2023年基于PLC交通信号灯控制222.doc

摘 要 城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以到达改善人和货物的安全运输，提高运营效率。交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。目前大多采用的是自适应信号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误、停车次数等。所以经典控制法很难得到满意的效果。而模糊控制是一种无须建立数学模型的控制方法，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路，到达很好的控制效果。近些年来我国的许多学者也都以不同的思路对单个交叉口、交通干线的模糊控制进行了研究，但因研究的局限性，实际中得到应用的寥寥无几，本文实现基于PLC的交通信号的模糊控制系统。 根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用PLC实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口4相位交通灯为例，把PLC作为一个模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行稳定可靠，能根据不同的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。 关键词：交通; 智能控制; PLC 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 complex 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 decision-making, optimize signal distribution, which can effectively solve traffic imbalance,instability brought. Keywords：Transportation; Intelligent control; PLC 目 录 摘 要 1 Abstract 2 目 录 3 1 绪论 3 1.1 城市交通现状 3 1.2 智能交通的国内外开展状况 4 1.3 交通信号灯控制的研究现状 6 1.4 本文的主要工作 8 2 十字路口信号控制的根本理论和方法 8 2.1 交通信号灯 9 2.2 信号灯的设置 9 2.3 交通信号的控制方式 10 2.4 城市道路智能交通信号控制系统 11 2.4.1 智能交通信号控制系统的根本组成 11 2.4.2 交通信号控制系统的主要术语和参数 12 2.4.3 智能交通信号控制的核心 15 2.4.4 智能交通信号控制系统的根本设计步骤 15 3 模糊控制 16 3.1 控制理论的开展与模糊控制理论的提出 16 3.2 模糊控制的一般原那么及与传统控制的关系 18 3.3 十字路口交通灯的控制策略 20 3.4 交叉口停车线的设计 25 4 基于PLC的模糊控制系统的设计实现 28 4.1 可编程控制器 28 4.2 硬件电路 30 4.3 PLC的编程设计 34 4.5 软、硬件的调试 38 4.6 系统的性能 40 5 结论 41 参考文献 42 1 绪 论 1.1 城市交通现状 据一项对美国主要城市交通状况的调查显示：1982年至2023年，美国城市在上下班顶峰期间的交通堵塞状况不断加剧，由交通堵塞造成的时间和汽油浪费而带来的经济损失每年高达680亿美元。以广州为例来讲，现在市区平均车速只有每小时12公里。用这个目标速度代入欧美标准计算，广州人为交通堵塞所付出的经济代价总值:每年消耗1.5亿小时，减少生产总值117亿元。相当于该市整个生产总值的7%! 在北美、澳大利亚等大城市，道路面积率高达35%--40%，而北京只有20%。缓解交通拥堵，加快道路建设是当务之急。据悉，到2023年，北京将投资500亿元用于城市道路建设，到2023年，北京仅高速公路通车里程就到达600公里。但一味开展城市道路，也会刺激私家车超常规开展，两者开展速度的失衡，最终还是逃不出“拥堵—修路—再拥堵〞的怪圈。 中国各大城市的交通系统都存在着不同程度的问题，北京、上海、广州三大城市的公共交通出行比例都比国外大城市小，尤其是顶峰时段的公共交通分担率更小。