城市交通信號燈中的PLC控制技術

廣東省珠海市體育中心游泳館 范文博

應用PLC技術的控制系統(tǒng)，在運行上安全可靠，能達到自動開停的信號管制?？刂品桨傅慕?、調整與優(yōu)化都比較簡便易行，且使用壽命長，應用范圍廣。其全面應用對于交通運行能起到很好的輔助作用。

一、PLC技術對于交通信號燈控制的重要意義

隨著經濟的發(fā)展進步，車輛隨之增加，帶來的問題就是眾多車輛同有限道路之間的難以調和的矛盾。交通系統(tǒng)面臨前所未有的問題與挑戰(zhàn)。針對這種狀況，應當拿出有效的解決辦法，交通控制技術是緩解這一矛盾有效措施。應用PLC技術以及現(xiàn)代的網(wǎng)絡通訊手段，可以讓道路導航及車輛行駛完成智能化轉變，從而為解決交通擁堵，降低交通事故發(fā)生，改善道路交通整體環(huán)境，節(jié)省交通相關能源，防止駕駛疲勞等工作做出貢獻，最終達到建立經濟、快速、舒適、安全交通環(huán)境的目標?；谝陨系姆N種考慮，我們有理由提倡面控方式，所謂的面控方式即是指交通區(qū)域性信號控制，它的控制對象涵蓋了整個城市或者城市某個區(qū)域內的所有交叉路口的信號。這種面控辦法是把所負責區(qū)域中的所有交通信號監(jiān)控任務，當成一個基于監(jiān)控中心管理下的統(tǒng)一的管理控制系統(tǒng)。它是網(wǎng)絡信號覆蓋下的單點信號與干線信號的結合體。區(qū)域控制系統(tǒng)因為交通控制理論與實踐功能的不斷進步而有了新的進展，檢測、通訊、PLC技術等被廣泛應用在交通信號控制工作當中內。其中PLC技術所起到的作用至關重要，這項技術，再綜合以模糊控制理論，可以完好地實現(xiàn)網(wǎng)絡平面控制，讓網(wǎng)絡平面內的各個結點完成直接或者是間接信息交流，達到互相協(xié)調配合，又能各自獨立的管理效果。

二、PLC在交通信號燈控制中的理論運用

PLC技術綜合運用到了通訊技術、計算機技術、自動控制技術，是三者的有機結合。其優(yōu)點是結構模塊化、編程便捷、通信功能強、適用性強、可靠性高。是一種專門用做工業(yè)生產和其他領域內的過程控制設備。交通控制體系中，要求當計數(shù)器到達某個數(shù)值之時，形成特定的狀態(tài)信號，再利用這一狀態(tài)信號完成計數(shù)控制操作，對于計數(shù)器的實際設定值，既可以在編程時候就予以設定，也可以根據(jù)實際運行狀況進行現(xiàn)場修改。當選擇PLC技術進行現(xiàn)場控制系統(tǒng)執(zhí)行時，其可以從計數(shù)器的指令要求出發(fā)，對于特定的控制信號進行狀態(tài)上的改變，以完成計數(shù)控制工作要求。PLC技術應用原理是基于數(shù)字運算的，很容易同工業(yè)控制體系結合在一起，而且擴充至A/D間相互轉換功能較為方便，調節(jié)控制模擬量工作也非常方便。應用了現(xiàn)代通訊手段的PLC技術，能夠實現(xiàn)遠程自由開關控制，完成多臺PLC設備之間的同步通訊連接。多臺設備的同步連接，能將多至數(shù)十臺的PLC設備用分級或者同級的辦法聯(lián)系到網(wǎng)絡當中去，讓每臺設備開關狀態(tài)資源透明、信息共享。再將計算機對其進行總控，實現(xiàn)分散控制，集中管理的模式形成。若想達到交通信號控制的系統(tǒng)與自動化控制，需要在技術上有較強的靈活性。PLC的型號多樣，我們可以根據(jù)場地、任務等的不同，以差異性的輸出輸入模塊完成裝置控制。此外應當明確PLC乃是以軟件來完成控制的，而軟件編制的靈活性很強，這也是此項技術的優(yōu)勢所在。硬件結構相同或者相近的PLC，可以用不同的軟件完成控制。控制結果可以有很大差異。PLC技術應用在交通信號燈中的另一優(yōu)點是設備可靠，它擁有非常優(yōu)良的自我診斷能力，可以及時查出系統(tǒng)內部存在的硬件與軟件故障，保護現(xiàn)場，實現(xiàn)交通信號燈控制的安全性能。此外，PLC技術較強的抗電磁干擾性可以使其適應較為惡劣的工作環(huán)境。圖1為一個循環(huán)的時序控制原理，圖2為信號燈輸出與輸入接線圖。

