1、 畢業設計報告（論文）報告（論文）題目： 智能交通監控系統的 設計 作者所在系部： 電子工程系 作者所在專業： 電氣自動化技術 作者所在班級： 09241 作 者 姓 名 ： 作 者 學 號 ： 20093024101 指導教師姓名： 王慶鳳 完 成 時 間 ： 2012 年 6 月 6 日 北華航天工業學院教務處制 北華航天工業學院電子工程系畢業設計（論文）任務書姓姓 名：名：劉彥專專 業：業：電氣自動化班班 級：級：09241學號：學號：20093024101指導教師：指導教師：王慶鳳職職 稱：稱：講師完成時間：完成時間：2012.6.6畢業設計（論文）題目：畢業設計（論文）題目：智能交通

2、監控系統的設計 設計目標：設計目標：以交通信號監控系統為整套設計方案的中心，提出一套適合一般城市應用、基于西門子plc 的完整控制系統可行性方案。技術要求：技術要求：1能控制十字路口東西南北的通行，通過定時器控制通行和禁止通行的時間；2利用 plc 的相關知識實現交通高峰低峰的通行時間的智能調整；3在智能交通信號控制系統中加入電子警察抓拍違章系統所需儀器設備：所需儀器設備：聯網計算機一臺，step 7-micro/win32 v4.0 編程軟件，有關的技術手冊成果驗收形式：成果驗收形式：畢業論文參考文獻：參考文獻：模擬電子技術基礎 、 plc 基礎與應用 、 傳感器等15 周-6 周立題論證3

3、9 周-13 周仿真調試時間時間安排安排27 周-8 周方案設計414 周-16 周成果驗收 指導教師指導教師： 教研室主任教研室主任： 系主任系主任： 摘摘 要要智能交通監控系統是目前研究的一個熱點課題，而且取得了不少的成果，在少數先進國家已采用智能方式來控制交通信號。為了實現交通道路的有效管理，力求交通管理先進性和科學化,本文采用車流量傳感器檢測車輛的存在與通過,并把這一信號轉化為標準脈沖信號,作為可編程控制器的控制輸入，采用 plc 計數，按一定控制規律自動調整紅綠燈的時長；設計定時器在上、下班高峰期增加綠燈放行時間以及合理應用電子警察對各個路口違章、肇事事故進行監控和記錄等。關鍵詞關鍵

4、詞 plc 智能交通監控 車流量傳感器 電子警察 目 錄第一章 緒論.11.1 課題背景及發展現狀 .11.2 智能交通監控系統的簡介 .21.3 課題的建立以及本文完成的主要工作 .3第二章 可編程程序控制器（plc）的簡述.52.1 plc 的定義及由來 .52.2 plc 的基本結構 .62.3 plc 的工作原理 .92.4 plc 的特點 .92.5 plc 控制系統的總結與展望 .10第三章 智能交通監控系統概述.123.1 智能交通監控系統的設計目的 .123.2 系統設計方案 .123.3 系統的設計要求 .123.4 系統的設計方案分析 .123.5 設計流程圖 .13第四章

5、 智能交通監控系統的總體設計.144.1 電子警察監控系統的設計 .144.1.1 系統概述 .144.1.2 系統分析 .144.1.3 前段抓拍子系統技術詳解 .154.2 交通信號控制系統的設計 .194.2.1 交通燈控制系統結構圖 .194.2.2 車輛滯留檢測系統 .194.2.3 信號轉換裝置 .214.2.4 正常運行模塊程序框圖及分析 .224.2.5 車流量信號智能處理模塊及分析 .234.2.6 交通燈智能控制程序框圖 .23第五章 設計總結.26 致謝.27參考文獻.28北華航天工業學院畢業論文0智能交通監控系統的設計第一章 緒論1.1 課題背景及發展現狀1858 年，

6、在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868 年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩種旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止” ，綠色表示“注意” 。1869 年 1月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914 年，電器啟動的紅綠燈出現在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市 5 號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止” ，綠燈亮表示“通行” 。1918 年，又出現了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓

7、力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變為綠燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變為綠燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發生交通事故。信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。 1968 年，聯合國道路交通和道路標志信號協定對各種信號燈的含義作了規定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優先通行。紅燈是禁行信號，

8、面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。在汽車產業蓬勃發展的背后，隨之而來交通問題也越來越多，如交通堵塞和交通事故時常發生，這不但給人們的生命和財產造成了威脅，同時還制約著國民經濟的發展。為了緩解交通的負荷量，使車輛運行暢通無阻，交通事業整嚴有序，我國引進了與國情相符合的國外先進的控制體系，多車道交通燈控制系統，不但解決以往交通控制系統的局限性，同時還加快了車流量速度。并制定了道路交通安全法實施條例第三十八條明確規定：綠燈亮時，準許車輛通行，但轉彎的車輛不得妨礙被放行的直行車輛、行人通行，

