摘要：针对近年来城市交通的拥挤现象，特别是驾驶员违章严重、交通事故频发、车辆尾气污染等问题，介绍集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统。该系统的安装及使用，大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力。减少了驾驶员违章的次数，抑制了交通事故的发生、同时能够减轻车辆尾气排放，从而对降低环境污染起到了不可低估的作用。分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的设计方案。
关键词：交通控制 交通灯 可编程控制器
1.背景
交通控制研究的发展，主要是为解决人类交通因车辆的增多而日益拥堵带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要[1]。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业发展水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸[2]。
随着城市化进程和我国居民生活水平的提高，城市交通高效管制成为一个城市文明水平的重要标志，而交通信号灯控制得当，可以有效疏导交通流量[3]，提高道路的通行能力。现有的城市交通信号灯控制系统大多为单一循环控制方式，不利于高效的发挥城市公共交通资源。而本文所设计的智能交通信号灯可以根据不同时间段交通流量的需要灵活改变程序以满足不同时间段的交通需求，并且设有绿色通道功能，以满足紧急车辆的行驶。而该系统设计能够实现交通流量实时控制[4]，有利于缓解交通路口拥堵时的交通压力，充分发挥交通信号灯时间间隔的灵活性，节约过往交通工具的时间。使人们的出行更加便利化、舒适化、安全化。
2.智能交通等的设计
2.1 控制系统的构成
本系统的控制对象有八个，分别为东西方向红灯两个，南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个[5]。
本控制系统特点及目标：1.能够实现交通流量实时控制，有利于缓解交通路口拥堵时的交通压力，充分发挥交通信号灯时间间隔的灵活性，节约过往交通工具的时间。使人们的出行更加便利化、舒适化、安全化。在交通流量较大时，合理的控制交通信号灯转换及管制时间，以防交通堵塞情况的发生，在一定程度上缓解交通压力，提高交通信号灯的智能性。2.在紧急情况下使用紧急转换信号灯开关[6]。如救护车或其他危险载物交通工具。目标为设计出一个具有智能化、现代化、集成化的交通信号灯硬件控制系统。功能为基于PLC的智能交通信号灯控制系统，当横向干道（编号1）交通流量较大而纵向干道（编号2）交通流量较小时，适当缩短横向干道交通信号灯红灯管制时间同时延长绿灯管制时间。反之，当纵向干道（编号2）交通流量较大而横向干道（编号1）交通流量较小时，适当缩短纵向干道交通信号灯红灯管制时间同时延长绿灯管制时间；并设有紧急绿色通道功能[7]。
2.2 控制系统的工作过程
本控制系统归律分为高峰时段和正常时段进行控制，晚上时段按提示敬告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。
正常时段（8时~16时、18时~6时）：南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒，南北绿灯亮维持25秒，然后闪亮3秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始[8]。
高峰时段（6时~8时、16时~18时）：南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持40秒，南北绿灯亮维持35秒，然后闪亮3秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。
3.系统硬/软件设计
3.1控制系统I/O分配
根据实验要求，应有一个输入控制变量，八个输出变量。它们分别为控制启停的变量I0.0，控制南北红灯HL1、HL2的Q0.0，控制南北黄灯HL3、HL4的Q0.3，控制东西黄灯HL9、HL10 的Q0.4，东西绿灯HL11、HL12的Q0.5，控制南北车灯HL14的Q0.6，控制东西车灯HL13的Q0.7。
3.2 控制系统的时序图
根据十字路口交通灯的控制关系画出如图3.1所示的时序图。
图3.2 十字路口交通灯的控制梯形图
4.结论
本系统设计是用PLC控制十字路口交通灯，用PLC控制可以实现更多功能，同时也比较简单。由于现在越来越多的人拥有自己的汽车，从而使交通变得很繁忙[9]，而早晚上下班时间更是交通的高峰期，同时也为了适应不同路段的交通繁忙程度，所以本组设计了正常时段和高峰时段可以切换的程序，从而是本系统设计的实用性更强。通过本系统的设计，对于西门子S7-200系列PLC的特点有了更深的了解。十字路口交通灯控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点，对按钮、开关、交通等输入/输出点进行控制，实现了十字路口交通灯控制中的自动化[10]。
参考文献：
[1]陈建明.电气控制与PLC应用[M] .北京：电子工业出版社2014.1
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[9]张运刚等.PLC?技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007
[10]廖常初.S7-200PLC基础教程（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2009
论文作者:白盼盼,朱小兵
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/4
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