天津市市政工程设计研究院 天津 300380
摘要：传统的城市道路交通信号的控制一般是采用按固定方式运行的定时控制系统，这种系统简单，易实现。随着现代城市的发展，道路交通越来越具有易变性和不确定性，按固定方式运行的交通信号系统因无法对道路交通进行实时、合理的监管，难以有效、及时地疏导车流，容易引起交通拥堵。所以设计一种能根据道路交通流量的实时情况进行自动调整的智能交通信号控制系统是有必要的。本文以一个人车分流的中型十字路口以例，设计一个基于S7—200PLC的智能交通信号控制系统。
关键词：PLC；环形车辆检测器；智能交通系统
1plc的简介及特点
plc也就是专业意义上的可编程控制器的简称，它主要是以微处理器为基础，通过合成了自动控制技术、计算机技术和通讯技术等等高科技技术从而发展出的一种新型的工业控制装置。
plc系统采用现代大规模集成电路技术，又经过了严格的生产工艺制造，所以具有可靠性高，抗干扰能力强的特点。其次，这一系统由于在目前已经达到了较为完善的技术水平，所以它的配套齐全，功能较为完善，对于外部环境的适用性较强。再者，它的编程系统较为简单，对于运用人员来说易学易用，深受工程技术人员欢迎。最后，plc系统的体积小，重量轻，能耗低，因此将其应用在精密的设备中也十分容易操作。
2方案设计
2.1硬件设计
该系统的硬件设计主要包括环形车辆检测器的布置和交通信号灯的布置。环形车辆检测器的主要部件是环状绝缘电线。在十字路口各直行车道的特定区域的首尾处，将环状绝缘电线埋设于道路下方十几厘米深处。当车辆进入和离开该区域时，这两个车辆检测器都会发出一个5V的脉冲信号至PLC，PLC可据此计算该区域内的车辆数目。交通信号灯采用传统的单排横式排列。环形车辆检测器与交通信号灯的布置如图1所示。
2.2交通信号灯配时安排及绿灯时长延长方案设计
2.2.1配时安排
该十字路口人车分流，右转不受灯控，并且没有人行道灯控，所以灯控配时可简单些，各个车道设置红灯、黄灯、绿灯3种信号灯，控制周期分4个阶段（图2）。
2.2.2绿灯时长延长设计
延长绿灯时长需要满足如下3个条件：A.当前放行的直行方向车道的滞留车辆数与等待放行的直行方向车道的滞留车辆数之间的差值大于δ（δ为经验数据）。B.当前等待放行的直行方向车道的滞留车辆数小于σm（σm为允许滞留在待放行车道上的车辆数量的最大值）。在确定σm时，主要考虑当下一轮绿灯到来时，能以正常的通过速度、在正常绿灯时间内全部通过路口的车辆最大数目。C.绿灯延时的时长小于Tm（Tm为允许的最大延时时长）。允许的最大延时时长必须合理，既要考虑延时是否造成等待放行车道的拥堵，又要考虑等待通行司机的焦躁情绪。
3控制系统设计
（1）日间控制模式。在7时至23时区间内，控制系统执行日间模式，开启环形车辆检测器监测车道车流的实时情况，进行绿灯时长调整。（2）夜晚控制模式。在23时至次日7时区间内，控制系统执行夜间模式。此时段车流量小，关闭环形车辆检测器，并停止正常信号灯运行，只亮黄灯，从而节约资源。
4PLC程序设计
4.1PLC软元件分配
选用S7—200系列PLC为控制器，系统的主要的软元件分配如表1、表2、表3所示。
4.2PLC程序实现
本控制系统的程序由1个主程序和2个子程序组成。2个子程序分别为车辆数目统计子程序和绿灯延时判断子程序。主程序的功能是根据当前时间来选择控制模式，并利用步进功能指令实现交通信号灯的周期轮换。在主程序中还要设置包括δ、σm、Tm等初值。
车辆数目统计子程序的功能是根据车辆检测器检测到的信号，利用PLC内部的计数器对进入检测区域内的车辆数目进行统计，以供绿灯延时判断子程序调用。绿灯延时判断子程序的功能是根据延时判断规则将相关数值进行比较，并判断是否延长绿灯时长。
5调试
5.1硬件调试：动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。
5.2软件调试：软件调试是通过对拥护程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑，查看程序是否有逻辑的错误。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序再进行调试，如此反复直到调试成功。
6结语
本文所设计的智能交通信号灯控制系统，可在日间控制模式和夜间控制模式之间自动切换，在车流量变化较大的日间模式中启用环形车辆检测器，监测道路实时车流情况，并按一定控制规则适当延长某一直行方向的绿灯时长，避免了交通拥堵现象，提高了道路交通效率。
参考文献
[1]曹树志.智能红绿灯对城市交通节能减排效果的仿真[J].电脑知识与技术，2013(36):113－115.
[2]武亚雄.基于PLC的信号灯控制系统[J].信息通信，2014(12)：47-48.
论文作者:周旭
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/27
标签：车辆论文; 绿灯论文; 信号灯论文; 检测器论文; 控制系统论文; 系统论文; 车道论文; 《电力设备管理》2017年第6期论文;