9、 黃燈亮時，已越過停止線的車輛可以繼續通行，紅燈亮時，禁止車輛通行。城市的現狀隨著社會經濟的發展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統是用于城市交通數據監測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統，它是現北華航天工業學院畢業論文1代城市交通監控指揮系統中最重要的組成部分。城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現了交通超負荷運行的情況。因此，自 80 年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系

10、統研究和控制，高速道路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區同周邊地區的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門待解決的主要問題。智能控制交通系統是目前研究的方向，也已經取得不少成果，在少數幾個先進國家已采用智能方式來控制交通信號。1.2 智能交通監控系統的簡介 智能交通系統的出現大大改變了我國緊張的交通形勢，它能夠根據車流量的變化自動調整紅綠燈的時間長度，不會出現空道占時的情形，最大限度的減少十字

11、路口的車輛滯留現象，有效地緩減交通擁擠，實現交通控制的最優控制，大大的提高了交通系統的效率。隨著我國經濟的不斷發展，國民生活水平不斷提高，私家車輛的數量大幅度的增加，道路擁擠的問題日益突出，智能交通系統一定會得到廣泛應用。智能交通系統的發展，最早可以追溯到 20 世紀七八十年代的一系列車輛導流系統新技術的開發和應用。1991 年美國通過“地面交通效率法” （istea） ，俗稱“冰茶法案” ，從此美國的 ivhs 研究開始進入宏觀運作階段。1994 年，美國將 ivhs 更名為 its。之后，歐洲、日本等也相繼加入了這一行列。經過 30 年的發展，美國、歐洲、日本成為世界its 研究的三大基地

12、。美國是當今世界在 its 開發領域發展最快的國家，它從上個世紀80 年代開始，先后開展了與智能汽車技術相關的 path、ivi、vii 和 cvhas 等國家項目1995 年 3 月美國交通部正式出版了“國家智能交通系統項目規劃” ，明確規定了智能交通系統的 7 大領域和 29 個用戶服務功能目前 7 大領域包括：出行和交通關系系統、出行需求管理系統、公共交通運營系統、商用車輛運營系統、電子收費系統、應急管理系統、先進的車輛控制和安全系統。日本于上個世紀 90 年代初就制定了大力發展智能交通系統的國家戰略，其中智能汽車作為智能交通的重要組成部分，也得到了深入研究。日本政府主導的先進安全汽車

13、asv 項目已于 2000 年取得初步實用化成果。 我國 its 的發展起步較晚，70 年代以來，從國外引進、消化了一些項目，并進行了一些 its 或類 its 基礎項目的研究和應用。70 年代中至 80 年代初，主要是進行城市交通信號控制試驗研究，80 年代中至 90 年代初，在一些大城市引進和消化城市交通信號控制系統，實現了一些（高速）公路監控系統、高等級公路電子收費系統和路邊信息服務系統。90 年代中以來，開始研究部門 its 發展戰略和 gis、gps、edi 在交通中的應用等，重視交通信息網絡的北華航天工業學院畢業論文2建設，公路和橋梁管理用基礎數據庫、道路交通量和氣象數據采集等經過

14、多年的努力，也已取得明顯的進展。1.3 課題的建立以及本文完成的主要工作在十字路口設置交通燈可以對交通進行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強有力的保障。但是隨著社會、經濟的快速發展，原先的交通燈控制系統已經不能適應現在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統，使其適應現在的交通狀況，成為研究的課題。傳統的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經過車流量的調查，運用統計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而，實際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產生很大的差異。即使是經過長期運行、較適用的方案，仍然會發生這樣的現象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排

15、著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的，統計的方法已不能適應迅猛發展的交通現狀，更為現實的需要是能有一種能夠根據流量變化情況自適應控制的交通燈。 目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉換時間間隔的控制方法。由于十字路口不同時刻車輛的流量是復雜的、隨機的和不確定的，采用固定時間的控制方法，經常造成道路有效利用時間的浪費，出現空等現象，影響了道路的暢通。為此，需要一種新型的控制方法才能較好地解決這個問題。智能交通系統（itsintelligent transport systems）its 是一個跨學科、信息化、系統化的綜合研究體系，其主要內容是：將先進的人工智能技

16、術、自動控制技術、計算機技術、信息與通訊技術及電子傳感技術等有效的集成，并應用于整個地面交通管理系統而建立的一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統。交通控制系統是 its 研究的一個重要方面。由于交通系統具有較強的非線性、模糊性和不確定性，是一個典型的分布式非線性系統，而且具有多種信息來源、多種傳感器的特點，用傳統的理論與方法很難對其進行有效的控制。把先進的智能控制技術、信息融合技術、智能信息處理技術與交通管理技術結合起來，代表著城市交通信號控制系統發展的方向。智能交通的發展是現代社會經濟發展的客觀要求，交通運輸是國民經濟和現代社會發展的基礎。由于現代社會城市

