城市交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述

1、書(shū)山有路勤為徑，學(xué)海無(wú)涯苦作舟頁(yè)碼：第1頁(yè)共7頁(yè)編號(hào)：時(shí)間：2021年x月X日城市交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國(guó)城市化的步伐正在加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，從而導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車(chē)擁有量的持續(xù)增加，交通問(wèn)題日趨復(fù)雜1。因此，改善與提高現(xiàn)有的交通系統(tǒng)的效率已成為當(dāng)務(wù)之急，而提高交通控制系統(tǒng)的效率更是重中之重。傳統(tǒng)的單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能較為容易實(shí)現(xiàn)，但是其可靠性不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)交通的控制;而且，它的智能化程 度不高，缺乏實(shí)時(shí)控制效果，可拓展性不強(qiáng)。為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于Rockwell 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的交通燈監(jiān)控系統(tǒng)。IRockwell 系統(tǒng)1. IRockw

2、ell三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Rockwell自動(dòng)化公司在RSNetwork中提出了三層網(wǎng)絡(luò)體系，即以太網(wǎng)、 控制網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)的綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系。它是搭建Rockwell現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的核心， 其各層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能如圖1所示。在本體系中，以太網(wǎng)上可設(shè)有系統(tǒng)主控設(shè)備。 系統(tǒng)管理員可在這層網(wǎng)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)控制器中的程序進(jìn)行修改，使計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)存取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，并提供對(duì)可編程控制器的支持。 控制網(wǎng)完成智能化的高速實(shí)時(shí)控制，并共享數(shù)據(jù)和信息。設(shè)備網(wǎng)主要用于控制和 監(jiān)視設(shè)備的協(xié)調(diào)，操作員接口、遠(yuǎn)程設(shè)備的組態(tài)，編程和故障處理。數(shù)據(jù)可以雙 向流通，也可以在層與層之間交換，涉及具體應(yīng)用時(shí);根據(jù)需要可

3、以采用其中的 某一層或某幾層實(shí)現(xiàn)用戶所需要的控制功能。1. 2Rockwell硬件平臺(tái)Rockwell系統(tǒng)Control-Logix系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。Control-Logix面第2頁(yè)共7頁(yè)編號(hào)：時(shí)間：2021年X月X日書(shū)山有路勤為徑，學(xué)海無(wú)涯苦作舟 頁(yè)碼：第8頁(yè)共7頁(yè)板基本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是:控制器在控制系統(tǒng)中只作為控制的核心，而不再作為通信 和連接的樞紐;無(wú)需控制器的介入，基板上任一個(gè)設(shè)備可以發(fā)出廣播信息，進(jìn)而 和任何一個(gè)設(shè)備進(jìn)行通訊;提高了系統(tǒng)的帶寬和性能，為構(gòu)造一個(gè)控制系統(tǒng)提供 了極大的方便，讓控制器更好的專注于控制。2交通燈控制策略本設(shè)計(jì)的交通燈監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)兩個(gè)路口的交通燈進(jìn)行優(yōu)化

4、控制，其 中一個(gè)路口為中心十字路口，另一路口為丁字形三岔路口。通過(guò)對(duì)交通規(guī)則和基 本交通控制策略的學(xué)習(xí)2,以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際觀察，制定的控制策略如下：1)十字路口控制策略十字路口的車(chē)流行駛分為四個(gè)部分:東西雙向直行、 左轉(zhuǎn)彎;南北雙向直行、左轉(zhuǎn)彎。第一步:放行東西雙向的直行車(chē)輛，其余方向禁 行。時(shí)間45秒。第二步:放行南北雙向的左轉(zhuǎn)車(chē)輛，其余方向禁行。時(shí)間45秒。 第三步:放行東西雙向的左轉(zhuǎn)車(chē)輛，其余方向禁行。時(shí)間45秒。笫四步:放行南北 雙向的直行車(chē)輛，其余方向禁行。時(shí)間45秒。此后，回到第一步執(zhí)行，并按上 述順序循環(huán)執(zhí)行此策略。2) 丁字路口的控制策略丁字路口只需要控制兩個(gè)方向來(lái)車(chē)的左轉(zhuǎn)彎和

5、北向的直行即可，其第一步的開(kāi)始時(shí)間與十字路口的起始時(shí)間相同，且整個(gè)時(shí)間 周期也與十字路口相同。第一步:放行西向來(lái)車(chē)的左轉(zhuǎn)彎，其余方向禁行。時(shí)間 60秒。其作為第一步主要是考慮到能使從十字路口到丁字路口的車(chē)輛盡快分流， 防止西向來(lái)車(chē)發(fā)生阻塞。第二步:放行北向來(lái)車(chē)的直行，其余方向禁行。時(shí)間60 秒。第三步:放行南向車(chē)輛的左轉(zhuǎn)彎，其余方向禁行。時(shí)間60秒。放行期間，正 好是十字路口南北雙向直行的放行時(shí)間，這樣的安排也有助于提高車(chē)輛的分流速 度。3）智能控制策略和緊急情況控制策略根據(jù)實(shí)現(xiàn)電路的具體情況，當(dāng)發(fā) 現(xiàn)十字路口南向來(lái)車(chē)道出現(xiàn)阻塞情況時(shí)，控制策略改變。第一步:放行東西雙向 的直行車(chē)輛，其余方向禁

