【正文】 摘 要 I 摘 要 城市交通信號(hào)控制是通過(guò)對(duì)交通流量的調(diào)節(jié)以達(dá)到改善人和貨物的安全運(yùn)輸，提高運(yùn)營(yíng)效率。交通系統(tǒng)是一個(gè)具有隨機(jī)性、模糊性和不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，建立數(shù)學(xué)模型非常困難，有時(shí)甚至無(wú)法用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法加以描述。目前大多采用的是自適應(yīng)信號(hào)控制，它需要數(shù)學(xué)建模，且不考慮交通延誤、停車次數(shù)等。所以經(jīng)典控制法很難得到滿意的效果。而模糊控制是一種無(wú)須建立數(shù)學(xué)模型的控制方法，它能模仿有經(jīng)驗(yàn)的交警指揮交通時(shí)的思路，達(dá)到很好的控制效果。近些年來(lái)我國(guó)的許多學(xué)者也都以不同的思路對(duì)單個(gè)交叉口、交通干線的模糊控制進(jìn)行了研究，但因研究 的局限性，實(shí)際中得到應(yīng)用的寥寥無(wú)幾，本文實(shí)現(xiàn)基于 PLC 的交通信號(hào)的模糊控制系統(tǒng)。 根據(jù)前后相流量來(lái)決定信號(hào)燈配時(shí)的模糊控制系統(tǒng)的理論研究成果，用 PLC 實(shí)現(xiàn)單個(gè)十字路口交通信號(hào)燈模糊控制的方法，以單個(gè)十字路口 4 相位交通燈為例，把 PLC 作為一個(gè)模糊控制器，采用梯形圖編程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)保證了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能根據(jù)不同的交通流量進(jìn)行模糊控制決策，優(yōu)化信號(hào)燈的配時(shí)，從而可以有效的解決交通流量不均衡、不穩(wěn)定帶來(lái)的問(wèn)題。 關(guān)鍵詞 ： 交通 /智能控制 /PLC ABSTRACT II ABSTRACT The munipal transportation signal control is through the adjustment，the waning and the induction which flows to the transporation achieved improves the person and the cargo safe transportation, enhancig the operation efficiency. Transport system is a random nature, ambiguity and uncertainty of plex systems, the establishment of mathematical models very difficult and sometimes impossble to use existing mathematical methods described. the most adaptive signal control is used,it needs mathematical model,without considering traffic delays,And vague control is a mathematical model to control methods, it can imitate experienced police directingtraffic,ideas, achieve good control results. In recent years many of our scholars have different ideas of individual junction, traffic control Route vague studied, but the limitations of the theory and research scholars, the few practical applications, based on this achievement traffic signals vague PLC control system. According to determine signal distribution and flow of the control system vague theoretical resesrch results, the achievement of individual intersections with traffic lights blur PLC control methods for individual crossroads 4 phase of traffic lights, for example,the PLC as an ambiguous signal controllers using Ladder programming. through experiments that the reliable operation of the system to a vague under different traffic control decisionmaking, optimize signal distribution, which can effectively solve traffic imbalance,instability brought. KEY WORDS： Transportation， Intelligent control， PLC 目 錄 III 目 錄 摘 要 ?????????????????????????????? Ⅰ ABSTRACT????????????????????????? ? Ⅱ 1 應(yīng)用背景與需求 ????????????????????? 1 交通燈現(xiàn)狀與發(fā)展 ?????????????????? 1 PLC 研究的目的與意義 ??????????????? 2 2 控制任務(wù)分析 ?????????????????? ????? 3 控制要求 ??????????????????????? 3 控制任務(wù)分析… ??????????????????????4 3 ＰＬＣ選型及輸入輸出地址定義 ?????????? ??? 7 選型 ????????????????????????? 7 輸入輸出定義 ?????????????????? ? 7 輸入輸出接線圖 ?????????????????? ? 8 4 程序設(shè)計(jì) ?????????????????????? ??? 9 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 ??????????????????????? 9 梯形圖 ????????????????????????? 10 5 系統(tǒng)安裝與調(diào)試 ?????????????????????? 15 輸入程序 ???????????????????????? 15 目 錄 IV 系統(tǒng)安裝 ???????????????????????? 16 元件表 ??????????????????????? 17 安裝接線 ?????????????????????? 18 系統(tǒng)調(diào)試 ?????????????????????? 18 結(jié)束語(yǔ) ??????????????????????????? ?? 20 致謝 … ??????????????????????????? ?? 21 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????? ?? 22 目 錄 V 1 １ 應(yīng)用背景和需求 １ .１ 交通燈系統(tǒng)的現(xiàn)狀 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān) 注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問(wèn)題之一。