ПРОГРАММНО-ЛОГИЧЕСКИЕ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОНТРОЛЛЕРА

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Контрольные вопросы

1. В каких случаях введение светофорной сигнализации на перекрестке яв­ляется целесообразным?

2. Какие элементы входят в состав цикла регулирования?

3. Из чего складывается потерянное время в цикле?

4. Каковы правила пофазного разъезда транспортных средств?

5. Чем отличается пофазное управление от управления движением по отдельным направлениям перекрестка?

6. Какова последовательность расчета режима светофорной сигнализации?

7. Какие исходные данные необходимы для расчета цикла регулирования?

8. Что такое поток насыщения и каковы методы его определения?

9. Как определяется длительность основного и промежуточного тактов?

10. С какой целью и как производится коррекция цикла по условиям пешеходного и трамвайного движения?

11. Что такое степень насыщения направления движения?

12. Как строится график режима работы светофорной сигнализации?

13. Как определить среднюю задержку автомобиля на перекрестке?

14. Какие существуют методы адаптивного управления?

15. Как определить управляющие параметры при использовании метода поиска
разрывов в транспортном потоке?

Глава 4

Дорожные контроллеры

Дорожные контроллеры предназначены для переключения сиг­налов светофоров и символов управляемых дорожных знаков. По­мимо этого, в зависимости от конструкции ДК могут сигнализи­ровать о выполнении команд, поступающих из центра управле­ния, об исправности самого контроллера, выступать в роли команд­ного устройства для группы других контроллеров при объединении нескольких перекрестков в единую систему управления.

Контроллеры делятся на локальные и системные. Локальные контроллеры управляют светофорной сигнализацией только с уче­том условий движения на данном перекрестке. Обмен информа­цией с контроллерами других перекрестков и управляющим пунк­том не предусмотрен.

К локальным относятся следующие типы ДК.

1. Контроллеры жесткого управления с фиксированными длительностями фаз или разрешающих сигналов по отдельным направ­лениям перекрестка. Светофорные сигналы переключаются по одной или нескольким заранее заданным временным программам. Такие контроллеры предназначены для управления дорожным движением на перекрестках с мало изменяющейся в течение дня интенсивностью движения.

2. Вызывные устройства, которые обеспечивают переключение светофорных сигналов по вызову пешеходами или транспортными средствами, прибывающими с прилегающих к магистрали улиц. Эти контроллеры предназначены для управления эпизодическим движением пешеходов или транспортных средств по пересекаю­щим магистраль направлениям. Длительности разрешающих сиг­налов для пешеходов и указанных транспортных средств, как и в предыдущем случае, фиксированы. В последнее время вызывные устройства отдельно не выпускают. Вызов фазы по запросу пеше­ходов обеспечивают контроллеры всех типов.

3. Контроллеры адаптивного управления, обеспечивающие не­постоянную длительность фаз (разрешающих сигналов). Они пред­назначены для управления движением на перекрестках, где ин­тенсивность движения часто изменяется в течение суток. Длитель­ность сигналов так же, как и всего цикла регулирования, ме­няется в заранее заданных пределах от минимального до макси­мального значения (см. подразд. 3.9).

Системные контроллеры переключают сигналы светофоров по командам управляющего пункта или какого-либо контроллера, включенного в систему и выполняющего роль координатора.

К ним относятся следующие типы:

1. Программные контроллеры жесткого управления. Они управ­ляют движением по одной из нескольких заранее заданных временных программ, заложенных в контроллерах. Все входящие в систему дорожные контроллеры подключены к магистральному каналу связи. Программа и момент ее включения выбираются по команде одного из контроллеров или управляющего пункта.

2. Контроллеры непосредственного подчинения жесткого и адаптивного управления. Каждый из них имеет отдельный канал связи с УП. Момент включения и длительность сигналов зависят от команд, поступающих из УП по указанным каналам связи. В свою очередь каждый контроллер по этим же каналам информирует УП о режиме функционирования и исправности своего оборудования. Контроллеры адаптивного управления имеют воз­можность коррекции управляющих воздействий УП. Каждый такой контроллер имеет только одну заложенную в него программу, выполняющую роль резервной. Она реализуется при нарушении связи с УП, когда контроллер временно переходит на локальный режим управления.

3. Контроллеры для переключения символов управляемых до­рожных знаков (УЗН) и указателей рекомендуемой скорости (УСК). Такие контроллеры, как правило, применяют в рамках АСУД, по­ этому относятся к классу системных.

Помимо этой классификации, все ДК, находящиеся в эксплуа­тации, можно разделить на две группы: контроллеры, обеспечи­вающие только пофазное управление (длительности разрешающих сигналов для всех направлений данной фазы одинаковы); конт­роллеры, имеющие возможность обеспечивать, помимо пофазного, управление по отдельным направлениям перекрестка. Последние получают наибольшее распространение, так как увеличивают гиб­кость, а следовательно, и эффективность управления.

