基于Ethernet/IP 協(xié)議的交通燈控制系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

葛毓青

0 引言

解決好公路交通信號燈控制問題是保障交通有序、安全、快速運行的重要環(huán)節(jié)。但現(xiàn)有的交通信號燈控制系統(tǒng)大都是對單一的路口進行控制，不能夠根據(jù)城市交通網(wǎng)絡多個交通路口實際交通狀況進行實時網(wǎng)絡協(xié)調控制。利用羅克韋爾公司的MicroLogix 1200的可編程序控制器和以太網(wǎng)技術來實現(xiàn)對多個路口交通燈的智能信號控制,在交通燈控制需求分析的基礎上進行了系統(tǒng)設計和軟件實現(xiàn)。

本文采用羅克韋爾的 AB 可編程控制器MicroLogix1200，其集電源、處理器、I/O及支持 DF1和Ethernet/IP協(xié)議的通信接口于一體，經(jīng)濟實用；梯形圖邏輯編程軟件RSLogix500及支持MicroLogix通信的RSLinx，以及RSView SE組態(tài)軟件遠程監(jiān)控，基于Ethernet以太網(wǎng)協(xié)議設計并實現(xiàn)了交通燈智能控制，主要包括硬件結構、網(wǎng)絡通訊、控制邏輯編程以及監(jiān)控界面的設計與實現(xiàn)。

1 硬件設計

羅克韋爾的MicroLogix1200控制器具有小型、經(jīng)濟而又快速、高效的特點。它采用固定式控制器，硬件的緊湊設計使 MicroLogix1200更適應有限的安裝空間。MicroLogix1200擁有一套多達65條全面的指令，包括單位的位、定時器、和計數(shù)器指令，同時還包括用于序列發(fā)生器、高速計數(shù)器和轉換寄存器的指令。一個典型的500條指令的程序運行時間只有1.56ms，支持多達6種編程語言。

采用Micrologix1200作為控制器，用RSLogix 500對交通燈邏輯控制編程，用RSView SE進行監(jiān)控界面組態(tài)并且遠程監(jiān)控。通過以太網(wǎng)將計算機連接到1761-NET-ENI模塊，再通過該模塊和控制器的DF-1接口相連。硬件結構如圖1所示。

圖1 硬件結構

2 軟件設計

RSLogix 500 軟件是針對MicroLogix處理器的32位梯形圖邏輯編程軟件包，梯形圖編輯器格式自由，工程校驗器功能強大；另外拖放式編輯功能，使用戶能夠在數(shù)據(jù)文件之間快速移動數(shù)據(jù)表元素；方便快捷的查詢和替換功能，能夠快速改變特定地址或符號的值；用戶數(shù)據(jù)監(jiān)控器功能，可同時顯示獨立的數(shù)據(jù)元素以觀察它們之間的相互作用；大大節(jié)省工程開發(fā)時間。

RSView SE軟件是一款強大的實時監(jiān)控軟件，它具有多服務器集群和多客戶端的分布式結構，和強大的可伸縮性。利用RSView Enterprise系列的共用開發(fā)環(huán)境-RSView Studio進行開發(fā)。應用組態(tài)存在于各個RSView SE服務器當中，而客戶端可以任意的調用顯示各服務器中的應用，為用戶提供集成的一體化的監(jiān)控方案。因此本設計中運用RSView SE對交通路口現(xiàn)場進行遠程實時監(jiān)控。

軟件配置及流程如圖2、3和4所示。

圖2 軟件配置圖

圖3 單一十字路口軟件流程圖

圖4 多個十字路口順序軟件流程圖

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 網(wǎng)絡通訊

單機控制系統(tǒng)難于實現(xiàn)城市交通網(wǎng)絡中多個路口間的協(xié)調控制，采用網(wǎng)絡控制方式則不同，對交通信號系統(tǒng)進行網(wǎng)絡化控制,便于進行多個路口間的協(xié)調控制。因此采用Ethernet/IP網(wǎng)絡通訊方式，可以對多個路口進行協(xié)調控制。

多個路口的MicroLogix之間采用基于MSG消息的傳輸機制進行數(shù)據(jù)通訊，交換各自的通訊狀況，并且協(xié)調同步控制。

3.2 控制原理及程序

單個交通指示燈的控制思想比較簡單：

? 判斷是否有“啟動/停止”輸入信號I:0/0，若有，定時器T4:0開始計時，否則不啟動定時器T4:0，定時器預置值為 185000，單位為毫秒(1000即為 1秒)，當定時器計到185000時翻轉為零；

? 當定時器T4:0.ACC小于120000時，輸出O:0/0信號，對應綠燈亮；

? 當定時器T4:0.ACC大于120000且小于125000時，輸出O:0/1信號，對應黃燈亮；

? 當定時器T4:0.ACC大于125000且小于185000時，輸出O:0/2信號，對應紅燈亮；

? 當有綠燈亮時，啟動定時器T4:1，T4:1.ACC對應小車位置；

? 定時器T4:1復位。

? 將各個單一交通路口的控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接進行協(xié)調控制，控制思想如下：

? 多個交通路口選擇一條主干道，確保主干道優(yōu)先通行為原則，其它次干道跟隨主干道；

? 選擇主干道的起始交通路口作為主控制路口；

? 按照道路車流行進方向，后一路口跟隨前一路口；

? 前一路口的控制紅綠黃時間通過網(wǎng)絡傳輸?shù)姆绞絺魉徒o后一路口；

? 前后每一相隔路口依次保留一定的延時；

? 通過這種順序的協(xié)調控制，確保了主干交通要道的順序快速通行，而且有利于車流的順暢，其程序如圖5所示。

圖5 多個十字路口控制程序

3.3 遠程監(jiān)控

通過以太網(wǎng)及光纖傳輸，交通監(jiān)控管理中心可以通過RSView SE的視頻播放功能及其組態(tài)畫面遠程實時監(jiān)控現(xiàn)場交通車流狀況，并可據(jù)此通過監(jiān)控畫面適時調整各路口交通指示燈的紅綠黃變化時間，也即是定時器T4:0的時間分配。這也是在安裝調試時需要注意的，目的是達到最佳的通行效果。監(jiān)控畫面如圖6所示。

圖6 監(jiān)控窗口

這樣就確保了交通公安交通管理部門可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況對道路車流量進行控制，將車輛安排到暢通的路段，減少阻塞，保證道路交通暢通，實現(xiàn)城市交通管理的智能化。

4 結論

本設計中將控制器、邏輯編程軟件、遠程監(jiān)控軟件及以太網(wǎng)技術的綜合應用到多個交通路口的協(xié)調控制，但各路口控制系統(tǒng)保持相對獨立，便于模塊化處理，使該系統(tǒng)的可維護性、通用性和可移植性都得到進一步的提高。本系統(tǒng)結構簡單，操作方便；可實現(xiàn)自動控制，具有一定的智能性；對優(yōu)化城市交通具有一定的借鑒參考意義。

[1]浙江大學羅克韋爾自動化技術中心編.可編程序控制器系統(tǒng),浙江大學出版社,1999年.

[2]Getting Results with RSLinx,1998年.

[3]RSLogix500 Getting Results Guide,1997年.

[4]RSView SE User Guide,2000年.