基于Ethernet/IP 协议的交通灯控制系统设计及实现

葛毓青

0 引言

解决好公路交通信号灯控制问题是保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。但现有的交通信号灯控制系统大都是对单一的路口进行控制，不能够根据城市交通网络多个交通路口实际交通状况进行实时网络协调控制。利用罗克韦尔公司的MicroLogix 1200的可编程序控制器和以太网技术来实现对多个路口交通灯的智能信号控制,在交通灯控制需求分析的基础上进行了系统设计和软件实现。

本文采用罗克韦尔的 AB 可编程控制器MicroLogix1200，其集电源、处理器、I/O及支持 DF1和Ethernet/IP协议的通信接口于一体，经济实用；梯形图逻辑编程软件RSLogix500及支持MicroLogix通信的RSLinx，以及RSView SE组态软件远程监控，基于Ethernet以太网协议设计并实现了交通灯智能控制，主要包括硬件结构、网络通讯、控制逻辑编程以及监控界面的设计与实现。

1 硬件设计

罗克韦尔的MicroLogix1200控制器具有小型、经济而又快速、高效的特点。它采用固定式控制器，硬件的紧凑设计使 MicroLogix1200更适应有限的安装空间。MicroLogix1200拥有一套多达65条全面的指令，包括单位的位、定时器、和计数器指令，同时还包括用于序列发生器、高速计数器和转换寄存器的指令。一个典型的500条指令的程序运行时间只有1.56ms，支持多达6种编程语言。

采用Micrologix1200作为控制器，用RSLogix 500对交通灯逻辑控制编程，用RSView SE进行监控界面组态并且远程监控。通过以太网将计算机连接到1761-NET-ENI模块，再通过该模块和控制器的DF-1接口相连。硬件结构如图1所示。

图1 硬件结构

2 软件设计

RSLogix 500 软件是针对MicroLogix处理器的32位梯形图逻辑编程软件包，梯形图编辑器格式自由，工程校验器功能强大；另外拖放式编辑功能，使用户能够在数据文件之间快速移动数据表元素；方便快捷的查询和替换功能，能够快速改变特定地址或符号的值；用户数据监控器功能，可同时显示独立的数据元素以观察它们之间的相互作用；大大节省工程开发时间。

RSView SE软件是一款强大的实时监控软件，它具有多服务器集群和多客户端的分布式结构，和强大的可伸缩性。利用RSView Enterprise系列的共用开发环境-RSView Studio进行开发。应用组态存在于各个RSView SE服务器当中，而客户端可以任意的调用显示各服务器中的应用，为用户提供集成的一体化的监控方案。因此本设计中运用RSView SE对交通路口现场进行远程实时监控。

软件配置及流程如图2、3和4所示。

图2 软件配置图

图3 单一十字路口软件流程图

图4 多个十字路口顺序软件流程图

3 系统实现

3.1 网络通讯

单机控制系统难于实现城市交通网络中多个路口间的协调控制，采用网络控制方式则不同，对交通信号系统进行网络化控制,便于进行多个路口间的协调控制。因此采用Ethernet/IP网络通讯方式，可以对多个路口进行协调控制。

多个路口的MicroLogix之间采用基于MSG消息的传输机制进行数据通讯，交换各自的通讯状况，并且协调同步控制。

3.2 控制原理及程序

单个交通指示灯的控制思想比较简单：

✧ 判断是否有“启动/停止”输入信号I:0/0，若有，定时器T4:0开始计时，否则不启动定时器T4:0，定时器预置值为 185000，单位为毫秒(1000即为 1秒)，当定时器计到185000时翻转为零；

✧ 当定时器T4:0.ACC小于120000时，输出O:0/0信号，对应绿灯亮；

✧ 当定时器T4:0.ACC大于120000且小于125000时，输出O:0/1信号，对应黄灯亮；

✧ 当定时器T4:0.ACC大于125000且小于185000时，输出O:0/2信号，对应红灯亮；

✧ 当有绿灯亮时，启动定时器T4:1，T4:1.ACC对应小车位置；

✧ 定时器T4:1复位。

✧ 将各个单一交通路口的控制系统通过以太网连接进行协调控制，控制思想如下：

✧ 多个交通路口选择一条主干道，确保主干道优先通行为原则，其它次干道跟随主干道；

✧ 选择主干道的起始交通路口作为主控制路口；

✧ 按照道路车流行进方向，后一路口跟随前一路口；

✧ 前一路口的控制红绿黄时间通过网络传输的方式传送给后一路口；

✧ 前后每一相隔路口依次保留一定的延时；

✧ 通过这种顺序的协调控制，确保了主干交通要道的顺序快速通行，而且有利于车流的顺畅，其程序如图5所示。

图5 多个十字路口控制程序

3.3 远程监控

通过以太网及光纤传输，交通监控管理中心可以通过RSView SE的视频播放功能及其组态画面远程实时监控现场交通车流状况，并可据此通过监控画面适时调整各路口交通指示灯的红绿黄变化时间，也即是定时器T4:0的时间分配。这也是在安装调试时需要注意的，目的是达到最佳的通行效果。监控画面如图6所示。

图6 监控窗口

这样就确保了交通公安交通管理部门可以根据现场实际情况对道路车流量进行控制，将车辆安排到畅通的路段，减少阻塞，保证道路交通畅通，实现城市交通管理的智能化。

4 结论

本设计中将控制器、逻辑编程软件、远程监控软件及以太网技术的综合应用到多个交通路口的协调控制，但各路口控制系统保持相对独立，便于模块化处理，使该系统的可维护性、通用性和可移植性都得到进一步的提高。本系统结构简单，操作方便；可实现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的借鉴参考意义。

[1]浙江大学罗克韦尔自动化技术中心编.可编程序控制器系统,浙江大学出版社,1999年.

[2]Getting Results with RSLinx,1998年.

[3]RSLogix500 Getting Results Guide,1997年.

[4]RSView SE User Guide,2000年.