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重点论文网    工科论文    自动化论文    基于PLC的城市交通控制系统设计
创建时间:01-08

基于PLC的城市交通控制系统设计

随着城市化进展的加快和汽车普及率的提高,城市交通拥挤日益加剧,交通事故频频发生,交通环境逐渐恶化。这种交通问题不仅在发展中国家,就是在西方发达国家也是使人困扰的严重问题。众所周知,解决交通问题的直接办法是提高路网的通行能力,但无论是哪个国家的大城市,可供修建道路的空间有限,建设资金筹措困难。同时,由于交通系统是一个相当复杂的大系统,单独从车辆方面考虑或者单独从道路方面考虑,都很难从根本上解决问题。此外,能源和环境问题的严重性也日益为人们所认识。在这种背景下,城市交通信号控制系统的重要性就凸现出来了。
城市交通信号控制系统是城市交通管理中最基本,也是最有效的一项技术应用。科学合理、详细设计的多时段、多相位、定周期的单点信号控制将会得到大力推广;城市干道的绿波带线控系统将进一步得到广泛的应用;实用、先进的城市区域协调控制系统将会在国家有关部门的政策导向和经费支持下得到完善和积极的推广、实施。
一、交通控制的历史与发展
1868年    英国伦敦出现了最早的交通信号灯(红、绿两色煤气灯);
1917年    美国盐湖城出现了最早的红、黄、绿三色信号灯;
1930年    美国出现了带感应检测器的信号机;
1960年    世界上开始研究信号联动协调控制系统;
1969年    英国研制成功TRANSTY系统(属于第一代交通信号控制系统);
1979年    具有自适应能力的英国SCOOT系统(第二代交通信号控制系统)和澳大利亚的SCAT系统研制成功。
二、交通信号控制的分类
1.按控制范围分类:
⑴单点交叉口交通信号控制(点控);
⑵主干路交通信号协调控制(线控);
⑶区域交通信号系统控制(面控)。
2.按控制方法分类:
⑴定时控制:交叉口的信号控制机按事先设定好的配时方案运行即为定时控制,亦称之为定周期控制。它主要适用于哪些交通量不大、变化较为稳定、相邻交叉口距离较远的交叉口。根据一天内采用配时方案的多少,可以分为:
①单点定周期控制:一天只用一种配时方案;
②多段定周期控制:一天按不同时段的交通量采用几种配时方案。
定时控制的基本方法是单个交叉口的定时控制。点控制、面控制也都可以用定时控制的方式,称为静态线控制、静态面控住系统。
⑵感应控制:在交叉口进口道上设置车辆检测器,信号灯配时方案可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。根据检测器设置方式的不同,可分为:
①半感应控制:只在交叉口部分进口道上设置检测器的感应控制;
②全感应控制:在交叉口全部进口道上都设置检测器的感应控制。
感应控制的基本方法是单个交叉口的感应控制。用感应控制方式的线控制、面控制则称为动态线控系统和动态面控系统。
3.按控制类别分类:
⑴交通限制为主的控制
①交叉口优先规则控制;
②路面标志标线控制;
③停车控制。
⑵以交通信号为主的控制
⑶以交通诱导为主的控制
4.按配时技术分:
⑴人工优化技术
⑵脱机优化技术
⑶联机优化技术
三、交通控制相关技术
1.检测技术:包括传感技术和测量技术,20世纪30年代,美国就开始使用压力式气动橡皮管检测器作为车辆检测器而实现感应控制。之后相继出现的检测系统主要有:雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、环行线圈和视频检测技术等。其中以超声波和环行线圈应用最为普遍。
2.通信技术:起到传递信息的作用,分为有线通信和无线通信两种。
3.计算机技术(核心技术所在):体现为:处理信息、管理信息、生成配时以及发布控制指令。
4.控制技术:执行控制命令对交通参与者实施有效控制,制定最佳控制的理论基础。
四、城市交通控制系统的基本原理与组成
交通信号控制系统主要是利用安装在各主要路口各方向的检测器,采集交通流信息,反馈给控制中心的中央电脑进行最优化计算,得出最佳控制方案,再向路口交通信号机发出指令,对红绿灯进行控制。通过电脑对红绿灯的优化控制,减少车辆的旅行延误及停车次数,提高路口的通行能力,节省燃油消耗,减少大气及噪音污染,同时,系统可为特殊车队的快速通过提供“绿波带”功能。
交通信号控制系统有以下主要功能:
1.交通信号控制参数的优化控制功能:集中自适应控制、集中感应控制、集中时间段控制、VIP路线绿波控制、强制灯色控制、黄闪控制、离线控制(定周期、时间段、感应控制)。为提高系统的实用性和可靠性,系统设置了实时自适应、固定配时控制功能。实时自适应控制:控制区内与区域控制计算机相连的交通信号机都在区域计算机控制之下,信号配时方案由优化算法软件实时生成。固定配时控制:控制区内与区域控制计算机相连的交通信号机都在区域计算机控制之下,信号配时方案使用的是近期实时自适应优化结果,并确有较好交通效益的配时方案。
2.特殊控制功能,系统可根据实际交通需求,由指挥中心发出命令进行特殊控制,主要有:绿波控制,在特殊情况下,如警卫、消防、救护、抢险等,信号灯按预定的路线进行绿波推进,以保证车辆畅通无阻,系统可预先设置的绿波线路的数量只受计算机硬盘容量的限制;单点控制,各路口的信号灯由各路口交通信号控制机独立控制;闪光控制,信号灯黄灯按一定的频率闪烁,向车辆和行人发出警告或提示;指定相位控制,根据路口交通需求,由指挥中心发出命令控制信号相位的执行时间,进行交通疏导。 
  3.交通参数检测:采用存在型车辆检测器(感应线圈、视频检测等)检测车辆和占有时间。在连机状态下路口信号机实时返回车辆检测器状态,中央通讯机计算交通流量、占有率、排队长度、饱和度等交通参数。
  4.图形化信息显示:在电子地图上用不同颜色的表示各路段的交通阻塞程度、用图形符号实时显示信号灯灯色和设备运行状态;用图形符号显示各信号灯灯色、车辆检测器的状态;对交通参数进行查询统计的结果采用直观的统计图表进行显示。 
  5.路口控制方案的设置和校验:在控制中心操作台上可查看或设置所有路口信号机中的相位方案、配时方案、时间段方案、日期方案等参数,并可下载到路口信号机中,以备离线时使用。控制城市道路与高等级公路出入口的匝道和室外可变情报板,进行交通疏导。 
  6.人工控制计划表:在操作台上除可实时对路口信号机进行控制之外,还可编制控制计划表,将一系列控制命令事先编制好存入数据库中。当到达设定的执行时间, 系统会自动执行该控制命令。
  7.数据库管理功能:系统结构参数、控制方案、交通参数、运行状态记录、设备状态记录、用户密码和权限等均采用数据库进行管理,可确保数据安全和强大的数据处理能力。每一车道的车流信息通过环形线圈车辆检测器或其他形式的车辆检测设备进行自动采集,每隔2秒上送区域计算机,区域计算机计算出车流量、占有率、排队长度等交通数据,存储在区域计算机或中央计算机内。