自 80 年代后期， 很多 城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒(méi)有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸 管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問(wèn)題。 城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分 。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時(shí)來(lái)控制 (不排除繁忙路段或高峰時(shí)段用交警來(lái)取代交通燈的情況 )，這樣必然產(chǎn)生如下弊端 :當(dāng)某條路段的車流量很大時(shí)卻要等待紅燈，而此時(shí)另一條是空道或車流量相對(duì)少得多的道卻長(zhǎng)時(shí)間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 2 所造成的，不僅讓司機(jī)乘客怨聲載道，而且對(duì)人力和物力資源 也是一種浪費(fèi)。 １ .２ＰＬＣ研究的目的與意義 智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個(gè)先進(jìn)國(guó)家已采用智能方式來(lái)控制交通信號(hào)，其中主要運(yùn)用GPS 全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合目的考慮，我們用如下方案來(lái)控制交通路況 :制作傳感器探測(cè)車輛數(shù)量來(lái)控制交通燈的時(shí)長(zhǎng)。具體如下 :在入路口的各個(gè)方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開(kāi)始減少，即可檢測(cè)出汽車的通過(guò)，并將這一信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)作為可編程控制器的控制輸入，并用 PLC 計(jì)數(shù)，按一定控制規(guī)律 自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長(zhǎng)。 PLC 的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)如何依據(jù)車輛脈沖的計(jì)數(shù)結(jié)果自動(dòng)輸出以調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)間長(zhǎng)度的控制邏輯。另外，由于十字路口的交通燈控制是實(shí)時(shí)的，考慮到小型 PLC 的長(zhǎng)處是控制而非復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，所以，我們盡量簡(jiǎn)化邏輯運(yùn)算，以提高PLC 的控制輸出速度。 現(xiàn)在交通信號(hào)燈控制一般采用單片機(jī)控制，單片機(jī)能完成交通燈一般的控制過(guò)程，其功能比傳統(tǒng)繼電器控制電路要強(qiáng)大的多，但可靠性不夠高，控制功能還不夠完善 。 PLC 是專為工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，在面向?qū)ο罂刂?這一塊，其控制功能的強(qiáng)大是無(wú)法比擬的，通過(guò)多種多樣的擴(kuò)展模塊，可以做到外部接線簡(jiǎn)化、內(nèi)部工作的高可靠 。 另外 3 PLC 易學(xué)易懂，雖然價(jià)格比單個(gè) CPU 貴，但性價(jià)比高。也可以說(shuō) PLC是一個(gè)技術(shù)成熟、工作可靠的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 。 由于穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng) ，不久的將來(lái)， PLC 控制系統(tǒng)將會(huì)在交通燈方面做出巨大的貢獻(xiàn)。 4 2 控制任務(wù)分析 ２ .１控制要求（系統(tǒng)示意圖 ， 控制要求表） 表 21 信號(hào)燈控制要求表 東 西 方向 信號(hào) 綠燈亮 綠燈閃爍 黃燈亮 紅燈亮 時(shí)間 25 秒 3 秒（三次） 2 秒 30 秒 南 北 方向 信號(hào) 紅燈亮 綠燈亮 綠燈閃爍 黃燈亮 時(shí)間 30 秒 25 秒 3 秒（三次） 2 秒 數(shù)據(jù)來(lái)源：根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)要求編制 （ 1）、我們假設(shè)依據(jù)車流量得出的信號(hào)控制輸入如上表（ 21）所示來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)。 （ 2） 、系統(tǒng)工作受開(kāi)關(guān)控制，起動(dòng)開(kāi)關(guān) ON 時(shí)則系統(tǒng)開(kāi)始工作；起動(dòng)開(kāi)關(guān) OFF 時(shí)則系統(tǒng)停止工作。 （ 3） 、控制對(duì)象有六個(gè)： 東西方向紅燈兩個(gè)，南北方向紅燈兩個(gè) ； 東西方向黃燈兩個(gè)，南北方向黃燈兩個(gè) ； 東西方向綠燈兩個(gè)，南北方向綠燈兩個(gè) 。 5 下圖 是十字路口交通信號(hào)燈示意圖。信號(hào)燈的動(dòng)作 受開(kāi)關(guān)總體控制，按一下起動(dòng)按鈕，信號(hào)燈系統(tǒng)開(kāi)始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)動(dòng)作；按一下停止按鈕，所有信號(hào)燈都熄滅。信號(hào)燈控制的具體要求如 上表（ 21） 所示。 圖 21 交通燈示意圖 ２ .２控制任務(wù)分析 由于十字路口的交通燈，南北方向的車輛都是同時(shí)停止，同時(shí)流通的，東西方向也是這樣，所以只要取南、北方向車輛的最大值和東、西方向的最大值進(jìn)行比較，而不是對(duì)南、北方向車輛總和與東、西方向的車輛總和進(jìn)行比較。 根據(jù) 實(shí)驗(yàn)室 十字路口交通信號(hào)燈的控制要求，可作出信號(hào)燈的控制時(shí)序圖如 下 圖 （ 22） 所示 ： 6 圖 22 交通信號(hào) 燈控制的時(shí)序圖 7 3ＰＬＣ選型及輸入輸出地址定義 PLC 高性能小型可編程控制器，具有較高的性價(jià)比，應(yīng)用廣泛。它不僅具備了以往的小型 PLC 所具有的功能，而且還可連接可編程控制終端 ,盡可能使安裝空間最小化，并實(shí)現(xiàn)了具有 2 點(diǎn) 7 點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的彈性構(gòu)成 ，為了節(jié)省節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。只有選擇了符合要求的產(chǎn)品才能達(dá)到既可靠又經(jīng)濟(jì)的要求，三菱公司 FX 系列的 PLC 適合本次實(shí)驗(yàn)的要求，因此我們選擇三菱系列型號(hào)的可控制編程器。 出定義 根據(jù)對(duì)控制任務(wù)的分析，我們將輸入輸出定義如下表（ 31）所示 : 表 31 啟動(dòng)按鈕 SB1 停止按鈕 SB2 東西主干道綠燈 Y0 東西主干道黃燈 Y1 東西主干道紅燈 Y2 南北主干道綠燈 Y4 南北主干道黃燈 Y5 南北主干道紅燈 Y6 起動(dòng)按鈕 SBl 接于輸入繼電器 XO 端，停止按鈕 SB2 接于輸入繼電器 X1 端 ； 東西方向的綠燈接于輸出繼電器 Y0 端，東西方向黃燈接于輸入繼電器 Y1 端 ， 東西方向的紅燈接于輸出繼電器 Y2 端 ； 南北方向 的 綠燈接于輸出繼電器 Y4 端，南北方向的