西方向以及南北方向高峰期模式，采用傳感器來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向流量的檢測，當(dāng)對應(yīng)的方向流量在一定時(shí)間內(nèi)過多時(shí)，系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)為對應(yīng)方向的高峰期模式，此時(shí)綠燈時(shí)間加長，紅燈時(shí)間縮小。夜間模式下全部黃燈閃爍控制。具體運(yùn)行要求如下：（1）系統(tǒng)啟動后，交通燈南北方向開始運(yùn)行，交通燈東西方向開始運(yùn)行，系統(tǒng)車道多方向開始實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)系統(tǒng)對人行道方向也持續(xù)進(jìn)行監(jiān)控。（2）系統(tǒng)運(yùn)行后，采用傳感器檢測東西方向車流量以及南北方向車流量，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)。如果某一方向車流量檢測數(shù)值超出預(yù)設(shè)數(shù)值，那么判定為當(dāng)前方向?yàn)楦叻迤诜较?，此時(shí)對應(yīng)的綠燈時(shí)長加長，對應(yīng)的紅燈時(shí)長縮短。同時(shí)非高峰期模式的車流紅燈時(shí)長加長，綠燈時(shí)長縮短。（3）當(dāng)系統(tǒng)處在也就模式的情況下，此時(shí)東西車道方向黃燈閃爍且保持，南北車道方向黃燈閃爍且保持。（4）系統(tǒng)按下急停操作按鍵，系統(tǒng)停止運(yùn)行，等待工作人員下一次的接通。2.2交通燈系統(tǒng)的方案的選擇通過上述研究分析可以知道智能交通燈控制系統(tǒng)要對指示燈，傳感器檢測，開關(guān)按鈕等元件進(jìn)行控制，根據(jù)對流程的分析得知，控制系統(tǒng)可以采用以下三種控制方式，分別為：

（1）利用PLC來完成智能交通燈控制系統(tǒng)的過程。

（2）利用單片機(jī)來完成智能交通燈控制系統(tǒng)的過程。

（3）利用傳統(tǒng)接觸器電路來完成智能交通燈控制系統(tǒng)的過程。根據(jù)上述系統(tǒng)信息對三種控制方式進(jìn)行分析比較，然后選擇出最適合智能交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行工作控制的工作方式。單片機(jī)系統(tǒng)大多用于小型家電控制系統(tǒng)里面，編寫好的程序進(jìn)行二次修改需要對焊機(jī)好的電路板進(jìn)行拆除，一般用于成品家電中，在智能交通燈處理控制系統(tǒng)控制里面需要用到多部分指示燈，電機(jī)的運(yùn)行。需要根據(jù)用戶需求實(shí)時(shí)擴(kuò)展，單片機(jī)在這個(gè)應(yīng)用上，功能擴(kuò)展較低，往往編程好的項(xiàng)目需要二次擴(kuò)展時(shí)則需要重新燒錄元件，拆除硬件。PLC為工業(yè)方向工作的自動化控制器，如果采用PLC來對智能交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，那么就由用戶編寫對應(yīng)的PLC程序，通過輸入輸出端口接線到基本單元后，由程序采集外部硬件信號，由程序驅(qū)動外部負(fù)載硬件信號，實(shí)現(xiàn)自動化的智能交通燈控制系統(tǒng)處理工作過程，基同時(shí)我們可以根據(jù)道路實(shí)際情況修改程序，不需要改變外部硬件設(shè)備，只需要通過切換開關(guān)或者改變模擬量出入輸出的邏輯關(guān)系即可完成對道路的調(diào)控，同時(shí)PLC系統(tǒng)具備和上位機(jī)和下位機(jī)的通信連接，還有擴(kuò)展的功能，后續(xù)的維護(hù)簡單，可靠性高，而且PLC編程的內(nèi)容通俗易懂，容易被操作者所接受。繼電器控制則是通過一些低壓元件然后進(jìn)行電氣連接的方式組成一個(gè)操控系統(tǒng)，該系統(tǒng)捕捉模擬量控制過程較復(fù)雜，運(yùn)行系統(tǒng)電路復(fù)雜，檢修困難，擴(kuò)展性極低。在用PLC采用的控制系統(tǒng)的智能交通燈控制系統(tǒng)中，PLC因?yàn)榉浅２灰粯拥南到y(tǒng)的程序，操作的人可以通過實(shí)際情況及時(shí)修改不正確程序，使得正確的程序在它的內(nèi)部編寫，而且最為人性化的是并不需要同時(shí)改變它所使用外部硬件設(shè)備的各種連接方式，只需增加少數(shù)或者一部分指令的數(shù)量就好了，有著特殊的擴(kuò)大化功能?