基于PLC的交通灯控制

基于PLC的交通灯控制摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控重要的组成部分。

随着城市机动车量的不断增加，自80年代后期,许多大城市出现了交通超负荷运行的情况。

所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好城市高速道路，缓解交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现，结构复杂，可靠性低，故障率高,较难实现功能的变更。

而可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，具有可靠性高，控制功能强，使用灵活方便等优点。

特别是由PLC实现的控制系统，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，结构简单，抗干扰能力强，运行稳定可靠，可方便地设置定时时问，编程容易，功能扩展方便，修改灵活等，并且有完善的自诊断和显示功能，维修工作极为简单。

关键词：可编程控制器；交通灯；设计；目录1 PLC交通灯简介 (1)1.1国内城市交通现状面临的及问题 ...................... 错误！未定义书签。

1.2城市交通控制的目的和意义 (1)1.3城市交通控制系统的分类 (1)1.3.1按空间关系划分 (1)1.3.2按控制方式划分 (2)1.4交通信号控制系统的控制参数 (3)1.5公路平面交叉口交通控制安全保障技术的研究 (4)2 PLC的基础知识 (7)2.1PLC的概述 (7)2.2PLC的特点 (7)2.3PLC的定义 (7)2.4PLC的工作原理 (8)2.5PLC的结构 (10)3 PLC在交通灯控制系统设计方案 (15)3.1设计要求 (15)3.2十字路口交通灯的路况画出模拟图 (16)3.3交通灯的路况模拟控制实验板 (17)4 交通灯控制系统设计 (18)4.1交通灯控制系统硬件设计 (18)4.1.1 PLC智能化控制交通灯的方法 (18)4.1.2 三菱PLC选型 (18)4.2交通灯控制系统软件设计 (19)4.2.1 GX Developer编程软件介绍 (19)4.2.2软件设计任务 (24)4.2.3.根据控制要求确定I/O分配表 (24)4.2.4编制外部接线图 (26)4.2.5设计应用系统梯形图 (26)总结 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录A (30)附录B (35)1.PLC交通灯简介1.1国内城市交通现状面临的及问题根据中国目前的交通现状及面临的问题说明交通控制在经济发展及城市化进程中的重大作用，并提出发展智能交通系统的重要目的和现实意义。

我国城市交通现状是：城市交通基础设施建设速度跟不上迅速增长的交通需求;常规公共交通萎缩；出租车和私人小汽车迅速增加;轨道交通开始起步;交通管理技术水平低。

以上问题导致交通拥挤、交通事故、环境污染、以及能源问题将会日趋严重。

面临的问题是：车型种类繁杂、混合交通严重;自行车等非机动车数量惊人;城市布局和交通不相适应;出行方式单一、没有选择余地;步行困难、事故多发。

1.2 城市交通控制的目的和意义随着社会经济的发展、城市化进程的加快和机动车辆的迅猛增加，城市交通问题日益严重。

城市交通拥挤不仅造成交通事故频发、车辆延误增大，而且进一步带来能源浪费和环境污染的加剧，由此引起的不良社会后果更是难以估计。

目前，城市交通问题已成为全球经济发展的瓶颈，是全球性的“城市病”之一。

交通控制的目的是要在确定的行政规范约束下，应用先进的技术手段，采用合适的运作方式来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通条件。

(1)减少交通事故，增加交通安全。

通过实施交通控制，可以把发生冲突的交通流从时间和空间上进行分离，从而减少交通事故，增加交通安全。

(2)缓和交通拥挤，提高交通效益。

合理的交通控制，可以对交通流进行有效的引导与调度，使城市交通流保持在一种平稳的运行状态，从而避免或减缓交通拥挤，缩短在路车辆的交通延误，提高交通运输的整体效益。

(3)减少环境污染，降低能源消耗。

实施良好的交通控制，可以减少在路车辆的停车次数，保持车辆在较佳的状态下运行，大大减少尾气排放和能源消耗。

1.3 城市交通控制系统的分类城市道路交通控制系统可以从不同的角度进行分类，这里分别从空间关系、控制方式上对城市道路交通控制系统简单分类。

1.3.1 按空间关系划分从空间关系上可以把城市交通系统分划为单交叉口控制(点控制)、交通干线的协调控制(线控制)和区域交叉口的网络控制(面控制)三种形式。

(1)单个交叉口的点控制单个交叉口的点控制是一种最基本的控制方式。

孤立交叉口点控制的控制参数是信号周期和绿信比，控制的目标一般是车辆延误和交叉口的通行能力。

在理想的情况下，希望总延误时间最小和交叉口的通行能力得到最大的利用。

由于点控制的设备简单、投资省、维护方便，至今仍是应用较多的一种信号控制方式。

从技术上讲，它又分为离线点控制和在线点控制两种形式。

前者采用定时信号配时技术，目前仍然是其他控制方式的配时基础;后者是交通响应控制或车辆感应控制，它是根据交叉口各个人*通流的实际分布情况，合理分配绿灯时间到各个相位，从而满足需求。

