交通信号灯的控制系统研究

甘旭阳九江市人力资源和社会保障局人事考试中心

交通信号灯的控制系统研究

甘旭阳
九江市人力资源和社会保障局人事考试中心

经济不断发展，人们的生活水平逐渐提高，家庭用车已经普及，道路拥挤现状严重，交通信号灯成为城市道路的标志。也成为城市不可或缺的基本设施。为了改善交通的现状，改善道路拥堵情况，交通信号灯的控制系统的研究成为现在我们重点研究的内容。本文就交通信号灯的控制系统的研究进行分析，首先介绍了交通信号灯的控制方案，然后介绍了交通信号灯的控制系统，最后，介绍了系统的功能。

交通信号灯；控制系统；研究

引言

衣食住行是我们生活的基本组成部分，其中“行”与我们的生产和生活息息相关。人们的生活离不开交通，随着社会的进步，现在的交通越来越发达，车辆越来越多，交通问题也随之出现了，交通信号灯的出现有效的控制了交通问题和交通事故的产生。对交通信号灯控制系统的研究和不断改进，成为我们永远的课题。本文就这个课题做简要的分析。

1.交通信号灯的控制方案

智能交通管理系统是现在交通管理的主要系统，交通信号灯的控制系统是智能交通管理系统的重要一部分，主要用于调节和控制区域内的交通信号灯，调节道路的车流量，控制交通对城市环境和城市车流量的影响。现在的城市交通经常出现交通拥堵的问题，我们也可以通过控制交通信号灯直接控制某地区的车流量，疏通道路。

对于交通信号灯的控制有不同的时段，主要分为三个时段：正常时段，南北高峰时段，东西高峰时段。

正常时段：正常时段时，普通T字形和十字形路口的单循环周期为60s，多出口形的路口的交通信号灯的单循环周期为90s。首先东西的红灯亮60s，这期间南北的绿灯亮44s，接着红灯闪烁3s，黄灯闪烁3s，然后转弯10s，同时，南北红灯亮持续50s。跟东西的时间循环一致，这样持续循环，对于多出口的路口，执行增加25s，转弯增加5s。

南北高峰时段：当处于高峰期时可以适当的调节信号灯的循环时间，改善道路拥堵问题。当南北高峰期时，单循环周期改为90s。首先东西的绿灯持续44s，然后红灯闪烁3s，黄灯闪烁3s，接着东西左转10s，这期间南北红灯，随后南北绿灯，持续60s，红灯闪烁2s，黄灯闪烁3s，然后红灯，同时左转绿灯15s。之后再转回东西绿灯的循环。

东西高峰时段：当东西高峰期时，单循环周期改为90s。南北的绿灯持续44s，然后红灯闪烁3s，黄灯闪烁3s，南北左转10s，这期间东西红灯，随后东西绿灯，持续60s，红灯闪烁2s，黄灯闪烁3s，然后红灯，同时左转绿灯15s。之后再转回南北绿灯的循环。

图1 PLC外部接线图

2.交通信号灯的控制系统

2.1 系统控制层结构。交通信号灯的控制系统采用三级分布式阶梯控制系统，分为中心控制，区域控制和路口控制。中心控制为总控制系统，总控制系统控制区域控制系统，每个区域控制系统控制着该区域内的路口控制系统。逐级分层控制，便于管理，同时出现问题便于修理。

2.2 系统基本结构。系统的基本结构，主要分为两部分，区域控制计算机和数据通信控制机为中心。区域控制计算机控制区域控制台，动态地图版，室内信息板和违章捕捉仪。数据通信控制机主要控制路口信号机。路口信号机直接控制交通信号灯和车辆检测器。区域控制计算机和数据通信控制计算机之间相互连接，相互控制。

2.3 PLC选型及I/O点分配。PLC的选型很重要，注重性价比高，稳定性好，根据所选的PLC的类型和控制对象确定I/O点分配。对于继电器的控制作用和控制对象要明确。输出继电器的外部负载的作用和控制对象也要明确。PLC的接线图如图1所示。

PLC的输入分配表

PLC输出分配表

2.4 原理图设计

交流继电器主要通过交流接触器和延时继电器来控制。交流继电器负责通电，延时器计时。当按下开关按钮后，继电器通电，使整个电路通电，然后延时继电器开始计时，到达设定时间后，继电器自动转换，使其他继电器通电，进而控制相应信号灯的开与关。原理设计图如图2所示：

