李鵬飛 趙萬(wàn)飛

（北京都市鼎點(diǎn)科技有限公司 山西分公司，山西 太原030001）

智能交通工程，包括智能信號(hào)燈、電子警察、視頻監(jiān)控、卡口、誘導(dǎo)屏等內(nèi)容。智能交通工程和智能交通管理是智能交通系統(tǒng)的主要組成部分。目前交通信號(hào)燈普遍采用智能交通信號(hào)機(jī)來(lái)控制，智能交通信號(hào)機(jī)采用單片機(jī)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)多年的使用，性能穩(wěn)定、可靠，但是在使用中由于其人機(jī)界面差，參數(shù)設(shè)置操作復(fù)雜，在使用中對(duì)操作者帶來(lái)較大的困擾。信號(hào)機(jī)廠家采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及通信方式多種多樣，在后期聯(lián)網(wǎng)中幾乎無(wú)法組態(tài)[1]。

隨著城市智能交通的管理要求，交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)也逐步由單一智能化控制發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)綜合化調(diào)度。通過(guò)交通信號(hào)的集中控制，市區(qū)的信號(hào)燈可以實(shí)現(xiàn)智能化，不像以前需要固定調(diào)配紅綠燈時(shí)間，每個(gè)路口可根據(jù)車流量的大小遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)間。目前大中型PLC具有強(qiáng)大的邏輯功能和觸摸屏良好的人機(jī)界面以及多種網(wǎng)絡(luò)連接方式，使其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在交通信號(hào)燈中使用PLC可以完全滿足當(dāng)前城市交通信號(hào)燈管理的要求。［1］

1 硬件組態(tài)

可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，控制各種生產(chǎn)過(guò)程。目前大中型PLC主要廠家有西門子（Siemens)公司、A-B（Allen&Bradly)公司、通用電氣（GE-Fanuc）公司等國(guó)際企業(yè)，本文以應(yīng)用最廣泛的西門子公司的PLC產(chǎn)品和工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1

1.1交通站點(diǎn)終端采用S7-300系列PLC是模塊化的中型PLC，適用于中等性能的控制要求。主要由機(jī)架、電源模塊、CPU模塊、接口模塊、信號(hào)模塊、通信模塊和功能模塊，滿足大多數(shù)領(lǐng)域的自動(dòng)化控制任務(wù)。性價(jià)比高、可靠性高、維護(hù)量小可使其應(yīng)用在重要場(chǎng)合。其中CPU模塊選用帶PN（PROFINET）功能的CPU315-2PN/DP，該模塊RAM存儲(chǔ)器256KB，可以插入最大8MB的微存儲(chǔ)卡（MMC），有2048B個(gè)位存儲(chǔ)器，256個(gè)定時(shí)器，輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)最多為16348個(gè)，指令執(zhí)行時(shí)間0.1μs，集成了1個(gè)MPI/DP接口用于連接觸摸屏和1個(gè)PN接口用于連接工業(yè)以太網(wǎng)，支持硬件時(shí)鐘。SM模塊輸出量選用1-2個(gè)SM322，該模塊有32路輸出用于驅(qū)動(dòng)紅綠黃指示燈、倒計(jì)時(shí)、人行道燈等設(shè)備，電壓AC120～230V，驅(qū)動(dòng)電流1A。1個(gè)SM321數(shù)字量輸入模塊，該模塊有16路數(shù)字量輸入，電壓DC24V，可用于連接一些外部信號(hào)輸入以實(shí)現(xiàn)模糊控制等功能［2］。與PLC配置一塊觸摸屏，可用西門子或者國(guó)產(chǎn)屏，需支持MPI通信連接，觸摸屏可在手動(dòng)模式下操控各個(gè)方向交通燈，在設(shè)置頁(yè)面中設(shè)置各個(gè)方向的放行時(shí)間。硬件組態(tài)如圖2。

圖2

1.2工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ethernet）是為工業(yè)應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的，它是遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3（Ethernet）的開(kāi)放式、多供應(yīng)商、高性能的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于控制網(wǎng)絡(luò)的最高層，并且有向控制網(wǎng)絡(luò)中間層和底層（現(xiàn)場(chǎng)層）發(fā)展的趨勢(shì)。工業(yè)以太網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議，可通過(guò)以太網(wǎng)將自動(dòng)化系統(tǒng)連接到企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)（Intranet）、外部互聯(lián)網(wǎng)（Extranet）和英特網(wǎng)（Internet）。不需要額外的硬件設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)管理網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)共享，即實(shí)現(xiàn)“管控一體化”。通過(guò)交換技術(shù)可以提供沒(méi)有限制的通信能力。以太網(wǎng)靈活性好，現(xiàn)有的設(shè)備可以不受影響的擴(kuò)展?？梢圆捎萌哂嗟木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可靠性高。通過(guò)光纖、雙絞線和互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換。

各個(gè)交通站點(diǎn)終端PLC通過(guò)PN接口轉(zhuǎn)接以太網(wǎng)光纖收發(fā)器，光纖傳輸距離可達(dá)100公里以上，通過(guò)光纖將信號(hào)傳送至網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中心交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中心交換機(jī)選用西門子SCALANCEX-200系列交換機(jī)或者思科、華為等工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)中心調(diào)度有操作員站計(jì)算機(jī)和工程師站計(jì)算機(jī)。