五、交通信号控制系统及其通车效益
随着区域交通信号控制系统与智能化交通管理系统的发展,各大城市都已或将应用区域交通信号控制系统。 
  交通信号控制系统的信号灯都设在干道交叉口上,因而干道交叉口的间距是决定交通信号控制系统通车效益的重要因素之一。 
  交通信号控制系统依靠相邻交叉口信号灯间的绿灯相位时差,使从上游交叉口绿灯期驶出的车队能在绿灯相位时差的时间内到达下游交叉口並连续通过,从而提高信号交叉口的通车效益。 
直观考察车流在信号控制交叉口间的行驶状态,可发现,车队从上游交叉口绿灯期驶出后,由于车速的逐渐提高,车队从原来交叉口停止线前停车候灯时的紧密状态,到下游路段上行驶时,车队逐渐拉长,这种信号交叉口间车队长度变化的状态叫做"车队散布"。因这车队散布现象,加上上游交叉口左、右转车辆的驶入,加长的车队在下游交叉口的绿灯期内,处于队尾的车辆来不及到达下游交叉口而被红灯截留。信号交叉口间距越远, 车队拉得越开、散布现象越严重、被截留的车辆也就越多,信号控制系统的通车效益也就越低。

六、参考文献
《PLC应用开发技术与工程实践》       求是科技 编著      人民邮电出版社
《可编程序控制器的编程方法与工程应用》 廖常初 编著  重庆大学出版社
《可编程序控制及其应用》             万太福  编著       重庆大学出版社
《毕业设计指导》                   刘祖润  编著         机械工业出版社
《电力拖动与控制》                    谢桂林  编著      中国矿业大学出版社
《工程常用电气设备手册(上、中、下)》                   水利电力出版社
《智能控制技术》              韦巍  编著                机械工业出版社
《微型计算机控制技术》         赖寿宏  编著             机械工业出版社
 
    
毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
2.开题报告:一、课题的目的与意义;二、课题发展现状和前景展望;三、课题主要内容和要求;四、研究方法、步骤和措施
                        开 题 报 告
一.交通控制系统的意义
在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通,并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展,原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况,如何改善交通灯控制系统,使其适应现在的交通状况,成为当前重要的研究课题。
    交通信号控制的目的在于:
    1. 在时间上和空间上分隔交叉口不同方向的车流,控制车辆的运行秩序
2. 使在平面交叉口的道路网络上的人和物的运输达到最高效率
3. 为道路使用者提供必要的信息,帮助他们有效使用交通设施
二.交通控制系统的历史、现状与前景展望
 1.交通信号控制实际上是交通工具现代化的产物
在平面交叉口,为了把可能发生冲突的车流从时空上分离,必须通过交通信号对交通流进行有效的引导和调度。1868年,英国伦敦安装了世界上第一组交通信号灯。1914年以及稍晚一些时间,美国的一些城市也出现了交通信号灯。1963年,加拿大多伦多市建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统,这标志着交通信号控制技术进入了一个新的发展时期。该系统第一次把计算机技术用于交通控制,大大提高了控制系统的性能和水平。在此之后,美国、英国、澳大利亚、法国、日本等国家相继建成以计算机为核心的区域交通控制系统。由于交通控制系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性,而且具有多信息来源、多传感器的特点,对交通控制方法的研究也就自然成为该领域的热点。