在设计中，我们认为的加了一秒的脉冲。主要通过两个接点控制，延时继电器的常开接点和常关接点控制，使得两个接点间有0.5s的缓冲。在循环部分中，左侧开关为常开开关，，右侧为常关开关，例如：KT29为延时继电器的常开开关，KT30为延时继电器的常关开关，KMO为交流接触线圈。当延时继电器的常开部分到达既定时间将自动关闭，延时继电器的常关部分将自动打开，使整个回路断电，停止工作。但是由于交流线圈一直通电，使得整个线路又重新开始循环。

KM1-KM8为交流接触，各个部分的延时继电器控制各个交流接触。当常开接点到达设定时间后，常关接点开，使得交流接触开关关闭，KM接触点复位后，对应的方向的灯亮起，依次循环。

2.5 控制系统程序设计。交通信号灯的控制系统共分为四方面，分别为主程序，正常时段的程序，南北高峰时段程序，东西高峰时段程序。主程序主要用来调节正常时段和南北高峰时段的程序。主程序启动，调控正常时段的程序，每个时段六小时，正常时段过后，调节南北或者东西高峰的程序，依据车流量和车流高峰期进行调节和改变。（图3）

3.系统功能

3.1 系统三级控制功能。系统控制分为三个级别，中心控制级别，区域控制级别，路口控制级别。中心控制区可以控制区域控制区，区域控制区控制路口控制区，分级控制。同时每个区域还有自身的特殊职能。中心控制区除了可以调节区域控制外，还可以控制整个系统的运行，它具备其他两个系统的所有功能，可以根据路况随时调节每个区域，每个路口的交通信号灯。区域控制系统，可以控制所在区域的系统运行，可以根据道路情况，调节所在区域的交通灯，从而改变路况。还可以对交通信号灯的运行情况以及故障情况进行监督和排查。可以直接对交通信号灯进行干预，同时对通过的车流量进行监控。路口控制主要针对交通信号灯和车辆检测器的控制，可以检测和反馈车辆检测器的信息，也可以对道路视频进行及时的信息传输。同时具有简单的优化功能。

3.2 系统区域协调控制的基本功能。（1）实时协调控制系统可以实时的进行区域协调控制，控制区域和数据区域控制机以及区域控制计算机相连接，通过计算机的优化算法，将数据处理后及时传送，对区域进行及时调控。（2）降级协调控制这个系统可以实现降级协调控制，区域控制计算机控制着各个路口的交通信号灯，对需要降级协调控制的路口，通过人工或者计算机的方式，传送给区域控制计算机，计算机有个优化算法，通过优化算法得到数据，将数据下载传输到路口控制区域，实现降级协调控制。（3）无电缆协调控制交通信号机通过实施干线协调在单点模式下运行，信号软件会根据预先设置的系统和模式，进行自动调节和运行，使得干线道路实现绿波带的效果。

3.3 系统区域协调控制的特殊功能。（1）指定相位控制遇到道路拥堵或者紧急情况，指挥中心可以人工直接修改系统和控制参数，人工可以直接指定相位控制，改善交通状况。（2）模拟手动在交通运行过程中经常会遇到这样或者那样的突发状况，可以直接模拟手动指挥，指挥交通的运行。（3）手动功能如果出现车祸，或者其他紧急形况，造成严重堵车时，执勤交警可以通过手动控制交通信号灯，对道路进行疏通。

结语

交通信号灯是我们生活中不可或缺的重要部分，它保障着车辆的运行，保障着我们的生活秩序，在当代环境下，机动车越来越多，交通问题和交通事故也变得越来越多，使得我们的生活充满了安全隐患，交通信号灯就变得更为重要，我们的生活需要秩序，交通运行更需要秩序，因此，交通信号灯系统的研究，需要我们不断的努力，改进，更加人性化，合理化。我们共同努力，才能创造属于我们的美好生活。

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甘旭阳（1987-），男，江西省丰城人，硕士研究生。