基于PLC的交通信号灯模糊控制系统的研究:交通信号灯PLC自动控制
摘要:城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输,提高运营效率。目前,就我国大多数城市而言,己经建立了多种交通信号控制系统,与此同时,交叉口单点信号控制仍是主要的信号控制方式,其中定时控制所占的比例较大,在一些交通流量波动较大的交叉口,实现信号模糊控制已迫在眉睫。
关键词:交通信号 梯形图 模糊控制 PLC 硬件实现
引言
城市交通矛盾的日益突出,已开始影响城市的发展,为了解决这个问题,专家提出了许多建议,如限制私人购车,增加道路宽度,建立交桥,发展城市轨道交通等等。这些措施和办法虽然短期内也能缓解交通压力,但从长远来看,城市的空间毕竟是有限的,这些办法除了需要大量的资金支持外,还要付出惨重的代价。特别是像北京这样的著名历史文化古城,一味地扩展路面,不仅使古建筑和古迹遭到破坏,也破坏了城市独有特征。那么解决城市拥堵的最科学又行之有效的途径在哪里呢?最行之有效的良方或许就是大力发展智能化交通。
2智能交通信号控制系统的基本组成
智能交通信号控制系统的基本组成是主控中心、路口交通信号控制机以及数
据传输设备。其中主控中心包括操作平台、交互式数据库、效益指标优化模型、
数据(图像)分析处理等。具体结构框架见下图1.
3模糊控制系统的总体设计
将工业上应用比较成熟的可编程控制器(PLC)用于对单路口交通信号灯实现车辆等待长度的模糊控制方法。十字路口各方向车辆数的动态变化量通过传感器采集.检测处理后送入PLC,传感器输出的是开关量,PLC处理的主要是开关量并具有一定的运算能力,更重要的是PLC具有很高的可靠性和较强的抗干扰能力。城市空中各种电磁干扰日益严重,为保证交通控制的可靠、稳定,选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。通常PLC的平均无故障时间在10万小时以上,而且也能在恶劣的电磁干扰环境下长期工作。因此,由PLC构成单路口控制器的主体是很适宜的。PLC还具有网络通信功能,可以方便地实现在线控、面控等多种控制模式下的联网控制。
3.1 模糊控制系统的结构框图
本系统的控制原理框图可由图2表示,它主要由传感器、模糊控制器(包括计算控制变量、模糊量化处理、模糊控制规则、模糊推理和清晰化处理五个模块,如图中虚线内所示)、执行机构、被控对象组成。
3.2 硬件结构图
硬件设计是整个系统的基础,要考虑的方方面面很多,除了实现交通灯基本功能以外,主要还要考虑如下几个因素:
(1)系统稳定度;
(2)器件的通用性或易选购性;
(3)软件编程的易实现性;
(4)系统其它功能及性能指标;因此硬件设计至关重要。
系统采用PC机显示倒计时计数功能,最大显示数字99。以南北方向为例,数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下减,每秒钟减1,一直减到1。然后又从红灯的设置时间最大值往下减,一直减到1。接下来又显示绿灯时间,如此循环。结构如图3。
3.3 软件设计
硬件平台结构一旦确定,大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑,完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的,由于软件的可伸缩性,最终实现的系统功能可强可弱,差别可能很大。因此,软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法,不仅易于编程和调试,也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时,对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算,比较复杂,这里我们选用了结构清晰、能进行复杂运算的梯形图语言来实现编程。
软件总体设计及流程图见图4,主要完成各部分的软件控制和协调。本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化,
4系统调试
因本设计本身要求有稳定性高、免维护、抗干扰能力强等功能,系统调试除了验证数据处理的精度,确保判断的准确性外,同时必须确认各项的功能的正常运行。
根据系统设计方案,本系统的调试共分为三大部分:硬件调试,软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块化设计,所以方便了对各电路功能模块的逐级测试,包括对:交通灯功能调试,倒计时功能调试。系统软件直接与硬件系统联调,使系统的所有功能得以实现。软硬件调试完毕,我们把控制柜移到室外,使其24小时连续运行,对车流量进行不定时的输入,对系统进行测试。如:2010年4月21日,星期三,小雨,天气预报说气温5～11℃。我们采取工业控制中常见的做法,即每隔一小时记录一次,结果显示完全符合时序图的设计要求。
综上所述,本系统运行稳定可靠,能根据不同的交通流量进行模糊控制决策,优化信号灯的配时,从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题
5 结语
交通系统通过模糊控制无须数学建模,就模仿了有经验的交警指挥交通时的思路,达到很好的控制效果。
系统适应工作环境条件:
(1)控制柜适宜放置于露天,高温、多雨天气,有电磁场干扰;
(2)温度:-10-60摄氏度;
(3)湿度:10%-95%
通过实验保证了系统运行稳定可靠,能根据不同的交通流量进行模糊控制决策,优化信号灯的配时,从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。
交通控制和诱导一体化系统在城市未来交通管理发展的必然趋势,以上分析了交通控制系统和交通诱导系统联系和区别,提出了交通一体化系统的组成。目前城市交通控制和诱导一体化还处于研究阶段。
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