2、传统的交通控制方法
传统的交通控制方法主要包括定时控制、多时段控制、感应或半感应控制、绿波带控制和区域静态控制[2]。定时控制的基础实际上是韦伯斯特(Webster)车辆延误公式,由此公式可得到最佳周期的近似值。多时段控制实际上是一种分段定时控制。通常,城市居民的出行呈现明显的规律性,例如交通流量的高峰往往发生在一天的早晨7:00-8:00、中午11:00-12:00和傍晚5:30-6:30,因此,可以为每一个时段选择一个最优配时方案,实施多时段控制。
     为了避免绿灯的浪费,人们提出了感应控制的思想即:某相位在绿时期间,只要检测到车辆到达就给出一个单位绿延时,否则转到下一个相位。可以说,感应控制比定时控制要优越,它能实时响应交通流的变化。然而,感应控制方法仍然存在缺陷:感应控制只能检测是否有车辆到达而不关心有多少辆车到达,因此,它无法真正响应各相位的交通需求,也就不能使车辆的总延误最小。最早的感应控制系统是在1928年由美国完成的。
绿波带控制基于这样一个朴素的思想:对干线上一批相邻交叉路口的交通信号进行协调配时,使得进入干线的车队按某一车速行驶时,能不遇或少遇红灯,从而使干线上的车辆延 误最小。早在1917年美国盐湖城就建成了世界上第一个绿波带控制系统。
3.基于人工智能的交通控制方法
作为一个理想的城市区域自适应交通信号控制系统,人们希望它具有如下功能:
    (1)对交通条件的变化如偶发性拥挤、事件、事故及交通需求的增加等具有自适应         性,也就是说系统能够在线优化配时方案并进行实时控制;
    (2)能够利用动态交通分配进行信号控制;
    (3)能够实现特定线路上的公交或特种车辆优先控制;
    (4)具有自学习功能,通过对已有控制动作的学习,逐步提高控制性能;
    (5)具有容错能力,即使检测或通信出现故障,系统也不至于失控。
       但从现有的情况来看,还没有哪个系统真正实现上述所有功能。这主要是因为交通控制系统的非线性、模糊性和不确定性使得传统的建模和控制方法难以奏效。随着计算机技术的高速发展,人工智能技术取得了重大进展。近十多年来,专家系统、模糊控制、人工神经元网络、遗传算法等实用技术相继推出并应用到工程领域。可以设想,将人工智能技术应用到交通控制系统有可能带来新的突破。近年来,不少学者在这一领域进行了一些有益的尝试。
4.展望
在交通控制系统中,往往要实时采集大量的交通量数据用于建模。然而,时至今日,人们还没有找到令人满意的建模方法和交通模型。事实证明,传统的交通控制方法很难实现上一节给出的5个功能。随着人工智能技术在其他领域的不断应用,人们相信,人工智能技术很有可能在交通控制领域取得成功。目前,知识发现(数据挖掘)及非传统数学模型是值得考虑的方法。一个城市的交通量数据是海量数据,其中含有大量噪声和不确定因素,采用数据挖掘技术能够获取知识、规则或模型,这是传统的方法所无法比拟的。非传统的预测模型主要有BP网络模型、混沌模型及向量支撑机(SVM)回归模型等。混沌学是直接从非线性复杂系统的本身入手,从未经简化和抽象的研究对象本身去认识其内在的规律性,混沌建模有可能突破传统的线性化建模的思维。
     与工业系统不同,交通控制系统本身有其特殊的规律,可以肯定,只有把先进的智能控制技术、人工智能技术与交通管理技术结合才能为交通控制的方法研究带来新的方向。
三.课题的主要内容及要求
1. 设计出PROFIBUS现场总线的总体拓扑结构图.
2. 设计出城市交通控制系统与总线网络的连接,并分析它们之间的通讯机理,设计出通讯程序,
3.确定控制系统的输入输出点数,确定PLC的型号
4.设计出PLC的接线图及I/O地址分配表
5.根据接线图及地址表,设计出系统的功能图,梯形图及指令表
6.在试验装置验证程序的正确性
7.其他控制要求.

