【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，汽車保有量 逐年增加，交通問題日益顯現(xiàn)。我國部分大中城市 摒棄 了舊有的控制方式，一些先進(jìn)的控制技 術(shù)逐 漸得到應(yīng)用 ， 雖然在整體規(guī)模和層次上與世界發(fā)達(dá)國家還有不小差距，但 部分領(lǐng)域技術(shù)水平已處于世界先進(jìn)位置。目前，我國城市交通控制系統(tǒng) 不單單是對(duì)交叉口信號(hào)燈進(jìn)行控制 ， 而是集交叉口信號(hào)燈控制和干線控制以及現(xiàn)代城市高速公路交通控制于一體的混合型交通 控制。 在我國的交通控制系統(tǒng)的進(jìn)步行程中，若只依賴被動(dòng)、微觀和靜態(tài)的傳統(tǒng)模式的控制策略 ， 顯然不能滿足城市交通的需求。必須突破傳統(tǒng) 信號(hào)控制的研究方法，控制思想上要由被動(dòng)控制向主動(dòng)自適應(yīng)控制發(fā)展 ； 控制技術(shù)上要借助于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)向智能化、集成化發(fā)展；控制規(guī)模上要由微觀、中觀控制 向宏觀 、微觀結(jié)合控制發(fā)展；控制模式上要由靜態(tài)控制向動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)控制發(fā)展 ； 發(fā)展方向上要以我為主，充分結(jié)合我國的實(shí)際情況，發(fā)展適應(yīng)我國國情的交通控制系統(tǒng) [11]。概而言之，要充分利用系統(tǒng)工程的思想和方法，加強(qiáng)對(duì)城市先進(jìn)交通處理系統(tǒng)的硬件技術(shù)和軟件技術(shù)研發(fā)。 我國智能交通控制系統(tǒng)起步較晚，交通信息集成和應(yīng)用程度還比較落后，現(xiàn)有的交通顯示屏基本上是靜態(tài)交通信息，尚未形成真正意義上的智能交通控制。為此，對(duì)智能交通控制系統(tǒng)必須要加快研發(fā)和實(shí)用化的步伐，滿足新時(shí)期我國交通發(fā)展的需要。只有采用新技術(shù)，探索各種新方法，才能為城 市交通控制開辟新的思路，才能實(shí)現(xiàn)城市智能交通系統(tǒng)，從而真正緩解城市交通與經(jīng)濟(jì)發(fā)展日趨尖銳的矛盾 [12]。 本文研究的內(nèi)容 經(jīng)過對(duì)本課題的深入研究以及對(duì)智能交通控制系統(tǒng)的分析，明確本次設(shè)計(jì)完成的主要內(nèi)容如下： (1) 根據(jù)控制要求，提出智能交通控制系統(tǒng)的總體方案并進(jìn)行論證。詳細(xì)分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制的工作原理，并確定系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。 (2) 對(duì)智能交通控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成該系統(tǒng)的硬件構(gòu)建 和軟件設(shè)計(jì)。完成硬件設(shè)備的選型，相應(yīng)電氣圖紙的設(shè)計(jì)以及 PLC控制程序的編寫和調(diào)試，滿足控制系統(tǒng)及工藝的基本要求。 (3) 利用組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫面符合要求，美觀實(shí)用， 能完成對(duì)系統(tǒng)的主要變量的實(shí)時(shí)監(jiān)視和數(shù)據(jù)分析。 基于 PLC 的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 2 總體 方案 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是對(duì) PLC 控制進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)和應(yīng)用，完成對(duì)交通流量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)與控制，并能利用上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的思路是采用地感線圈探測(cè)車輛的通過，并用 PLC 對(duì)車輛數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，利用 PLC 在順序控制上的強(qiáng)大功能，對(duì)交通流量進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和控制。 工作原理 分析 本系統(tǒng)以十字路口等待綠燈的車輛滯留量來確定該方向 交通 是否繁忙。 為了簡(jiǎn)化處理，該系統(tǒng)控制的普通 十字路口的每個(gè)方向僅有直行車道，每個(gè)方向均設(shè)有紅、黃、綠色直行交通燈。 如圖 1所示， 在十字路口的東南西北四個(gè)方向的近端（ 停車線 附近）和遠(yuǎn)端（相距近端約 100米處）各 埋設(shè) 一個(gè) 地感線圈 ，分別統(tǒng)計(jì)通過該處的車輛數(shù)。 E2E1S 2S 1N 2N 1W2W1 圖 1 十字路口地感線圈布置示意圖 以南北方向?yàn)槔?，每?dāng)車輛駛近十字路口，必須先通過遠(yuǎn)端的 地感線圈 N1或 S1，這時(shí) 地感線圈 將對(duì)車輛產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)傳送至 PLC內(nèi)通過 增指令 進(jìn)行加 1運(yùn)算，此時(shí)如果信號(hào)燈仍為綠燈，車輛繼續(xù)前行通過十字路口則必然經(jīng) 過近端的 地感線圈 N2或 S2，同樣 地感線圈 對(duì)車輛產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)傳送至 PLC內(nèi)通過 減指令 進(jìn)行減 1運(yùn)算。基于 PLC 的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 最終， PLC對(duì) 地感線圈 N1和 S1脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)就可記錄駛近路口的車輛數(shù) X， PLC對(duì)地感線圈 N2和 S2脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)就可記錄駛出路口的車輛數(shù) Y。