關於PLC交通燈控制的設計論文？
1 引言
據不完全統計，目前我國城市裏的十字路口交通系統大都采用定時來控制(不排除繁忙路段或高峰時段用交警來取代交通燈的情況)，這樣必然產生如下弊端:當某條路段的車流量很大時卻要等待紅燈，而此時另壹條是空道或車流量相對少得多的道卻長時間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現象是未對實際情況進行實時監控所造成的，不僅讓司機乘客怨聲載道，而且對人力和物力資源也是壹種浪費。
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，其中主要運用GPS全球定位系統等。出於便捷和效果的綜合考慮，我們可用如下方案來控制交通路況:制作傳感器探測車輛數量來控制交通燈的時長。具體如下:在入路口的各個方向附近的地下按要求埋設感應線圈，當汽車經過時就會產生渦流損耗，環狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測出汽車的通過，並將這壹信號轉換為標準脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，並用PLC計數，按壹定控制規律自動調節紅綠燈的時長。
比較傳統的定時交通燈控制與智能交通燈控制，可知後者的最大優點在於減緩滯流現象，也不會出現空道占時的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統而言成本更低。
2 車輛的存在與通過的檢測
(1) 感應線圈(電感式傳感器)
電感式傳感器其主要部件是埋設在公路下十幾厘米深處的環狀絕緣電線(特別適合新鋪道路，可用混凝土直接預埋，老路則需開挖再埋)。當有高頻電流通過電感時，公路面上就會形成如圖1(a)中虛線所形成的高頻磁場。當汽車進入這壹高頻磁場區時，汽車就會產生渦流損耗，環狀絕緣電線的電感開始減少。當汽車正好在該感應線圈的正上方時，該感應線圈的電感減到最小值。當汽車離開這高頻磁場區時，該感應線圈電感逐漸復原到初始狀態。由於電感變化該感應線圈中流動的高頻電流的振幅(本論文所涉及的檢測工作方式)和相位發生變化，因此，在環的始端連接上檢測相位或振幅變化的檢測器，就可得到汽車通過的電信號。若將環狀絕緣電線作為振蕩電路的壹部分，則只要檢測振蕩頻率的變化即可知道汽車的存在和通過。
電感式傳感器的高頻電流頻率為60kHz，尺寸為 2×3m，電感約為100μH.這種傳感器可檢測的電感變化率在0.3％以上[1，2]。
電感式傳感器安裝在公路下面，從交通安全和美觀考慮, 它是理想的傳感器。傳感器最好選用防潮性能好的原材料。
(2) 電路
檢測汽車存在的具體實現是在感應線圈的始端連接上檢測電感電流變化的檢測器, 並將之轉化為標準脈沖電壓輸出。其具體電路圖由三部分組成:信號源部分、檢測部分、比較鑒別部分。原理框圖如圖2所示, 輸出脈沖波形見圖1(b)。
(3) 傳感器的鋪設
車輛計數是智能控制的關鍵，為防止車輛出現漏檢的現象，環狀絕緣電線在地下的鋪設我們設采取在每個車行道上中的出口地(停車線處)以及在離出口地壹定遠的進口的地方各鋪設壹個相同的傳感器，方案如圖3(以典型的十子路口為例)，同壹股道上的兩傳感器相距的距離為該股道正常運行時所允許的最長停車車龍為好。
3 用PLC實現智能交通燈控制
3.1 控制系統的組成
車輛的流量記數、交通燈的時長控制可由可編程控制器(PLC)來實現。當然，也可選用其他種類的計算機作為控制器。本例選用PLC作為控制器件是因為可編程控制器核心是壹臺計算機，它是專為工業環境應用而設計制造的計算機。它具有高可靠性豐富的輸入/輸出接口，並且具有較強的驅動能力;它采用壹類可編程的存儲器，用於其內部存儲程序，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，並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;它采用模塊化結構，編程簡單，安裝簡單，維修方便[3]。
利用PLC，可使上述描敘的各傳感器以及各道口的信號燈與之直接相連，非常方便可靠。
