(广东省湛江机电学校)
摘要：根据传统交通灯所存在的缺点，笔者设计了一套改进方案，即能根据车流量进行实时控制的系统。本文主要从系统的控制要求、传感器的设置、车辆流量和绿灯延时时间的等级划分、I/O分配、绿灯延时时间和车辆流量之间的对应关系等方面对该系统进行详细论述。
关键词：PLC，交通灯，实时控制
1、引言
传统的十字路口交通灯的控制，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查， 运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象： 绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向的车辆却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性和不确定性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， 更为现实的需要是能有一种能够根据车辆流量的变化情况自适应控制的交通灯。本文所论及的系统（见文章最后附图：程序梯形图）就是应用可编程序控制器 （PLC） 对十字路口交通灯根据流量进行实时控制。下面将以松下FP1—C40型PLC为例进行分析。
2、系统的控制要求
该系统的控制要求是：（1）当合上启动开关后，东西绿灯和南北红灯亮，经过一段时间后，东西绿灯闪烁3秒后熄灭，之后东西黄灯亮， 2秒后东西黄灯和南北红灯熄灭，同时东西红灯和南北绿灯亮。南北绿灯亮一段时间后，闪烁3秒后熄灭，之后南北黄灯亮，2秒后南北黄灯和东西红灯熄灭，同时南北红灯和东西绿灯亮，如此循环反复。（2）当合上实时功能控制开关后，除了刚开启系统时东西方向绿灯的延时时间固定为25秒外，其余时间东西和南北方向的绿灯延时时间（分短、适中、长3等，在后面作详细论述）则由两个方向的车流量来决定。
3、传感器的设置
在该控制系统中，输入量是十字路口各方向上车辆数的动态变化量，具体数据由传感器采集后送入可编程序控制器。
传感器的设置如右图所示。在十字路口的 4 个方向 (E、S、W、N) 的近端（斑马线附近） 和远端（距斑马线约 100 米处） 各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。近端的传感器 Pj 用于记录绿灯期间通过路口的车辆数；远端的传感器 Pr 用于记录所有时段进入路口排队等候的车辆数。为了简化运算，可以将两个相对方向（W与 E、 N 与S） 的值合并为一组，取其数值大者进行计算，横向（W、E）的值设为X，竖向（N、S）的值设为Y。
4、车辆流量和绿灯延时时间的等级划分
绿灯期间车辆通过路口的速度一般不超过 20km/ h，则在10秒内通过的车辆数一般不超过10辆。远端传感器和近端传感器之间的距离直接影响输入量的变化，一般取100 米左右较为适宜，实际应用中可随实地情况而有所变化。通常车辆的长度连同车辆间的间距平均约为5米 , 则在100米内可能滞留的车辆最大数量约为 100/5 =20 辆。于是排队等候的车辆数可分为3个数量级：少（10辆以下）、中（10至18辆）、多（18辆以上）。
本系统的输出就是两个方向的红黄绿灯，还有人行横道的红绿灯，其相互间的关系都是固定的，而且两个方向的输出关系是一致的，最终都归结到对当前绿灯的延时上。对于不太大的路口，一般红绿灯每30 秒切换一次较为恰合，则绿灯在延时25秒后闪烁3秒熄灭，接着黄灯亮2秒后切换到红灯。由于车辆流量按3个等级划分，所以，可以相应地将绿灯的延时时间分为3等：短时（10秒）、适中（25秒）、长时（40秒）。
5、I/O分配表(表1)
6、绿灯延时时间和车辆流量之间的对应关系
表2中，行标题的“X或Y”所表示的是红灯转绿灯时刻的等待车辆量，列标题的“Y或X”所表示的是另一方向上绿灯转红灯时刻已进入候车区但还来不及通过路口的车辆量。从表中可以看出，绿灯的延时时间主要取决于红灯期间两个方向滞留的车辆量。
例如：如果东西方向红灯期间滞留的车辆量（X）处在“少”和“中”两个级别时，其绿灯的延时时间（T）不受另一方向的车辆量（Y）的影响，主要取决于原方向的车辆量。而在X为“多”时，其绿灯的延时时间又主要取决于Y的数量，反之亦然。即：
当X≤10时， T=10；
当10<X≤18时， T=25；
当X >18时，Y≤10则T=40；
10<Y≤18则T=25；
Y >18则T=10。
当两个方向的状态同为多时，绿灯的延时T取“短”，其目的是保证双方流量相差不多的情况下，尽快地均衡疏散。
从以上关系可以看出，只要红灯切换为绿灯时，计算出X和Y的值，然后代入以上公式进行比较，就可以得出绿灯的延时时间。本系统的计算方法是：通过在路口设置的8个传感器把车辆的流量数据分别记录在8个数据寄存器（DT1～DT8）中，在红灯切换为绿灯的一刹那，对这些数据进行计算和比较，得出Ｘ和Ｙ的值，从而确定绿灯的延时时间。（程序流程图和梯形图见附图1和附图2）
7、结束语
本系统具有可靠性、抗干扰能力高，编程能力强的特点，能够较灵活地根据车辆流量对路口交通进行有效疏导，具备较高程度的智能化功能，具有较高的性价比。由于实时控制功能由主控指令控制，在传感器或其线路出现故障时，也能保证交通灯正常工作，提高了系统的安全性。如果辅以延时时间显示功能，效果更佳。在实际应用中，可根据不同路口的实际交通情况，修正绿灯延时时间与车辆流量的等级设定值和传感器的距离。甚至可以把延时和流量等级分得更细，比如把时间分为：很短、短、适中、长、很长5个等级，使系统的自适应程度更高。把路口交通情况按方向细化，车辆按交通灯所显示的箭头方向行驶，也是发展方向之一。
参考文献：
[1]常斗南,可编程序控制器原理、应用、实验,机械工业出版社.
[2]陈其纯,可编程序控制器应用技术,高等教育出版社.
[3]柴敬镛、王照清,维修电工（高级）下册,中国劳动社会保障出版社.
附图1 程序流程图
附图2 程序梯形图
论文作者:冯马才
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/12
标签：绿灯论文; 车辆论文; 红灯论文; 方向论文; 流量论文; 路口论文; 时间论文; 《电力设备》2016年第14期论文;