，F(xiàn)如今大部分的自動化控制的系統(tǒng)都是用的電子技術(shù)比較多，通過它的內(nèi)部大量的軟元件的控制它，這樣就可以節(jié)省許多硬件的成本，只需要在軟件上進(jìn)行小小的修改動作就可以了，十分的便捷，快速，方便，重量輕，體積小，外觀小，實(shí)在是最好的控制系統(tǒng)的選擇。除了PLC控制系統(tǒng)以外被人們知道最大多的就是單片機(jī)控制器，它的技術(shù)不僅成熟，而且相比價(jià)格便宜[。就是它的控制十分的不穩(wěn)定，而且抗干擾能力十分不好使得他在生產(chǎn)線所需的控制系統(tǒng)中并不突出也基本不使用。不適用于控制智能交通燈控制系統(tǒng)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的抗干擾能力真的不怎么樣，穩(wěn)定性也不怎么樣不突出，相比之下PLC就突出許多，價(jià)格便宜的同時(shí)，性能相比其他的都要好很多，讓人覺得使用起來感覺方便舒適編碼簡單，還是因?yàn)榭垢蓴_能力強(qiáng)，可以滿足各種情況下不同生產(chǎn)線作業(yè)線下的編程需要。因此綜上所述本次控制系統(tǒng)采用PLC做主控器進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖本課題設(shè)計(jì)主要通過PLC實(shí)現(xiàn)對交通信號燈與車流的聯(lián)動模擬控制，根據(jù)實(shí)際的十字路口的交通狀況加以設(shè)計(jì)。光電傳感器監(jiān)測十字路口出的車輛數(shù)目。并判斷采用夜間模式還是白天模式，其中白天模式又分為正常模式與高峰期模式，根據(jù)不同的模式，自動調(diào)節(jié)交通信號燈的時(shí)間，以達(dá)到提高通行效率的目的。如圖2-1所示是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如上所述為本次智能交通燈的系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)框圖分為輸入部分組成，控制部分組成，輸出部分組成等三部分，其中輸入部分組成為操作按鈕呼叫輸入控制，東西車道方向、南北車道方向流量檢測控制等?？刂撇糠謩t利用PLC來實(shí)現(xiàn)外部輸入信號的接收，以及對負(fù)載設(shè)備的輸出控制。輸出部分有各方向的狀態(tài)監(jiān)控，有系統(tǒng)的狀態(tài)顯示，用于顯示系統(tǒng)的啟動狀態(tài)，停止?fàn)顟B(tài)。

3交通燈系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3.1PLC的概述PLC是指在產(chǎn)業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字控制的電子產(chǎn)品。當(dāng)前PLC、功能和命令系統(tǒng)是各種各樣的，但是它們是專門用于工業(yè)控制的微處理器計(jì)算機(jī)，因此其結(jié)構(gòu)和操作原理基本上相同，它的硬件構(gòu)成與工業(yè)微型計(jì)算機(jī)很像。如CPU、I/O接口、RAM、I/O擴(kuò)展接口、ROM和外部設(shè)備接口，數(shù)據(jù)和指令的發(fā)送也可以用內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成。伴隨著PLC應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展，PLC的控制功能也越來越強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)的功能也越來越多，如邏輯控制函數(shù)、條件控制函數(shù)或者順序控制函數(shù)等。使用與或非邏輯控制PLC命令來實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。2.時(shí)間和賬戶功能：是PLC模塊內(nèi)部的計(jì)數(shù)器或定時(shí)器來代替時(shí)間繼電器與賬戶繼電器，用于特定操作的時(shí)間和賬戶的管理控制。PLC的操作功能，主要包括對數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、運(yùn)算、傳輸、編碼等等其他功能。4.分步控制：指在處理多個(gè)運(yùn)動過程中，所執(zhí)行分步控制，只能前一個(gè)過程完成后，下一過程才能開始，在硬件系統(tǒng)中搭配分步控制器。