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智能交通燈控制系統的設計與實現

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智能交通燈控制系統的設計與實現

發布日期:2020-11-10 作者:轉自 賽文交通網 點擊:

0 引 言


   隨著社會經濟和城市交通的快速發展, 交通為保障城市交通有序、 安全、 快速運行的解決方案另一方面, 可編程序控制器(PLC)作為一種以微腦技術為核心的自動控制裝置, 已被廣泛應用于械制造、 冶金、 化工、 能源等各種行業本文中我基于羅克韋爾公司的M icroLogix 1500 系列的可編程序控制器討論通過應用R sLogix 500 P ro Engli編程軟件對可編程序控制器(PLC)進行編程, 從達到用數字量的輸入輸出實現對交通紅綠燈的制。


   1 交通燈控制需求分析


   按照城市交通控制的需要, 本文主要討論PLC 實現正常交通的時序和急車強通2 種控制式, 通過傳感器與PLC 完成對交通異常狀況的智判別及處理。


   1 . 1 正常時序控制


   系統受一個啟動開關控制。 當開關啟動時, 系開始工作; 當啟動開關斷開時, 所有信號燈熄滅。系統工作時, 先南北紅燈亮, 同時東西綠燈亮。南北燈亮維持 25 s, 東西綠燈亮 20 s, 到 20 s 時, 東西綠燈閃亮, 綠燈閃亮周期1 s (亮0 . 5 s, 熄0 . 5 s)。綠燈閃亮 3 s 以后熄滅, 東西黃燈亮, 并維持 2 s。到 2 s時, 東西黃燈熄, 東西紅燈亮, 同時南北紅燈熄, 南北綠燈亮。東西紅燈亮維持 30 s, 南北綠燈亮維持 25s。到 25 s 時, 南北綠燈閃亮 3 s 后熄滅, 南北黃燈亮, 并維持2 s。到2 s 時, 南北黃燈熄, 南北紅燈亮,同時東西紅燈熄, 東西綠燈亮, 開始第二周期的動作。以后周而復始的循環。正常時序控制流程如圖1 所示。

   1 . 2 急車強通控制


   急車強通信號受急車強通開關控制。 無急車時信號燈按正常時序控制。 有急車來時, 將急車強通開關接通, 不管原來信號燈的狀態如何, 一律強制讓急車來車方向的綠燈亮, 使急車放行, 直至急車通過為止。急車一過, 將急車強通開關斷開, 信號燈的狀態立即轉為急車來車方向的綠燈閃亮 3 次, 隨后按正常時序控制。急車強通信號同一時間只能響應一路方向的急車, 若兩個方向先后來急車, 則按先、 后次序依次響應; 若兩個方向同時來急車, 則按東西, 南北向依次響應。

   1 . 3 交通異常狀況判別及處理系統


   在十字交通路口常出現的一種交通異常狀況現象是指正常的交通燈控制信號可能與實際的交通狀況相違背。 比如, 在現實生活中的交通可能會出現東西方向的車輛過多發生堵塞, 而南北方向車輛卻很稀少。這時正常的信號燈時序將會使交通狀況更加惡化。這部分的處理方式是由傳感器根據外界實際情況來進行對信號燈的控制。當任何一方向路段傳感器檢測到東西(或南北)方向有車輛在 50 s 沒有移動, 而南北(或東西) 方向交通狀況正常, 這時PLC 將自動啟動交通狀況異常處理方式, 強制東西方向(或南北方向)綠燈的點亮時間延長到 50 s, 直至在這一方向上的傳感器不在返回對應信號(表明此路段的車輛排列長度小于200m )。時序流程圖如圖3 所示。


