基于plc的智能交通控制系統(tǒng)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-15 17:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 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?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內(nèi)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內(nèi)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=XY。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)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主控制器選用西門子的S7200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) 車流量檢測(cè) 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，地感線圈主要由內(nèi)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—300uH56匝300—600cm56匝 600—1000cm45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]。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。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。* cm、* cm、匝數(shù)為180n。 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)。 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)。 PL
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