5.A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，其涉及到A/D和D/A中的轉(zhuǎn)換模塊，通過該模塊實(shí)現(xiàn)對模擬值和數(shù)字值的轉(zhuǎn)換。6.控制運(yùn)動的功能，該功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴位置模塊通過快速的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的控制?？梢赃M(jìn)行的控制動作主要分為多軸運(yùn)動和單軸運(yùn)動。7、對各種進(jìn)程進(jìn)行控制的功能，簡記為過程控制功能。8、膨脹功能：增加進(jìn)出房間的數(shù)量，增加各類智能模塊和特殊功能單元，以提高PLC的控制能力。9.遠(yuǎn)程I/O功能遠(yuǎn)程I/O功能將分布在遠(yuǎn)離PLC主機(jī)位置的各種輸入/輸出設(shè)備連接起來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號，輸出信號[5]。要發(fā)送的遠(yuǎn)程I/O單元。，10.網(wǎng)絡(luò)單元：指PLC與上位機(jī)之間信息交互，以實(shí)現(xiàn)對大型設(shè)備和復(fù)雜系統(tǒng)的全面控制。11.監(jiān)控功能單元：使用PLC監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)和過程，報(bào)告和記錄系統(tǒng)異常動態(tài)?？墒褂每刂瞥绦虻脑诰€設(shè)置定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)自動關(guān)機(jī)。通過上面的幾點(diǎn)功能介紹，已經(jīng)了解了該技術(shù)的主要應(yīng)用方面，對于其內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)還未提及，對此將從軟硬件兩方面進(jìn)行分析。首先是硬件部分，PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由重要處理器、RAM、輸入輸出、電源和編程硬件這幾部分構(gòu)成，其中中央處理器是眾多硬件中的核心，RAM負(fù)責(zé)信息暫時(shí)存放。除了硬件部分外，軟件結(jié)構(gòu)也是尤為重要的，為便于理解，可以簡單分為以下兩部分：（1）監(jiān)控程序：是PLC原生自帶的軟件，主要用于PLC在運(yùn)行中監(jiān)督，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。（2）用戶程序：非系統(tǒng)自帶，可以隨意添加修改的可以按照使用者需求自動安裝或者自主編碼的程序。通過用戶程序，實(shí)現(xiàn)用戶的需求。使系統(tǒng)在使用者的控制下按照預(yù)定的指令運(yùn)行。PLC具體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1：圖3-1PLC結(jié)構(gòu)圖3.2I/O點(diǎn)數(shù)的確定及PLC選型3.2.1機(jī)型的選擇根據(jù)結(jié)構(gòu)，PLC型號可分為整體型，組合型和堆疊型。通過對本項(xiàng)目所需控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，該控制系統(tǒng)適用于工藝流程固定，維護(hù)量較少的設(shè)備，由開關(guān)量來實(shí)現(xiàn)控制，所以用小型的PLC即可實(shí)現(xiàn)所需要求。在通過以上三種類型的PLC產(chǎn)品的綜合分析與比較之后，因西門子系列PLC具有結(jié)構(gòu)完整，配置靈活，可靠性高，通訊能力強(qiáng)，擴(kuò)展功能豐富的特點(diǎn)。所以，將選擇西門子S7-200系列PLC作為交叉路口交通與控制仿真系統(tǒng)的主要控制設(shè)備。3.2.2西門子S7-200系列PLC概述西門子S7-200系列PLC的系統(tǒng)組成包括S7-200系列PLC中的基本單元、寫入器、擴(kuò)展單元、文本顯示、編程器以及存儲卡等，基本單元為：CPU21X/22X系列，但是CPU226/226XM是在西門子小型PLC中功能最強(qiáng)的單元。