2 系統硬件設計


   羅克韋爾公司的M icroLogix 1500 可編程序控制器包括電源、 輸入電路、 輸出電路和處理器??刂破骶邆?4 點 I? O 和28 點 I? O 組態功能??刂破饔梢粋€標準處理器 (17642 L SP) 和表 1 所示的其中一種基本單元組成。本系統采用的控制器由標準處理器(17642 L SP)和1764224BWA 基本單元組成。序數據 4 K, 可組態) , 通過連接袖珍型(Compact I?O ) 模塊, 可擴展超過100 點 I? O 及4 路模擬量電流? 電壓型輸入(17642IF4) , 2 路模擬量電流? 電壓輸出(17642 O F2) ; 處理器內置P I D 功能, 兩路 20 kHz高速計數輸入(輸入 0~ 3 為HSC0, 輸入 4~ 7 為HSC1) , 2 路 20 kHz 的高速計數輸出(1764228BXB基座, 輸出 2、 3) , 具有 PTO (脈沖列輸出)或 PWM(脈寬調制)功能, 8 路脈沖觸發式輸入, 4 種事件中斷; 另有可選的時間終端ST I, 允許事件預定觸發;還提供了帶插拔接口的數據存取儀選件, 可以監視和調節48 個整數數據及48 位 I? O 的狀態。通過連接器, 可接到DH485 或DeviceN et 網。


   由于我們所需要的傳感器信號只要表征車輛在一定的位置上停留的時間長度, 所以傳感器系統部分采用的是低成本的H I2TTAC 100 型壓電式傳感器。為每一車道距離十字路口200 m 遠的地段安裝2 條壓電式傳感器且 2 條傳感器并列相距為 3m(可根據應用過程中的實際情況進行改動)。將傳感器信號輸出端用電纜與PLC 的模擬量接口相連接。此傳感器在受外界壓力為 100~ 40000 kg 時就會有模擬信號輸出。稱重精度為±10% 及> 95%的可信度。由于交通狀況問題, 在十字路口的單方向上,有車輛停在距十字路口 200 m 埋有傳感器的路段
上的時間超過一定的范圍(程序中設定為 50 s)時,說明在這一方向上的車流量過大, 正常的信號燈控制將滿足不了實際的需要。PLC 對信號燈的控制將自動改變為交通狀況異??刂品绞?。

3 系統軟件設計及實現


   根據控制任務要求, 按照控制功能流程圖運用RSLogix 1500 P ro English 軟件進行編程。 系統 I? O分配如下:

   在設計中為了避免程序的混亂, 從一開始就使用了鎖存指令和解鎖指令。整個程序的設計充分體現了計時器在可編程控制器中的重要性, 整個程序共使用計時器指令(TON ) 24 個。 相對于其他的編程方法而言, 這套程序的計時器指令使用得較多, 但PLC 的響應速度及其指令執行速度遠遠可以滿足交通系統實時性的要求, 而且從系統的安全性及其程序便于修改的角度來看, 這種編程方法是很好的。


   由于程序中各個階段的信號是由不同的計時器來實現的, 所以操作人員可以方便地更改任意時段的計時時間, 而不必擔心對程序其他部分的影響。 若從程序的簡潔度考慮, 可以只用 8 個計時器來完成同樣的功能, 但程序的可讀性及可移植性都有所下降。以東西方向為例, 系統核心控制部分的梯形圖程序實現如圖4 所示。整個程序實現保證按下啟動開關, 程序開始按正常時序控制運行; 當有急車信號, 允許急車強通; 當交通狀況異常時, 基于傳感器信號控制的PLC 進行智能判別和處理。圖4 梯形圖程序說明計時器 T 4: 7 為正常時序東西綠燈亮計時, 計時時間為20 s;計時器T 4: 8 為正常時序下東西綠燈的閃亮時長計時, 計時3 s;計時器T 4: 9 T 4: 10 為正常時序下東西綠燈的閃亮頻率的計時, 亮0 . 5 s, 熄0 . 5 s, 閃亮周期計時,計時1 s;計時器T 4: 11 為正常時序下東西黃燈亮計時計時時間為2 s;計時器 T 4: 18 為東向西方向車輛在距十字路口200 m 處停止時間。記時器記時50 s;
計時器T 4: 22 東西方向車停時間達到 50 s 要求, 東西方向綠燈亮, 記時50 s。


   4 結束語


   我們針對交通燈的信號控制提出了基于羅克韋爾控制設備的解決方案, 并在系統設計的基礎上進行了軟件實現。 控制軟件的編程思路簡潔明了, 實現方式對外界設備操作的安全性以及控制系統要求的實時性都有較好的體現。


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