第二讲 信号控制设备

交通信号灯配时技术向怀坤第二讲交通信号控制设备讨论一：交通信号控制系统哪些设备构成，能否列举几款产品？讨论二：信号控制设备有哪些性能指标？讨论三：关于交通信号控制设备的安装工程？交通信号控制系统由哪些设备构成？一、交通信号灯交通信号灯色代表什么含义？1．对于指挥灯信号(1)绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍直行的车辆和被放行的行人通行；(2)黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆和已进人人行横道的行人，可以继续通行；(3)红灯亮时，不准车辆、行人通行；(4)绿色箭头灯亮时，准许车辆按箭头所示方向通行；(5)黄灯闪烁时，车辆、行人须在确保安全的原则下通行。2．对于车道灯信号(1)绿色箭头灯亮时，本车道准许车辆通行；(2)红色叉形灯亮时，本车道不准车辆通行。3．对于人行横道灯信号(1)绿灯亮时，准许行人通过人行横道；(2)绿灯闪烁时，不准行人进入人行横道，但已进人人行横道的，可以继续通行；(3)红灯亮时，不准行人进入人行横道。LD—控制信号输入端；OPC1—光电耦合器（隔离作用）；SSR—固体开关；TL－交通信号灯；F－过流保险丝；T－电流互感器；DB－桥式整流器（检测作用）；OPC2－光电耦合器（确认作用）；LA－信号输出端。信号灯组驱动电路作业：根据所学电工电子基础知识，设计一个控制信号灯不断闪烁的电路，并且制作出来。二、交通信号灯杆交通信号灯杆的结构？交通信号灯杆的施工与安装要求？1、交通信号灯杆一般为倒L型立杆与横支臂构成，立杆与横支臂之间通过法兰盘连接。2、立杆的整体高度一般为5m，立杆采用Φ159×6直缝钢管；立杆与横支臂的连接端头(0.2m)采用Φ89×4.5直缝钢管，焊接加强板(δ10钢板)保护；立杆与基础采用法兰盘加预埋螺栓连接，焊接加强板(δ10钢板)保护；横支臂与立杆端头连接方式采用法兰盘连接，并进行焊接加强板(δ10钢板)保护。3、横支臂根据路面车道宽度确定。4、灯杆整体采用热镀锌。5、加工、制作、安装交通标志杆及基础施工包括：选购材料、焊接管材、镀锌处理、预埋基础、组织安装等均按规范进行。三、交通信号机交通信号机的功能、结构？交通信号机的施工安装与参数设置？网络交通信号机的工作参数设置？交通信号机干道绿波控制手动控制定周期控制多时段控制感应控制交通控制模式：自适应控制区域协调控制区域自适应控制点控线控面控交通信号机的基本功能：1)联机控制

在联机控制方式下，交叉路口的信号机受上位控制计算机的控制，信号机将自身的运行状态、控制方式、路口车辆检测器的信息通过通信网络传至上位机，并且接收上位机的控制信息，执行相应的控制方案。2)车辆感应控制

