¿Documento de diseño sobre control de semáforo PLC?
1 Introducción
Según estadísticas incompletas, los sistemas de tráfico actuales en las intersecciones urbanas en mi país adoptan principalmente control de tiempo (sin excluir el uso de la policía de tránsito en tramos muy transitados u horas punta). Reemplazar semáforos), lo que inevitablemente conducirá a las siguientes desventajas: cuando el volumen de tráfico en un determinado tramo de la carretera es grande, hay que esperar a que el semáforo esté en rojo, mientras que el otro carril está vacío o tiene. mucho menos tráfico, pero se pone verde durante mucho tiempo. Este vergonzoso fenómeno de esperar cada vez menos se debe a la falta de seguimiento en tiempo real de la situación real, lo que no sólo genera quejas de conductores y pasajeros.
El control inteligente de los sistemas de transporte es la dirección de investigación actual y se han logrado muchos resultados. En algunos países desarrollados se ha adoptado el control inteligente de las señales de tráfico, entre los que se utiliza principalmente el sistema de posicionamiento global GPS. Por comodidad y eficacia, podemos utilizar el siguiente esquema para controlar las condiciones del tráfico: dejar que el sensor detecte la cantidad de vehículos para controlar la duración del semáforo. Los detalles son los siguientes: la bobina de inducción está enterrada en el suelo cerca de la entrada en todas las direcciones según sea necesario. Cuando pasa un automóvil, se produce una pérdida de corriente parásita y la inductancia del cable aislado en forma de anillo comienza a disminuir, de modo que se puede detectar el paso del automóvil y esta señal se convierte en una señal de pulso estándar como entrada de control. del controlador programable, y contado por el PLC Ajusta automáticamente el tiempo del semáforo de acuerdo con ciertas reglas de control.
En comparación con el control de semáforos programado tradicional y el control de semáforos inteligente, se puede ver que la mayor ventaja de este último es que ralentiza el fenómeno de estancamiento, evita la situación de carriles vacíos que consume mucho tiempo, y mejora la eficiencia de las carreteras y a un coste menor que el GPS.
2 Detectar la presencia y paso de vehículos
(1) Bobina de inducción (sensor de inducción)
El componente principal del sensor inductivo está enterrado bajo la carretera para más de una docena de cables aislados en forma de anillo de un centímetro de profundidad (especialmente adecuado para caminos recién pavimentados, que pueden enterrarse directamente en concreto. Los caminos viejos deben desenterrarse y luego enterrarse). Cuando la corriente de alta frecuencia pasa a través del inductor, se formará en la superficie de la carretera un campo magnético de alta frecuencia formado por la línea de puntos en la Figura 1 (a). Cuando el automóvil ingresa a este campo magnético de alta frecuencia, generará pérdidas por corrientes parásitas y la inductancia del cable aislado en anillo comienza a disminuir. La inductancia de la bobina de inducción es mínima cuando el coche está justo encima de ella. Cuando el coche abandona este campo magnético de alta frecuencia, la inductancia de la bobina de inducción vuelve gradualmente a su estado inicial. Debido a los cambios en la inductancia, la amplitud (el método de detección cubierto en este artículo) y la fase de la corriente de alta frecuencia que fluye en la bobina de inducción cambian. Por lo tanto, al conectar un detector para detectar el cambio de fase o amplitud al comienzo del bucle, se puede obtener la señal eléctrica de un automóvil que pasa. Si se utiliza un cable con aislamiento anular como parte del circuito de oscilación, se puede conocer la presencia y el paso del automóvil simplemente detectando cambios en la frecuencia de oscilación.
La frecuencia de corriente de alta frecuencia del sensor inductivo es de 60 kHz, el tamaño es de 2 × 3 m y la inductancia es de aproximadamente 100 μ h. La tasa de cambio de inductancia que este sensor puede detectar es superior al 0,3 % [. 1, 2].
El sensor inductivo se instala debajo de la carretera y es un sensor ideal desde la perspectiva de la seguridad y la estética del tráfico. Lo mejor es elegir materias primas con buenas propiedades a prueba de humedad para los sensores.
(2) Circuito
La implementación específica para detectar la presencia de un automóvil es conectar un detector para detectar el cambio en la corriente del inductor al comienzo de la bobina de inducción y convertir en una salida de voltaje de pulso estándar. El diagrama de circuito específico consta de tres partes: parte de fuente de señal, parte de detección y parte de comparación e identificación. El diagrama de bloques principal se muestra en la Figura 2 y la forma de onda del pulso de salida se muestra en la Figura 1 (b).
