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基于PLC的自适应交通灯智能控制系统设计篇一

摘 要：随着我国私家车数量的持续增长，各大城市都出现了交通极度拥堵的情况，城市交通问题也越来越引起人们的注意，社会各界也都在为解决交通现状出谋划策。文章从交通信号灯的控制方面着手，研究和设计了基于PLC的自适应交通灯智能控制系统。

关键词：PLC;交通灯;自适应;智能控制

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2013)05-0007-02

交通灯控制系统是一个具有随机性的复杂系统，他受到车辆、行人、天气等都多方面的影响，因此想要建立一种固定的数学模型是不大可能的，即使是用现有的数学方法也无法描述其系统特征。目前国内交通等控制系统主要采取定时切换的控制模式。

我国自20世纪80年代开始出现私有汽车，到2003年私家车社会保有量达1 219万辆，私家车突破千万辆仅用了20年时间，而突破2 000万辆仅用了3年时间。截止到2011年我国机动车保有量已到达2.19亿辆，汽车保有量首次突破1亿大关，占机动车总量的46%。随着经济发展、人均国民生产总值增加以及政府拉动内需各项政策的实施，私家车的拥有量也跟着急剧上升，国内各大中型城市(如北京、上海、广州、武汉等)的交通系统都面临着严峻的考验。虽然各大城市都出台了一系列的限制汽车出行、增加公共交通设施、扩宽新修道路等措施，但依然无法缓解目前的城市交通状况。交通信号灯定时切换这一种控制模式的局限性也就逐渐凸显出来，因此我们急需一种智能的交通控制系统来缓解交通信号控制的缺陷给本就糟糕的交通系统带来的压力。

智能交通控制系统的研究在国内外已经取得了不少成果，一些发达国家已采用智能方式来控制交通信号灯，其中主要运用的有GPS全球定位系统等。出于成本、设计便捷性等方面的综合考虑，我们可以考虑在各路口增加传感器探测车辆数量来控制交通信号灯的时长这一设计方案。

1 控制系统设计方案

基于PLC的自适应交通灯智能控制系统主要有车流量检测系统、PLC、控制中控台三大部分组成，其控制结构图如1所示。

1.1 系统控制原理

车流量检测系统主要负责检查各路口单位时间(60 s)内通过路口的车辆数量，并将检测结果发送至PLC;PLC根据车流量检测系统记录的数据，按预先设定的控制规律来控制相应的交通信号灯;中控台主要用来对控制系统的运行模式进行控制，如自动运行模式、人工干预运行模式等。

自动运行模式下，若东西向或南北向车流量均小于15辆/min，则系统按定时切换控制运行，双向绿灯均为40 s，黄灯3 s，红灯43 s切换运行;若某一向每分钟车流量大于15而小于30，则该向绿灯调整为50 s，黄灯3 s，另一向绿灯30 s，黄灯3 s;若某一向若某一向每分钟车大于30，则该向绿灯调整为70 s，黄灯3 s;当两向车流量均在同一范围内时，车流量较大的一向控制优先，若两向车流量均在同一范围内且相等时，东西向控制优先。系统控制流程如图2所示。

1.2 车流量检测设计

智能交通灯控制系统自适应交通情况的关键在于系统自身对车流量的判断，因此系统车流量检测的设计就显得尤为重要。调查研究表明，我国机动车辆高度一般在1～5 m之间不等，因此本方案设计在各路口100 m处架设高度为5 m的检测点，采用由欧姆龙公司生产的检测距离0～4 m的光电传感器E3JM-R4来对过往车辆进行检测，当有在此高度的车辆经过检测点时，光电开关会向PLC发送信号。E3JM-R4光电传感器参数如表1所示。

本设计采用在各路口双向设置光电传感器的形式对通过路口的车流量进行统计，并将统计信号传送给PLC。PLC对各方向传感器发送信号进行统计比较，最终确认各路口的车流量，同时对各路口车流量情况进行再比较，最后根据比较结果按预设控制方式对南北和东西向的红绿灯进行控制。

1.3 PLC控制设计

PLC为本控制系统的核心，相当于计算机控制系统的CPU，主要负责对车流量、中控台等方面的信号进行收集，并按相应的信号运行PLC内设计的用户程序，最终驱动交通信号灯。本系统选用三菱公司生产的FX2N-48MR系列PLC，其I/O分配如表2所示。

本系统运行模式分两种，即自动运行模式和手动运行模式。

①自动运行模式下系统按图2所示的运行规则，结合车流量检测信号控制各向红绿灯进行切换。车流量信号的判断比较主要包括两个方面，一是同向信号的比较，将单位时间内来自X6与X10的信号脉冲数比较，两者中较大值作为东西向最终车流量参考值，X7与X11的信号脉冲数比较，两者中较大值作为南北向最终车流量参考值。二是东西南北向车流量比较，即将同向信号比较的结果进行再比较。

②手动运行模式下，系统在人工干预下运行，人工干预信号包括南北向强制通行、东西向强制通行和四向禁止通行三种。南北向强制通行时，南北向固定输出绿灯亮，东西向固定输出红灯亮;东西向强制通行时，东西向固定输出绿灯亮，南北向固定输出红灯亮;四向禁止通行时，东西南北四向固定输出红灯。

