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談?wù)摮鞘薪煌≒LC智能化監控論文
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市的機動(dòng)車(chē)輛不斷增加，從而引發(fā)的交通問(wèn)題越來(lái)越突出。因此如何采用一種科學(xué)的控制方法，建立一套城市交通數據監測、交通信號燈控制與交通疏導的綜合管理系統，成為現代城市交通管理部門(mén)亟待解決的重要問(wèn)題之一。目前國內使用的紅綠燈都是固定的工作時(shí)間，并且自動(dòng)切換。通常的做法是事先經(jīng)過(guò)交通流量的調查，運用統計的方法對兩個(gè)方向紅綠燈設置固定轉換時(shí)間間隔。然而實(shí)際十字路口車(chē)輛的流量是隨機和變幻莫測的，有的路口在不同的時(shí)段可能會(huì )有很大的差異，并且經(jīng)常受到人為因素的影響。因此固定時(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費，出現綠燈方向車(chē)輛較少，紅燈方向車(chē)輛積壓等現象，影響了道路的暢通。這種現象的出現是無(wú)法建立準確模型的，統計的方法已不能適應迅猛發(fā)展的交通現狀，更為科學(xué)的是需要能有一種能夠根據流量變化情況自動(dòng)適應控制的交通信號燈。
1、系統的工作原理
本系統以十字路口等待綠燈的車(chē)輛滯留量來(lái)確定該方向是否繁忙。在十字路口的東南西北四個(gè)方向的近端（人行橫道附近）和遠端（相距近端約100米處）各設置一個(gè)傳感器，分別統計通過(guò)該處的車(chē)輛數。以南北方向為例，每當車(chē)輛駛近十字路口，必須先通過(guò)遠端的傳感器N1或S1，這時(shí)傳感器將對車(chē)輛產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號傳送至PLC內通過(guò)計數器進(jìn)行加1運算，此時(shí)如果信號燈仍為綠燈，車(chē)輛繼續前行通過(guò)十字路口則必然經(jīng)過(guò)近端的傳感器N2或S2，同樣傳感器對車(chē)輛產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號傳送至PLC內通過(guò)計數器進(jìn)行減1運算。最終，PLC對傳感器N1和S1脈沖信號的計數就可記錄駛近路口的車(chē)輛數X，PLC對傳感器N2和S2脈沖信號的計數就可記錄駛出路口的車(chē)輛數Y。為了簡(jiǎn)化運算，將兩個(gè)相對方向（南與北、東與西）X、Y的數值合并為一組，那么南北方向車(chē)輛的滯留量Z1=X-Y。同理可得，PLC通過(guò)對傳感器脈沖信號的計數就可得到東西方向車(chē)輛的滯留量Z2。通過(guò)計算車(chē)輛的滯留量Z1與Z2的差值，從而決定對綠燈進(jìn)行延時(shí)控制。將此差值設為三個(gè)區間進(jìn)行判斷如下：如果Z1-Z2>10，則南北方向繁忙，東西正常，南北直行綠燈延長(cháng)10秒，南北左轉綠燈延長(cháng)10秒。如果Z1-Z2<-10，則東西方向繁忙，南北正常，東西直行綠燈延長(cháng)10秒，東西左轉綠燈延長(cháng)10秒。如果-10≤Z1-Z2≤10，則視為正常情況，交通信號燈控制按固定周期變換。車(chē)輛駛過(guò)產(chǎn)生的脈沖計數、車(chē)輛滯留量的雙向比較以及綠燈延時(shí)時(shí)間的控制全部由PLC來(lái)完成。各傳感器時(shí)刻檢測車(chē)輛，在一個(gè)紅綠燈周期中，每當東西或南北綠燈亮之前，PLC都要依據脈沖的計數判定東西、南北的車(chē)流規模，然后根據以上智能控制原則，調整綠燈時(shí)長(cháng)。
2、智能化控制系統的實(shí)現方法
目前交通燈控制的設計方案有很多，有采用CPLD數字集成電路實(shí)現交通信號燈智能控制的設計，有采用單片機實(shí)現對交通燈設計的方案。而本智能系統采用傳感器與PLC相結合，通過(guò)軟件編程實(shí)現可以根據十字路口車(chē)流量來(lái)自動(dòng)調節綠燈時(shí)間的智能控制系統。
2.1硬件設備的選擇
本系統在設計過(guò)程中強調化繁從簡(jiǎn)，只涉及兩種硬件（PLC和傳感器）。但是選擇的種類(lèi)還是比較繁多，下面從經(jīng)濟節約的原則出發(fā)，對以上兩種硬件進(jìn)行選擇。
2.1.1傳感器
傳感器的類(lèi)型主要可分為溫度傳感器、壓力傳感器、光電傳感器、位移傳感器等。為了能夠科學(xué)準確的統計車(chē)流量，本系統采用具有精度高、反應快、非接觸的光電傳感器。而且光電傳感器的結構簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，在很多檢測和智能化裝置中應用非常廣泛。光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量（如光強、光照度等），并將其轉化為電信號。本智能控制系統就是利用光電傳感器的這一特點(diǎn)來(lái)檢測十字路口各方向的車(chē)流，當有車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，光電傳感器就會(huì )發(fā)出一個(gè)脈沖信號并傳輸至PLC，PLC通過(guò)對脈沖信號的計數就可得到各方向的車(chē)流量，然后PLC通過(guò)一定的原則根據各方向車(chē)輛滯留量的大小自動(dòng)調整相應的綠燈時(shí)間，從而實(shí)現交通信號燈的智能化控制。
2.1.2PLC
本系統設計時(shí)采用三菱的FX2N-32MR機型，該PLC有16個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，性能高體積小，完全可以滿(mǎn)足設計需要（。圖2所示）表1表2表3
2.2系統設計
本系統由啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。正常情況下，先南北直行綠燈亮20秒后閃爍3秒，然后黃燈亮2秒轉為紅燈，同時(shí)南北左轉綠燈亮20秒后閃爍3秒，然后黃燈亮2秒轉為紅燈，此時(shí)東西直行綠燈亮20秒后閃爍3秒，黃燈亮2秒轉為紅燈，同時(shí)東西左轉綠亮20秒后閃爍3秒，然后黃燈亮2秒轉為紅燈，如此往復。當某個(gè)方向繁忙時(shí)，該方向直行綠燈延長(cháng)10秒，左轉綠燈延長(cháng)10秒，其余時(shí)間不變，再循環(huán)。本系統輸入設備需要10個(gè)輸入端，其中手動(dòng)按鈕2個(gè)，分別為啟動(dòng)和停止。其他8個(gè)輸入端作為東西南北方向八個(gè)傳感器的脈沖信號輸入。輸出信號燈采用雙色LED顯示，一個(gè)方向上有兩個(gè)信號燈分別為左轉信號燈和直行/右轉信號燈，共計8個(gè)輸出端。由于采用LED雙色顯示，因此紅和綠同時(shí)亮則為黃色信號燈。I/O分配如表1所示。輸出端口的賦值含義如表2所示。系統軟件設計的語(yǔ)句表(如表3)。
3、結語(yǔ)
通過(guò)以上程序設計證實(shí)，PLC對城市交通信號燈進(jìn)行智能化控制，其效果遠比目前固定時(shí)間控制的好，尤其適用于車(chē)輛變化量比較大的十字路口。同時(shí)，本系統在實(shí)現上也比較簡(jiǎn)單方便，具有較好的應用推廣價(jià)值，并能改善目前城市交通擁堵的現狀。
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