6、行。時(shí)間35秒。第二步:放行南北雙向的左轉(zhuǎn)車(chē)輛，其 余方向禁行。時(shí)間55秒。第三步:放行東西雙向的左轉(zhuǎn)車(chē)輛，其余方向禁行。時(shí) 間35秒。第四步:放行南北雙向的直行車(chē)輛，其余方向禁行。時(shí)間55秒。第五 步:回到第一步，再次執(zhí)行一次上述步驟。4）第六步:當(dāng)智能控制模式執(zhí)行過(guò)兩次以后，重新回到十字路口控制策 略的正?？刂撇呗詧?zhí)行。其中，在智能控制階段，丁字路口的控制策略也稍有變 化。第一步:放行西向來(lái)車(chē)的左轉(zhuǎn)彎，其余方向禁行。時(shí)間75秒。第二步:放行北 向來(lái)車(chē)的直行，其余方向禁行。時(shí)間70秒。第三步:放行南向車(chē)輛的左轉(zhuǎn)彎，其 余方向禁行。時(shí)間40秒。第四步:回到第一步，再執(zhí)行一次上述步驟。5）第五步

7、:當(dāng)智能控制模式執(zhí)行過(guò)兩次以后，重新回到丁字路口的控制 策略的正?？刂撇呗詧?zhí)行。對(duì)于十字路口來(lái)說(shuō)，南北雙向放行的時(shí)間增長(zhǎng)能夠有 效的緩解車(chē)流壓力，而東西向減少的時(shí)間由于并不是很長(zhǎng)，所以在短時(shí)間內(nèi)不會(huì) 造成交通的阻塞。至于丁字路口的時(shí)間調(diào)整，首先是為了能使十字路口南北向涌 來(lái)的車(chē)流迅速分流，其次也減少了由丁字路口向十字路口行進(jìn)的車(chē)流，配合十字 路口緩解交通壓力。此外，當(dāng)出現(xiàn)特殊情況需要進(jìn)行交通管制時(shí);可以通過(guò)人工 干預(yù)的手段使所有的交通燈均變?yōu)榧t燈禁行，從而達(dá)到交通管制目的。3監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)Rockwell控制系統(tǒng)和交通燈控制策略的介紹，我們所設(shè)汁的基 于Rockwell的交通燈控制

8、系統(tǒng)框架為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中設(shè)置有位置信號(hào)、緊急 信號(hào)和其他信號(hào)三個(gè)信號(hào)參數(shù)，它們均來(lái)自于外部設(shè)備。當(dāng)整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)處于正 常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，交通燈監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)常規(guī)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)各交通燈的控制，按照交通 規(guī)則對(duì)交通燈進(jìn)行切換控制，保障各路口通行的安全和暢通。當(dāng)外部傳感器信號(hào) 或其它人為信號(hào)（緊急情況）切入以后，常規(guī)程序控制被中斷，由備用程序進(jìn)行智 能控制（或手動(dòng)控制），實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交通疏導(dǎo)，分散車(chē)流，達(dá)到更人性化交通管制的 目的3o圖3為監(jiān)控系統(tǒng)總體方案框圖，電路中的位置信號(hào)、緊急信號(hào)、其它 信號(hào)通過(guò)通信模塊與可編程控制器和人機(jī)界面進(jìn)行通信，可編程控制器再將相關(guān) 控制信號(hào)和人為干預(yù)信號(hào)傳輸給交通燈等設(shè)備元件

9、，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制作用?？傮w設(shè)計(jì)方案中還存在對(duì)交通燈系統(tǒng)的智能控制部分，即通過(guò)識(shí)別系 統(tǒng)判斷各個(gè)車(chē)道的車(chē)流量情況。隨后，Rockwell系統(tǒng)根據(jù)各識(shí)別系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù) 調(diào)用相應(yīng)的中斷程序改變現(xiàn)行控制，最終達(dá)到及時(shí)疏導(dǎo)交通的目的。在系統(tǒng)模型 電路中，此部分主要由紅外線收發(fā)裝置組成，通過(guò)紅外光的通、斷調(diào)節(jié)輸出電壓 的大小，為Rockwell系統(tǒng)提供反饋數(shù)據(jù)。此外，模型中還存在應(yīng)用于交通紅綠燈 變化的反向器電路和顯示中斷程序運(yùn)行情況的指示電路等其它部分。4軟件設(shè)計(jì)4. 1軟件介紹本設(shè)計(jì)中的軟件編程主要是針對(duì)Rokwell自動(dòng)化系統(tǒng)中的PLC進(jìn)行梯 形圖編程，從而實(shí)現(xiàn)控制策略。主要用到的軟件有：1）編程