由于對程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的空間、CPU集成的I/O點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)和模塊的擴(kuò)展能力以及通信接口的個(gè)數(shù)的綜合考慮，故本次課題設(shè)計(jì)決定采用西門子S7-200系列226型號PLC作為核心控制單元對整個(gè)十字路口交通系統(tǒng)進(jìn)行控制，使東、西、南、北四個(gè)方向的紅綠黃燈能夠?qū)崿F(xiàn)有規(guī)律的循環(huán)閃亮以及車流的有序運(yùn)行。3.3PLC系統(tǒng)的I/O分配表表3-1I/O輸入地址分配表序號檢測名稱地址元件元件符號1系統(tǒng)運(yùn)行I0.0按鈕SB12系統(tǒng)急停I0.1按鈕SB23東西方向延時(shí)I0.2按鈕SB34南北方向延時(shí)I0.3按鈕SB45夜間模式I0.4按鈕SB56C1光電I0.5傳感器SQ17C2光電I0.6傳感器SQ28C3光電I0.7傳感器SQ39C4光電I1.0傳感器SQ410S1光電I1.1傳感器SQ511S2光電I1.2傳感器SQ612S3光電I1.3傳感器SQ713S4光電I1.4傳感器SQ814S5光電I1.5傳感器SQ915S6光電I1.6傳感器SQ1016S7光電I1.7傳感器SQ1117S8光電I2.0傳感器SQ12表3-2I/O輸出地址分配表序號檢測名稱地址元件備注1南北紅燈Q0.0指示燈HL12南北黃燈Q0.1指示燈HL23南北綠燈Q0.2指示燈HL34東西紅燈Q0.3指示燈HL45東西黃燈Q0.4指示燈HL56東西綠燈Q0.5指示燈HL67東西人行道綠燈Q0.6指示燈HL78東西人行道紅燈Q0.7指示燈HL89南北人行道綠燈Q1.0指示燈HL910南北人行道紅燈Q1.1指示燈HL1011報(bào)警信號Q1.2蜂鳴器HA112東西流量1Q1.3指示燈HL1113東西流量2Q1.4指示燈HL1214東西流量3Q1.5指示燈HL1315東西流量4Q1.6指示燈HL1416南北流量1Q1.7指示燈HL1517南北流量2Q2.0指示燈HL1618南北流量3Q2.1指示燈HL1719南北流量4Q2.2指示燈HL183.4PLC外部接線圖根據(jù)S7-200系列PLC的I/O輸入及輸出地址分配表，并結(jié)合整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，使用24V直流電為控制系統(tǒng)中的信號輸入供電，輸出部分使用220V供電。圖3-2為PLC的電氣接線圖：圖3-2PLC硬件接線圖

4交通燈系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1流程圖4.1.1系統(tǒng)總流程圖通過PLC對步進(jìn)順序進(jìn)行控制，這樣能夠使每一個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格按照行動順序。在對具有車流量監(jiān)測的十字路口交通及控制模擬系統(tǒng)進(jìn)行了分析之后，設(shè)計(jì)控制流程圖如圖4-1所示：圖4-1主流程圖主流程圖：程序啟動后，系統(tǒng)會進(jìn)行初始化并將一切數(shù)據(jù)歸零，之后進(jìn)入運(yùn)行模式判斷。當(dāng)是夜間模式時(shí)，車道方向的黃燈會閃爍，當(dāng)夜間模式結(jié)束時(shí)，程序也隨之結(jié)束，否則車道方向的黃燈繼續(xù)閃爍。當(dāng)為白天模式時(shí)，系統(tǒng)又將進(jìn)行判斷，當(dāng)為系統(tǒng)為正常模式，東西南北四個(gè)方向的交通信號燈按照正常模式運(yùn)行，其紅綠燈時(shí)長將不發(fā)生改變；但南北方向高峰期開始時(shí)，南北方向的綠信號燈時(shí)長增加，紅燈時(shí)長變短，東西方向則正好相反；當(dāng)判斷為東西方向高峰期時(shí)，東西方向的綠燈延長，紅燈變短，南北方向與之相反。4.1.2正常模式圖4-2正常模式程序流程圖正常模式：在正常模式下，當(dāng)執(zhí)行南北方向時(shí)，南北車道與人行橫道綠燈接通共持續(xù)25s，當(dāng)25s結(jié)束后南北車道的綠燈閃爍3s，接下來南北車道的黃燈接通持續(xù)2s，即南北車道和人行橫道紅燈接通持續(xù)30s。當(dāng)執(zhí)行東西方向時(shí)，東西車道與人行橫道綠燈接通共持續(xù)25s，當(dāng)25s結(jié)束后，東西車道的綠燈閃爍3s，接下來東西車道的黃燈接通持續(xù)2s，然后東西車道和人行橫道紅燈接通并持續(xù)30s。4.1.3高峰期模式圖4-3南北高峰期模式程序流程圖南北高峰期模式：當(dāng)為南北高峰期模式時(shí)，會自動調(diào)整南北方向的時(shí)間，使得南北方向車道與人行橫道綠色信號燈時(shí)間延長至40s。同時(shí)南北方向車道與人行橫道紅燈時(shí)間分別降低至18s，南北方向車道黃燈時(shí)間不變還為2s。