基于plc智能交通灯控制系统设计 电气自动化专业 开题报告.doc

开题报告 一、课题意义（包括课题的理论意义和现实意义） 交通系统是社会经济的“血液循环系统”是衡量一个城市文明进步的标志，随着社会经济的不断发展和城市规模不断膨胀城市的经济贸易和社会活动日益繁忙交通量持续增长，使得交通拥挤和阻塞现象越来越突出城市交通问题越来越严重城市交通问题成为我国严重的城市病之一，目前我国城市交通灯控制系统大都采用定时控制， 这种方式控制交通效率低，容易造成交通拥挤， 因此，需要一种能够依据车流量、道路、时间 与季节变化情况改变控制方式或自动调节红绿灯的时间长度的智能交通控制系统， 以减少十字路口车辆滞留现象， 缓解交通拥挤，实现十字路口交通最优控制，从而提高交通控制系统的效率。 利用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统以及该系统软、硬件设计方法实验证明该系统实现简单、经济能够有效地疏导交通提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。 二、文献综述（包括：1.理论的渊源及演进过程 2.国内外对本课题的研究现状和有待解决的问题 3.本人对所查文献的评述等） 1.交通灯的历史渊源及演进过程 19世纪初在英国中部的约克城红、绿装分别代表女性的不同身份。其中着红装的女人表示我已结婚而着绿装的女人则是未婚者。后来英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故于是人们受到红绿装启发1868年12月10日信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了由当时英国机械师德·哈特设计、制造的灯柱高7米身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。 从此城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯不过这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市相继重新出现了交通信号灯。 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要第一盏名副其实的三色灯红、黄、绿三种标志于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器被安装在纽约市五号街的一座高塔上由于它的诞生使城市交通大为改善。 黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎他怀着“科学救国”的抱负到美国深造在大发 明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天他站在繁华的十字路口等待绿 灯信号当他看到红灯而正要过去时一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过吓了他一身冷汗。回到宿舍他反复琢磨终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族遍及全世界陆、海、空交通领域了。中国最早的马路红绿灯是于1928年出现在上海的英租界。 从最早的手牵皮带到20世纪 50年代的电气控制从采用计算机控制到现代化的电子定时监控交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。 2.国内外的发展现状及以待解决的问题 传统的十字路口交通控制灯通常的做法是事先经过车辆流量的调查运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而实际上车辆流量的变化往往是不确定的有的路口在不同的时间段甚至可能会产生很大的差异。即使是经过长期运行、较实用的方案仍然会发生这样的现象绿灯方向几乎没有什么车辆而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状更为现实的需要是能有一种流量变化情况自适应控制的交通灯。 目前大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的采用固定时间的控制方法经常造成道路有效利用时间的浪费出现空等现象影响了道路的畅通。 随着计算机技术和自动控制技术的发展以及交通流理论的不断发展交通运输组织与优化理论、技术的不断提高国内外逐步形成了一批高水平有实效的城市道路交通控制系统。目前设计交通灯的方案有很多有应用 CPLD设计实现交通灯控制器方法有应用PLC对交通灯控制系统的设计，也有应用单片机事先对交通信号的设计方法。例如澳大利亚的SCAT系统采取分层梯阶式控制结构。其控制中心各有一台监控计算机和一台管理计算机通过串行数据线路相连。地区级的计算机自动把各种数据送到管理计算机，监控计算机连续地监视所有路口的信号运行、检测器的工作 状况。地区主控制器用于分析路段控制送来的车流数据确定控制策略并对本区域个路口进行实时控制。SCOOT系统充分体现了计算机网络技术的突出优点结构易于更改控制方案教易变换。