PLC实现城市交通智能化管理

随着社会经济的快速发展，城市的机动车辆不断增加，从而引发的交通问题越来越突出。因此如何采用一种科学的控制方法，建立一套城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的综合管理系统，成为现代城市交通管理部门亟待解决的重要问题之一。目前国内使用的红绿灯都是固定的工作时间，并且自动切换。通常的做法是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法对两个方向红绿灯设置固定转换时间间隔。然而实际十字路口车辆的流量是随机和变幻莫测的，有的路口在不同的时段可能会有很大的差异，并且经常受到人为因素的影响。因此固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压等现象，影响了道路的畅通。这种现象的出现是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为科学的是需要能有一种能够根据流量变化情况自动适应控制的交通信号灯。本文据此设计了十字路通信号灯的智能化控制系统（。图1所示）

1、系统的工作原理

本系统以十字路口等待绿灯的车辆滞留量来确定该方向是否繁忙。在十字路口的东南西北四个方向的近端（人行横道附近）和远端（相距近端约100米处）各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。以南北方向为例，每当车辆驶近十字路口，必须先通过远端的传感器N1或S1，这时传感器将对车辆产生一个脉冲信号传送至PLC内通过计数器进行加1运算，此时如果信号灯仍为绿灯，车辆继续前行通过十字路口则必然经过近端的传感器N2或S2，同样传感器对车辆产生一个脉冲信号传送至PLC内通过计数器进行减1运算。最终，PLC对传感器N1和S1脉冲信号的计数就可记录驶近路口的车辆数X，PLC对传感器N2和S2脉冲信号的计数就可记录驶出路口的车辆数Y。为了简化运算，将两个相对方向（南与北、东与西）X、Y的数值合并为一组，那么南北方向车辆的滞留量Z1=X-Y。同理可得，PLC通过对传感器脉冲信号的计数就可得到东西方向车辆的滞留量Z2。通过计算车辆的滞留量Z1与Z2的差值，从而决定对绿灯进行延时控制。将此差值设为三个区间进行判断如下：如果Z1-Z2>10，则南北方向繁忙，东西正常，南北直行绿灯延长10秒，南北左转绿灯延长10秒。如果Z1-Z2<-10，则东西方向繁忙，南北正常，东西直行绿灯延长10秒，东西左转绿灯延长10秒。如果-10≤Z1-Z2≤10，则视为正常情况，交通信号灯控制按固定周期变换。

车辆驶过产生的脉冲计数、车辆滞留量的双向比较以及绿灯延时时间的控制全部由PLC来完成。各传感器时刻检测车辆，在一个红绿灯周期中，每当东西或南北绿灯亮之前，PLC都要依据脉冲的计数判定东西、南北的车流规模，然后根据以上智能控制原则，调整绿灯时长。

2、智能化控制系统的实现方法

目前交通灯控制的设计方案有很多，有采用CPLD数字集成电路实现交通信号灯智能控制的设计，有采用单片机实现对交通灯设计的方案。而本智能系统采用传感器与PLC相结合，通过软件编程实现可以根据十字路口车流量来自动调节绿灯时间的智能控制系统。

2.1硬件设备的选择

本系统在设计过程中强调化繁从简，只涉及两种硬件（PLC和传感器）。但是选择的种类还是比较繁多，下面从经济节约的原则出发，对以上两种硬件进行选择。

2.1.1传感器

传感器的类型主要可分为温度传感器、压力传感器、光电传感器、位移传感器等。为了能够科学准确的统计车流量，本系统采用具有精度高、反应快、非接触的光电传感器。而且光电传感器的结构简单，形式灵活多样，在很多检测和智能化装置中应用非常广泛。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。它可用于检测直接引起光量变化的非电量（如光强、光照度等），并将其转化为电信号。本智能控制系统就是利用光电传感器的这一特点来检测十字路口各方向的车流，当有车辆经过时，光电传感器就会发出一个脉冲信号并传输至PLC，PLC通过对脉冲信号的计数就可得到各方向的车流量，然后PLC通过一定的原则根据各方向车辆滞留量的大小自动调整相应的绿灯时间，从而实现交通信号灯的智能化控制。

2.1.2PLC

本系统设计时采用三菱的FX2N-32MR机型，该PLC有16个输入点和16个输出点，性能高体积小，完全可以满足设计需要（。图2所示）表1表2表3

2.2系统设计

本系统由启动开关控制。正常情况下，先南北直行绿灯亮20秒后闪烁3秒，然后黄灯亮2秒转为红灯，同时南北左转绿灯亮20秒后闪烁3秒，然后黄灯亮2秒转为红灯，此时东西直行绿灯亮20秒后闪烁3秒，黄灯亮2秒转为红灯，同时东西左转绿亮20秒后闪烁3秒，然后黄灯亮2秒转为红灯，如此往复。当某个方向繁忙时，该方向直行绿灯延长10秒，左转绿灯延长10秒，其余时间不变，再循环。

本系统输入设备需要10个输入端，其中手动按钮2个，分别为启动和停止。其他8个输入端作为东西南北方向八个传感器的脉冲信号输入。输出信号灯采用双色LED显示，一个方向上有两个信号灯分别为左转信号灯和直行/右转信号灯，共计8个输出端。由于采用LED双色显示，因此红和绿同时亮则为黄色信号灯。I/O分配如表1所示。输出端口的赋值含义如表2所示。系统软件设计的语句表(如表3)。

3、结语

通过以上程序设计证实，PLC对城市交通信号灯进行智能化控制，其效果远比目前固定时间控制的好，尤其适用于车辆变化量比较大的十字路口。同时，本系统在实现上也比较简单方便，具有较好的应用推广价值，并能改善目前城市交通拥堵的现状。