17、化速度越來越快、國民經濟的高速增長、全球經濟的一體化進程加快、個人旅行與休閑時間的不斷增加以及人們對交通需求越來越高，智能交通便成為現代社會經濟發展的客觀要求，又由于 plc 技術相較于單片機技術和繼電器技術有如下優點：功能強、性價比高、硬件配備齊全、易操作、適應性強、可靠性高、編程調試簡單、體積小、能耗小、維修方便等等。所以課題選用先進的西門子公司的小型 plc 設備 s7-200 作平臺。以交通信號監控系統為整套設計方案的中心，提出一套可行性方案。其中具體包括：1能控制十字路口東西南北的通行，通過定時器控制通行和禁止通行的時間；北華航天工業學院畢業論文32利用 plc 的相關知識實現交通高

18、峰低峰的通行時間的智能調整；3在智能交通信號控制系統中加入電子警察抓拍違章系統。第二章 可編程程序控制器（plc）的概要2.1 plc 的定義及由來 1. plc 的定義 可編程控制器 programmable controller 是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 programmable logic controller，簡稱 plc，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 pc。但是為了避免與個人計算機 personal compute

19、r 的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 plc。 plc 問世以來，盡管時間不長，但發展迅速。為了使其生產和發展標準化，美國電器制造商協會 nema（ national electricalmanufactory association）經過四年的調查工作，于 1984 年首先將其正式命名為 pc（programmable controller） ，并給 pc 作了如下定義:pc 是一個數字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執行諸如邏輯，順序，計時，計數與演算等功能，并通過數字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數字電子計算機若是從事執行 pc 子功能，亦被

20、視為 pc，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。以后國際電工委員會（iec）又先后頒布了 plc 標準的草案第一稿，第二稿，并在 1987 年 2 月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 ”總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業環境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接

21、口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產品并不針對某一具體工業應用，在實際應用時，其硬件需根據實際需要進行選用配置，其軟件需根據控制要求進行設計編制。2. plc 的由來 早期工業生產中廣泛使用的電氣自動控制系統是繼電器-接觸器控制系統，簡稱繼電器控制系統，隨著 20 世紀工業生產的迅速發展，市場競爭越來越激烈，工業產品更新換代的周期日趨縮短，新產品不斷涌現，傳統的繼電器控制系統難以滿足現代社會小批量、多品種、低成本、高質量生產方式的生產控制要求，為了改變這一現狀，美國通用汽車北華航天工業學院畢業論文4公司在 1969 年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標

22、，也就是就是著名的“gm10 條” ，即： （1）編程方便，現場可修改程序；（2）維修方便，采用模塊化結構；（3）可靠性高于繼電器控制裝置；（4）體積小于繼電器控制裝置； （5）數據可直接送入管理計算機；（6）成本可與繼電器控制裝置競爭；（7）輸入可以是交流 115v；（8）輸出為交流 115v，2a 以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等； （9）在擴展時，原系統只要很小變更； （10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4kb。 1969 年，美國數字設備公司（dec）研制出第一臺 plc，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可行性高，使用靈活，

23、體積小，使用壽命長等一系列優點，很快地在美國其他工業領域推廣應用。到 1971 年，已經成功地應用于食品、飲料、冶金、造紙等工業。這一新型工業控制裝置的出現，也受到了世界其他國家的高度重視。1971 年，日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺 plc。1973 年，西歐國家也研制出它們的第一臺 plc。我國從1974 年開始研制。于 1977 年開始工業應用。2.2 plc 的基本結構plc 實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構與微型計算機從結構上分，plc 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 plc 包括 cpu 板、i/o 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組

24、合成一個不可拆卸的整體。模塊式 plc 包括 cpu 模塊、i/o 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。其結構如圖 2-1 所示。1.中央處理單元 cpu 中央處理單元 cpu 是 plc 的控制中樞，它按照 plc 系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據、檢查電源、存儲器 i/o 以及警戒定時器的狀態；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 plc 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入 i/o 映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后，按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入 i/o 映象區

25、或數據寄存器內，等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將 i/o 映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行直到停止運行。為了進一步提高 北華航天工業學院畢業論文5plc 的可靠性近年來對大型 plc 還采用雙 cpu 構成冗余系統或采用三 cpu 的表決式系統，這樣即使某個 cpu 出現故障整個系統仍能正常運行。cpu 是 plc 的核心，起神經中樞的作用，每套 plc 至少有一個 cpu，它按 plc 的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和 plc 內部電路的工作狀態和編

26、程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。cpu 主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，cpu 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是 plc 不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析 cpu 的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。cpu 的控制器控制 cpu 工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它

27、也是在控制器指揮下工作。cpu 速度和內存容量是 plc 的重要參數，它們決定著 plc 的工作速度、i/o 數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。2.存儲器 存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器，存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 plc 常用的存儲器類型 ram random assess memory，這是一種讀/寫存儲器隨機存儲中央處理單元（cpu）編程器輸出電路輸入電路系統程序存儲器系統程序存儲器電源圖 2-1 plc 基本結構圖北華航天工業學院畢業論文6器 ，其存取速度最快，由鋰電池支持。eprom erasable programmable read only memor

