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新型交通信號燈線路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2019-10-21 10:00王標(biāo)李春明
科技風(fēng) 2019年14期
關(guān)鍵詞:線路故障交通燈解決方案

王標(biāo) 李春明

摘要:交通信號燈是交通管理的一種重要工具,但是由于環(huán)境或人為等原因,交通信號燈故障時(shí)有發(fā)生。若交通信號燈出現(xiàn)故障,則會導(dǎo)致交通堵塞且極易引發(fā)交通事故。在長期的交通燈維護(hù)工作中發(fā)現(xiàn)這些故障中最常見的原因主要有線路故障,且由于線路設(shè)計(jì)陳舊,單條線路故障可能會引起整個(gè)路口信號燈癱瘓。針對這種不足本文設(shè)計(jì)了一種高可靠供電傳輸線路系統(tǒng),該系統(tǒng)借助原有線纜結(jié)構(gòu)(傳統(tǒng)四芯線供電架構(gòu))組成2+2芯線冗余供電架構(gòu),利用電力線載波技術(shù)進(jìn)行通訊。先將市電整流成直流并經(jīng)電纜傳輸?shù)綗魲U,然后再逆變回交流電為信號燈供電。這樣避免了控制電纜只要一根線短路或者斷路系統(tǒng)就癱瘓的問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠顯著提高供電傳輸環(huán)節(jié)的可靠性,節(jié)省了大量的人力物力,具有重要的實(shí)用意義。

關(guān)鍵詞:交通燈;線路故障;解決方案

一、緒論

交通信號燈作為城市交通管理系統(tǒng)的末端,對城市交通起著直接調(diào)節(jié)的作用。隨著城市高速發(fā)展,道路、地下管網(wǎng)大量改擴(kuò)建,以及長期受到惡劣天氣的影響,造成了交通信號燈傳輸電纜老化破損嚴(yán)重,經(jīng)常引發(fā)信號燈故障。信號燈故障時(shí)容易引起交通混亂,甚至造成交通事故。在這些故障中最常見的是線路故障,且由于線路設(shè)計(jì)陳舊,單條線路故障可能會引起整個(gè)路口信號燈癱瘓。目前廣泛應(yīng)用的是傳統(tǒng)的信號燈控制架構(gòu)(為四芯線控制方式,三根線分別控制紅黃綠燈,共用一根零線),這種控制方式存在只要有一根線短路或者斷路系統(tǒng)就不能正常工作的問題。增加備用電纜是最直接的辦法,但成本較高。針對上述問題本文設(shè)計(jì)了兼容現(xiàn)有線路的新型控制系統(tǒng),避免了重新鋪設(shè)管路,降低了系統(tǒng)造價(jià)。如圖1所示為當(dāng)前交通信號燈控制系統(tǒng)架構(gòu)。

二、現(xiàn)有方案

目前存在以下幾種解決方案,比如:總線式供電,交流輸電總線隔離等,但這些方案在實(shí)際應(yīng)用中有很大問題。下面以交流輸電總線隔離方案為例進(jìn)行介紹。

信號主機(jī)與分機(jī)間的電纜利用交流輸電控制,交流電經(jīng)過高頻隔離變壓器實(shí)現(xiàn)各個(gè)線路的隔離,當(dāng)其中一條線路出現(xiàn)障礙時(shí),對總體線路無影響;為實(shí)現(xiàn)線路過電流和漏電流的保護(hù),增加了保險(xiǎn)模塊;為實(shí)現(xiàn)線路隔離,在分機(jī)控制器部分再次經(jīng)過隔離變壓器,經(jīng)ACDC轉(zhuǎn)換為直流;為適應(yīng)以往設(shè)備的使用,增加了DCAC轉(zhuǎn)換模塊,還原為50HZ 220V的正弦波。

該方案電路原理簡單,但是主變壓器的次級繞組數(shù)量太多(如一路分機(jī)端即有2繞組),成本較高。且分機(jī)的直流側(cè)無法接地,存在安全隱患。該方案原理框如圖2所示。

三、改進(jìn)方案

由以上討論看到,目前存在的方案存在較大缺陷和不足,經(jīng)過系統(tǒng)論證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證最終選定低壓直流輸電總線隔離方案。

(一)方案原理

信號主機(jī)與分機(jī)間的電纜利用低壓直流輸電控制,將交流市電轉(zhuǎn)換為低壓直流,將信號機(jī)至信號燈的燈線作為多條總線,在總線上傳輸電力;對直流總線進(jìn)行電氣隔離和保護(hù),線路斷路時(shí)由冗余線路輸電,線路短路時(shí)自動(dòng)退出輸電。這樣部分線路短路和斷路,不影響系統(tǒng)工作,信號機(jī)不會進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

在總線兩端的主機(jī)和分機(jī)復(fù)用總線進(jìn)行載波通信,無需敷設(shè)額外的通信線路,可靠性顯著提高。在總線兩端實(shí)時(shí)監(jiān)測線路狀態(tài),狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳至后臺服務(wù)器,便于維護(hù)。

主機(jī)控制器端發(fā)出的高壓交流經(jīng)高頻變壓器轉(zhuǎn)換為直流低壓,經(jīng)直流線路隔離輸出至分機(jī)控制器。經(jīng)低壓傳輸雖然增加了少量成本,但是解決了因意外導(dǎo)致的觸電問題,同時(shí)滿足了系統(tǒng)的需求。該方案原理框圖如圖3所示。

(二)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

信號主機(jī)發(fā)出交通燈控制信號,經(jīng)過MCU1和PLC模塊將燈控信號加載在電力線上傳輸,經(jīng)過PLC模塊和MCU2將燈控信號恢復(fù)出來,傳送到從機(jī)燈控單元,進(jìn)而控制交通信號燈的亮滅狀態(tài)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

四、結(jié)語

針對目前交通信號燈控制系統(tǒng)中單條線路故障可能會引起整個(gè)路口信號燈癱瘓的常見問題,本文設(shè)計(jì)了一種高可靠供電傳輸線路系統(tǒng),該系統(tǒng)在原有輸電線路的基礎(chǔ)上改造,減少了重新鋪設(shè)電纜的成本,利用電力線載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信號主機(jī)對分機(jī)的控制,經(jīng)過原理分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,充分證明了該方案的可行性,符合城市交通建設(shè)需要,對提高交通信號系統(tǒng)可靠性,保障交通參與者的生命財(cái)產(chǎn)安全,優(yōu)化提高道路通行效率,建設(shè)智能交通具有重大意義。

參考文獻(xiàn):

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