在感应控制方式下，交叉路口的信号机不受上位计算机的控制，而是根据该路口各个方向检测的车流量，选择某——控制策略，使得通行能力最大、或排队长度最短、或堵塞最小，实现对路口车流量的优化控制。3)多时段控制在多时段控制方式下，用户将一天划分为多个时段，并为每个时段设置一个方案，信号机按时间顺序在不同的时段内执行相应的方案。多时段控制方式至少需要设置一个时段和与之对应的方案，否则多时段控制无效。而对于平时和特殊日(法定假期，节日等)的时段划分和方案设置可以有所不同，并通过对信号机进行特殊日设定，使得信号机能在特殊日运行相应的时段方案设置。4)定周期控制在定周期控制方式下，信号机将循环执行指定的周期方案，使信号灯灯色按固定周期循环变化。5)手动控制手动控制用于需要人工干预的特殊情况。可以通过信号机控制面板上的手动按钮开关实现自动与手动切换，其步伐的切换通过手动步进按钮实现。手动控制方式结束后，按原定周期，多时段，感应控制和联机控制的顺序各执行一个周期以测试信号机，最终执行最高级的可执行控制方式。6)闪光控制交叉路口的黄灯或红灯以规定的频率进行闪光控制。信号机在下述4种情况下进入闪光控制：(1)软件设定：用户可以通过控制面板来设置各种日期类型的闪光起始时间和终止时间。在多时段控制方式下，在到达设定时间时信号机自动进入或退出闪光状态。(2)维修手动：在信号机需要维修时，用户可以把面板上的闪光开关拨到“闪光”状态，信号机立即进入闪光控制，直到闪光开关被拨到另一状态。(3)绿冲突故障：信号机可以对绿灯信号进行检测，通过冲突逻辑分析，实现绿冲突检测功能。当产生绿冲突现象时，信号机将自动进入闪光状态。(4)自动降级：自动降级功能是指信号机发生故障时，信号机按照联机控制、感应控制、多时段控制、定周期控制和闪光控制的顺序实现控制方式的降级，以保证对路口交通的有效控制。7)调光控制调光控制是指信号控制机对信号灯亮度的调节，用户可以通过人机接口部分，为信号机设置调光控制的起始时间和终止时间，信号机在到达设定时间时进入或退出调光控制。在进入调光控制后，信号机原来的控制方式和控制方案不变，但信号灯的亮度有所下降。该控制方式主要适用于夜间控制，避免因为光线过强而使驾驶人“眩目”。8)灭灯控制同闪光控制方式一样，用户可以通过人机接口部分设置信号机灭灯的起始时间和终止时间。到达设定的起始时间时信号机的信号灯将全部熄灭，到达设定的灭灯终止时间时信号灯将启亮，执行其他相应的控制方式。灭灯控制一般用于夜间车流量较小的场合。交通信号机分类：1)定时信号控制机机电型：它由同步电动机、定时刻度盘、定时键、控制周期时长的齿轮、凸轮轴、凸轮、凸轮启动装置等部件组成。控制机的信号周期时长设定在周期齿轮上，由电动机带动周期齿轮，周期齿轮又带动定时刻度盘转动。

电子型：目前大量使用的电子型定时信号控制机，其各功能部分都做成集成电路板，将集成电路板插入板座内，连线后，总机运行时实现各项操作功能。定时信号的配时方案也做成线路板，并使用插销式、数字键盘式或字轮式等各种配时盘来设置配时方案。交通信号机分类：2)感应式信号控制机感应信号控制机可以分为半感应信号控制机与全感应信号控制机。其中，半感应信号控制机有两种：一种是对非主要道路的所有信号相位提供感应控制的信号控制机，其对主要道路不执行感应控制，另外一种是对主要道路的信号相位提供感应控制的信号控制机，其对次要道路不执行感应控制；全感应信号控制机将对所有信号相位都执行车辆感应控制。全感应控制机可以对一个简单的十字交叉口进行控制，也可以对带有多条支路的复杂交叉口进行控制。交通信号机分类：3)协调式信号控制机协调式信号控制机是城市交通自适应控制系统中的重要组成单元，可以使自适应控制系统根据交通流的实际状态对区域、子区、路口信号参数进行实时动态调整，使得车辆通行效率达到最佳。协调式信号控制机将实时监视子区内信号机的工作状态、车辆检测器的状态以及信号灯的状态，如有故障发生，实时向控制中心发送故障信息及故障发生变化后的信息。协调式信号控制机可以进行交通流量采集、统计以及相应的制表，而且具有自动升降级控制处理、进行锁相位、锁周期、锁方案、开关灯、黄闪、特种车辆优先等功能，必要时还可以进行人工干预。MTC-2000交通信号机MTC-2000交通信号机不仅可满足交通控制需求，而且易于现场安装及维护，在硬件架构采用模块化功能设计，提供RS-485接口连接外围设备，机柜采用3.2mm厚铝合金制品，同时预留放置未来扩充设备空间，信号机提供24Pin电力连接器与灯号缆线连接，减少安装及换装配线时间，降低转接信号机所造成之路口交通冲击。组成及架构MTC-2000组成及架构MTC-2000交通信号机1.控制单元控制单元为信号机之核心，依预设之日程表、周程表、法定假日等不同交通型态需求时段，选择配时方案执行路权分配，接受行人及火车优先控制信号并接受中心计算器下传优化配时，执行灯号变换并监视灯号冲突、电源电压、灯泡及灯相输出模块是否故障要。(1)微处理器模块A.CPU：MOTOROLA68HC00016bit，工作频率：8MHZ。B.内存：EPROM256KB。SRAM256KB，内含1F金电容，停电时数据至少可保存100小时。C.输出/入：a.输出接口：44点开路集极NPN晶体管输出，驱动固态负载开关(SolidStateLoadSwitch)，有效动作为〝0〞V(ActiveLow)。b.输入接口：32点光藕合隔离器(OptoisolatorIC)，隔离外界与内部电路，提供车辆或行人检测器、小门手动、全红、闪烁、关闭信号灯及箱门开关等输入信号使用。D.实时时钟：采用DS12887时钟IC，准确度±20PPM(±20×10－6秒)具三种自动校时功能，停电时可维持继续执行时钟运作一年以上。E.看护时钟：一组，监视CPU动作。(2)监视模块A.灯号冲突检测：利用绿灯回授信号再以软件判别是否灯号冲突。B.灯号监视：可控硅打穿、灯泡烧坏、信号灯开关关闭等监视。C.电源电压监视。(3)显示控制面板模块A.设定、查询键盘：包含0-9、A-F、↑、↓、→、←、、F1、F2、F3等24数/文字及功能：(A)0~9、A~F为设定键。(B)↑为光标往上移键。(C)↓为光标往下移键。(D)→为光标往右移键。(E)←为光标往左移键。(F)为功能进入键。(G)F1为退出键。(H)F2为删除键。(I)F3为保存键。(3)显示控制面板模块B.控制开关：包含手动按钮、手动/自动、闪光/自动、全红