28、y，這是一種可擦除的只讀存儲器，在斷電情況下存儲器內的所有內容保持不變在紫外線連續照射下可擦除存儲器內容。eepromelectrical erasable programmable read onlymemory，這是一種電可擦除的只讀存儲器，使用編程器就能很容易地對其所存儲的內容進行修改。 plc 存儲空間的分配雖然各種 plc 的 cpu 的最大尋址空間各不相同，但是根據 plc的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區域：系統程序存儲區； 系統 ram 存儲區包括 i/o 映象區和系統軟設備等。3.電源 plc 的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的可靠的電源系統是無法正

29、常工作的，因此 plc 的制造商對電源的設計和制造也十分重視，一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內可以不采取其他措施，而將 plc 直接連接到交流電網上去。4.i/o 模塊plc 與電路回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的，i/o 模塊集成了 plc的 i/o 電路，其輸入暫存器反應輸入信號狀態，輸出點反應輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號轉換進入 plc 系統，輸出模塊相反。i/o 分為開關量輸入（di） ，開關量輸出（do）,模擬量輸入（ai） ，模擬量輸出（ao）等模塊。5.plc 系統的其他設備編程設備：編程器是 plc 開發應用、監控運行、檢查維護不可缺少的器件，用于

30、編程并對系統做一些設定、監控 plc 及 plc 所控制的系統的工作狀況，但它不參與現場控制運行。小編程 plc 一般有手持型編程器，一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器，也就是我們所說的上位機。人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏式）的一體式操作員終端應用越來越廣泛，有計算機（運行組態軟件）充當人機界面非常普遍。6.plc 的通信聯網依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效的收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出“網絡就是控制器”的觀點說法。 plc 具有通信聯網的功能，它使 plc 與 plc 之間、plc 與上位計算機

31、以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一整體實現分散集中控制。現在幾乎所有的 plc 新產品都有通信聯網功能，和計算機一樣具有 rs-232 接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜可以在幾公里甚至幾十公里范圍內交換信息。當然，plc 之間的通訊網絡是各廠家專用的，plc 與計算機之間的通訊，一些廠家采用工業標準總線，并向標準通訊協議靠攏，這將使不同機型的 plc 之間、plc 與計算機之間可以方便地進行通信與聯網。北華航天工業學院畢業論文77.外部設備外部設備是 plc 系統不可分割的一部分，它有四大類：(1)編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統做一些設定、監控 plc 及

32、 plc 所控制的系統的工作狀況。編程器是 plc 開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。(2）監控設備：有數據監視器和圖形監視器。直接監視數據或通過畫面監視數據。(3）存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性的存儲用戶數據，使用戶程序不丟失，如 eprom、eeprom 寫入器等。(4）輸入輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀入器、輸入模擬量的電位器、打印機等。2.3 plc 的工作原理plc 的工作原理既不同于公用計算機，也不同于繼電器控制系統。它的工作過程以循環掃描的方式進行，當 plc 處于運行狀態時，其運行周期可以分為三

33、個基本周期：1.輸入采樣階段在這個階段，plc 逐步掃描每個輸入端口，將所有輸入設備的當前狀態保存到相應的存儲區，把專用于存儲輸入設備狀態的存儲區稱為輸入映像寄存器。輸入映像寄存器的狀態被刷新后，將一直保存，直至下一個循環才會被重新刷新，所以當輸入采樣階段結束后，如果輸入設備的狀態發生變化，也只能夠在下一個周期才能被傳送到 plc。2.程序執行階段cpu 從 0000 地址的第一條指令開始，依次逐條執行各指令，直到執行到最后一條指令。plc 執行指令程序時，要讀入輸入映像寄存器的狀態（on 或 off，即 1 或 0）和其他編程元件的狀態，除輸入繼電器外，一些編程元件的狀態隨著指令的執行不斷更

34、新。cpu按程序給定的要求進行邏輯運算和算術運算，運算結果存入相應的元件映像寄存器，把將要向外輸出的信號存入輸出映像寄存器，并由輸出鎖存器保存。程序執行階段的特點是依次順序執行指令。3.輸出處理階段cpu 將輸出映像寄存器的狀態經輸出鎖存器和 plc 的輸出端子，傳送到外部去驅動接觸器、電磁閥和指示燈等負載。這時輸出鎖存器的內容要等到下一個掃描周期的輸出階段的到來才會被刷新。這種輸出工作方式稱為集中輸出方式。2.4 plc 的特點1.可靠性高，抗干擾能力強北華航天工業學院畢業論文8傳統的繼電器控制系統，采用了大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。

35、plc 采用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，plc 已被廣大用戶公認為最可靠的工業設備之一。2.靈活性強，控制系統具有良好的柔性；當生產工藝和流程進行局部的調整和改動時，通常只需對 plc 的程序進行改動，或者配合以外圍電路的局部調整即可實現對控制系統的改造。3.編程簡單，使用方便； 梯形圖語言是 plc 最重要也是最普及的一種語言，其電路符號與表達方式與繼電器原理圖相似，讀者可很快掌握梯形圖語言，并用來編制用戶程序。4.控制系統易于實現，開發工作量小，周期短；由于 plc 的系列化、模塊化、標準化及良好