英国的SCOOT系统SCOOT是由英国道路研究所在TRNSYT系统的基础上采用自适应控制方法与1980年提出的动态交通控制系统。SCOOT是为方案生成的控制系统是通过安装在交叉口每条进口车道最上游的车辆检测器所采集的车辆信息进行联机处理从而形成控制方案并能连续实时调整周期、绿信比和相位差来适应不同的交通流。 国内应用和研究城市交通控制系统的工作起步较晚国家一方面进行改善城市市中心交通为核心的技术研究另一方面采取引进与开发相结合的方针建立了一些车城市道路控制系统。虽然取得了较好的效果但我国实际情况决定了需要对这些系统进行改进比如需要完善信号系统控制现有的信号控制还存在一定的局限性。需要合理解决混合交通流问题。现有信号控制系统对自行车流大多是与机动车同时开始容易造成交通流冲突。 3.综述评述 针对近年来城市交通的拥挤现象特别是驾驶员违章严重、交通事故频发、车辆尾气污染等问题介绍丁集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统.该系统的安装及使用大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力.减少了驾驶员违章的次数抑制了交通事故的发生同时对减轻车辆尾气排放从而降低环境污染都起到了不可低估的作用。 分析了现代城市交通控制与管理问题的现状结合城乡交通的实际情况 目前急需一种智能的交通灯控制系统，来解决目前我们现实生活中的交通控制问题，设计一种简单实用可靠的城市智能交通灯控制系统的方案是很有必要的。 三、课题研究内容及方法 1、研究内容 针对目前国内，所有十字路口的交通灯控制大都是基于单片机的固定循环的控制或简单的PLC定时控制，但在运行的稳定性、可靠性与人性化、智能程度达不到目前的需要，现在设计的PLC控制交通系统将以人为本，智能化更高，更可靠。所以对当前的交通灯控制系统先进优化设计和智能控制，显的更为重要。下面就对基本的PLC交通灯设计进行阐述: 第一部分是PLC交通等控制系统的硬件设备的要求如下 : 1. 要选择PLC系统设备 2. PLC外部接线图 3. 要设计I/O配线表 4.PLC电源和地的选择。 第二部分是对PLC交通灯的编程器的选择和系统调试 1. 顺序功能流程图SFR 2. 用编程器输入指令并检查 3. 系统调试仿真。 2、方案设计： 我们可根据车流量、道路、时间、季节变化来调节红绿灯的时间长短，来实现智能控制，以减少十字路口的车辆滞留现象,缓解交通拥挤,实现十字路口交通最优控制，提高交通系统的效率。根据PLC的检测信号不同，可设计两种方案。 方案一，根据测车流量来调整个方向红绿的时间长短，此方案能有效的使个各方的车流量尽可能的排队，特别是在城市中的上下班的时候，能方便快捷的提前预知个方向的交通状况，执行方便，系统稳定性高；但也存在一定的缺点，不能预知调整行人通过的时间，浪费了一定的时间。 方案二，根据模糊的测个方向的候车量多少来确定优先通过，此方案能更精确的分析十字路口的堵车情况，把人、车、路调整到更好的运行状态，能节约更多的时间；但模糊逻辑控制也有一定的缺点，其受环境的影响较大，计算机分析交换数据要求较快，对系统的反应能力要求高，根据目前国内的状况，还不能满足这么高的要求。 综述以上两种方案，我们根据现实状况，对交通系统的稳定性要求较高才是关键，并且技术要成熟，方便改造及经济性等因素，我们可选择方案一。其有较好的使用价值和执行条件，并对目前交通系统有较大的改善，足够满足现在的需求，具有很高的实用价值及研究意义。 3、研究方法：对比法，归纳总结法，分析法，文献法。 四、技术路线 1.观察十字路口交通灯的工作时序 2.设计I/O口 3.画出状态转移图 4.写出指令表 5.用编程器输入指令 6.调试运行 7.I/O端子接线图 交通灯组 PLC控制系统 信号转换装 置 地感线圈信号 紧急按钮信 号 以太网接口 1—1基于PLC智能交通灯控制系统结构框图 五、 课题研究进度 1、2012年10月28日至2012年11月2号，撰写开题报告，11月3号毕业论文开题答辩。 2、2012年12. 2012年11月3日至11月9日，强化PLC的相关知识，熟悉PLC软件的使用；查阅相关设计文献资料，初步确定设计方案。 3. 2012年11月9日至12月7日，完成设计初稿，编写控制程序并进行仿真、调试，接受中期检查。 4. 2012年12月8日至12月28日前，进一步优化设计，反复实验，完善设计，完成毕业设计。 5. 2012年12月31日前上交完整的毕业设计文档。 6. 2013年1月5日，毕业论文（设计）答辩。 六、 参考文献 [1]刘智勇,智能交通控制理论及其应用[M]北京科学出版社.2008 [2]史忠科,黄辉生等.交通控制系统导论[M]北京科学出版社.2007 [3]李道霖.《电气控制与PLC原理及应用》(西门子系列)[J]；电子工业出版社 [4]宫淑贞.《可编程控制器原理及应用》[M] 人民邮电出版社.2002 [5]赵凯.城市交通信号控制系统西北工业大学.2001 [6]徐继峰.智能交通信号控制系统的设计与研究北京工商大学.2006 [7]钟肇新.范建东.冯太合.可编程控制器原理及应华南理工大学出版社.2008 [8]温志达.梁桂荣.陈碧明.基于车流量的智能交通灯控制系统[J]；《自动化技术与应用》.2009年第二十八卷第6期