通過調(diào)整東西方向的時(shí)間，會使東西方向車道與人行橫道紅燈時(shí)間分別延長至42s，東西方向車道與人行橫道綠燈時(shí)間降低至18s，東西方向車道黃燈時(shí)間同樣仍為2s。圖4-4東西高峰期模式流程圖東西高峰期模式：當(dāng)為南北高峰期模式時(shí)，會自動調(diào)整南北方向信號燈的時(shí)間，讓南北方向車道交通燈與人行橫道紅色信號燈時(shí)間分別增加到42s，南北方向車道綠色交通燈與人行橫道綠信號燈時(shí)間減少到18s，其黃燈時(shí)間不變。東西方向的時(shí)間加以調(diào)整，使得東西方向車道與人行橫道綠燈時(shí)間分別延長至40s，東西方向車道與人行橫道紅燈時(shí)間降低至18s，東西方向車道黃燈時(shí)間同樣仍為2s。4.2編程軟件的概述德國西門子公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)了許許多多的產(chǎn)品，其中就包括本文需要用到的S7-200，除此之外還有S7-300，S7-1200等不同種類的PLC軟件[11]。S7-200是一臺可自行組裝擴(kuò)展的可編程系統(tǒng)，200PLC可以完成大大小小的各種指令，可以完成簡單的指令，也可以完成復(fù)雜的各種指令。S7-200有著多種功能不同的模塊，單個(gè)模塊可以根據(jù)需求來添加新的模塊。S7-200如果想擴(kuò)展數(shù)字或者模擬量I/O，但是又不想影響原有的控制器的大小，可以在CPU的前方增添一塊信號板將模塊鏈接在CPU的右方就可以了，即方便又實(shí)用。SIMATICS7-200系統(tǒng)的CPU的擴(kuò)展模塊達(dá)到了8個(gè)，現(xiàn)在的擴(kuò)展能力有所增強(qiáng)。200系統(tǒng)的PLC的I/O地址時(shí)不可以改動得，為系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)自動配給的。系統(tǒng)的存儲卡的存儲空間大小約為1200可達(dá)24MB，是200、300的大約2~4倍。本次智能交通燈控制系統(tǒng)的梯形圖部分采用S7-200PLC編程軟件來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)程序通過STEP7-Micro/WIN軟件進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。該編程軟件為西門子S7-200PLC專用軟件。4.3梯形圖的設(shè)計(jì)與分析4.3.1南北車道程序設(shè)計(jì)圖3-5系統(tǒng)初始化網(wǎng)絡(luò)1：系統(tǒng)運(yùn)行，輸出M0.1控制南北方向，輸出M0.2控制東西方向，復(fù)位M0.0。圖3-6南北方向綠燈控制網(wǎng)絡(luò)2：南北方向M0.1啟動，南北綠燈Q0.2和南北人行綠燈Q1.0運(yùn)行，南北車流量模擬M3.0運(yùn)行；計(jì)時(shí)器T38計(jì)時(shí)南北綠燈時(shí)間，當(dāng)南北綠燈時(shí)間減去T38計(jì)時(shí)器時(shí)間就為南北綠燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，SUB為減法指令，作用為倒計(jì)時(shí)。定時(shí)完畢，T38觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M0.2，復(fù)位M0.1。圖3-7南北方向綠燈閃爍控制網(wǎng)絡(luò)3：M0.2啟動，SM0.5閉合，每0.5s南北綠燈Q0.2運(yùn)行，每0.5s南北綠燈Q0.2復(fù)位，其作用為綠燈閃爍。T39計(jì)時(shí)器定時(shí)3s，3s減去T39計(jì)時(shí)器時(shí)間，則為南北綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間。3s后T39觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M0.3，復(fù)位M0.2，Q0.2及Q1.0。圖3-8南北方向黃燈控制網(wǎng)絡(luò)4：M0.3啟動，南北黃燈Q0.1運(yùn)行。T40計(jì)時(shí)器定時(shí)2s，2s減去T40計(jì)時(shí)器時(shí)間則為南北黃燈倒計(jì)時(shí)。2s后T40觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M0.4，復(fù)位M0.3、Q0.1、Q1.0及南北車流量M3.0。