По конструктивному признаку ДК могут быть выполнены на базе электромеханических, электронно-релейных или полностью электронных схем. Последние изготавливают на дискретных эле­ментах (потенциально-импульсные схемы) или на интегральных микросхемах. Отличительной особенностью контроллеров, выпу­скаемых в настоящее время в СССР и других странах, является также использование в их конструкции микроЭВМ (микропро­цессоров). Выпуск электромеханических контроллеров прекращен.

Исходя из назначения ДК (рис. 4.1)основными его устрой­ствами являются блок управления (программно-логическое устрой­ство) и силовая часть (исполнительное устройство). Блок управления предназначен для формирования длительности основных и промежуточных тактов регулирования, силовая часть — для переключения сигналов светофоров. Гак как на перекрестке одно­временно могут быть включены несколько десятков ламп, силовая часть контроллера коммутирует токи большой величины. Работа блока управления основана на слаботочных устройствах, дейст­вующих при напряжении 5—12 В. Поэтому в любом контроллере блок управления и силовая часть представляют отдельные его части. Причем силовая часть работает по командам блока управ­ления.

Управление светофорным объектом происходит автоматически. Однако нередко возникает необходимость в ручном управлении перекрестком (спецрежимы, наладка контроллера). Для этого существует пульт управления (блок 4 на рис. 4.1), который может быть встроенным или выносным. Последний предусмотрен для удоб­ства работы оператора — инспектора ГАИ, управляющего дви­жением непосредственно на перекрестке.

Таким образом, в простейшем случае для работы контроллера в локальном режиме необходимы блоки 3, 4 и 6 (блок 2 может быть объединен с блоком 3).

Так были построены электромеханические контроллеры, находившиеся в эксплуатации в 50—60-х годах, где роль программно-логического устройства выполняли моторные автоматы, а исполнительного устройства — мощные реле. Основ­ным недостатком этих контроллеров была низкая надежность релейно-контактных схем, так как реле работали циклично с достаточно высокой частотой. При этом коммутация ими высоких токов способствовала их частому выходу из строя. В на­стоящее время эти контроллеры сняты с производства, не используются в эксплуатации, поэтому в данном учебнике они не рассматриваются.

Современный локальный контроллер содержит все блоки, по­казанные на рис. 4.1, кроме блока 1, который используется, если контроллер подключается к системе управления. В этом случае блок 1 расшифровывает посту­пающую с управляющего пунк­та информацию, формирует от­ветную телесигнализацию для передачи ее в линию связи. Кроме этого, здесь формируют­ся служебные сигналы для контроллера и сигналы синфазирования. Последние нужны для гарантии правильности рас­шифровки команд телеуправле­ния и телесигнализации. Это необходимо в связи с тем, что в ряде устройств управляюще­го пункта и контроллера при­менены генераторы импульсов, использующие в качестве исходной частоту сети 50 Гц. В отдельных частях города она имеет различный сдвиг по фазе. Узел синфазирования обеспечивает автоматическую подстройку фаз с постоянной точностью.

Блок опорных импульсов формирует импульсы, необходимые как для работы самого контроллера, так и его телеуправления.

В блоке управления формируется временная программа управ­ления перекрестком с помощью задатчика времени, позволяющего заранее установить длительность сигналов в различных фазах движения. Такты переключаются либо в соответствии с програм­мой блока управления, либо при подаче сигналов от управляю­щего пункта, либо от внешних устройств, например ВПУ(блок 4 на рис. 4.1). Подключение к блоку управления детекторов транс­порта позволяет продлить действие разрешающих сигналов, если не обнаружен разрыв в транспортном потоке в направлении, где включен зеленый сигнал. Переключение сигналов блоком 3 может произойти и по запросу пешехода с помощью ТВП. Кроме этого, с помощью этого же блока перекресток может быть переведен на режим желтого мигающего сигнала. Таким образом, блок управления может реализовать различные режимы управления по требованию задатчика времени, запросов УП или внешних устройств.

Блок контроля следит за правильностью отработки тактов светофорной сигнализации, а также за исправностью силовых цепей контроллера. Исправность фиксируется узлом индикации, выводимой на лицевую панель контроллера и выносного пульта управления. При системном управлении эта информация посту­пает также в УП. Сигнал о неисправности контроллера служит основой для принятия решения по управлению в критических си­туациях.

Силовая часть имеет узел силовых переключателей, позво­ляющих коммутировать цепи включения светофорных ламп. Кроме того, каждый контроллер имеет защиту от коротких замыканий и схему заземления.