圖1 一個循環(huán)的時序控制

圖2 信號燈輸出與輸入接線

三、模糊理論在交通信號燈控制系統(tǒng)中的應用

交通信號燈技術原理本身并不復雜，可是系統(tǒng)繁復，想要建立統(tǒng)一的數(shù)學模型難度非常大。近些年來，基于模糊控制理論而建立的控制體系得到了行業(yè)內關注。模糊控制對于數(shù)學模型的精準度要求不是特別高，是依靠規(guī)則所產生的一種智能型控制方式，非常適合于隨機性較為突出的城市交通信號燈系統(tǒng)控制。在當前所采取的某些模糊控制理論中，大多把輸入變量選擇在十字路口的排隊長度上。也可以選擇相位紅燈等候時間以及車輛密度等，操作簡便易行，而選擇輸出變量時也較為單一，比如應用十字路口綠燈延時等。本文在作此探討時把十字路口還有與其鄰近的交叉路口的車輛平均速度與密度也都計算在內。在計算輸出變量時，既應當考慮該相位的延時情況，也應當同時考慮相鄰相位的延時選擇。

此前提出的智能控制，照顧到的是現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)內部的復雜程度、高性能以及不確定因素。所以它擁有一些傳統(tǒng)控制方法所不具備的新特征。在信息處理工程結構上，智能控制體系表現(xiàn)為結構上的復合性與多層次性。它不需要人為對其干預就能實現(xiàn)對信號燈的獨立驅動。以智能化體系緩解交通擁堵，優(yōu)化暢通交通體系。在未知環(huán)境與突發(fā)事件中，智能控制系統(tǒng)可以仿照人類智能，完成交通系統(tǒng)內信號燈的網(wǎng)絡平面式控制。

模糊控制不是指被控對象的模糊，也并非指控制器的模糊不確定，而是指概念與知識表達上的模糊性。模糊控制是在模糊理論的基礎上產生的。用語言算法控制的辦法把人工控制模式轉化為自動控制，讓系統(tǒng)的智能化程度得到加強。根據(jù)模糊控制的表現(xiàn)特點，交通信號燈的智能控制系統(tǒng)能以此為基礎，讓電子計算機模擬出與人類似的直覺，并按照不確定信息當做決策依據(jù)，定位車流情況，實現(xiàn)十字路口雙向交通信號燈的智能化控制?？梢栽谧畲笙薅葍忍嵘囕v流速與車流通過能力。它的主要功能表現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）現(xiàn)場判斷。

1.判斷車道中停車線內留滯車輛臺數(shù)。

2.將車輛臺數(shù)即車流輛反饋到中心系統(tǒng)中。

3.中心系統(tǒng)根據(jù)反饋信息，智能判斷對應車道中信號燈可持續(xù)的時間長度，根據(jù)判斷做出實際調節(jié)。

4.實地手動調節(jié)信號燈斷續(xù)時間。

5.整體把握區(qū)域內全部信號燈系統(tǒng)斷續(xù)時間。

6.發(fā)出闖紅燈警告。

（二）控制室管理。

1.計數(shù)器按照指令權限自動計數(shù)。

2.車輛數(shù)反饋判斷。

3.根據(jù)反饋的信息做出信號燈斷續(xù)時間調整。

4.指揮直行時的人行道行走功能。

5.信號燈同對應車道箭頭閃爍燈根據(jù)指令同步變化。

四、總結

對于交通信號燈的控制雖然屬于一種非常簡單的控制方法，可是它多是應用在繁華的十字路口，其作用卻不容低估?？茖W合理的交通信號燈控制能提升街路的安全使用效率與城市交通出行的速度。自動控制形態(tài)的交通信號燈屬于交通控制中的關鍵組成部分，是科學化管理交通的必要手段。采取PLC技術以及現(xiàn)代化的網(wǎng)絡控制技術，能使車輛行駛與交通導航達到智能化標準，一方面可以緩解交通擁堵壓力，降低交通事故發(fā)生的機率，另一方面也可以有效節(jié)省交通能源，減輕出行者的疲勞駕駛。最終達到建立經濟、快速、舒適、安全交通環(huán)境的目標。

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