四.交通信号灯控制系统的控制要求
通过对十字路口的实地观察,我对交通控制系统的布局有了如下的客观了解。
1.十字路口交通灯的布置
⑴南北主干道
南北主干道的交通灯有六个,分别是左转红灯、左转绿灯、左转黄灯、直行红灯、直行绿灯、直行黄灯。
⑵东西主干道
东西主干道的交通灯也是六个,分别是左转红灯、左转绿灯、左转黄灯、直行红灯、直行绿灯、直行黄灯。
⑶南北人行道
南北人行道的交通灯有三个,分别是红灯、绿灯、黄灯。
⑷东西人行道
东西人行道的交通灯也是三个,分别是红灯、绿灯、黄灯。
2.控制系统的控制要求
  交通灯控制系统的要求是能实现“正常循环运行”和“急车强通控制”两种控制方式
1.正常循环运行
⑴按下启动按钮后,交通灯控制系统开始工作。先亮南北方向绿灯和东西方向红灯,再亮东西方向绿灯和南北方向红灯,然后再亮南北方向绿灯和东西方向红灯,这样一直循环运行。
⑵南北向和东西向主干道均设有左转绿灯,持续亮10s,左转黄灯,持续亮2s,左转红灯,持续亮78s;左转绿灯灭的同时直行绿灯亮,持续30s,绿灯闪亮3s,黄灯2s和红灯45s。当南北主干道红灯点亮时,东西主干道应依次点亮左转绿灯、直行绿灯,绿灯闪亮和黄灯;反之,当东西主干道红灯亮时,南北主干道依次点亮左转绿灯、直行绿灯,绿灯闪亮和黄灯;
⑶南北向和东西向人行道均设有绿灯、黄灯、红灯。人行道上的“红黄绿“灯与同方向主干道上的直行“红黄绿“灯运行方式相同。
2.急车强通控制
⑴急车强通控制受强通开关控制。无急车时,按正常循环时序控制,有急车来时,打开急车强通开关,不管原来信号状况如何,一律强制让急车来车方向的绿灯亮,直到急车通过为止,断开急车强通开关,信号的状态立即转为急车放行方向的绿灯闪亮3s。随后按正常时序控制。
⑵急车强通信号只能响应一条路上的来车,若两条交叉的路先后都来车,则响应先来的一方,随后再响应另一方。
 