2 总结与展望

本设计基于车流量的自适应交通灯智能控制系统，利用逻辑判断比较和分析算法，使程序的运算结果根据相应的程序方案进行控制，实现了交通灯自适应的智能控制，并通过了软件及硬件的模拟调试。车流量比较值、信号灯接通时间等都可以通过改变PLC中相应的参数进行调整，通过本智能控制方案，可以实现优化交通疏导，达到交通信号灯自适应智能控制的目的。

交通信号系统是一个极其复杂的控制系统，基于车流量的自适应交通灯控制虽然能缓解日趋严峻的交通压力，但其缺点也较为明显，固定的车流量判断模式是其主要缺陷之一。因此今后我们可以考虑使用现今逐渐成熟的视频检测技术，对交通压力进行直观的监测与分析，并设计相应的控制方案。

参考文献：

[1] 卫小伟.城市智能交通控制系统研究与设计[J].现代电子技术，2010，(8).

[2] 黄鹃飞.基于PLC的自适应交通灯智能控制系统设计[D].南昌：南昌大学，2009.

[3] 周孝敏.基于视频检测的智能交通控制系统的研究与设计[D].上海：东华大学，2011.

基于车流量智能调控的交通灯PLC控制系统设计篇二

摘要：可编程控制器是集成计算机技术、自动控制技术和通信技术的高新技术产品。因其具有功能完备、可靠性高、使用灵活方便的显著优点，已成为现代控制技术的重要支柱之一，广泛应用于各个工控领域，本文以日本松下电工P1系列为例系统地介绍了可编程控制器运用于智能交通灯的控制系统的设计当中。

关键词： PLC ;智能交通灯 ;指令系统

一、本课题研究的目的和意义

随着城市汽车保有量的越来越多，城市的交通拥挤问题正逐渐引起人们的注意。交通灯是交通部门管理城市交通的重要工具。目前绝大部分的交通的时间都是单一的、固定的，不管是车流高峰还是低谷，红绿灯的时间都是固定不变的;还有一些交通灯只是能够按照固定的时间来划分高峰和低谷，简单地进行时间段的调整，这比起以前的交通灯是有所进步。但是控制起来不够灵活，还不能解决相对拥挤、混乱的交通次序。本文的设计正是针对这个弊端进行了改进，根据实时的车流量对个路口的红绿灯进行调整，大大加强了其灵活性和实时性，真正实现了智能的交通灯控制。

交通灯循环运行部分：

当起动开关X0合上时， 首先由设置在从十字路口到往后五十米的两个车流量的实时监测器监测当前车流量，然后进行判断这时是车流的高峰期还是谷峰期。如果此时为谷峰期时，则赋予谷峰期的时间值。由于X0闭合，Y3线圈得电，南北红灯亮;与此同时，内部继电器R110线圈得电，进而R110的常开触点闭合，使R120线圈得电。R120线圈的得电是其常开触点闭合，Y2线圈得电，东西绿灯亮。维持到44S，T4的常闭触点断开，使R120线圈断电，R120常开触点复位，Y2线圈失电。由于T4的常开闭合，R901C通0.5S，断0.5S，使R121一秒内通断一次，R121常开闭合，从而形成Y2线圈一秒内通断一次，从而使东西绿灯闪烁。又过4S，T0的常闭触点断开，Y2线圈失电，东西绿灯熄灭;此刻T0的常开触点闭合，Y1线圈得电接通，东西黄灯亮。再过2S后，T1的常闭触点分断，Y1线圈失电，东西黄灯熄灭;就在这时起动累计时间为58S，T1的常闭触点断开，Y3线圈失电，南北红灯熄灭，T1的常开触点闭合，Y0线圈得电接通，东西红灯亮，Y0的常开触点闭合，内部继电器R115得电，使R115的常开触点闭合，进而使R130的线圈得电。R130线圈得电使得其常开触点闭合，从而使Y5线圈得电，南北绿灯亮。

南北绿灯亮，又维持了44S后，T5的常闭触点断开，使R130线圈失电而使其常开复位，停止了对Y5线圈的供电。与此同时，T5的常开触点闭合，R901C通0.5S，断0.5S，使内部继电器R131一秒内通断一次，从而使Y5在一秒内通断一次，使得南北绿灯闪烁。闪烁4S后，T2的常 闭触点断开，使得Y5线圈失电，南北绿灯熄灭;此时T2的常开触点闭合，使Y4线圈得电，南北黄灯亮。维持2S，T3的常闭触点断开，从而使得Y4失电，南北黄灯熄灭，并且使得定时器复位重新开始计时，进而Y3线圈得电，南北红灯亮，同时由于个触点复位的关系Y2线圈得电，东西绿灯亮。这时又重新开始以上所描述的运行过程，如此反复，形成交通灯控制过程。

四、结束语

本控制系统在控制过程中，能实现交通灯对于车流量的时实检测进行高、谷峰的控制，更能显示可编程控制器是将传统的继电器控制技术与计算机技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、使用方便等的一系列优点。

参考文献：

[1]常斗南 李全利 张学武 可编程序控制器原理、应用、实验[M] 机械工业出版社 1998年

[2]张学铭 松下PLC编程与应用 机械工业出版社 2009年

[3]何衍庆 戴自祥 俞金寿 可编程序控制器原理及应用技巧[M] 化学工业出版社 1998年