plc控制led显示灯要点.docx

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无锡科技职业学院自主创新实践报告
中文摘要:城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物
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,达到很好的控制效
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
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目 录
文(摘要Abstract)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
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城市交通状
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智能交通的国内外展状况
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交通信号灯控制的研究状
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2十字路口信号控制的基本理和方法
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交通信号灯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
6

信号灯的置
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交通信号的控制方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
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城市道路智能交通信号控制系
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智能交通信号控制系的基本成
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交通信号控制系的主要和参数
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智能交通信号控制的核心
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智能交通信号控制系的基本步
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3基于PLC的模糊控制系的
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可程控制器
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硬件路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
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确定工/O点数及PLC的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
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交通灯控制序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
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控制流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
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、硬件的
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参考文献
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带有显示器的十字路口交通信号灯的 PLC控制

据一项对美国主要城市交通状况的调查显示: 1982年至2000年,美国城市
在上下班高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:,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2010年,北京将投资500亿元用于城市道路建设,到2005年,北京仅高速公路通车里程就达到600公里。但一味发展城市道路,也会刺激私家车超常规发展,两者发展速度的失衡,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,尤其是高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发展不足,
快速轨道交通系统发展滞后、自行车交通分担率过高、小汽车发展势头强劲的不
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服务范围,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。

城市交通矛盾的日益突出,已开始影响城市的发展,解决这个问题最行之有
效的良方或许就是大力发展智能化交通。智能化交通管理体系在国外已经有了40多年的发展历史,是目前发达国家普遍采用的交通管理方式,这种方式是在发达
的交通网络基础上,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,减少因事故造成部分经济损失。在与世界发达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2010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,但不论从何种角度
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
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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。从各国的发展来看,智能交通系统能使交通基础设施发挥
出最大的效能,提高服务质量;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发展方面的对比表
国
ITS发展
投资规模
重点发展领域
预期目标
家
程度
ITS大国,
—
1997
ITS发展在车辆安
一是安全,减少事
1990
美
智能交通
年用于智能
全系统、GPS适时
故和财产损失;二
国
应用率达
交通的预算
定位系统、车辆管
是经济效益,每年
以上。
理系统。
节省200亿美元的
80%
美元。
目的;三是环保和
减少能耗。
通过近十
1998
年用
交通信息服务系
1994年后未来30
年的研究
于智能交通
统、高速公路不停
年减少50%的交通
日
已建成符
的研究经费
车收费系统等较为
事故人员伤亡率,
合本国国
有161亿日
先进的领域。
较少汽车尾气排放
本
情的智能
元,用于基
对大气的污染。
交通系
础设施的经
统。
费有1285
亿日元。
欧
ITS应用
1995—1998
从道路交通扩展到
一是安全性提高;
洲
程度介于
年间用于共
铁路和水路等64
二是有效性提高
各
美国与日
同研究的经
个课题的研究,分
(出行时间节省
国
本之间
费有280亿
布于交通信息服
6%);三是环境保
欧元。
务、电子自动收费
护(污染物减少
管理等方面。
50%等。
中
地方试点
基本无
基本无
基本无
国
和专家呼
吁阶段。
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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。
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,其基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迎。
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。被划分成的若干个交通状况分别配以不同的优化配时。准动态多段配时控制是一闭环控制系统。由于反馈的引入,所以系统的动态性能比静态多时段控制有明显改善,但是又由于它的控制方式仍属于方案选择式,所以系统动态性能的改善又十分有限,故称之为准动态系统。
十字路口信号控制的基本理论和方法

在道路上用来传递具有法定意义指挥交通流通行或停止的光、声、手势等,都是交通信号。交通信号是在空间上无法实现分离原则的地方,主要在平面交叉口上,用来在时间上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。交通信号灯用轮流显示不同灯色来指挥交通的通行或停止。
随着信号灯的发展,各国使用的信号灯存在不同的差别,各自给信号灯赋予不同
的含义。我国目前使用的信号灯基本上与国际规定一致,具体含义如下 :
绿灯亮时,允许车辆、行人通行,但转弯的车辆不准妨碍直行的车辆和被放行的行人通行。
黄灯亮时,不准车辆、行人通行,但已越过停止线的车辆和已进入人行通道的行人,可以继续通行。
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红灯亮时,不准车辆、行人通行。
绿色箭头灯亮时,准许车辆按箭头所示方向通行。
黄灯闪烁时,车辆、行人须在确保安全的原则下通行。
右转弯车辆和T形交叉口右边无人行横道的直行车辆,遇黄灯或红灯时,在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下可以通行。