/自动、测试、背光、重置等开关。(A)全红

/自动：开关拨到全红位置时执行四面全红灯号。(B)闪光

/自动：开关拨到闪光位置时执行闪灯。(C)手动/自动：手动时维持灯号不变，(每一步阶时间上限可由主菜单第2)项“基本资料”之第2)项功能“设定信号机组态”之“手动超时”上限设定。a.手动：开关拨至手动位置信号机灯态维持不变，步阶秒数往上数，配合手动钮动作改变灯态。b.自动：正常运作位置，信号机依日程表、周程表及中心下传优化配时方案，执行灯号变换。(3)显示控制面板模块(D)手动钮：此控制开关配合上述手动开关执行变换灯态。(E)测试：为一自动复原开关，拨至测试位置时，信号机执行自我诊断测试。(F)背光：拨至此位置LCD显示屏将增强亮度，以利夜晚使用。(G)重置：为一防止误触之隐密开关，按此开关时，信号机将重新启动。(H)LED：对应路口灯态显示及异常指示灯(检测器、配时方案、离线操作、微处理器、灯相输出、灯泡)。(J)LCD显示屏：如下图(4)电源模块：提供控制单元所需+5VDC电源，另提供二只LED指示灯，其中一只为+5VDC电源指示，另一只为+24VPHO电源指示，+24VPHO提供灯相输出模块使用。(3)显示控制面板模块2.灯相输出模块模块化设计，利用DIN41612H15连接器与背板（Back

plane）介接，接受微处理器模块输出驱动信号控制可控硅，执行灯泡亮或灭控制。(1)16A400VAC可控硅（TRIAC）当作固态负载开关（SolidStateLoadSwitch

），执行灯泡亮、灭控制，每一模块提供八只可控硅组件。(2)每一驱动输入信号以光藕合隔离器（Optoisolator）与可控硅隔离，避免反馈电压损及内部电路。(3)每一固态负载开关加装突波吸收器（Varistor）及保险丝，防止雷击突波过电压及过电流保护。(4)每一灯相输出模块提供二组红、黄、绿、及一组行红、行绿共八只可控硅组件控制灯泡亮、灭。(5)每一灯相输出模块面板提供LED指示灯对应运作中之灯号，定义由上而下，灯相输出模块排列定义如：排列定义说明：左1：(北口)左红、左黄、左绿、直红、直黄、直绿、行红、行绿左2：(东口)左红、左黄、左绿、直红、直黄、直绿、行红、行绿左3：(南口)左红、左黄、左绿、直红、直黄、直绿、行红、行绿左4：(西口)左红、左黄、左绿、直红、直黄、直绿、行红、行绿左5：(北口)右红、右黄、右绿、(东口)右红、右黄、右绿左6：(南口)右红、右黄、右绿、(西口)右红、右黄、右绿3、闪烁模块微处理器模块故障或绿-绿冲突时执行闪灯控制。4、电源配置电源配置包含2A220VAC插座、信号机电源开关、3A保险丝、RS-232接口及交流电源噪声（Noise）抑制装置。(1)2A220VAC插座：提供外接设备电源。(2)信号机电源开关：提供电源供应器及变压器（Transformer）之交流电源，关闭时整部信号机停止运作。(3)3A保险丝：信号机控制电路过电流保护。(4)RS-232C接口：一组与手提测试机连接，另一组备用，可与光端机或调制解调器连接。(5)交流电源噪声抑制装置：防止电源瞬间浪涌输入影响信号机正常运作之装置。5、输出/输入连接器及信号灯开关