(2)干线交通的协调控制城市路网中的交通干线承担着很重的交通负荷，保证干线的交通畅通对改善一个地区甚至一个城市的交通状况往往起着至关重要的作用。

在城市交通路网中，有时交叉口相距很近，两个相邻的交叉口之间的距离通常不足以使一小队车流在有限时间内完全疏散。

单个交叉口分别设置单点信号控制时，车辆经常遇到红灯，时停时开，行车不畅，环境污染严重。

为了减少车辆在各个交叉口的停车次数，特别是当干线的车辆比较畅通时，相邻交叉口之间的控制方案宜采用相互协调的控制策略。

最初协调信号计时的方法是基于绿波的概念，相邻交叉口执行相同的信号控制周期，主干线相位的绿灯开启时刻错开一定的时间，交叉口的次干线在一定程度上服从主干线的交通。

当一列车队在具有许多交叉口的一条干线上行驶时，协调控制使得车辆在通过干线交叉口时总是在绿灯开始时到达，因而无需停车即可通过交叉口，形成一条交通流的绿波带。

绿波控制能有效提高车辆行驶速度和道路通行能力，确保道路畅通，减少车辆在行驶过程中的延误时间和能源消耗。

干线交通协调控制的控制参数是周期长度。

绿信比和相位差，控制的目标一般是车辆的平均延误和停车次数。

区域交通信号控制的对象是城市或某个区域中所有交叉口的交通信号。

随着计算机技术、优化方法、自动控制和车辆检测技术的发展，人们研究把一个城市区域内或一个局部小区内所有交叉口的交通信号联合起来综合加以协调控制，以使得区域内的车辆在通过某些交叉口时所产生的总损失最小。

在这种控制方式下，交通信号机将交通量数据实时地通过通信网传至上位机，上位机根据路网交通量的实时变化情况，按一定时间步距不断调整正在执行的配时方案。

上位计算机同时控制一个城市区域中的多个交叉路口，实现区域中交叉口之间的统一协调管理，提高路网的运行效率。

通过这种控制方式，容易实现交通路网的统一调度与优化管理。

1.3.2 按控制方式划分按控制方式可以把城市道路交通控制分为定时控制、感应控制、自适应控制和智能控制几种类型。

(1)定时控制定时控制方式以历史交通流数据为依据，找出每个日/周和时间段的不同交通流变化规律，用人工方法或计算机仿真等手段预先准备好不同日/周和不同时间区段内使用的配时方案，它属于开环控制，不易根据车流状况实时调整控制方案。

由于定时控制对交通信号机的要求低，无需实时交通量的检测，因而仍然是目前城市道路交通系统中应用较为广泛的一种控制策略。

(2)感应控制感应控制的原理是根据车辆检测器测量的交通流数据调整相应的绿灯时间的长短和时间顺序，以适应交通流的随机变化。

这种方式比定时控制有更大的灵活性。

(3)自适应控制自适应控制是根据检测到的有关道路交通信息，并基于预测模型预测到的未来交通需求，从系统信号配时方案库中选择相应的优化方案，或实时计算产生相应的优化控制方案实现交通自动控制。

(4)智能控制严格意义上讲，智能控制不仅仅是交通信号的控制，而是整个交通系统的控制，即智能交通系统。

智能交通系统是交通控制的最高层次，它将先进的信息技术、数据通讯技术、检测传感技术、自动控制理论、运筹学、人工智能和计算机及其网络等一系列高新技术综合运用于交通运输各个子系统，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用的实时、准确、高效的交通运输综合管理体系。

智能交通系统把人、车、路和环境等交通运输系统的各个环节有机整合，从而使车、路的运行功能一体化和智能化。

智能交通系统是解决交通问题的必由之路，安全、高效、环保、低耗、快捷、舒适的绿色交通是智能交通的发展方向。

1.4交通信号控制系统的控制参数交通信号控制系统是利用道路交叉口设立的交通灯信号对冲突交通流从时间上进行优化分配的装置。

基本参数如下：1) 交通信号灯：机动车与非机动车信号灯通常有三种颜色，即红、绿、黄。

红色表示不可通行，绿色表示可以通行，黄色表示越过停车线的车辆可以继续通行，其它不可通行。

行人过街信号灯通常有两种颜色，即红、绿。

红色表示不可通行，绿色表示可以通行。

2) 绿灯时间G：一个相位绿灯信号保持不变的时间。

3) 相位P：是对于一个路口多方向交通流而言，一组互不冲突的交通流即可构成为一个相位。

4) 周期C：信号灯的各种灯色轮流显示一次所需要的时间。

5) 绿灯间隔：在一个周期内，一个相位有效绿灯转换为下一个有效绿灯之间的时间间隔。

6) 全红时间：在交通信号进行转换期间，为交通安全而设立的所有交通信号为红灯的过渡时间。

7) 绿信比λ：一个相位信号有效绿灯时长与周期时长之比。

8) 相位差tos：相邻路口同一相位绿灯(或红灯)起始时间之差。

9) 饱和率s：在稳定交通流情况下，一个交叉口每车道可通过的最大流量率。

10) 通行能力ca：在现行信号控制下，单位时间内每车道可通过的最大车辆数。

11) 饱和度ρ：交通流率ν与通行能力的比，即流量-容量比。

1.5 公路平面交叉口交通控制安全保障技术的研究公路平面交叉口交通控制安全保障技术是提高平面交叉口安全水平、改善整个公路系统安全性能的主要途径之一。

依托西部交通建设科技项目《公路平面交叉口交通安全技术研究》，借鉴国内外已有的交通控制安全保障技术理论研究和实践应用成果，本文深入研究了适合我国国情的平面交叉口交通控制安全保障技术的研究方法和关键基础理论，可为交叉口的新建或改造技术提供理论指导、并为交通工程技术人员所实际运用。

论文首先分析了交通控制设计所建立的理论基础，包括交通设计理论、交通冲突技术、可接受间隙理论、路权理论、以及延误理论，这些理论方法为交通控制技术的研究提供了有力的理论支撑。