从我国目前各大城市的交通结构看，普遍存在常规公共交通系统开展缺乏，快速轨道交通系统开展滞后、自行车交通分担率过高、小汽车开展势头强劲的不协调现象。因此，要准确认识各种交通工具各自的使用条件和效劳范围，充分发挥各种交通方式的优点，使其合理分工，才能发挥整个交通系统的效率。 1.2 智能交通的国内外开展状况 城市交通矛盾的日益突出，已开始影响城市的开展，解决这个问题最行之有效的良方或许就是大力开展智能化交通。智能化交通管理体系在国外已经有了40多年的开展历史，是目前兴旺国家普遍采用的交通管理方式，这种方式是在兴旺的交通网络根底上，应用卫星定位系统，对所辖区域的交通流量实施有效控制，使有限的交通网络功能得到充分合理的利用，极大发挥城市的载体功能。智能交通系统将大大提高交通效率而节省大量的燃料和时间;除此之外，智能交通系统能够减少交通事故，减少因事故造成局部经济损失。在与世界兴旺国家机动车人均拥有量差距还很大的情况下，我国一些特大城市的交通拥堵已排在世界前列。 在北京召开的“第二届国际智能交通系统技术研讨暨技术与产品展览会〞上透露。我国将投资20亿元对北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、济南、青岛、杭州、中山10个城市进行交通智能化改造，到2023年，这10个城市将全部实现交通的智能化。目前国内外对智能交通系统的理解不尽相同，但不管从何种角度出发，有一点是共同的:智能交通系统是用各种高新技术，特别是电子信息技术提高交通效率，增加交通安全性和改善环境的技术经济系统。日本、欧洲等众多国家和地区在智能交通系统方面都取得了相当大的进展，对当地交通运输效率的提高起了关键性的作用。从各国的开展来看，智能交通系统能使交通根底设施发挥出最大的效能，提高效劳质量;同时使社会能够高效地使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会及经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道路收费系统等方面都会产生巨大的影响。 表1-1 美国 欧洲 日本同我国在智能交通系统开展方面的比照表 国家 ITS开展程度 投资规模 重点开展领域 预期目标 美国 ITS大国，智能交通应用率达80%以上。 1990—1997年用于智能交通的预算为12.935亿美元。 ITS开展在车辆安全系统、GPS适时定位系统、车辆管理系统。 一是安全，减少事故和财产损失；二是经济效益，每年节省200亿美元的目的；三是环保和减少能耗。 日 本 通过近十年的研究已建成符合本国国情的智能交通系统。 1998年用于智能交通的研究经费有161亿日元，用于根底设施的经费有1285亿日元。 交通信息效劳系统、高速公路不停车收费系统等较为先进的领域。 1994年后未来30年减少50%的交通事故人员伤亡率，较少汽车尾气排放对大气的污染。 欧洲各国 ITS应用程度介于美国与日本之间 1995—1998年间用于共同研究的经费有280亿欧元。 从道路交通扩展到铁路和水路等64个课题的研究，分布于交通信息效劳、电子自动收费管理等方面。 一是安全性提高；二是有效性提高〔出行时间节省6%〕；三是环境保护〔污染物减少50%等。 中国 地方试点和专家呼吁阶段。 根本无 根本无 根本无 1.3 交通信号灯控制的研究现状 城市交通系统是一种非线性的、时变的、滞后的大系统，以往的交通控制研究多是基于启发式的考虑，而不是基于控制理论的方法。近多年来，随着众多研究控制理论出身的学者的加盟，使得城市交通自动控制领域的研究出现了新的思路、新的方法。本小节就近年来交通信号控制理论的研究进展作一简述。 1. 静态多段配时控制 静态多段配时控制是利用历史数据实现的一种开环控制，其根本设计思想源于线性规划。它没有考虑交通需求的随机波动，没有考虑城市道路交通流的实时进化过程，其控制能力和抗干扰能力非常有限。但就城市某一区域而言，每日的交通状况毕竟表现出相当程度的重复性，车流的运动变化仍有一定的规律可循。因此研究静态多段配时控制，将其作为其他控制策略的“参照系〞，或为它们提供“初值系统〞还是很有意义的。这种方法简便易行，尤其适用于稳态交通环境，颇受交通工程人员欢送。 2. 准动态多段配时控制 准动态多段配时控制与静态多段配时控制相类似，只不过多段的划分不是以时间为依据，而是以检测到的实时交通状态为依据。交通状态可以用交通量、占有率、车速等交通数据的特征值来表达。被划分成的假设干个交通状况分别配以不同的优化