36、的擴展性和聯網性能，在大多數情況下，plc 系統是一個比較好的選擇。他不僅能夠完成多數情況下的控制需求，還能夠大量節省系統設計、安裝、調試的時間和工作量。5.維修方便；plc 有完善的故障診斷功能，可以根據裝置上的發光二極管和軟件提供的故障信息，方便的查明故障源。而由于 plc 的體積小并且有些采用模塊化結構，因而可以通過更換整機或模塊迅速排除故障。6.體積小，能耗低；由軟件實現的邏輯控制，可以大量減少繼電器、定時器的數量。一臺小型的 plc，只相當于幾個繼電器的體積，控制系統所消耗的能量也大大降低。7.功能強，性價比高。用戶程序所要實現的邏輯控制，需要的繼電器、中間繼電器、定時器、計數器等功

37、能元件都由存儲單元來替代，因而數量非常大。一臺小型 plc 所具備的元件數量就可達成百上千個，相當于過去一個大規模甚至超大規模的繼電器控制系統。另外 plc 提供的軟元件觸電可以無限次使用，方便地實現復雜的控制功能。同時 plc 的聯網通信功能有利于實現分散控制、遠程控制、集中管理等功能，與同等規模或成本的繼電器控制系統相比，無論其功能和性能，都具有無可比擬的優勢。2.5 plc 控制系統的總結與展望近十年來，plc 應用越來越廣泛，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片的價格大幅度降低，使得 plc 的成本降低；另一方面由于 plc 的功能大大加強，它也能解決復雜的計算和通信問題。主要總結如下

38、：北華航天工業學院畢業論文91.plc 的應用領域作為一種新型通用控制器，plc 可以應用與所有的工業領域。目前，國內外已經將plc 應用于鋼鐵、石化、機械制造、汽車裝配、電力等各個行業，并且取得了客觀的經濟效益。特別是在發達的工業國家，plc 已經廣泛應用于所有的工業部門，隨著性價比的提高，plc 的應用領域還會不斷擴大。plc 應用領域概括起來大致可以分為以下幾個方面：（1）順序控制：是 plc 應用最廣泛的領域主要用于取代傳統的繼電器順序控制。（2）運動控制：很多 plc 生產商提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模板。在多數情況下，plc 把描述位置的數據送給模板，模板移動

39、一軸或數軸位置到目標位置。當每個軸移動時，通過位置控制模板保持適當的速度或加速度，確保運動平衡。（3）過程控制：是指對生產過程中的溫度、壓力、流量、液位等條件的閉環控制。（4）數據處理：目前，大多數 plc 都配置有不同數量的數據處理指令，具有算數運算、數據傳送、轉換、排序和查表等功能，可以采集、分析和處理數據。（5）聯網及通信：現代 plc 具有聯網和通信功能，可以組成 plc 局域網，構成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統，實現 plc 與 plc 之間的通信以及 plc 與上位計算機或其他數字設備之間的通信。2.plc 最新發展趨勢plc 總的發展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高

40、速度、易使用、高性能方向發展。(1)產品規模向大、小兩個方向發展，大型 plc 的 i/o 點數可以超過一萬點，使用32 位微處理，采用多 cpu 并行工作，存儲容量大，掃描速度高，過程控制和數據處理功能強，可同時進行多任務操作。小型 plc 由整體式結構向小型模塊結構發展，增加了配置的靈活性，操作使用十分便捷。小型 plc 的功能增強，但是價格卻不斷下降，真正成為繼電器控制系統的替代產品。(2)模塊化， plc 的擴展模塊發展迅速，明確化、專業化的復雜功能有專門模塊來完成，主機單元僅僅通過通信設備向各模塊發布命令和測試狀態這使 plc 系統進一步增強，控制系統設計進一步簡化。(3)網絡化，計

41、算機與 plc 之間以及各個 plc 之間的聯網和通信能力不斷增強。使用工業網絡可以有效的節省能源，降低成本，可以提高系統的可靠性和靈活性，知識網絡的應用有普遍化的趨勢。(4)編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化。(5)工業軟件發展迅速，與 plc 硬件系統的發展相適應，工業軟件的發展非常迅速，它是系統應用更加簡單易行，大大方便了 plc 控制系統的開發人員和操作使用人員。北華航天工業學院畢業論文10第三章 智能交通監控系統3.1 智能交通監控系統的設計目的選用先進的西門子公司的小型 plc 設備 s7-200 作平臺。以交通信號監控系統為整套設計方案的中心，提出一套可行性方案。