Блок управления формирует длительности основных и проме­жуточных тактов, по окончании отсчета которых поступает коман­да в исполнительное устройство контроллера о переключении сиг­налов светофора. Для отсчета длительности и числа тактов необ­ходим генератор импульсов, частота которого подбирается в зависимости от заданной точности отсчета времени. Если эта точ­ность составляет 1 с, то частота генератора выбирается равной 1 Гц, что соответствует одному импульсу в 1 с.

Необходимая частота генератора формируется в блоке опор­ных импульсов. В качестве генератора импульсов (рис. 4.2, а)используется схема, формирующая сигналы из частоты промыш­ленной сети переменного тока 50 Гц. Эта частота выдерживается достаточно стабильной (по нормам допустимое отклонение равно ±1 Гц). Напряжение сети выпрямляется однополупериодным выпрямителем, на выходе которого действует уже пульсирующее напряжение с той же частотой 50 Гц. Это напряжение поступает на вход схемы формирователя, который каждую полуволну напряжения синусоидальной формы превращает в прямоугольный импульс напряжения. Поэтому на его выходе постоянно имеется последовательность прямоугольных импульсов с частотой также в 50 Гц. Если точность отсчета времени 1 с, то с выхода формиро­вателя импульсы поступают на вход счетчика импульсов, который имеет предельное число счета, равное 50. При достижении этого числа он выдает импульс в счетчик времени. Очевидно, что частота этих импульсов равна теперь 1 Гц.

Основой для построения программно-логических устройств являются счетно-переключающие схемы. Обобщенная структурная схема одного из вариантов устройств такого типа приведена на рис. 4.2, б.

С выхода генератора импульсов они поступают с необходимой частотой на вход счетчика импульсов блока управления. Число, до которого в данном такте счетчик должен досчитать, задается заранее задатчиком времени. Как только счетчик импульсов до­считает до заданного числа, схема формирования сигналов пере­ключения, связанная со счетчиком, вырабатывает импульс, кото­рый поступает в счетчик тактов. Текущее число, записанное в этот счетчик, означает номер действующего в данный момент на пере­крестке такта. С каждым новым импульсом, поступающим на вход счетчика тактов, его показатель увеличивается на 1, следователь­но, изменяется и такт. Изменение происходит только в тот момент, когда счетчик времени заканчивает отсчет длительности очеред­ного такта. Задатчик времени поочередно задает счетчику вре­мени в зависимости от текущего номера такта то число импульсов, до которого он должен досчитать. Например, при двухфазной схеме организации движения имеются четыре такта — два основных и два промежуточных, поэтому счетчик тактов в этом случае досчитывает до четырех, а затем вновь сбрасывается до исход­ного положения.

Для определения текущего состояния счетчика тактов исполь­зуется специальная схема — дешифратор. Эта схема выдает сиг­налы, соответствующие каждому состоянию, в исполнительные устройства и в задатчик времени.

Задатчик времени может быть выведен на лицевую панель конт­роллера в виде переключателя, задающего длительность тактов в каждой фазе регулирования. Другим вариантом исполнения может быть коммутатор, также выведенный на лицевую панель или расположенный в блоке управления, где с помощью пере­мычек запаивается необходимая длительность тактов. Учитывая, что в последние годы получили распространение контроллеры с 2—3 программами управления (что потребовало бы большое число переключателей), широкое применение получил последний вариант исполнения задатчика времени.

В электронных контроллерах, выпускавшихся ранее, счетчик импульсов работал на зарядной емкости, время заряда которой зависело от подключенного к емкости сопротивления. Меняя задатчиком времени сопротивление, можно было увеличить или уменьшить время заряда емкости и таким образом длительность такта регулирования. При полном заряде емкости срабатывало исполнительное устройство, т. е. переключались сигналы светофора. Указанный метод обладал погрешностью при определении дли­тельности такта. Погрешность увеличивалась по мере увеличения срока эксплуатации контроллера. Это определило переход к дру­гой схеме работы счетчика импульсов.

В современных контроллерах счетчик импульсов работает на триггерной схеме. Как известно, каждый триггер имеет два со­стояния: логическая единица — наличие напряжения на выходе или логический нуль — отсутствие напряжения на выходе. В схеме счетчика импульсов задействовано несколько триггеров. Поступ­ление очередного импульса (из блока опорных импульсов) меняет состояние одного из триггеров. Число различных комбинаций за­висит от числа задействованных триггеров и определяется зна­чением 2ⁿ, где п— число задействованных триггеров. Задатчик времени заранее настроен на определенную комбинацию их со­стояний. Окончание такта (отсчета импульсов) соответствует совпа­дению определенной комбинации состояний и настройке задатчика времени.

