智能多相位交通信号灯系统设计及组态课程论文(编辑修改稿)

智能多相位交通信号灯系统设计及组态课程论文(编辑修改稿)内容摘要：

用等效通行能力的当量小客车为单位，城市道路通行能力采用当量小客车为单位。 1） 通行能力种类 确定道路通行能力的种类主要考虑两点一个是通行能力分析必须与运行质量 相联系；二是需要一种 具体对比道路功能的基本参照通行能力。 因此通行能力可分为以下三种。 （ 1） 基本通行能力。 基本通行能力又称为理论通行能力，是指道路组成部分在理想的道路，交通和控制条件下，该组成部分的一条行车道或横断面上的一小时所能通行或通过标准车辆的最大数量。 他反应了道路允许通过车辆数的极限值，是计算各种通过能力的基础。 8 （ 2） 可能通行能力。 可能通行能力是指已知道路组成部分在实际或预计的道路交通和控制条件下，该组成部分的一条行车道或横断面上一小时所能通行或通过的最大车辆数量。 （ 3） 设计通行能力。 设计通行能力是指已知道路徐成部分在实际或预计的道路交通和控制条件下，该组成部分的一条车道或行车道的横断面上，在所用的设计服务水平下一小时所能通行或通过的最大车辆数。 他是实际可以接收到通行能力，考虑人为主观对道路的要求， 并按照道路运行质量要求及经济安全因素来加以确定的，是作为设计的依据。 三种通行能力的主要区别是：理论通行能力与实际通行能力的主 要区别在于前者是在理想条件下的，而后者是在实际或预计条件下的通行能力；实际通行能力与设计通行能力主要区别在于前者是在不考虑运行质量情况下的，而后者是在所选用服务水平条件下的通行能力。 2） 通行能力与交通量 通行能力与交通量有相同之处，他们都是单位时间内通过道路某段面的交通体的数量，表示方法相同，单位亦相同，但两者也存在一定的区别。 交通量是道路上实际运行着的交通体的观测值，是个实测的量，其数值具有动态性与随机性，随时间地点和交通管制不同而变化；而通行能力是度量道路 在单位时间内可能通过的车辆的能力，是根据道路几何 特征、交通状况及规定运行特性所确定的最大数量，其数值具有相对的稳定性与规定性，即在一定条件下是个固定值，但因路况的不断恶化，交通条件的不断降低等会有所下降。 信号交叉口的服务水平分析 交叉口服务水平的因素 服务水平是指道路使用者从道路状况、交通条件、道路环境等方面可能得到的服务程度或服务质量，如可以提供的行驶速度、舒适、方便、司机的视野以及经济、安全等方面所能得到的实际效果与服务程度。 服务水平的实质是描述交通流内部的运行条件及其对驾驶员与乘客感觉的一种度量标准，对道路服务水平的评价是对道路综合运输能力进行整体评价的主要方面。 影响信号交叉口服务水平的因素错综复杂通常包括运行时间、交通设施、运行状况、安全环境状况等方面的诸多因素。 具体包括：车辆在交叉口的等待时间、交叉口信号配时设计、交叉口车道设置、非机动车及行 人的交通组织、交叉口交通秩序、交通事故率、环境及噪声、交警指挥水平等。 信号交叉口运行特性 分析 信号交叉口处车辆的运行特性是研究通行能力，建立模型的基础。 信号交叉口是城市道路中一种常见的交通设施。 在城市道路信号交叉口中，交通参与者较多，交通转向行为集中，控制方案也随之较多 [15]。 信号灯在时间上周期性地为不同的车道组分配通行权，使各车道组的交通流周期性地停驶。 在各周期中，不同流向的交通流具有不同的运行特性。 （ 1）直行车流运行特性 当信号显示为绿灯时，经过短暂的反应时间后，红灯期间内积累的排 队车辆依次起动，鱼贯通过停车线。 流率很快地由零增加到一个相对稳定的值 (饱和流率 )；车头时距达到相对的稳定 (饱和车头时距 )。 此后，车辆以饱和流率通过停车线直至停车线后积存的车辆全部放行完毕，或者虽未放完，但绿灯时间已结束。 在红灯刚刚转换为绿灯后，车辆并不是马上就起动越过停车线，而是要有几秒的迟滞，起动后的车辆从起动到其达到期望车速也需要一段时间，在这段时间内，车头时距明显的要比后面排队车辆之间的车头时距大，因此，这段时间没有被充分利用，有运行时间损失，称为起动损失时间。 最初几秒，车辆从原来静止的状态逐步加9 速到 正常行驶状态，交通流的流率变化很快； 之后，车队速度保持正常行驶状态，交通流则保持以饱和流率通过停车线。 在绿灯结束后的黄灯时间内或者是绿灯闪烁期间，由于部分车辆采取了制动措施，通过交叉口的流量由饱和流率逐渐下降。 红灯期间，达到停车线的车辆停车等候绿灯，随后达到的车辆则在车队末尾排队等候。 （ 2）左转车流运行特性 按照车道功能不同，左转车流可分为左直混行、左转专用和左直右混行车流。 其中，左转专用车流除了在交叉口中需要运行更长的距离外，其他运行特性类似于直行车流；不管是左直混行还是左直右混行，这样的车道功能划 分都将使左转车流受到同向直行车的干扰。 由于共用一条车道，各流向交通流在通过停车线时，其平均车头时距大于只有单一交通流的车道。 