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城市交通灯监控系统设计综述的论文 随着我国社会和经济的持续快速发展我国城市化的步伐正在加快城市规模不断扩大从而导致机动车拥有量的持续增加交通问题日趋复杂1因此改善与提高现有的交通系统的效率已成为当务之急而提高交通控制系统的效率更是重中之重传统的单片机控制交通灯系统结构简单功能较为容易实现但是其可靠性不高无法实现对整体网络交通的控制;而且它的智能化程度不高缺乏实时控制效果可拓展性不强为此本文设计了一种基于Rockwell现场总线系统的交通灯监控系统 1Rockwell系统 11Rockwell三层网络结构 Rockwell自动化公司在RSNetwork中提出了三层网络体系即以太网、控制网和设备网的综合系统结构体系它是搭建Rockwell现场总线系统的核心其各层网络结构和功能如图1所示在本体系中以太网上可设有系统主控设备系统管理员可在这层网上对系统进行监控对控制器中的程序进行修改使计算机系统存取生产现场的数据达到实时监控的目的并提供对可编程控制器的支持控制网完成智能化的高速实时控制并共享数据和信息设备网主要用于控制和监视设备的协调操作员接口、远程设备的组态编程和故障处理数据可以双向流通也可以在层与层之间交换涉及具体应用时根据需要可以采用其中的某一层或某几层实现用户所需要的控制功能 12Rockwell硬件平台 Rockwell系统ControlLogix系统组成结构如图2所示ControlLogix面板基本设计的特点是:控制器在控制系统中只作为控制的核心而不再作为通信和连接的枢纽;无需控制器的介入基板上任一个设备可以发出广播信息进而和任何一个设备进行通讯;提高了系统的带宽和性能为构造一个控制系统提供了极大的方便让控制器更好的专注于控制 2交通灯控制策略 本设计的交通灯监控系统需要对两个路口的交通灯进行优化控制其中一个路口为中心十字路口另一路口为丁字形三岔路口通过对交通规则和基本交通控制策略的学习2以及现场的实际观察制定的控制策略如下: 1)十字路口控制策略十字路口的车流行驶分为四个部分:东西双向直行、左转弯;南北双向直行、左转弯第一步:放行东西双向的直行车辆其余方向禁行时间45秒第二步:放行南北双向的左转车辆其余方向禁行时间45秒第三步:放行东西双向的左转车辆其余方向禁行时间45秒第四步:放行南北双向的直行车辆其余方向禁行时间45秒此后回到第一步执行并按上述顺序循环执行此策略 2)丁字路口的控制策略丁字路口只需要控制两个方向来车的左转弯和北向的直行即可其第一步的开始时间与十字路口的起始时间相同且整个时间周期也与十字路口相同第一步:放行西向来车的左转弯其余方向禁行时间60秒其作为第一步主要是考虑到能使从十字路口到丁字路口的车辆尽快分流防止西向来车发生阻塞第二步:放行北向来车的直行其余方向禁行时间60秒第三步:放行南向车辆的左转弯其余方向禁行时间60秒放行期间正好是十字路口南北双向直行的放行时间这样的安排也有助于提高车辆的分流速度 3)智能控制策略和紧急情况控制策略根据实现电路的具体情况当发现十字路口南向来车道出现阻塞情况时控制策略改变第一步:放行东西双向的直行车辆其余方向禁行时间35秒第二步:放行南北双向的左转车辆其余方向禁行时间55秒第三步:放行东西双向的左转车辆其余方向禁行时间35秒第四步:放行南北双向的直行车辆其余方向禁行时间55秒第五步:回到第一步再次执行一次上述步骤 4)第六步:当智能控制模式执行过两次以后重新回到十字路口控制策略的正常控制策略执行其中在智能控制阶段丁字路口的控制策略也稍有变化第一步:放行西向来车的左转弯其余方向禁行时间75秒第二步:放行北向来车的直行其余方向禁行时间70秒第三步:放行南向车辆的左转弯其余方向禁行时间40秒第四步:回到第一步再执行一次上述步骤 5)第五步:当智能控制模式执行过两次以后重新回到丁字路口的控制策略的正常控制策略执行对于十字路口来说南北双向放行的时间增长能够有效的缓解车流压力而东西向减少的时间由于并不是很长所以在短时间内不会造成交通的阻塞至于丁字路口的时间调整首先是为了能使十字路口南北向涌来的车流迅速分流其次也减少了由丁字路口向十字路口行进的车流配合十字路口缓解交通压力此外当出现特殊情况需要进行交通管制时可以通过人工干预的手段使所有的交通灯均变为红灯禁行从而达到交通管制目的 3监控系统总体方案设计 