(3) Colocación de sensores
El conteo de vehículos es la clave para el control inteligente. Para evitar que se pierdan vehículos, instalamos sensores idénticos en la salida (línea de parada) de cada vía y en la entrada a cierta distancia de la salida. El esquema se muestra en la Figura 3 (tomando como ejemplo una intersección típica). La distancia entre dos sensores en el mismo carril es la cola de estacionamiento más larga permitida durante el funcionamiento normal del carril.
3 Utilice PLC para realizar el control inteligente de los semáforos
3.1 Composición del sistema de control
Utilice un controlador programable (PLC) para realizar el conteo del flujo de vehículos y el control de los semáforos Duración control. Por supuesto, también se pueden seleccionar otros tipos de ordenadores como controladores. En este caso, se selecciona PLC como dispositivo de control porque el núcleo del controlador programable es una computadora, que está especialmente diseñada y fabricada para aplicaciones en entornos industriales.
Alta confiabilidad, ricas interfaces de entrada y salida y sólidas capacidades de conducción. Utiliza una memoria programable para almacenar programas, realizar operaciones lógicas, control de secuencia, sincronización, conteo y operaciones aritméticas, y otras instrucciones orientadas al usuario, e entradas digitales o analógicas; /salida para controlar varios tipos de máquinas o procesos de producción; adopta una estructura modular y es fácil de programar, instalar y mantener.
Utilizando PLC, los sensores y luces de señalización mencionados anteriormente en cada intersección se pueden conectar directamente a él, lo cual es muy conveniente y confiable.
En este ejemplo de diseño, el PLC utiliza FX2N-64, cuya entrada recibe el pulso eléctrico estándar de salida medido por el detector de vehículos en cada intersección y emite las señales de semáforo rojo y verde en la intersección. Selección de luces de señal: en este ejemplo, se seleccionan LED rojos, amarillos y verdes como luces de señal (tipo dirección de flecha).
3.2 Medición del flujo de tráfico
Existen muchos métodos para medir el flujo de tráfico:
(1) El PLC cuenta por separado el flujo de tráfico de cada carril. Cuando el vehículo ingresa a la intersección y pasa el primer sensor 1 (ver Figura 3), las estadísticas aumentan en 1. Cuando el vehículo pasa el segundo sensor 2, las estadísticas disminuyen en 1. La diferencia es que la cantidad de detención de vehículos (valor dinámico) de este carril se puede comparar con los valores de otros carriles como base para ajustar la duración del semáforo.
(2) Primero cuente el número de vehículos varados en cada carril y luego acumule estadísticas de acuerdo con el principio de dirección general. Por ejemplo, sumar los atascos en los carriles izquierdo, recto y derecho en dirección este-oeste (ver Figura 3) y luego compararlos con el flujo de tránsito en las otras tres direcciones puede usarse como base para Ajustar la duración del semáforo.
(3) Después de contar el número de vehículos varados en cada carril, las estadísticas acumuladas se basan en el principio de maximización del tráfico (varios carriles circulando en direcciones opuestas sin afectar la seguridad del tráfico). Por ejemplo, se suma el número de vehículos en los carriles izquierdo, recto y derecho en las direcciones este y oeste y luego se compara con el flujo de tráfico total en las direcciones norte y sur como base para ajustar la longitud del carril. semáforos (este es el ejemplo siguiente).
Los cálculos y juicios anteriores los completa el PLC. Los diferentes métodos de medición y discriminación anteriores se pueden compilar en diferentes subrutinas para facilitar su uso.
3.3 Diagrama de flujo del programa
En este caso, de acuerdo con el método estadístico de flujo de tráfico anterior, el diagrama de flujo del programa del PLC en la Figura 3 ajusta automáticamente la longitud del tráfico de la intersección. luces se muestra en la Figura 5. La secuencia de conducción es la misma que en la vida real [4], sólo que la duración es diferente.