42、能夠有效的改善交通問題，在實現十字路口東西南北的通行，通過定時器控制通行和禁止通行的時間的同時，能夠根據車流量的變化自動調整紅綠燈的時間長度，不會出現空道占時的情形，最大限度的減少十字路口的車輛滯留現象，有效地緩減交通擁擠，實現交通控制的最優控制，大大的提高了交通系統的效率，在控制系統中加入電子警察抓拍違章系統，通過 24 小時全天候對違法肇事車輛進行記錄，公安交通管理部門將拍攝的違法照片作為依據可以對交通違法者進行處罰和教育，能夠大大提高機動車駕駛員的自覺性，增強安全意識，減少因違法行為而造成的交通事故、堵塞和交通混亂，提高交通路口的車輛通行速度，保證道路暢通。 3.2 系統設計方案系統總體

43、設計分為兩部分：1.電子警察監控系統的設計通過語言描述的形式，對電子警察監控系統抓拍違規肇事等現象進行了簡單的概述和系統的分析，對各種有可能出現的事故現象和抓拍形式以及電子警察的各項技術指標做了全面的闡述和概括。2.交通信號控制系統的設計首先提出整個方案的控制系統結構圖，然后對每個部分功能原理，工作特點以及工作過程做具體的分析和說明。3.3 系統的設計要求1能控制十字路口東西南北的通行，通過定時器控制通行和禁止通行的時間；2利用 plc 的相關知識實現交通高峰低峰的通行時間的智能調整；3在智能交通信號控制系統中加入電子警察抓拍違章系統。北華航天工業學院畢業論文113.4 系統的設計方案分析按照

44、智能交通監控系統設計要求，設計思想分析如下：首先南北方向道路處于禁止通行狀態，東西道路處于允許通行狀態。南北方向道路亮紅燈狀態過程中，南北紅燈亮 25s，需計時器設定延時 25s，才會轉入下一狀態南北綠燈亮；同時東西綠燈亮 20s，需計時器設定延時 20s，才會轉入下一狀態東西綠燈閃 3s，計時 3s，轉入下一狀態東西黃燈亮，延時 2s，轉入下一狀態東西紅燈亮。其次東西方向道路處于禁止通行狀態，南北道路處于允許通行狀態，具體過程如上：如果不需要智能控制，則繼續執行此循環，如果需要智能控制，程序則進入智能調節環節。比較東西、南北道路的車輛滯留量，若比較結果是即東西空道，再看南北是否為空道，如果是

45、空道，然后再判斷系統是否需要智能控制環節；如果南北不是空道，則南北綠燈放行，直到恢復正常；如果東西不是空道，則東西綠燈放行，直至恢復正常運行。如此循環下去。3.5 設計流程圖智能交通監控系統的設計流程圖如下圖 3-1 所示智能交通監控系統電子警察監控系統交通監控系統抓拍違章、肇事事件并且記錄利用 plc 的相關知識實現交通高峰低峰的通行時間的智能調整能控制十字路口東西南北的通行，通過定時器控制通行和禁止通行的時間車輛滯留檢測系統交通信號燈實現圖 3-1 設計流程圖示北華航天工業學院畢業論文12第四章 智能交通監控系統的設計4.1 電子警察監控系統的設計4.1.1 系統概述電子警察安裝于城市交通

46、路口，24 小時全天候對違法闖紅燈的機動車輛進行記錄。公安交通管理部門將拍攝的違法照片作為依據可以對交通違法者進行處罰和教育，可以大大提高機動車駕駛員的自覺性，增強安全意識，減少因闖紅燈違法行為而造成的交通事故、堵塞和交通混亂，提高交通路口的車輛通行速度，保證道路暢通。機動車闖紅燈自動監測記錄系統采用穩定可靠的地感線圈檢測技術，成功的抓捕各種闖紅燈違法車輛，該系統可 24 小時全天候自動抓拍違法車輛，有效捕捉闖紅燈車輛，自動記錄違法車輛闖紅燈全過程，并存儲在大容量的工業計算機內：拍攝的車輛號碼清晰可見，闖紅燈過程記錄毫無爭議，可為處理交通事故判斷提供可靠的依據。4.1.2 系統分析根據地理位置

47、、環境和氣候，更宜采用地感線圈的檢測方式以求達到更加穩定可靠的檢測效果和數據。另根據公安部門對復雜路況的監測管理要求，以及對肇事逃逸、違法案件的處理需求，應采用視頻拍攝方式進行錄像取證和排查，以求更加有力的對路口進行違章處罰和治安防范。 系統建設充分考慮采用先進而成熟的技術，既保證系統實用成熟，又能夠適應未來的業務發展和技術的更新要求。 系統應具備良好的擴充性、可移植性和兼容性，系統設計方案充分利用現有的信息化建設成果和路口資源，并預留擴展接口。 平臺采用開放性設計，可配置多種數據傳輸接口，對外提供標準的接口，以滿足更多用戶共享信息和其他系統協同工作的要求。 能夠對行駛車輛的闖紅燈等違法行為進