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，將兩個(gè)相對(duì)方向（南與北、東與西） X、 Y 的數(shù)值合并為一組，那么南北方向車輛的滯留量 Z1=XY。 同理可得， PLC通過對(duì) 地感線圈 脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)就可得到東西方向車輛的滯留量 Z2。通過計(jì)算車輛的滯留量 Z1與 Z2的差值，從而決定對(duì)綠燈進(jìn)行延時(shí)控制。將此差值設(shè)為三個(gè) 區(qū)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(zhǎng) 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(zhǎng) 10秒 。 如果 － 10≤Z1－ Z2≤10， 則視為正常情況，交通信號(hào)燈控制按固定周期變換。 車輛駛過產(chǎn)生的脈沖計(jì)數(shù)、車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來完成。各 地感線圈 時(shí)刻檢測(cè)車輛，在一個(gè)紅綠燈周期中，每當(dāng)東西或南北綠燈亮之前， PLC都要依據(jù)脈沖的計(jì)數(shù)判定東西、南北的車流規(guī)模，然后根據(jù)以上智能控制原則，調(diào)整綠燈時(shí)長(zhǎng)。 系統(tǒng)結(jié) 構(gòu) 系統(tǒng)主控制器選用西門子的 S7200系 列 PLC， 車流量檢測(cè)裝置采用基于電磁感應(yīng)原理的地感線圈 ， 系統(tǒng)由 PLC控制器、 地感線圈 檢測(cè)裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置 、 十字路口交通燈組等幾部分組成 ， 如圖 2所示。 地 地 地 地地 地地 地 地 地地 地P L C地地地地地地地地 圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)運(yùn)行過程中，首先， 地感線圈感應(yīng)到車 輛 通過的信號(hào) ， 該信號(hào)通過信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為 0～ 10V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)輸入到 PLC， PLC控制系統(tǒng)通過判斷該信號(hào)的狀態(tài) ,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和計(jì)算得到各路口實(shí)際車流量的數(shù)據(jù) ， 自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)路口的實(shí)際車流量自動(dòng)調(diào)節(jié)其所在路口的信號(hào)燈的通行狀態(tài) 。 基于 PLC 的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 車流量檢測(cè) 地感線圈 的選型原則 地感線圈是本智能交通自控系統(tǒng)中的最主要的檢測(cè)元件 ， 地感線圈的技術(shù)規(guī)格由車道的大小和埋設(shè)的深度決定 ， 地感線圈主要由內(nèi)徑 ， 外徑 ， 線徑和匝數(shù)四大因素組成 ， 一旦這四大因素確定 ， 線圈的規(guī)格型號(hào)即可確定 [13]。地感線圈工作在最佳狀態(tài)下時(shí) ， 線圈的電感量應(yīng)保持在 100uH—300uH之間 ， 在線圈電感不變的情況下 ， 線圈的匝數(shù)與周長(zhǎng)有關(guān)系 ， 周長(zhǎng)越小、匝數(shù)就越多 ， 線圈匝 數(shù) 可 參考表 1。 表 1 線圈匝數(shù)參考表 線圈周長(zhǎng) 線圈匝數(shù) 300cm，電感 100uH—300uH 56匝 300—600cm 56匝 600—1000cm 45匝 1000—2500cm 3匝 2500cm以上 2匝 由于道路下可能埋設(shè)有各種電纜管線、鋼筋、下水道蓋等金屬物質(zhì) ， 這些都會(huì)對(duì)線圈的實(shí)際電感值產(chǎn)生很大影響 ， 在實(shí)際施工時(shí)應(yīng)使用電感測(cè)試儀實(shí)際測(cè)試地感線圈的電感值來確定施工的實(shí)際匝數(shù) ， 保證線圈的最終電感值在合理的工作范圍之內(nèi)（如在 100uH—300uH 之間）。 否則 ， 應(yīng)對(duì)線圈的匝 數(shù)進(jìn)行調(diào)整 [14]。 在理想狀況下（不考慮一切環(huán)境因素的影響 ）， 地感線圈只考慮面積的大?。ɑ蛑荛L(zhǎng)）和匝數(shù) ， 可以不考慮導(dǎo)線的材質(zhì)。但在實(shí)際工程中 ， 必須考慮導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度和高低溫抗老化問題 ， 在某些環(huán)境惡劣的地方還必須考慮耐酸堿腐蝕問題 [15]。在實(shí)際的工程中 ， 建議采用 。 若本系統(tǒng)中的十字路口模擬交通模型為 60*60cm， 根據(jù)實(shí)際十字路口的尺寸按比例縮放 ， 得到的車道大小約為3cm。 設(shè)計(jì)時(shí)選擇的線圈內(nèi)徑為 * cm、外徑為 * cm、線徑為 、 匝 數(shù)為 180n。 信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置 地感線圈的工作原理基于振蕩電路原理 ,將地感線圈埋入地下，當(dāng)有車輛經(jīng)過時(shí)，基于 PLC 的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 車的鐵外殼使得線圈電感發(fā)生變化，將線圈接入振蕩電路，使電感量的變化轉(zhuǎn)換成諧振頻率的變化。 信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置是由一種基于電磁感應(yīng)原理的信號(hào)轉(zhuǎn)換線路構(gòu)成 ， 該轉(zhuǎn)換電路主要由兩只三極管組成 的 共射極振蕩器和地感線圈（電感元件）、電阻、電容等元件組成的耦合振蕩電路組成 ， 信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置的電路原理如圖 3所示。 U19015R1R3R2GNDT4148473pFC1U29015R7R410KR5473pFC2C3R8輸出信號(hào)+24V 圖 3 信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置電路原理圖 Ul和 U2組成共射極振蕩器 ， 電阻 R3是兩只三極管的公共射極電阻 ， 并構(gòu)成正反饋 ， 地感線圈 T作為