Для контроллеров адаптивного управления, работающих по алгоритму поиска разрывов в потоке, характерно наличие двух цепей отсчета длительности такта (рис. 4.6).Одна цепь — для отсчета t_3min и t_ЭК и вторая — для отсчета t_3mах. Каждая цепь имеет свой задатчик времени. При отсутствии разрыва в потоке разрешающий сигнал продлевается. Исходное состояние счетчиков t_ЭК и t_3mах фиксируется сигналом «Сброс 1», формируемым в момент начала отсчета времени разрешающих сигналов. Наличие сигналов ДТ соответствующих фаз через схемы совпадения и сбор­ку приводят счетчик t_ЭК в исход­ное состояние сигналом «Сброс 2», если временной интервал между соседними, следующими друг за другом автомобилями не превышает t_ЭК. В противном случае формируется сигнал окончания текущего такта. Та­кой же сигнал формируется при окончании максимального вре­мени, отсчитываемого с по­мощью счетчика и задатчика времени t_3mах.

Команды управления, при­шедшие одновременно от не­скольких внешних устройств (УП, ВПУ, ТBП, ДТ), разде­ляются в зависимости от при­оритетности этих устройств. Приоритетность реализуется узлом приема команд, который состоит из коммутатора приоритетов, формирователя их порядка и коммутатора разрешений. Приоритет команд определяется произвольно исходя из общей схемы органи­зации движения в районе и числа подключаемых внешних устройств. При этом большую роль играет масштабность системы управления движением (перекресток, магистраль, район, город).

Например, для системного контроллера приоритетность запросов может быть установлена следующим образом:

1 — ручное управление (РУ);

2 — «зелёная улица» (ЗУ);

3 — диспетчерское управление (ДУ);

4 — координированное управление (КУ);

5 — местное гибкое регулирование (МГР);

6 — резервная программа (РП).

В зависимости от необходимой приоритетности на коммута­торе приоритетов устанавливаются перемычки, причем поданный на шину «Приоритет 1» сигнал имеет наивысший ранг, поданный в последнюю цепь сигнал — низший ранг. Таким образом, при наличии запросов на нескольких выходах наивысший приоритет отдается запросу, поступающему на вход с более низким поряд­ковым номером. На остальные запросы накладывается запрет.

В выпускаемых в настоящее время контроллерах для обеспе­чения безопасности движения в любой момент времени контроли­руется напряжение на светофорных лампах. Контроль заклю­чается в проверке исправности цепей включения ламп красных сигналов (перегорания ламп) и проверке включения ламп зеленых сигналов в конфликтных направлениях.

Для автоматического определения перегоревшей лампы крас­ного сигнала, помимо питающей эту лампу жилы кабеля, соеди­няющего светофор с контроллером, необходима дополнительная жила. В силовой части контроллера она через резистор соеди­няется с общей нулевой жилой. Отсутствие напряжения на рези­сторе при включенной фазе регулирования является сигналом перегорания лампы.

Схема контроля включения разрешающих сигналов светофора в конфликтных направлениях предусматривает отключение сигна­лизации на перекрестке. При этом сигнал «Конфликтная ситуация» поступает в УП (при системном управлении) и на отключение светофоров.

Исправность основных узлов контроллера проверяют визуаль­но по лампам индикации или светодиодам, выведенным на его лицевую панель или на соответствующие блоки.

Лампы светофоров включает и выключает силовая часть конт­роллера с использованием полупроводниковых приборов—тирис­торов, представляющих собой электронный включатель ламп дан­ного такта. Когда программно-логическое устройство вырабатывает разрешающий включение сигнал, он поступает на управляющий электрод тиристора и отпирает его. Если тиристор закрыт, то он представляет собой как бы разомкнутый ключ, и напряжение на лампах равно нулю. В такой схеме исполнительного устройства число тиристоров должно быть как минимум равно числу тактов в цикле регулирования.

Для экономии числа тиристоров в контроллерах ранних вы­пусков (серии УК) использовалась смешанная тиристорно-релейная схема. Как известно, основной причиной выхода из строя реле в исполнительных устройствах релейно-контактных контрол­леров является разрушение контактов в момент прерывания ими тока. Для устранения этого недостатка последовательно с кон­тактами реле в общий провод включается один тиристор. Кон­такты реле переключаются только тогда, когда тиристор закрыт, и цепь контактов обесточена. В этом случае контакты в момент переключения не прерывают ток, и их долговечность повышается.

Недостатком тиристорно-релейной схемы является то, что в момент запирания тиристора на перекрестке на короткое время гаснут все светофорные лампы, что может дезориентировать во­дителя.

Кроме этого, наличие контактных групп (несмотря на работу тиристора) все же снижает надежность исполнительного устройства. Поэтому в современных контроллерах полностью отказались от использования реле в исполнительных устройствах.

В силовой части контроллера для защиты от коротких замы­каний устанавливаются автоматический выключатель и предохра­нители, которые рассчитаны на пропуск тока не выше заданной силы. Для защиты радиоприема от помех, создаваемых контроллером, в узле защиты предусмотрен фильтр подавления радио­помех.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 860; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!