48、行抓拍，形成的證據資料應包括違法時間、北華航天工業學院畢業論文13行車方向、違法地點、違法類型、車輛類型、車牌號碼、車牌顏色等內容。 系統拍攝所形成的圖片文件必須為標準格式、并組成標準的庫文件，壓宿圖片大小必須與現有的違法處理系統數據格式大小保持一致性。 系統功能全面、完善、安全、穩定而可靠。 對于每個監控點錄像所形成的視頻文件，在前端工控機保存時間為至少 3 天。 在進行工程的設計中充分考慮到未來的發展需求，以目前的系統容量為基礎，對未來發展的科學預測為依據，保證系統具可持續維護和擴展的能力。 有抵抗惡性攻擊。抵抗任何侵入系統的企圖和抵抗企圖從系統中獲取敏感數據和信息的能力，具有一定的防暴力

49、破壞和防竊取信息的能力。保證數據和照片的安全性、保密性、完整性、一致性和相容性。系統能夠動態調整視頻識別參數，以適應戶外環境的各種變化，始終保證系統工作在最高精度。異常故障發生后系統能夠恢復到正常工作狀態。不死機。 系統易于常握，人機界面友好，容易操作、管理和維護。 使用外部監控設備監控系統。如系統死機，能自動重啟保證系統穩定正常工作。4.1.3 前段抓拍子系統技術詳解北華航天工業學院畢業論文141.電子警察實現基本功能表如表 4-1序號功能描述備注1電子警察系統可捕獲四向 416 車道闖紅燈車輛，在后臺讀取違章車輛號牌。 2路口斷電或遇其它故障（如死機、程序錯誤等）自動重啟。3路口抓拍圖片可

50、以自動上傳到指定的服務器（需網絡支持）且具備斷點續傳功能。也可以自動復制到指定的移動存取設備中，方便路口圖片的取回處理。 4可以實時記錄整個違章過程，提供四張圖片，一張車輛車牌特寫，另三張為車輛闖紅燈的整個過程回放，能清晰反映車輛闖紅燈的全過程（包括停車線，車輛和紅燈狀態） 。 符合公安部相關要求5系統拍攝圖片為標準 jpg 格式，分辨率可達 768*576，32 位真彩色6 管理大量違章車輛信息，包括車輛號碼、車型、違章時間、違章地點等。7可對圖像任意部分進行放大、縮小并具有強大的圖像增強功能，可將某些肉眼難以識別的車輛變得清晰可辨。8可按車輛號碼、違章時間、違章地點等查詢違章車輛，并瀏覽、

51、修改、刪除違章車輛信息，進行事故回放。9可打印違章處罰通知單、違法確認書。用戶可根據自身實際需求進行修改（所括所有輸出報表格式、內容） 。 10可對各路口的違法信息進行各方面的統計，供有關部門做出相應的措施。如：按時期、車型、路口等方式統計轄區內的車輛違法信息，并可以打印輸出報表。 11完善的用戶權限管理功能。12完善的系統日志功能，系統對所有合法用戶的重要操作在后臺進行一一記錄，供管理員調用查看。13后臺軟件可進行日常交警手抄罰單電子化管理、可處理卡口、流動電子警察等違法圖片，進行綜合管理。表 4-1 電子警察基本功能表北華航天工業學院畢業論文152.系統擴展優點如表 4-2功能描述作用及優

52、點同一車道連拍可對同一車道連續的闖紅燈車輛進行連續抓拍。這樣可以不漏掉該車道的任何一輛闖紅燈車。多車道同時抓拍可以同時在多個車道上闖紅燈的車進行抓拍，并發速度快，這樣可以不漏掉任何一個車道的闖紅燈車輛 多級靈靈敏度通過調節靈敏度可以抓拍正常行駛下的所有機動車(含摩托車)，同時也可通過調節靈敏度來決定是否抓拍摩托車、人力三輪車，自行車等。 特殊車輛管理獨有特殊車輛管理功能。對特殊車輛進行特殊管理方式，即只記錄，不處罰。雙線圈防逆行 真正使用雙線圈工作，能減少對逆向行駛、轉彎壓線圈等的誤拍，最大限度的排除干擾，降低誤拍率從而提高抓拍率及有效率。路口過車拍功能將所有經過路口的車輛都進行抓拍。供相關部

53、門在特殊需要時進行查看取證 路口錄像功能系統可對每個車道和路口全景進行 24 小時錄像。對路口車輛肇事逃逸，交通事故、刑事案件調查起到排查和取證的作用。車輛超速抓拍功能系統可對路口所有過經過車輛進行測速，對超速的車輛可以進行抓拍取證，起到治安卡口的作用。 車流量統計功能系統可按月、按星期、按日、按時段進行車流量統計。可供交管部門根據統計數據對上路執勤民警數量及信號燈相位時間進行科學的調整。 表 4-2 電子警察監控系統擴展優點北華航天工業學院畢業論文163.技術指標(1)電子警察系統 抓拍違章車輛尾牌概率98%； ccd 攝像機，圖像采用 cctr 標準（540 視頻線、25 場/秒）分辨率為