目   录
摘  要 ………………………………………………………………………………………...Ⅰ
Abstract………………………………………………………………………………………...Ⅱ
第1章 绪论……………………………………………………………………………………1
1.1交通灯控制系统的研究意义…………………………………………………………1
1.2交通控制系统的历史、现状与前景展望……………………………………………1
1.2.1交通控制系统的形成………………………………………………………….1
1.2.2传统的交通控制方法………………………………………………………….1
1.2.3基于人工智能的交通控制方法……………………………………………….2
1.2.4课题展望……………………………………………………………………….2
1.3现场总线简介…………………………………………………………………………3
1.3.1引言…………………………………………………………………………….3
1.3.2现场总线控制系统的组成…………………………………………………….3
1.3.3现场总线控制系统体系结构………………………………………………….4
1.3.4典型现场总线………………………………………………………………….4
1.3.5现场总线的特点…………………………………………………………….....6
第2章 PROFIBUS总线技术………………………………………………………………....8
2.1 PROFIBUS的主要构成……………………………………………………………....8
2.2PROFIBUS的基本特征…………………………………………………………….....9
2.2.1协议结构………………………………………………………………….……9
2.2.2 传输技术………………………………………………………………….…...9
2.2.3总线存取协议………………………………………………………………...10
2.2.4其他特征……………………………………………………………………...10
2.3 PROFIBUS的实现…………………………………………………………………..11
2.4 PROFIBUS的技术优势……………………………………………………………..13
第3章 PROFIBUS的通信原理……………………………………………………………..14
3.1PROFIBUS简介……………………………………………………………………...14
3.2PROFIBUS的协议结构……………………………………………………………...14
3.3PROFIBUS总线存取协议…………………………………………………………...15
3.3.1 令牌的传递…………………………………………………………………..16
3.3.2逻辑环的建立………………………………………………………………...17
3.3.3站的增减……………………………………………………………………...17
3.3.4主从方式的优先级调度……………………………………………………...17
3.4FDL帧的结构………………………………………………………………………..18
3.5主站与从站之间的数据通信…………………………………………………….….20
第4章 系统硬件设计……………………………………………………………………..…22
4.1系统网络拓扑结构图……………………………………………………………..…22
4.2西门子工业以太网………………………………………………………………..…23
4.2.1 SIEMENS工业以太网的硬件结构……………………………………….…23
4.2.2SIEMENS工业以太网的软件支持…………………………………………..24
4.2.3关于OPC…………………………………………………………………..…24
4.3Profibus-DP…………………………………………………………………………...24
4.3.1DP总述……………………………………………………………………..…24
4.3.2 DP拓扑结构………………………………………………………………….25
4.3.3关于S7400、S7300的DP支持……………………………………………..26
4.4 S7-400可编程序控制器…………………………………………………………….27
4.4.1 PS407电源(4A)…………………………………………………………...27
4.4.2 CPU412-2DP………………………………………………………………….28
4.4.3 UR2机架……………………………………………………………………...28
4.4.4 CP443-1工业以太网通讯处理器……………………………………………28
4.4.5 其他元件………………………………………………………………...…...29
4.5 网线电缆及部件…………………………………………………………………….29
4.5.1 PROFIBUS-DP网总线电缆……………………………………………….…29
4.5.2 总线连接器…………………………………………………………………..29
4.6监控软件《组态王》………………………………………………………………..30
4.7控制对象-交通灯…………………………………………………………………….30
4.8系统外围电路………………………………………………………………………..31
4.8.1外围电路器件明细表………………………………………………………...31
4.8.2外围电路图…………………………………………………………………...31
第5章 系统软件设计………………………………………………………………………..32
5.1系统控制要求………………………………………………………………………..32
5.1.1十字路口交通灯布置图……………………………………………………...32
5.1.2控制要求……………………………………………………………………...33
5.2PLC I/O地址分配……………………………………………………………….……36
5.3源程序………………………………………………………………………………..37
第6章 系统的设计、安装和调试…………………………………………………………..43
6.1系统设计的基本步骤………………………………………………………………..43
6.2系统的安装和调试…………………………………………………………………..44
6.2.1控制系统安装应注意的问题………………………………………………...44
6.2.2控制系统的调试…………………………………………………………...…45
6.3自动控制装置的抗干扰问题………………………………………………………..45
6.3.1供电系统抗干扰……………………………………………………………...45
6.3.2输入、输出抗干扰…………………………………………………………...46
6.3.3电缆选型与敷设……………………………………………………………...47
第7章 设计总结……………………………………………………………………………..49
结束语……………………………………………………………………………………..…..50
参考文献……………………………………………………………………………………....51
致  谢……………………………………………………………………………………..…..52
附录A  系统网络拓扑结构图……………………………………………………………….53
附录B   外部接线图………………………………………………………………………..54
附录C  1#交通灯接线图……………………………………………………………………55