(1) Cuando el número de vehículos varados en cada intersección alcanza un cierto valor y se desborda (equivalente a un atasco grave), se utiliza el método de control de tiempo convencional existente para cambiar los semáforos
p>(2) Cuando el volumen de detención de vehículos en las intersecciones este y oeste es mayor que el volumen de detención de vehículos en las intersecciones sur y norte (y viceversa), el tiempo de tránsito en esa dirección = el tiempo mínimo de tiempo de tránsito + el tiempo de retraso agregado por el retraso adaptativo (variable), pero no mayor que el tiempo de paso máximo permitido. El tiempo mínimo de paso es para evitar las desventajas de que los semáforos cambien demasiado rápido; el tiempo máximo de paso es para garantizar la equidad y no dejar que otros automóviles o peatones esperen demasiado. Se dan más explicaciones en los comentarios a continuación.
(3) Determinación del tiempo de aumento de la comparación de histéresis adaptativa (la ley de control central en este ejemplo) si el número de vehículos varados en dirección este-oeste es mayor o igual a una desviación σ en la dirección norte-sur (como 30 vehículos u otros valores), deje que los vehículos que giran a la izquierda en dirección este-oeste giren a la izquierda primero durante 15 segundos (control de tiempo, este valor se puede cambiar) y luego deje que los que van rectos El flujo de tráfico va en línea recta durante 30 segundos (el valor mínimo del tiempo en línea recta. El flujo de tráfico de este a oeste es menor que el flujo de tráfico de norte a sur en una desviación σ, y luego este flujo de tráfico en esa dirección terminará). y cambiar a otras vías, de lo contrario, el flujo de tráfico se retrasará hasta que se alcance el tiempo máximo de paso y se forzará el cambio. Las características de histéresis se muestran en la Figura 6. En aplicaciones prácticas, es necesario establecer el valor de σ. Si es demasiado pequeño, provocará un overclocking en los semáforos, y si es demasiado grande, no podrá lograr el control oportuno.
3.4 Notas sobre el diagrama de flujo
(1) Los tiempos de 15, 30 y 75 segundos en el diagrama de flujo son, respectivamente, el tiempo de giro a la izquierda, el tiempo recto más corto y el tiempo más largo. tiempo de paso permitido establecido por el departamento de control de tráfico; σ es la desviación del flujo de tráfico. Los valores anteriores y los valores de desbordamiento del flujo de tráfico de las cuatro intersecciones se pueden cambiar a voluntad durante la inicialización del programa.
(2) Los giros a la izquierda de los vehículos son un aspecto importante de la congestión del tráfico y deben restringirse adecuadamente. Por lo tanto, el giro a la izquierda del vehículo siempre adopta un control de sincronización mínimo para reducir la complejidad del sistema y mejorar la confiabilidad.
(3) El tiempo de paso del vehículo incluye el tiempo de parpadeo de las luces verdes y amarillas. El cambio de luces rojas, amarillas y verdes es el mismo que el método actual y no se describirá nuevamente.
(4) La conexión de los semáforos en la acera es la misma que el método actual. El momento en que se enciende la luz verde se sincroniza con el momento en que se apaga la luz verde para el vehículo que circula en línea recta. En esta dirección, y antes del momento en que se apaga la luz verde para el vehículo recto, se adopta el control de sincronización, como 18 s. La luz verde se enciende regularmente. El objetivo es evitar que los vehículos que giran a la derecha se vean restringidos indebidamente por las luces de las aceras. Si se desvían personas y vehículos, los vehículos que giran a la derecha no están restringidos. Simple, omitido en el diagrama de flujo.
(5) La medición del flujo de tráfico es ininterrumpida y paralela al control. El sistema es multitarea y se debe prestar especial atención a la programación.
4 Conclusión
En comparación con el control de semáforos programado tradicional y el control de semáforos inteligente, se puede observar que la mayor ventaja de este último es que ralentiza el fenómeno de estancamiento y no No causa carriles vacíos. Consume mucho tiempo, mejora el tráfico en las carreteras y cuesta menos que el GPS. Es especialmente adecuado para intersecciones con mucho tráfico, más adecuado para más de cuatro intersecciones y también es conveniente para la creación de redes.
Referencias
[1] Huang Jichang et al. Principios de funcionamiento y ejemplos de aplicación de sensores [M]. Beijing: People's Posts and Telecommunications Press, 1998.
Zhang. Tecnología de aplicación de controlador programable [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2001.
[3] R.J. Salter, Reino Unido. Análisis y diseño del tráfico vial[M]. Traducido por Zhang Zuozhou y otros. Beijing: Prensa de la industria de la construcción de China, 1982.
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