54、 768x576（像素） ； 照度范圍為 0.1108 lux； 每輛違章車抓拍四幅圖像（三幅遠景、一幅近景）且圖像清晰； 圖像傳輸方式：電話撥號、光纜傳輸、活動硬盤等； 后臺具有放大縮小，增強和去模糊功能； 響應時間20，則南北方向繁忙，東西一般，南北直行綠燈時長、南北左轉綠燈時長、東西紅燈時長加長。z1-z2-20，則東西方向繁忙，南北一般，東西直行綠燈時長、東西左轉綠燈時長、南北紅燈時長加長。-20=z1-z2=20，則設為一般情況，控制燈正常閃亮。4.2.3 信號轉換裝置電感信號的工作原理基于振蕩電路電路原理，信號轉換裝置是由一種基于電磁感應原理的信號裝換線路構成，該轉換電路是有兩只三

55、極管組成共射極振蕩器和地感線圈（電感原件） 、電阻、電容等元件組成，信號裝換裝置的電路原理圖如圖 4-4 及分析如下:u1 和 u2 共組成了共射極振蕩器，電阻 r3 是兩只三極管的公共射極電阻，并構成正反饋，地感線圈 t 作為檢測器諧振電路中的一個電感元件，與振蕩電路一起形成 lc 諧振。圖 4-4 信號裝置轉換原理圖北華航天工業學院畢業論文20當有車輛通過時，由于空氣介質發生變化引起了振蕩頻率的變化（有車輛經過是頻率升高） ，將會使線圈中單位電流產生的磁通量增加，從而導致線圈電感值發生微小變化，進而改變 lc 諧振的頻率，這個頻率的變化作為有車輛經過地感線圈路面時的輸入信號，再將此信號通過

56、由 r7 和 c3 組成的 lc 濾波電路，輸出穩定的直流電壓，此電壓可以輸入到plc 系統。4.2.4 正常運行模塊程序框圖及分析正常情況下各個路口的各個時間段的車流量基本相等，各個信號燈按照程序所設定的固定時間運行；當某路口的車流量發生變化，檢測到路口的車輛滯留量達到設定值時，自動調用車流量信號智能處理子程序；當某個路口發生緊急事件，人要緊急通過時，按下該路口的緊急按鈕，程序自動調用緊急按鈕信號子程序；這行完子程序后，主程序自動返回繼續檢索各種運行條件和參數狀態，程序控制框圖如圖 4-5：運行程序南直行/轉彎北直行/轉彎南直行/北直行東直行/轉彎西直行/轉彎緊急按鈕信號信號智能處理圖 4-

57、5 程序框圖北華航天工業學院畢業論文214.2.5 車流量信號智能處理模塊及分析若該車道的綠燈已經亮了 20s,任沒有檢測到有車輛通過時：表示無車輛等待通過，若其他三個路口也無車，則維持原正常通行時間；若其他三個路口只有一個路口有車，則立刻結束該路口的綠燈通行時間，給有車的路口“讓道” 。當該車道的綠燈已經亮了 40s,檢測到有車輛“累積”在此車道上,表示有車輛等待通過，則要根據實際的車輛數決定是按正常的通行時間控制，還是延遲通行時間，車輛越多延遲時間越長；同時考慮其他路口的車輛等待狀態，是適當延遲，還是無限延遲。延遲時間段的劃分數量及其具體延遲時間根據個十字路口的狀態進行設定。具體情況如圖

58、4-6 所示：4.2.6 交通燈智能控制程序框圖綠燈通行時間車輛數n正常時間延時 t120s延時 t240s延時 t360s5060s5060s5060s4050s4050s040s040s20s0 停 10105n10n100n55n10n10其他路口無車延時至其他路口有車圖 4-6 車流量信號處理模塊北華航天工業學院畢業論文22開始5 東西紅，南北閃2s6 東西紅，南北黃2s1 南北紅，東西綠5s4 東西紅，南北綠5s3 南北紅，東西黃2s2 南北紅，東西閃2s智能控制7 采集數據，通過東西車流規模與南北車流規模的邏輯比較，按一定規律控制綠燈時長。比較完，內部數據清零，且各個計數器繼續探測車流量10 南北紅，東西黃2s9 南北紅，東西閃2s8 南北紅，東西綠智能控制11 采集數據，同第七步，作為判斷南北綠燈的時長智能控制南北空道東西空道12 東西紅，南北綠14 東西紅，南北黃2s13 東西紅，南北閃2snynyynnyyn開始只能控制綠燈有三個時間值（大、中、小）為了車輛的數據采集紅綠燈先按一般規律進行一個周期在紅綠燈的任一個狀態中，如果有急車通過，則調用子程序，各個路口紅燈開始閃，直到急車通過，才繼續原來的交通燈狀態。圖 4-7 交通能智能控制框圖北華航天工業學院畢業論文23運行過程分析如圖 4-7：為了車輛的數據采集，紅綠燈先按一般規