第1章  绪论

1.1 交通灯控制系统的研究意义

在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通,并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展,原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况,如何改善交通灯控制系统,使其适应现在的交通状况,成为当前重要的研究课题。
    研究交通灯控制系统的目的在于:
1. 在时间上和空间上分隔交叉口不同方向的车流,控制车辆的运行秩序。
2. 使在平面交叉口的道路网络上的人和物的运输达到最高效率。
3. 为道路使用者提供必要的信息,帮助他们有效使用交通设施。

1.2 交通控制系统的历史、现状与前景展望

1.2.1 交通控制系统的形成

在平面交叉口,为了把可能发生冲突的车流从时空上分离,必须通过交通信号对交通流进行有效的引导和调度。1868年,英国伦敦安装了世界上第一组交通信号灯。1914年以及稍晚一些时间,美国的一些城市也出现了交通信号灯。1963年,加拿大多伦多市建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统,这标志着交通信号控制技术进入了一个新的发展时期。该系统第一次把计算机技术用于交通控制,大大提高了控制系统的性能和水平。在此之后,美国、英国、澳大利亚、法国、日本等国家相继建成以计算机为核心的区域交通控制系统。由于交通控制系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性,而且具有多信息来源、多传感器的特点,对交通控制方法的研究也就自然成为该领域的热点。

1.2.2 传统的交通控制方法

传统的交通控制方法主要包括定时控制、多时段控制、感应或半感应控制、绿波带控制和区域静态控制[2]。定时控制的基础实际上是韦伯斯特(Webster)车辆延误公式,由此公式可得到最佳周期的近似值。多时段控制实际上是一种分段定时控制。通常,城市居民的出行呈现明显的规律性,例如交通流量的高峰往往发生在一天的早晨7:00-8:00、中午11:00-12:00和傍晚5:30-6:30,因此,可以为每一个时段选择一个最优配时方案,实施多时段控制。
      为了避免绿灯的浪费,人们提出了感应控制的思想即:某相位在绿时期间,只要检测到车辆到达就给出一个单位绿延时,否则转到下一个相位。可以说,感应控制比定时控制要优越,它能实时响应交通流的变化。然而,感应控制方法仍然存在缺陷:感应控制只能检测是否有车辆到达而不关心有多少辆车到达,因此,它无法真正响应各相位的交通需求,也就不能使车辆的总延误最小。最早的感应控制系统是在1928年由美国完成的。
绿波带控制基于这样一个朴素的思想:对干线上一批相邻交叉路口的交通信号进行协调配时,使得进入干线的车队按某一车速行驶时,能不遇或少遇红灯,从而使干线上的车辆延 误最小。早在1917年美国盐湖城就建成了世界上第一个绿波带控制系统。