通过对Rockwell控制系统和交通灯控制策略的介绍我们所设计的基于Rockwell的交通灯控制系统框架为三层网络结构其中设置有位置信号、紧急信号和其他信号三个信号参数它们均来自于外部设备当整个交通网络处于正常运行状态时交通灯监控系统根据常规程序实现对各交通灯的控制按照交通规则对交通灯进行切换控制保障各路口通行的安全和畅通当外部传感器信号或其它人为信号(紧急情况)切入以后常规程序控制被中断由备用程序进行智能控制(或手动控制)实现实时交通疏导分散车流达到更人性化交通管制的目的3图3为监控系统总体方案框图电路中的位置信号、紧急信号、其它信号通过通信模块与可编程控制器和人机界面进行通信可编程控制器再将相关控制信号和人为干预信号传输给交通灯等设备元件实现对电路的控制作用 总体设计方案中还存在对交通灯系统的智能控制部分即通过识别系统判断各个车道的车流量情况随后Rockwell系统根据各识别系统的反馈数据调用相应的中断程序改变现行控制最终达到及时疏导交通的目的在系统模型电路中此部分主要由红外线收发装置组成通过红外光的通、断调节输出电压的大小为Rockwell系统提供反馈数据此外模型中还存在应用于交通红绿灯变化的反向器电路和显示中断程序运行情况的指示电路等其它部分 4软件设计 41软件介绍 本设计中的软件编程主要是针对Rokwell自动化系统中的PLC进行梯形图编程从而实现控制策略主要用到的软件有: 1)编程软件:RSLlogix5000; 2)网络组态软件:RSLinx、RSNetworkforControlNet; 3)上位机监控软件:RSView32Rockwell系统的核心部分是PLC几乎所有的编程均是在PLC上进行功能实施其中RSLogix5000软件是ControlLogix系列处理器专用的编程开发环境4利用RSLogix5000编程软件可以组态ControlLogix系统的I/O和通讯模块以及对ControlLogix5550处理器编程包括对运动控制编程用户可以在上位机中直接进行梯形图编程指令的添加既可以用拖拽的方式也可以直接录入指令文本同时RSLogix5000支持Logix5000系列可编程控制器5RSLinx是AB可编程控制器在Windows环境下建立工厂所用通信方案的工具它为AB的可编程控制器与各种RockwellSoftware如RSLogix5/500、RSView32、RSBatch等软件建立起通信联系RSView32采用了开放的技术如ODBC、OLE和DDE并提供了先进的、功能齐全的工具允许现场设备的在线修改如RSView32允许在运行时改变图形显示、Tag地址、节点地址以及PLC网和设备驱动器的组态调整RSView32利用MicrosoftWindows操作系统的多任务环境加上自己功能完善的多形式数据记录、实时与历史趋势、报警监控和事件检测等来完成监控系统的控制要求可以成功的实现控制系统的分析、设计和运行监控6 42软件编程 Rockwell自动化控制系统采用的编程方式为梯形图编程编程软件为RSLogix5000该软件能够通过设备网实现在线调试功能本软件设计中所有路口的交通控制策略均会在RSLogix5000的梯形图编程环境中实现两路口正常情况下的控制策略和紧急情况控制策略将是梯形编程图的主程序而智能控制策略为中断程序421I/O端口分配本设计中交通灯电路部分需要分配I/O端口的参量有:交通灯输出参量(7个output端口)、中断程序指示输出参量(1个output端口)其中交通灯输出参量将对应其控制车流的行驶方向按交通控制策略顺序对应I/O端口根据演示情况将I/O端口做如表1的分配422功能框图综上所述图4为梯形图软件设计的功能框图7从框图中可以看到梯形图主程序的主要功能大致分为四个方面:实现一般正常情况下的交通控制策略车流阻塞识别电路输入信号的处理智能控制的策略转换中断程序的入口以及紧急情况下的交通管制处理中断程序则主要完成两方面的任务道路阻塞情况下的智能控制策略和实现交通管制控制策略 43监控软件设计 在完成梯形图编程之后必须通过RSView32组态软件与梯形图建立相对应的联系通过设置按键、图表、显示窗口的途径对梯形图程序实现结果和各种中间参数实行实时监控并能对实际电路中交通灯的各种状态加以模拟 5结束语 本文提出了一种交通灯控制系统的设计方案采用Rockwell自动化控制系统的三层网络结构以太网将与控制计算机相连接作为控制中枢控制网除连接系统自带的辅助设备外主要起到使以太网和设备网完成通信的目的所有的交通灯、传感器将连接到设备网完成在正常情况和紧急状况下对十字路口和丁字路口两路口红绿灯进行交通控制的基本任务实现的系统能根据南向来车的等待车队长