10、軟件:RSLIogix-5000;2）網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件:RSLinx、RSNetworkforControl-Net;3）上位機(jī)監(jiān)控軟件:RSView32。Rockwell系統(tǒng)的核心部分是PLC,幾乎 所有的編程均是在PLC上進(jìn)行功能實(shí)施。其中RSLogix-5000軟件是Control-Logix 系列處理器專用的編程開(kāi)發(fā)環(huán)境4。利用RSLogix-5000編程軟件可以組態(tài) Control-Logix系統(tǒng)的I/O和通訊模塊，以及對(duì)Control-Logix5550處理器編程，包 括對(duì)運(yùn)動(dòng)控制編程。用戶可以在上位機(jī)中直接進(jìn)行梯形圖編程，指令的添加既可 以用拖拽的方式，也可以直接錄入指令文本。同時(shí):

11、 RSLogix-5000支持Logix-5000 系列可編程控制器5。RSLinx是A-B可編程控制器在Windows環(huán)境下建立工廠 所用通信方案的工具。它為A-B的可編程控制器與各種RockwellSoftware,如 RSLogix5/500、RSView32、RSBatch等軟件建立起通信聯(lián)系。RSView32采用了開(kāi) 放的技術(shù)，如ODBC、OLE和DDE,并提供了先進(jìn)的、功能齊全的工具允許現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備的在線修改，如RSView32允許在運(yùn)行時(shí)改變圖形顯示、Tag地址、節(jié)點(diǎn)地 址以及PLC網(wǎng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的組態(tài)調(diào)整。RSView32利用MicrosoftWindows操作 系統(tǒng)的多任務(wù)環(huán)境

12、加上自己功能完善的多形式數(shù)據(jù)記錄、實(shí)時(shí)與歷史趨勢(shì)、報(bào)警 監(jiān)控和事件檢測(cè)等來(lái)完成監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求，可以成功的實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的分析、 設(shè)計(jì)和運(yùn)行監(jiān)控6。4. 2軟件編程Rockwell自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用的編程方式為梯形圖編程，編程軟件為 RSLogix-5000,該軟件能夠通過(guò)設(shè)備網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試功能。本軟件設(shè)計(jì)中，所有 路口的交通控制策略均會(huì)在RSLogix-5000的梯形圖編程環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，兩路口正常 情況下的控制策略和緊急情況控制策略將是梯形編程圖的主程序，而智能控制策 略為中斷程序。4. 2. 1I/O端口分配本設(shè)計(jì)中，交通燈電路部分需要分配I/O端 口的參量有:交通燈輸出參量（7個(gè)outpu

13、t端口）、中斷程序指示輸出參量（1個(gè) output端口），其中，交通燈輸出參量將對(duì)應(yīng)其控制車(chē)流的行駛方向按交通控制 策略順序?qū)?yīng)I/O端口。根據(jù)演示情況將I/O端口做如表1的分配。4. 2. 2功 能框圖綜上所述，圖4為梯形圖軟件設(shè)計(jì)的功能框圖7。從框圖中可以看到, 梯形圖主程序的主要功能大致分為四個(gè)方面:實(shí)現(xiàn)一般正常情況下的交通控制策 略。車(chē)流阻塞識(shí)別電路輸入信號(hào)的處理。智能控制的策略轉(zhuǎn)換。中斷程序的入口 以及緊急情況下的交通管制處理。中斷程序則主要完成兩方面的任務(wù)，道路阻塞 情況下的智能控制策略和實(shí)現(xiàn)交通管制控制策略。4. 3監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)在完成梯形圖編程之后，必須通過(guò)RSView32組態(tài)軟件與梯形圖建立相 對(duì)應(yīng)的聯(lián)系，通過(guò)設(shè)置按鍵、圖表、顯示窗口的途徑對(duì)梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)結(jié)果和各 種中間參數(shù)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能對(duì)實(shí)際電路中交通燈的各種狀態(tài)加以模擬。5結(jié)束語(yǔ)本文提出了一種交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用Rockwell自動(dòng)化控 制系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)將與控制計(jì)算機(jī)相連接，作為控制中樞，控制網(wǎng) 除連接系統(tǒng)自帶的輔助設(shè)備外，主要起到使以太網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)完成通信的目的，所 有的交通燈、傳感器將連接到設(shè)備網(wǎng)，完成在正常情況和緊急狀況下對(duì)十字路口 和丁字路口兩路口紅綠燈進(jìn)行交通控制的基本任務(wù)。實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)能根據(jù)南向來(lái)車(chē) 的等待車(chē)隊(duì)長(zhǎng)度判