城市交通信号灯中的PLC控制技术

广东省珠海市体育中心游泳馆 范文博

应用PLC技术的控制系统，在运行上安全可靠，能达到自动开停的信号管制。控制方案的建立、调整与优化都比较简便易行，且使用寿命长，应用范围广。其全面应用对于交通运行能起到很好的辅助作用。

一、PLC技术对于交通信号灯控制的重要意义

随着经济的发展进步，车辆随之增加，带来的问题就是众多车辆同有限道路之间的难以调和的矛盾。交通系统面临前所未有的问题与挑战。针对这种状况，应当拿出有效的解决办法，交通控制技术是缓解这一矛盾有效措施。应用PLC技术以及现代的网络通讯手段，可以让道路导航及车辆行驶完成智能化转变，从而为解决交通拥堵，降低交通事故发生，改善道路交通整体环境，节省交通相关能源，防止驾驶疲劳等工作做出贡献，最终达到建立经济、快速、舒适、安全交通环境的目标。基于以上的种种考虑，我们有理由提倡面控方式，所谓的面控方式即是指交通区域性信号控制，它的控制对象涵盖了整个城市或者城市某个区域内的所有交叉路口的信号。这种面控办法是把所负责区域中的所有交通信号监控任务，当成一个基于监控中心管理下的统一的管理控制系统。它是网络信号覆盖下的单点信号与干线信号的结合体。区域控制系统因为交通控制理论与实践功能的不断进步而有了新的进展，检测、通讯、PLC技术等被广泛应用在交通信号控制工作当中内。其中PLC技术所起到的作用至关重要，这项技术，再综合以模糊控制理论，可以完好地实现网络平面控制，让网络平面内的各个结点完成直接或者是间接信息交流，达到互相协调配合，又能各自独立的管理效果。

二、PLC在交通信号灯控制中的理论运用

PLC技术综合运用到了通讯技术、计算机技术、自动控制技术，是三者的有机结合。其优点是结构模块化、编程便捷、通信功能强、适用性强、可靠性高。是一种专门用做工业生产和其他领域内的过程控制设备。交通控制体系中，要求当计数器到达某个数值之时，形成特定的状态信号，再利用这一状态信号完成计数控制操作，对于计数器的实际设定值，既可以在编程时候就予以设定，也可以根据实际运行状况进行现场修改。当选择PLC技术进行现场控制系统执行时，其可以从计数器的指令要求出发，对于特定的控制信号进行状态上的改变，以完成计数控制工作要求。PLC技术应用原理是基于数字运算的，很容易同工业控制体系结合在一起，而且扩充至A/D间相互转换功能较为方便，调节控制模拟量工作也非常方便。应用了现代通讯手段的PLC技术，能够实现远程自由开关控制，完成多台PLC设备之间的同步通讯连接。多台设备的同步连接，能将多至数十台的PLC设备用分级或者同级的办法联系到网络当中去，让每台设备开关状态资源透明、信息共享。再将计算机对其进行总控，实现分散控制，集中管理的模式形成。若想达到交通信号控制的系统与自动化控制，需要在技术上有较强的灵活性。PLC的型号多样，我们可以根据场地、任务等的不同，以差异性的输出输入模块完成装置控制。此外应当明确PLC乃是以软件来完成控制的，而软件编制的灵活性很强，这也是此项技术的优势所在。硬件结构相同或者相近的PLC，可以用不同的软件完成控制。控制结果可以有很大差异。PLC技术应用在交通信号灯中的另一优点是设备可靠，它拥有非常优良的自我诊断能力，可以及时查出系统内部存在的硬件与软件故障，保护现场，实现交通信号灯控制的安全性能。此外，PLC技术较强的抗电磁干扰性可以使其适应较为恶劣的工作环境。图1为一个循环的时序控制原理，图2为信号灯输出与输入接线图。

图1 一个循环的时序控制

图2 信号灯输出与输入接线

三、模糊理论在交通信号灯控制系统中的应用

交通信号灯技术原理本身并不复杂，可是系统繁复，想要建立统一的数学模型难度非常大。近些年来，基于模糊控制理论而建立的控制体系得到了行业内关注。模糊控制对于数学模型的精准度要求不是特别高，是依靠规则所产生的一种智能型控制方式，非常适合于随机性较为突出的城市交通信号灯系统控制。在当前所采取的某些模糊控制理论中，大多把输入变量选择在十字路口的排队长度上。也可以选择相位红灯等候时间以及车辆密度等，操作简便易行，而选择输出变量时也较为单一，比如应用十字路口绿灯延时等。本文在作此探讨时把十字路口还有与其邻近的交叉路口的车辆平均速度与密度也都计算在内。在计算输出变量时，既应当考虑该相位的延时情况，也应当同时考虑相邻相位的延时选择。

此前提出的智能控制，照顾到的是现代工业系统内部的复杂程度、高性能以及不确定因素。所以它拥有一些传统控制方法所不具备的新特征。在信息处理工程结构上，智能控制体系表现为结构上的复合性与多层次性。它不需要人为对其干预就能实现对信号灯的独立驱动。以智能化体系缓解交通拥堵，优化畅通交通体系。在未知环境与突发事件中，智能控制系统可以仿照人类智能，完成交通系统内信号灯的网络平面式控制。

模糊控制不是指被控对象的模糊，也并非指控制器的模糊不确定，而是指概念与知识表达上的模糊性。模糊控制是在模糊理论的基础上产生的。用语言算法控制的办法把人工控制模式转化为自动控制，让系统的智能化程度得到加强。根据模糊控制的表现特点，交通信号灯的智能控制系统能以此为基础，让电子计算机模拟出与人类似的直觉，并按照不确定信息当做决策依据，定位车流情况，实现十字路口双向交通信号灯的智能化控制。可以在最大限度内提升车辆流速与车流通过能力。它的主要功能表现在以下几个方面。

（一）现场判断。

1.判断车道中停车线内留滞车辆台数。

2.将车辆台数即车流辆反馈到中心系统中。

3.中心系统根据反馈信息，智能判断对应车道中信号灯可持续的时间长度，根据判断做出实际调节。

4.实地手动调节信号灯断续时间。

5.整体把握区域内全部信号灯系统断续时间。

6.发出闯红灯警告。

（二）控制室管理。

1.计数器按照指令权限自动计数。

2.车辆数反馈判断。

3.根据反馈的信息做出信号灯断续时间调整。

4.指挥直行时的人行道行走功能。

5.信号灯同对应车道箭头闪烁灯根据指令同步变化。

四、总结

对于交通信号灯的控制虽然属于一种非常简单的控制方法，可是它多是应用在繁华的十字路口，其作用却不容低估。科学合理的交通信号灯控制能提升街路的安全使用效率与城市交通出行的速度。自动控制形态的交通信号灯属于交通控制中的关键组成部分，是科学化管理交通的必要手段。采取PLC技术以及现代化的网络控制技术，能使车辆行驶与交通导航达到智能化标准，一方面可以缓解交通拥堵压力，降低交通事故发生的机率，另一方面也可以有效节省交通能源，减轻出行者的疲劳驾驶。最终达到建立经济、快速、舒适、安全交通环境的目标。

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