当交叉路口的交通量接近路口的通行能力时,考虑在交叉路口设置交通信号控制。信号灯设得合理、正确,能较充分地发挥道路的交通效益,如设置不当,非但浪费了设备和资金,并且会对交通造成不良后果。如有些不合理信号控制的路口,由于主要道路上驾驶员遇红灯而停车,但他在相当长的时间内并未看到次要道路上有车通行,往往会引起有意或无意的闯红灯。因此,信号控制交叉口的交通事故,多发生在交通量较低的交叉口上或交通量较低的时间内。
在吸取国外信号灯设置经验的基础上,结合我国目前具体的交通状况,路口信号灯的设置与改进要运用交通工程学理论作指导,根据路口的地形特点、车流状况,作好车辆与行人交通流量的调查,进口道上车辆行驶速度的调查,交通事故及违章调查,车辆可穿越的空当及延误调查等,具体问题具体分析,制定优化的信号配时,保证现代交通高效、节能、低公害运行。
交叉路口交通信号灯安装方式有两种,一种是安装在伸向交叉路口中央上空型臂上;一种是安装在路口边或中央的灯柱上。信号灯的排列方式通常分为两种:
水平排列式
从道路的中心线一侧起以红、 黄、绿的顺序向路边排列。常用于路面较宽的道路。
垂直排列式
从上往下依次是红、黄、绿灯。这种方式常用于路面较窄的道路。按固定方式排
列信号灯有两个好处:一是把红灯信号放在最醒目的位置;二是可使患有色盲的人凭借位置来判断信号的含义。在交叉路口中央上空安装信号灯时应符合车辆通行净空高度界限的要求。信号灯的亮度应保证人们在1O0m以外能看清。

根据所采用的控制装置的不同,交通信号一般有三种控制方式:
周期式信号。这种信号的周期长、相位、绿灯时间、转换时间等都是事先确定的。信号通过规定的周期运行,每个周期的周期长和相位都恒定不变。依靠所提供的设备,可用几种预定配时方案,每一种都在一天规定的时间中交替使用。
半感应式信号。这种信号保证主干路总保持绿灯直到设在次干路上的检测器探到有车辆到达。这时信号经过一个适当的转换间隔后,立刻为次干路显示绿灯,该绿灯就维持到次干路上的车辆全部通过路口或持续到预定的最大绿灯时间
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为止。在绿波信号系统中,分配给次干路的绿灯时间必须限制在预定的时间内。
该系统的周期长和绿灯时间可根据需要随时进行调整。当次干路没有车辆时,主
干路总是保持绿灯,事实上分配到次干路的绿灯时间可充分利用, 所有“多余的”
绿灯时间则都分配给主干路。
全感应式信号。该信号的所有相位全由传动检测器来控制。一般每个相位都要规定最小与最大绿灯时间。这种控制方式的周期长度和绿灯时间可根据需要
作很大的变动。周期中的某些相位是可以任意选择使用的,当检测器未测出交通量时,该时刻的相位可自动取消。
目前,许多信号系统都实现了计算机控制,使用计算机系统控制的地理交叉口,其信号一般采用预定周期式控制。有些城市还部分地实现了交替信号的线或面的联动控制,在这样的系统中,计算机充当了主控机和监视器的角色。此时,信号的联动不仅对提高单个信号交叉口的通行能力和服务水平有很大作用,而且还对提高整条道路或整个路网的通行能力发挥着极其重要的作用。

智能交通信号控制系统是城市道路交通管理系统中对交叉路口、行人过街,
以及环路出入口采用信号控制的子系统。主要包括交通工程设计、车辆信息采集、数据传输与处理、控制模型算法与仿真分析、优化控制信号调整交通流等。国内
外各大中城市己有的交通信号控制系统就是根据不同环境条件,基于各自城市道路的规划和发展水平建立起来的。
智能交通信号控制系统的基本组成
智能交通信号控制系统的基本组成是:主控中心、路口交通信号控制机以及
数据传输设备。其中主控中心包括操作平台、 交互式数据库、效益指标优化模型、
数据(图像)分析处理等。
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图2-1城市道路智能交通信号控制系统框图
交通信号控制系统的主要术语和参数
周期
周期是指信号灯色发生变化, 显示一个循环所需的时间,也称周期长,即红、
黄、绿灯时间之和。它是决定点控制定时信号交通效益的关键控制参数,用 C表
示。一般信号灯的最短周期长度不少于 36秒,否则就不能保证几个方向的车辆顺
利通过交叉口。最长周期长度一般不超过 120秒。
从疏散交通的角度讲,显然当交通需求越大时,周期应越长,否则一个周期内到
达的车辆不能在该周期的绿灯时间内通过交叉口,就会发生堵塞现象。
相位
相位:即信号相位,是指在周期时间内按需求人为设定的,同时取得通行权
的一个或几个交通流的序列组。
相位差
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