談論城市交通PLC智慧化監控論文
隨著社會經濟的快速發展，城市的機動車輛不斷增加，從而引發的交通問題越來越突出。因此如何採用一種科學的控制方法，建立一套城市交通資料監測、交通訊號燈控制與交通疏導的綜合管理系統，成為現代城市交通管理部門亟待解決的重要問題之一。目前國內使用的紅綠燈都是固定的工作時間，並且自動切換。通常的做法是事先經過交通流量的調查，運用統計的方法對兩個方向紅綠燈設定固定轉換時間間隔。然而實際十字路口車輛的流量是隨機和變幻莫測的，有的路口在不同的時段可能會有很大的差異，並且經常受到人為因素的影響。因此固定時間的控制方法，經常造成道路有效利用時間的浪費，出現綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓等現象，影響了道路的暢通。這種現象的出現是無法建立準確模型的，統計的方法已不能適應迅猛發展的交通現狀，更為科學的是需要能有一種能夠根據流量變化情況自動適應控制的交通訊號燈。
1、系統的工作原理
本系統以十字路口等待綠燈的車輛滯留量來確定該方向是否繁忙。在十字路口的東南西北四個方向的近端（人行橫道附近）和遠端（相距近端約100米處）各設定一個感測器，分別統計透過該處的車輛數。以南北方向為例，每當車輛駛近十字路口，必須先透過遠端的`感測器N1或S1，這時感測器將對車輛產生一個脈衝訊號傳送至PLC內透過計數器進行加1運算，此時如果訊號燈仍為綠燈，車輛繼續前行透過十字路口則必然經過近端的感測器N2或S2，同樣感測器對車輛產生一個脈衝訊號傳送至PLC內透過計數器進行減1運算。最終，PLC對感測器N1和S1脈衝訊號的計數就可記錄駛近路口的車輛數X，PLC對感測器N2和S2脈衝訊號的計數就可記錄駛出路口的車輛數Y。為了簡化運算，將兩個相對方向（南與北、東與西）X、Y的數值合併為一組，那麼南北方向車輛的滯留量Z1=X-Y。同理可得，PLC透過對感測器脈衝訊號的計數就可得到東西方向車輛的滯留量Z2。透過計算車輛的滯留量Z1與Z2的差值，從而決定對綠燈進行延時控制。將此差值設為三個區間進行判斷如下：如果Z1-Z2>10，則南北方向繁忙，東西正常，南北直行綠燈延長10秒，南北左轉綠燈延長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10秒，東西左轉綠燈延長10秒。如果-10≤Z1-Z2≤10，則視為正常情況，交通訊號燈控制按固定週期變換。車輛駛過產生的脈衝計數、車輛滯留量的雙向比較以及綠燈延時時間的控制全部由PLC來完成。各感測器時刻檢測車輛，在一個紅綠燈週期中，每當東西或南北綠燈亮之前，PLC都要依據脈衝的計數判定東西、南北的車流規模，然後根據以上智慧控制原則，調整綠燈時長。
2、智慧化控制系統的實現方法
目前交通燈控制的設計方案有很多，有采用CPLD數字積體電路實現交通訊號燈智慧控制的設計，有采用微控制器實現對交通燈設計的方案。而本智慧系統採用感測器與PLC相結合，透過軟體程式設計實現可以根據十字路口車流量來自動調節綠燈時間的智慧控制系統。
2.1硬體裝置的選擇
本系統在設計過程中強調化繁從簡，只涉及兩種硬體（PLC和感測器）。但是選擇的種類還是比較繁多，下面從經濟節約的原則出發，對以上兩種硬體進行選擇。
2.1.1感測器
感測器的型別主要可分為溫度感測器、壓力感測器、光電感測器、位移感測器等。為了能夠科學準確的統計車流量，本系統採用具有精度高、反應快、非接觸的光電感測器。而且光電感測器的結構簡單，形式靈活多樣，在很多檢測和智慧化裝置中應用非常廣泛。光電感測器是採用光電元件作為檢測元件的感測器。一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。它可用於檢測直接引起光量變化的非電量（如光強、光照度等），並將其轉化為電訊號。本智慧控制系統就是利用光電感測器的這一特點來檢測十字路口各方向的車流，當有車輛經過時，光電感測器就會發出一個脈衝訊號並傳輸至PLC，PLC透過對脈衝訊號的計數就可得到各方向的車流量，然後PLC透過一定的原則根據各方向車輛滯留量的大小自動調整相應的綠燈時間，從而實現交通訊號燈的智慧化控制。
2.1.2PLC
本系統設計時採用三菱的FX2N-32MR機型，該PLC有16個輸入點和16個輸出點，效能高體積小，完全可以滿足設計需要（。圖2所示）表1表2表3
2.2系統設計
本系統由啟動開關控制。正常情況下，先南北直行綠燈亮20秒後閃爍3秒，然後黃燈亮2秒轉為紅燈，同時南北左轉綠燈亮20秒後閃爍3秒，然後黃燈亮2秒轉為紅燈，此時東西直行綠燈亮20秒後閃爍3秒，黃燈亮2秒轉為紅燈，同時東西左轉綠亮20秒後閃爍3秒，然後黃燈亮2秒轉為紅燈，如此往復。當某個方向繁忙時，該方向直行綠燈延長10秒，左轉綠燈延長10秒，其餘時間不變，再迴圈。本系統輸入裝置需要10個輸入端，其中手動按鈕2個，分別為啟動和停止。其他8個輸入端作為東西南北方向八個感測器的脈衝訊號輸入。輸出訊號燈採用雙色LED顯示，一個方向上有兩個訊號燈分別為左轉訊號燈和直行/右轉訊號燈，共計8個輸出端。由於採用LED雙色顯示，因此紅和綠同時亮則為黃色訊號燈。I/O分配如表1所示。輸出埠的賦值含義如表2所示。系統軟體設計的語句表(如表3)。
3、結語
透過以上程式設計證實，PLC對城市交通訊號燈進行智慧化控制，其效果遠比目前固定時間控制的好，尤其適用於車輛變化量比較大的十字路口。同時，本系統在實現上也比較簡單方便，具有較好的應用推廣價值，並能改善目前城市交通擁堵的現狀。