操作員站計(jì)算機(jī)使用工控計(jì)算機(jī)，安裝CP1613工業(yè)以太網(wǎng)卡通過(guò)RJ45網(wǎng)絡(luò)電纜連接至以太網(wǎng)交換機(jī)，操作系統(tǒng)采用WINDOWSXPSP2以上操作系統(tǒng)，安裝西門子公 司W(wǎng)INCC V6.0 SP3軟 件，使 用WINCC（Windows ControlCenter）V6.0SP3編程上位機(jī)后臺(tái)軟件,組態(tài)各個(gè)路口PLC的變量，后可實(shí)時(shí)監(jiān)控各路口的交通燈狀態(tài)和配置時(shí)間參數(shù)。工程師站計(jì)算機(jī)（PG/PC)使用商用計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)采用WINDOWSXPProfessional（專業(yè)版），CPU主頻1GHz以上，RAM（內(nèi)存）1GB以上，安裝STEP7 V5.5_CN軟件，通過(guò)計(jì)算機(jī)自帶網(wǎng)卡接至以太網(wǎng)交換機(jī)，使用STEP7來(lái)編程和修改程序，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)下載數(shù)據(jù)到組態(tài)的PLC［3］。本文以2個(gè)交通站點(diǎn)終端為例，硬件組態(tài)如圖3所示。

圖3

2 軟件功能

2.1 PLC編程實(shí)現(xiàn)功能（工程師站計(jì)算機(jī)編程軟件STEP7V5.5_CN）

①32-64路輸出控制各個(gè)路口紅黃綠信號(hào)燈、人行橫道燈、倒計(jì)時(shí)燈、喇叭等設(shè)備。

語(yǔ)音研究應(yīng)該采用相對(duì)化和歸一化的數(shù)據(jù)，而非絕對(duì)的數(shù)據(jù)。（石鋒，王萍2006）據(jù)此得到的研究結(jié)果才會(huì)有普遍的意義。因此，聲調(diào)分析全部采用相對(duì)歸一的T值計(jì)算（石鋒1990），聲調(diào)T值的計(jì)算公式如下：

②具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，根據(jù)不同時(shí)間輸入不同配時(shí)方案，并且根據(jù)時(shí)期自動(dòng)切換假日模式。

③手動(dòng)模式下可執(zhí)行單步控制。

④根據(jù)交通情況編程信號(hào)燈切換邏輯。

⑤通過(guò)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一授時(shí)，保證時(shí)刻一致。

⑥根據(jù)其他輸入?yún)?shù)編程已實(shí)現(xiàn)模糊控制等程序。

2.2觸摸屏編程實(shí)現(xiàn)功能（工程師站計(jì)算機(jī)編程軟件WinCC flexible）

①實(shí)時(shí)顯示路口交通燈狀態(tài)。

②手動(dòng)模式下通過(guò)觸摸屏人工切換交通燈。

③設(shè)置各個(gè)路口的放行時(shí)間。

④顯示系統(tǒng)故障、網(wǎng)絡(luò)故障等故障信息。

2.3操作員站編程實(shí)現(xiàn)功能（操作員站計(jì)算機(jī) 編程軟件WinCCV6.0SP3）

①實(shí)時(shí)顯示各個(gè)路口交通燈狀態(tài)。

②特殊情況人工介入改變交通燈狀態(tài)。

③操作員通過(guò)視頻監(jiān)控道路流量大小調(diào)整放行時(shí)間。

2.4工程師站實(shí)現(xiàn)功能（工程師站計(jì)算機(jī) 編程軟件STEP7V5.5_CN）

①在線下載或更新PLC程序

②發(fā)現(xiàn)故障，定位故障

3 系統(tǒng)可靠性分析

3.1交通路口終端PLC斷電或故障時(shí)，所控制交通的故障停用其他路口信號(hào)燈的工作，待有電或修復(fù)完畢后可恢復(fù)正常。

3.2調(diào)度中心斷電或交換機(jī)、計(jì)算機(jī)故障時(shí)，調(diào)度中心與交通路口終端通信中斷，交通路況終端PLC按預(yù)定設(shè)置的程序正常工作，有電或維修后恢復(fù)正常。

3.3交通路口終端PLC與調(diào)度中心光纖損壞時(shí)，調(diào)度中心操作員計(jì)算機(jī)會(huì)報(bào)號(hào)某一路口PLC通信中斷，調(diào)度中心還可以和無(wú)通信故障的終端PLC繼續(xù)工作，通信中斷終端PLC自動(dòng)按預(yù)定程序繼續(xù)工作，待故障線路修復(fù)后通信恢復(fù)［4］。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最快的國(guó)家，又是交通需求增長(zhǎng)最快的國(guó)家，隨著城市車輛數(shù)目的急劇增長(zhǎng),車輛與路面的矛盾越來(lái)越突出,絕大多數(shù)城市都面臨交通擁堵問(wèn)題，增加車道只能解一時(shí)之急而無(wú)法徹底解決問(wèn)題。理論及實(shí)踐證明，合理配置、實(shí)時(shí)調(diào)控信號(hào)燈時(shí)間可提高交通通行能力，更有效地利用現(xiàn)有道路的運(yùn)輸能力，對(duì)交通流的安全性、快速性和舒適性都能起到很大作用。目前，在國(guó)內(nèi)一線大型城市如北京、上海、天津等地均開(kāi)始試行智能交通燈工程，在實(shí)際的應(yīng)用中起到了提高通行能力的作用，智能交通工程正在由“一條線”發(fā)展到“一個(gè)面”的過(guò)程。道路交叉口的信號(hào)燈通過(guò)PLC編程可靈活多變的功能實(shí)現(xiàn)各種交通組織方式，PLC穩(wěn)定的性能和網(wǎng)絡(luò)通信能力為智能化交通提供了一種技術(shù)平臺(tái)。

［1］廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［2］西門子（中國(guó)）有限公司.深入淺出西門子WinCCV6［M］.第2版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

［3］陽(yáng)勝峰.西門子PLC與變頻器觸摸屏綜合應(yīng)用教程［M］.第2版.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

［4］廖常初，祖正容.西門子工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)組態(tài)編程與故障診斷［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.