本設計例中,PLC選用FX2N-64，其輸入端接收來自各個路口的車輛探測器測得的輸出標準電脈沖，輸出接十字路口的紅綠信號交通燈。信號燈的選擇:在本例中選用紅、黃、綠發光二極管作為信號燈(箭頭方向型)。
3.2 車流量的計量
車流量的計量有多種方式:
(1) 每股行車道的車流量通過PLC分別統計。當車輛進入路口經過第壹個傳感器1(見圖3)時，使統計數加1，經過第二個傳感器2出路口時，使統計數減1，其差值為該股車道上車輛的滯留量(動態值)，可以與其他道的值進行比較，據此作為調整紅綠燈時長的依據。
(2) 先統計每股車道上車輛的滯留量，然後按大方向原則累加統計。如，將東西向的(見圖3)左行、直行、右行道上的車輛的滯留量相加，再與其它的3個方向的車流量進行比較，據此作為調整紅綠燈時長的依據。
(3) 統計每股車道上車輛的滯留量後按通行最大化原則(不影響行車安全的多道相向行駛)累加統計。如，東、西相向的2個左行、直行、右行道上的車輛的滯留量全部相加，再與南北向的總車流量進行比較，據此作為調整紅綠燈時長的依據(下面的例子就是按此種方式)。
以上計算判別全部由PLC完成。可以把以上不同計量判別方式編成不同的子程序，方便調用。
3.3 程序流程圖
本例就上述所描述的車流量統計方式,就圖3中的十字路口給出壹例PLC自動調整紅綠燈時長的程序流程圖如圖5所示，其行車順序與現實生活中執行的壹樣[4]，只是時間長短不壹樣。
(1) 當各路口的車輛滯留量達壹定值溢滿時(相當於比較嚴重的堵車)，紅綠燈切換采用現有的常規定時控制方式;
(2) 當東、西向路口的車輛滯留量比南、北向路口的大時(反之亦然)，該方向的通行時間=最小通行定時時間＋自適應滯環比較增加的延時時間(是變化的)，但不大於允許的最大通行時間。其中最小定時時間是為了避免紅綠燈切換過快之弊;最大通行時間是為了保障公平性，不能讓其它的車或行人過分久等。進壹步的說明在後面的註釋中。
(3) 自適應滯環比較(本例的核心控制規律)增加的時間的確定若東、西向車輛滯留量≥南、北向壹個偏差量σ(如30輛車或其它值)時，先讓東、西向的左轉彎車左行15s(定時控制，值可改)，再讓直行車直行30s(直行時間的最小值，值可改)後再加壹段延時保持，直至東、西向的車輛滯留量比南、北向的車輛滯留量還要少壹個偏差量σ，才結束該方向的通行，切換到其它路上，否則壹直延時繼續通行下去，直至到達最大通行時間而強制切換。滯環特性如圖6所示。實際應用時σ的值需整定，過小則導致紅綠燈切換過頻，過大又不能實現適時控制。
3.4 流程圖註釋
(1) 流程圖中的15s、30s、75s等時間分別為交管部門定的車輛左轉彎時間、直行最小時間、允許的最大通行時間;σ為車流量的偏差量。以上值及其4個路口車流量的滿溢值均可在程序初始化中任意更改。
(2) 車輛左轉彎是造成交通堵塞很重要的壹個方面，應加以適當限制，故車輛左轉彎始終采用最小定時控制，以減小系統的復雜程度，提高可靠性。
(3) 車輛通行的時間中包含綠、黃燈閃爍的時間，紅、黃、綠各燈的切換與現用的方式相同，不再贅述。
(4) 人行道的紅綠燈接線與現用的方式相同，其綠燈點亮的時刻與該方向車輛直行綠燈點亮的時刻同步壹致，但要較車輛直行綠燈提前熄滅，采用定時控制，如綠燈定時亮18s。其目的是不讓右轉彎車輛過分受人行道燈的限制。若人車分流，右轉彎車輛不受限制。較簡單，流程圖中略。
(5) 車流量的計量是不間斷的，與控制呈並行關系，該系統屬多任務處理，編程尤其應註意。
4 結束語
比較傳統的定時交通燈控制與智能交通燈控制，可知後者的最大優點在於減緩滯流現象，也不會出現空道占時的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統而言成本更低，特別適合繁忙的、未立交的交通路口，更適合於四個以上的路口，也可方便連網。
參考文獻
[1] 黃繼昌等. 傳感器工作原理及應用實例[M]. 北京:人民郵電出版社,1998.
[2 ]張萬忠. 可編程控制器應用技術[M]. 北京:化學工業出版社,2001.
[3] 英R.J.索爾特. 道路交通分析與設計[M]. 張佐周等譯. 北京:中國建築工業出版社,1982.
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