PLC在交通十字路口模糊控制中的应用
摘要 交通信号灯控制是通过对交通流量的控制以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。城市道路交通智能控制技术是当前控制领域和交通工程领域的研究热点之一，由于交通控制具有较强的非线性、不确定性，用传统的理论与方法很难对其进行有效控制。模糊控制是一种不依赖模型的智能控制方法，通过模拟人的思维和经验进行控制，是一种前景广阔的城市智能交通控制方式。
针对城市交通道路十字交叉路口的交通灯信号控制存在的问题，本文进行了深入的探讨，提出了可编程序控制器（PLC）和模糊控制相结合的智能交通控制方法。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。
实验表明，此控制方法对减少车辆平均延误时间、提高路口通行能力具有很好的控制效果。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：十字路口 交通信号灯 模糊控制 可编程序控制器 梯形图
第一章 绪论
1.1 交通信号灯
道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。交通信号灯是交通信号指挥中的重要组成部分，是道路交通的基本语言，广泛用于公路交叉路口，弯道、桥梁等存有安全隐患的危险路段，指挥司机或行人交通，促进交通畅通，避免交通事故和意外事故发生。
1. 交通信号灯的分类
(1) 绿灯信号：准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍被放行的直行车辆和行人通行。
(2) 红灯信号：绝禁止车辆通行。右转弯车辆在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下，可以通行。
(3) 黄灯信号：已越过停止线的车辆，可以继续通行。已在人行横道内的行人要视来车情况，或尽快通过，或原地不动，或退回原处。
(4) 闪光警告信号：为持续闪烁的黄灯，提示车辆、行人通行时注意瞭望，确认安全后通过。
(5) 方向指示信号：指挥机动车行驶方向的专用指示信号灯，通过不同的箭头指向，表示机动车直行、左转或者右转。它由红色、黄色、绿色箭头图案组成。
(6) 车道灯信号：绿色箭头灯亮时，准许本车道车辆按指示方向通行；红色叉形灯或者箭头灯亮时，禁止本车道车辆通行。
(7) 人行横道灯信号：红灯镜面上有一个站立的人形象，绿灯面上有一个行走的人形象。人行横道灯设在人流较多的重要交叉路口的人行横道两端。绿灯亮时，准许行人通过人行横道；红灯亮时，禁止行人进入人行横道，但是已经进入人行横道的，可以继续通过或者在道路中心线处停留等候。
2. 国内外城市交通灯的发展历史
当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。
1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。
1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。
电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。
1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 交通信号灯 1
1.2 城市交通系统 3
1.3 智能交通系统 4
1.4 本文选题意义及其主要内容 5
第二章 十字路口交通信号的控制 7
2.1 交通信号控制的基本概念 7
2.1.1交通控制的基本参数 7
2.1.2交通控制的相关概念 9
2.2 交通信号的控制方式 10
2.3 交通信号的控制系统 12
2.3.1传统的固定配时控制系统 12
2.3.2车辆感应控制系统 13
第三章 交通信号的模糊控制 16
3.1 传统控制理论的缺陷 16
3.2 模糊控制理论 17
3. 2. 1模糊控制理论的概况 17
3.2.2模糊控制实现的步骤与方法 18
3.3 模糊控制器与PLC的结合与应用 20
3.4 交通信号的模糊控制思想 20
3.4.1模糊化 21
3.4.2模糊推理 22
3.4.3反模糊化 23
第四章 基于PLC的交通信号模糊控制 25
4.1 可编程控制器 25
4.2 设计步骤 27
4.2.1系统I/O地址分配 27
4.2.2交通信号的时序安排和设计流程 28
4.2.3硬件配置及S7-200安装 33
4.2.4系统接线 33
4.3 程序的调试与运行 34
第五章 结论 38
致谢 39
参考文献 40
参考文献
[1]陈永利，狄俊梅．城市交通的智能控制[J]．济源职业技术学院学报，Vol.7，No.1，2008．
[2]周力，陈跃东，江明．城市智能交通信号控制系统设计[J]．自动化与仪器仪表，No.6，2006．
[3]浦琪．交叉口信号配时模型研究[J]．上海铁道大学学报，Vol.20，No.4，1999．
[4]洪伟．交叉路网交通灯的协调模糊控制方法[J]．系统仿真学报，Vol.1，No.5，2001．
[5]陈洪．模糊数学在城市交通控制中的应用[J]．工程数学，Vol.3，No.5，1998．
[6]丁金婷，武国忠．基于PLC的交通十字路口模糊控制[J]．仪器仪表学报，Vol.27，No.6，2006．
[7]邓宜阳．用PLC实现道路十字路口交通灯的模糊控制[J]．成都大学学报(自然科学版)，Vol.20，No.2，2001．
[8]温志达，梁桂荣，陈碧铭，高素萍．基于车流量的智能交通灯控制系统[J]．自动化应用与技术，Vol.28，No.6，2009．
[9]范晶彦．传感器与检测技术应用[M]．北京：机械工业出版社，2005．
[10]常辉．西门子S7-200 PLC入门与应用实例[M]．北京：中国电力出版社，2009．
[11]吴中俊，黄永红．可编程控制器原理及应用[M]．2版．北京：机械工业出版社，2004．
[12]杨后川．西门子S7-200 PLC 编程速学与快速应用[M]．北京：电子工业出版社，2010．
[13]郭宗仁，吴亦锋，郭宁明．可编程控制器应用系统设计及通信网络技术[M]．北京：人民邮电出版社，2009．
[14]殷兴光．PLC应用与实践[M]．西安：西北工业大学出版社，2009．
[15]张浩风．PLC梯形图设计方法与应用实例[M]．北京：机械工业出版社，2008．
[16]束长宝．PLC应用实践[M]．南京：东南大学出版社，2009．
http://www.bysj360.com/html/5229.html http://www.bylw520.net/html/5426.html