圖3-9南北方向紅燈控制網(wǎng)絡(luò)5：M0.4啟動，南北紅燈Q0.0、南北人行道紅燈Q1.1運(yùn)行以及南北方向紅燈車流模擬M3.2運(yùn)行。T37計(jì)時(shí)器定時(shí)南北紅燈時(shí)間，當(dāng)南北紅燈時(shí)間減去T37計(jì)時(shí)器時(shí)間就為南北紅燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。定時(shí)完畢T37觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M0.1，復(fù)位M0.4、Q0.0、Q1.1及M3.2。4.3.2東西車道程序設(shè)計(jì)圖3-10東西方向紅燈控制網(wǎng)絡(luò)6：東西方向M2.0啟動，東西紅燈Q0.3、東西人行紅燈Q0.7和東西方向紅燈車流模擬M3.3運(yùn)行；計(jì)時(shí)器T43計(jì)時(shí)東西紅燈時(shí)間，當(dāng)東西紅燈時(shí)間減去T43計(jì)時(shí)器時(shí)間就為東西紅燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間，SUB為減法指令，作用為倒計(jì)時(shí)。定時(shí)完畢，T43觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M2.1，復(fù)位M2.0、Q0.3、Q0.7和M3.3。圖3-11東西方向綠燈控制網(wǎng)絡(luò)7：M2.1啟動，東西綠燈Q0.5、東西人行道綠燈Q0.6和東西方向車流量模擬M3.1運(yùn)行。T40計(jì)時(shí)器定時(shí)東西綠燈時(shí)間，當(dāng)東西綠燈時(shí)間減去T40計(jì)時(shí)器時(shí)間就為東西綠燈的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。定時(shí)完畢T40觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M2.2，復(fù)位M2.1、Q0.5。圖3-12東西方向綠燈閃爍控制網(wǎng)絡(luò)8：M2.2啟動，SM0.5閉合，每0.5s東西綠燈Q0.5運(yùn)行，每0.5s東西綠燈Q0.5復(fù)位，其作用為綠燈閃爍。T41計(jì)時(shí)器定時(shí)3s，3s減去T41計(jì)時(shí)器時(shí)間，則為東西綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間。3s后T41觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M2.3，復(fù)位M2.2，Q0.5及Q0.6。圖3-13東西方向黃燈網(wǎng)絡(luò)9：M2.3啟動，東西黃燈Q0.4運(yùn)行。T42計(jì)時(shí)器定時(shí)2s，2s減去T42計(jì)時(shí)器時(shí)間則為東西黃燈倒計(jì)時(shí)。2s后T42觸點(diǎn)接通，進(jìn)入M2.0，復(fù)位M2.3、Q0.4及M3.1。圖3-14系統(tǒng)急停網(wǎng)絡(luò)10：當(dāng)I0.1接通，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入急停狀態(tài)，所有信號指令復(fù)位。4.3.3夜間模式與正常時(shí)間賦值程序設(shè)計(jì)圖3-15夜間模式控制網(wǎng)絡(luò)11：當(dāng)I0.4接通的時(shí)候系統(tǒng)進(jìn)入夜間模式。南北、東西黃燈每0.5s閃爍。其他模式全部復(fù)位一次，防止系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)干擾。圖3-16正常時(shí)間賦值網(wǎng)絡(luò)12：數(shù)據(jù)的傳送指令。在正常行駛的狀態(tài)下，通過寄存器MOV給南北方向的紅綠燈賦值，南北的紅燈時(shí)間為30s、南北的綠燈時(shí)間為25s。網(wǎng)絡(luò)13：同上，數(shù)據(jù)的傳送指令。在正常行駛的狀態(tài)下，通過寄存器MOV給東西方向的紅綠燈賦值，東西的紅燈時(shí)間為30s，東西的綠燈時(shí)間為25s。4.3.4流量監(jiān)控程序設(shè)計(jì)圖3-1760s內(nèi)車流量判斷與流量清零網(wǎng)絡(luò)14：判斷60s的流量。T60為常閉觸點(diǎn)，其目的為保持循環(huán)。