1.2.3 基于人工智能的交通控制方法

作为一个理想的城市区域自适应交通信号控制系统,人们希望它具有如下功能:
    (1)对交通条件的变化如偶发性拥挤、事件、事故及交通需求的增加等具有自适应性,也就是说系统能够在线优化配时方案并进行实时控制;
    (2)能够利用动态交通分配进行信号控制;
    (3)能够实现特定线路上的公交或特种车辆优先控制;
   (4)具有自学习功能,通过对已有控制动作的学习,逐步提高控制性能;
    (5)具有容错能力,即使检测或通信出现故障,系统也不至于失控。
      但从现有的情况来看,还没有哪个系统真正实现上述所有功能。这主要是因为交通控制系统的非线性、模糊性和不确定性使得传统的建模和控制方法难以奏效。随着计算机技术的高速发展,人工智能技术取得了重大进展。近十多年来,专家系统、模糊控制、人工神经元网络、遗传算法等实用技术相继推出并应用到工程领域。可以设想,将人工智能技术应用到交通控制系统有可能带来新的突破。近年来,不少学者在这一领域进行了一些有益的尝试。

1.2.4 课题展望

在交通控制系统中,往往要实时采集大量的交通量数据用于建模。然而,时至今日,人们还没有找到令人满意的建模方法和交通模型。事实证明,传统的交通控制方法很难实现上一节给出的5个功能。随着人工智能技术在其他领域的不断应用,人们相信,人工智能技术很有可能在交通控制领域取得成功。目前,知识发现(数据挖掘)及非传统数学模型是值得考虑的方法。一个城市的交通量数据是海量数据,其中含有大量噪声和不确定因素,采用数据挖掘技术能够获取知识、规则或模型,这是传统的方法所无法比拟的。非传统的预测模型主要有BP网络模型、混沌模型及向量支撑机(SVM)回归模型等。混沌学是直接从非线性复杂系统的本身入手,从未经简化和抽象的研究对象本身去认识其内在的规律性,混沌建模有可能突破传统的线性化建模的思维。
      与工业系统不同,交通控制系统本身有其特殊的规律,可以肯定,只有把先进的智能控制技术、人工智能技术与交通管理技术结合才能为交通控制的方法研究带来新的方向。

1.3 现场总线简介

1.3.1 引言

现场总线是近几年来迅速发展起来的一种工业数据总线,是一种串行的数字数据通信链路,是应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。按照国际电工委员会IEC61158的标准定义,现场总线是“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动化控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线”。所以说,现场总线是在生产现场、测控设备之间形成开放型测控网络的新技术,现场总线控制系统既是一个开放式通信网络,又是一种全分布式控制系统。它作为智能设备的联系纽带,把挂接在总线上,作为网络节点的智能设备连接为网络系统,并进一步构成自动化系统,实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。

1.3.2 现场总线控制系统的组成

现场总线控制系统(Fieldbus control System  FCS)通常被看作为一个系统、一个网络或一个网络系统。它主要由三部分组成:现场智能仪表,控制器,现场总线监控、组态计算机。仪表、控制器,计算机通过现场总线网卡及通信协议软件连接到网上。因此,现场总线网卡及通信协议软件是现场总线控制系统的基础和神经中枢,监控、组态计算机包含的软件包括以下几部分:用计算机进行配置、网络组态提供平台的组态工具软件。将配置与组态信息根据现场总线协议/规范(Protocol/specification)的通信要求进行处理,再从计算机通过总线电缆传送至总线设备的组态通信软件。控制器编程软件,用户程序软件(PLC应用程序),设备接口通信软件。设备功能软件以及运行于监控计算机(上位机)具有实时显示现场设备运行状态参数、故障报警信息,并进行数据记录、趋势图分析及报表打印等功能的监控组态软件。
同时,开放式现场总线控制系统还应具有组态技术,包括数据库组态及控制算法组态,生成的参数和算法不仅可以在控制器中运行(即软PLC),还可以在远程I/O(如 ET200M)或智能设备上运行,按照现场总线标准定义的功能块可以在智能仪表及执行机构中进行运算、实现真正的分布式控制。

1.3.3 现场总线控制系统体系结构

现场总线控制系统是一个实现电气传动控

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