此时，如果信号相位还为不同流向交通流分配了不同的通行时间，将导致有效通行时间的减少。 如在左直混行车道中，左转车流处于红灯，停车线前停驶的左转车其后的直行车也不能通过。 按照信号控制条件的不同，左转车流可分为许可型和保护型左转车流 [17]。 许可型左转车流只能在绿灯期间出现以下情况之一时才能通过： 1)对向直行车未到达冲突点之前； 2)在冲突点附近等待对向直行车流中出现允许穿越的车头时距； 3)信 号相位转换间隔。 当左转交通需求较大时，个别左转车辆可能会贸然插入对向直行车流。 可见，许可型左转车流可能受对向直行车流的干扰；而保护型左转车流，通常配合以专用的左转车道，此时，保护型左转车流的运行特性类似于直行车道。 如果左转车流仍然使用共用车道，保护型左转车流也可能受到直行车辆甚至右转车辆的干扰。 事实上，基于以上运行特性，信号交叉口的设计中往往将车道功能的划分和信号控制条件进行协调设计，以保证各车道组交通流的高效运行。 （ 3）右转车流运行特性 当右转交通量较小时，通常不控制右转车辆的通行，可以在右转车道上 连续通行；如果与其他流向车流共用车道，则可能被直行车辆甚至左转车辆阻挡而不能通过。 当右转交通量达到一定程度时，应考虑设置右转专用道和信号相位，给右转车辆分配通行时间和空间，否则它将对其它方向上的车流产生一定的影响。 第三章 多相位交通信号灯系统设计及组态 设计要求及环境 1） 设计任务 用 PLC 和组态软件构建交通信号灯监控系统。 2） 实验设备 TVT90A台式可编程序控制器训练装置； UNIT3多相位交通灯控制实验板； 天工组态软件； 连接导线若干。 3） 动作要求 （ 1）系统受一个启动开关控制。 当开关启动时，系统开始工作；当启动开关断开时，所有信号灯熄灭。 （ 2）系统工作时，先南北左转、东西直行、东西左转的红灯亮，同时南北直行绿灯亮。 （ 3）南北绿灯亮 8 秒，到 8秒时，南北绿灯闪亮，绿灯闪亮周期为 1秒 (亮 ,熄 )。 （ 4）绿灯闪亮 2 秒以后熄灭，南北直行黄灯亮，并维持 2 秒。 到 2秒时，南北直行黄灯熄灭，南北直行红灯亮，同时南北左转红灯熄灭 ,南北左转绿灯亮。 10 （ 5）南北左转绿灯亮 8 秒，闪 2 秒之后熄灭，南北左转黄灯亮。 南北左转黄灯亮 2秒之后熄灭，南北左转红灯亮，东 西直行红灯灭，东西直行绿灯亮。 （ 6）东西直行绿灯亮 8 秒，闪 2 秒之后熄灭，东西直行黄灯亮。 东西直行黄灯亮 2秒之后熄灭，东西直行红灯亮，东西左转红灯灭，东西左转绿灯亮。 （ 7）东西左转绿灯亮 8 秒，闪 2 秒之后熄灭，东西左转黄灯亮。 东西左转黄灯亮 2秒之后熄灭，东西左转红灯亮，南北直行红灯灭，南北直行绿灯亮，开始第二周期的动作。 以后周而复始地循环。 系统 整体方案 PLC 实际上是一种工业控制计算机。 它的硬件结构与一般微机相似，主要由主机、 I/O扩展机、外围设备三部分组成。 PLC 的工作原理 的工作方式 1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。 2） 程序执行阶段： plc 对用户程序扫描。 3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。 PLC 汇编语言 采用面向控制过程，面向问题 ，简单直观的 plc 编写横语言，常用的有：梯形图，语句表，功能图等。 梯形图：由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。 主要特点： 1）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。 每一逻辑行，起使左母线。 2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器” 3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。 4）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。 根据要求要设计的交通信号灯方案 a． 南北主干道：直行绿 10s、直行绿闪 2s、直行黄 2s、直行红 36s 左、右转绿 10s、左、右转绿闪 2s、左、右转黄 2s、左、右转红 36s； b．南北人行道：绿 10s 、绿闪 2S、红 36s； c．东西主干道：直行红 24s、直行绿 10s、直行绿闪 2s、直行黄 2s、直行红 36s； 左、右转红 36s、左、右转绿 10s、左、右转绿闪 2s、左、右转黄 2s、 左、右转红 d．东西人行道：红 24s 、绿 10s、绿闪 2s； e．循环控制方式； f．交通灯变化顺序表（单循环周期 48秒）。 11。