信号灯开关、信号灯电力输出连接器、外围输入连接器及电源接线端子板。(1)电源接线端子板：连接220VAC电源线输入，分别为220V（Line）OV（Neutral）及地线（EarthGround）。(2)信号灯开关：其主要功能为关闭信号灯输出时信号机内部仍可正常运作。(3)信号灯电力输出连接器：提供二组（每组含24接点），一组连接北口及东口灯号，另一组连接南口及西口灯号。连接器、电源接线端子板及信号灯开关图外箱机柜：由主箱体、侧边执勤手动小门，外围控制缆线与信号机介接接线板三大部分组成。外箱机柜正视图(1)主箱体

A材料采用AL5052-H34铝合金，厚度3.2mm。B箱体附属品螺丝、螺帽、华司、箱门铰炼及铰炼闩采用#304不锈钢。C箱体内提供操作说明书放置匣。D箱体与箱门接合处具导水槽，箱门边缘贴橡胶密合垫。E箱体侧门提供一小门，内设置交通执勤操作面板。F箱门内具固定闩，固定箱门启之位置，方便维修人员作业。G箱体预留平台，供放置其它ITS扩充相关设备。H箱体门锁为统一锁，方便管制。I箱体具通风扇及通风过滤孔散热装置。J箱体粉体涂装加温烘烤，颜色为灰色。(1)主箱体

A材料采用AL5052-H34铝合金，厚度3.2mm。B箱体附属品螺丝、螺帽、华司、箱门铰炼及铰炼闩采用#304不锈钢。C箱体内提供操作说明书放置匣。D箱体与箱门接合处具导水槽，箱门边缘贴橡胶密合垫。E箱体侧门提供一小门，内设置交通执勤操作面板。F箱门内具固定闩，固定箱门启之位置，方便维修人员作业。G箱体预留平台，供放置其它ITS扩充相关设备。H箱体门锁为统一锁，方便管制。I箱体具通风扇及通风过滤孔散热装置。J箱体粉体涂装加温烘烤，颜色为灰色。外箱机柜背视图外箱机柜侧视图接线板定义图(一)、电气需求1.消耗电力：220VAC0.15A（不含灯泡负载）。2.电源瞬断：电源瞬断时间小于或等于500ms，仍可正常运作。3.交流漏电流：小于3.5MARMS。4.绝缘耐压：电源初级端与机壳间施加1000VRMS电压一分钟，电压增加率不超过300RMS/秒。5.振动（Vibration）：峰值振幅0.38mm，频率由5HZ升至55HZ再降至5HZ，扫描15分钟。6.冲击（Shock）：冲击强度20G，冲击振波时间11MS，每轴作三次同样之冲击。7.雷击：上升时间1.2μs振续时间50μs，10kV以内。(一)、电气需求1.消耗电力：220VAC0.15A（不含灯泡负载）。2.电源瞬断：电源瞬断时间小于或等于500ms，仍可正常运作。3.交流漏电流：小于3.5MARMS。4.绝缘耐压：电源初级端与机壳间施加1000VRMS电压一分钟，电压增加率不超过300RMS/秒。5.振动（Vibration）：峰值振幅0.38mm，频率由5HZ升至55HZ再降至5HZ，扫描15分钟。6.冲击（Shock）：冲击强度20G，冲击振波时间11MS，每轴作三次同样之冲击。7.雷击：上升时间1.2μs振续时间50μs，10kV以内。(二)、使用环境1.电源需求：180~250VAC50±3HZ。2.适用温度：-20℃~70℃。3.相对湿度：5~95%（不结露）。(三)、设备重量：1.信号机：(1)重量约30Kg。(2)尺寸：宽400×高758×深290（mm）。2.机柜：(1)重量约85Kg。(2)尺寸：宽1060×高1197×深554（mm）。系统核心架构图(一)设备基本数据：1.日期、时间。2.设备编号。3.开机启始灯态为闪灯或全红及其时间(3-9秒)选择设定。4.闪灯为干支道均闪黄或干道闪黄，支道闪红或四面闪红三种选择。5.执行闪灯时，行人红灯闪烁或不输出，行人清道闪烁灯态分为行人绿灯闪或行人红灯闪供选择。6.红灯结束变绿灯是否同亮黄灯再变绿灯或红灯闪烁供选择。7.手动超时上限门坎值设定(0~99分)。8.时间调整分为中心对时、软件调整、50HZ及GPS卫星定位对时等四种软件功能供选择。9.车辆检测器，对应灯组及功能(延迟、延伸、计数)设定。功能特征10.车辆检测器，异常判别门坎值设定：(1)五分钟总流量值。(2)车辆停留检测区总时间值。(3)无车辆经过检测区总时间值。11.信息上传中心计算器传输周期(Period)。

