交通灯PLC自适应控制系统设计

1系统总体结构

整个交通灯自适应控制系统分为三部分：交通流量检测系统，上位机数据优化处理，交通灯自适应控制。系统的三个部分之间需要密切的通信联系，考虑上位机通常位于中央控制室，而下位机通常位于控制现场，通讯距离较远，通讯环境恶劣的特点，因此采用RS232串行接口加Mode转电话线的通信方式。三个部分构成一个实时通信网络，实现系统之间的数据交互。当车辆通过感应线圈时，线圈检测器采集原始交通数据，并以存在式或脉冲式输出的方式通过总线提供给上位机；上位机根据这些数据及线圈的长度、车辆通过的时间等数据计算出车辆的速度、交通量及占有率等参数，最终转化成各交叉路口优化后的配时方案；配时方案在上位机上形成以后，传输到PLC数据存储区，并发出指令来读数据，以实时地更新配时时间，使交通灯控制系统自动地适应交通流的随机变化。

2系统硬件结构

2.1交通流量检测装置

526B线圈检测器是一种专门为车辆出入口控制而设计的双通道盒式车辆检测器，每个通道可设置为存在式或脉冲式两种输出方式。当金属物体接近埋设在路面以下下的环形线圈时，线圈的电感就会发生变化，这种变化通过耦合电路后转换成振荡信号，处理器根据振荡频率来判断车辆的通过与存在；检测器到环形线圈的电缆线长度必须小于150m。线圈电感量的有效范围在20～2200uH。

2.2耦合振荡电路

耦合振荡电路采用的是电容反馈三点式振荡电路。图中耦合变压器原副边匝数比例为1∶1；两个反接的稳压二极管可以将正弦振荡信号的电压输出范围抑制在-5～+5V之间；二极管P6KE12CA的作用是消除由静电等原因引起的瞬间电压变化。比较器LM339将正弦振荡信号整形后，信号会被送入整形和放大电路，进行二次整形和放大；被放大了的信号最终输出到微处理器的计数单元。该振荡电路科根据实际需要，增加多路检测通道。

2.3交通灯控制器

采用欧姆龙CPM2A-PLC为控制系统的核心。一方面接受来自上位机发出数据信息，存储在PLC数据存储区；另一方面发出控制指令指令，以实现各个交叉口信号灯配时时间的实时更新，调节信号灯的绿信比，从而实现区域内交通流自适应控制。[2]2.4通信接口中央控制室中的计算机作为上位机，控制现场PLC作为下位机。上位机与PLC距离较远，故采用RS232C串行接口加Modem转电话线的方式进行通信。[3]一方面，CPM2A-PLC的CPU单元和PC机都带有RS232C串行端口，因此不必配置专门的串口驱动模块，用电缆接口直与串行口相连即可；RS232C串口通信技术已经非常成熟，稳定性好，可靠性高。另一方面利用已经铺设好的电话线进行远程通信，只需通过Modem对接口进行简单转换，节约了重新打量布线的成本。通信端口连接如图3所示。

3软件设计

智能交通控制系统需要采样的基本交通参数主要有：速度、密度、占有率、交通流量、排队长度等。这些参数可以通过检测器直接获取测量数据并通过进一步分析计算，进行优化。在一条车道上，相距一定距离的两个位置分别铺设环形线圈，环形线圈的输出方式可以是方波或脉冲，让处理单元对输出信号的上升沿或下降沿进行计数，从而检测交通流量。

4结论

该系统采用计算机与PLC相结合的结构，为用户提供一种可以根据车流量自动调节各个交叉路口配时比的自适应交通灯联合控制系统。在该系统中，计算机作为上位机，可以对由检测器传送过来的数据进行计算处理，将各个交叉路口的配时进行优化；可以为用户提供良好的人机交互界面，在控制室中对整个系统进行监控和管理；PLC作为下位机，是整个交通控制系统的执行者，它将上位机发送过来的配时时间转换成控制信号，向交通灯发送指令，实现自适应控制。

作者：宋秋实 冯博楷 单位：菏泽学院 蒋震机电工程学院