網(wǎng)絡(luò)15：當(dāng)1min斷開的時(shí)候，T60觸點(diǎn)閉合，將MOV寄存器的數(shù)據(jù)復(fù)位，其目的是因?yàn)橹匦屡袛嗔髁克砸辶?。圖3-18判斷車流量網(wǎng)絡(luò)16-19均為判斷流量。網(wǎng)絡(luò)16：開始判斷1min內(nèi)的流量，在1min內(nèi)每當(dāng)有車流經(jīng)過，C1光電I0.5就接通一次，C1光電量每次＋1就為C1的光電累加量。ADD為加法指令，其目的為累加光電次數(shù)來判斷車流量。網(wǎng)絡(luò)17：開始判斷1min內(nèi)的流量，在1min內(nèi)每當(dāng)有車流經(jīng)過，C2光電I0.6就接通一次，C2光電量每次＋1就為C2的光電累加量。網(wǎng)絡(luò)18：開始判斷1min內(nèi)的流量，在1min內(nèi)每當(dāng)有車流經(jīng)過，C3光電I0.7就接通一次，C3光電量每次＋1就為C3的光電累加量。網(wǎng)絡(luò)19：開始判斷1min內(nèi)的流量，在1min內(nèi)每當(dāng)有車流經(jīng)過，C4光電I0.8就接通一次，C4光電量每次＋1就為C4的光電累加量。其梯形圖在圖3-19中展示。圖3-19東西方向與南北方向的車流判斷C1、C2的累加量為東西方向上的車流，C3、C4的累加量為南北方向上的車流。網(wǎng)絡(luò)20：進(jìn)行光電累加來判斷車流量，C1光電累加量+C2光電累加量為東西方向上的累加量，這里代表的是東西方向車流量。網(wǎng)絡(luò)21:進(jìn)行光電累加來判斷車流量，C3光電累加量+C4光電累加量為南北方向上的累加量，這里代表的是南北方向車流量。圖3-20高峰期判斷網(wǎng)絡(luò)22：在1min內(nèi)C1C2的累加量>=10的時(shí)候表示進(jìn)入東西方向的高峰期，當(dāng)C1C2的累加量<=9時(shí)則表示東西方向正常。網(wǎng)絡(luò)23：在1min內(nèi)C3C4的累加量>=10的時(shí)候表示進(jìn)入南北方向的高峰期，當(dāng)C3C4的累加量<=9時(shí)則表示南北方向正常。圖3-21東西方向高峰期控制網(wǎng)絡(luò)24：當(dāng)進(jìn)入東西方向高峰期時(shí)，東西方向延時(shí)I0.2閉合，南北方向的紅色信號燈設(shè)置為42s，同時(shí)南北方向的綠色信號燈設(shè)置為13s；而東西方向的綠色信號燈設(shè)置為37s，東西方向的紅燈時(shí)長為18s。圖3-22南北方向高峰期控制網(wǎng)絡(luò)25：當(dāng)進(jìn)入南北方向高峰期時(shí)，南北方向延時(shí)，IO.3閉合，設(shè)置東西方向的紅色信號燈時(shí)設(shè)置42s，其東西方向的綠色信號燈設(shè)置13s。南北方向的綠色信號燈設(shè)置37s，南北方向的紅燈時(shí)長為18s。

5總結(jié)經(jīng)過了三個(gè)月的學(xué)習(xí)和努力，我終于完成了以西門子S7-200的PLC控制的交通燈自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和論文。本文PLC自動控制系統(tǒng)處理交通燈的時(shí)間控制的應(yīng)用論文，先通過傳感器的數(shù)據(jù)采集當(dāng)前車流量后，根據(jù)主電路和控制電路一起完成整個(gè)控制過程，其中一定要嚴(yán)格按照各種外圍器件的要求選用各種元件器等?？刂齐娐返腜LC程序設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵也是最重要的部分，項(xiàng)目的功能經(jīng)常數(shù)次重復(fù)修改后能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，通過PLC仿真軟件對交通燈程序進(jìn)行仿真調(diào)試，使用PLC的梯形圖進(jìn)行編寫控制程序，簡單明了的觀察到了系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過程，本設(shè)計(jì)具有的特點(diǎn)如下：（1）簡單化了設(shè)計(jì)過程，在今后想改變設(shè)計(jì)要求，只需要改變儲存在通用數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)值就可以改變它的運(yùn)行時(shí)間。（2）對復(fù)雜的梯形圖程序進(jìn)行了簡單化，使實(shí)現(xiàn)交通燈運(yùn)行的程序更加直觀。（3）通過在不同時(shí)間段實(shí)現(xiàn)不同的時(shí)間分配可以在不同