功能特征(二)配时方案：1.配时数据范围：每一配时方案均具如下基本参数(1)每一相位最短绿灯时间(含绿闪、行人绿闪、行人红)：…………0~255秒。(2)每一相位最长绿灯时间:……………0~255秒。(3)行人绿闪或行人红闪时间:(☆只可选择一种)……0~99秒。(4)行人红清道或绿灯闪时间:(☆只可选择一种)………0~99秒。(5)每一相位黄灯时间：……0~9秒。(6)每一相位全红时间:……0~9秒。(7)每一相位绿灯时间:……0~9秒。(8)每一相位绿灯时间:行人绿+行人绿闪或行人绿+行人绿闪+绿闪/行人红(☆绿闪、行人红只可选择一种)………0~255秒。(9)相位差时间:…………...0~255秒。(10)周期长度:…………….0~255秒。(1)提供48组配时方案，每一方案可任意设定相位差、周期长度、(信号机计算)相位时间(不含黄灯及全红清道时间)及相位控制编号。(2)开机启始灯态可选择北、东、南、西四种基本方向。(3)操作者可选择相位控制编号执行相位控制。(4)配时转换二周期内完成。(三)日时方案：1.20组日时方案供周内日(星期一至星期日)及法定假日选择使用.2.每一日时方案提供36组时段数。3.每一时段可任选一种(1-~48组)配时方案及(1-~16种)感应方案。4.提供20组法定假日，每一法定假日任选一组日时方案执行。5.法定假日具连续日期设定执行能力。(四)绿波带协调(coordination)：1.接受中心计算器优化配时方案或对时指令执行绿波带连控。2.平常利用50HZ当作时间基准执行无线连控(WirelessCoodiration)停电时以实时时钟(RealTimeClock)IC为时间基准。3.接收卫星定位系统(GPS)对时执行无线绿波带连控。(五)特殊控制：1.行人感应：具下列二种控制方式(1)平常闪烁，接受到行人申请讯号后执行三色信号控制。(2)平常维持主干道常绿接受行人申请讯号后执行三色控制。2.公车感应：接受公车感应信号，延长公车行驶方向绿灯时间，或提前非公车行驶方向红灯时间，使公车顺利通过。3.匝道感应：接受排队感应信号，下匝道绿灯时，延长绿灯时间，下匝道红灯时，提前绿灯时间开启。4.火车优先控制：接受到铁路申请讯号后维持与铁路平行方向长绿。5.减光控制：信号灯若使用灯泡时，具减光功能减光比例为100%、75%、50%三种。(六)相位控制：1.内存储存多种相位控制组合，可依编号选择执行。2.由面板依实际需求重新设定相位控制排序组合，存于SRAM中。(七)实时状况显示及记录：1.现行配时方案。2.现行控制模式。3.现行输入信号。4.通讯传输状况。(八)公用功能：1.配时方案拷贝(COPY)。2.绿-绿冲突讯号。3.装机对应灯泡点灯输出测试。4.灯泡消耗电流值查询。(九)通讯功能1.现行灯态、硬件状态及交通数据依传输周期或中心查询回报。2.接收下传配时方案、日时方案、日期时间、特勤控制参数、感应控制参数、减光控制、控制策略或查询。3.路口现场要求中心下传日时方案、配时方案、相关参数数据及日期时间。4.自动回报现场操作状态或某项控制策略启始、结束，手动超时及数据库更动。(十)异常处理功能1.绿-绿冲突执行闪黄灯。2.配时方案异常执行第48组配时方案，第48组配时异常执行闪黄灯。3.微处理模块故障执行闪黄灯。4.与中心计算器离线，自动依日时方案、配时方案执行三色灯控制。5.感应控制、检测器故障或感应方案设定错误，自动依日时方案、配时方案执行三色灯控制。(十一)硬件状态监视及时间记录1.箱门打开关闭时间记录。2.AC220V电源断电及复电时间记录。3.绿-绿冲突发生时间记录。4.红灯故障时间记录。5.通讯离线及回复在线时间记录。6.可控硅故障时间记录。7.配时异常时间记录。8.检测器故障时间记录。