Дорожный контроллер управления светофорами

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ДОРОЖНЫЙ КОНТРОЛЛЕР УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОФОРАМИ(71) Заявитель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие НИИ средств автоматизации(73) Патентообладатель Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие НИИ средств автоматизации(57) Дорожный контроллер управления светофорами, содержащий блок силовых цепей, адаптер выносного пульта управления, микроконтроллер, соединенный шиной данных с блоком ввода-вывода, к которому подключены адаптер канала связи, адаптер детекторов транспорта, адаптер табло вызывного пешеходного, панель управления и индикации, отличающийся тем, что в него дополнительно введены адаптер управляемого дорожного знака, блок сетевого реле и блок сигнализации о несанкционированном доступе,подключенные к блоку ввода-вывода, схема плавного включения лампы, соединенная с микроконтроллером и блоком силовых цепей, причем блок силовых цепей подключен к питающей сети через блок сетевого реле,блок ввода-вывода выполнен на схемах с программируемой логикой, а в микроконтроллер, выполненный на базе электронной вычислительной машины, дополнительно введены ФЛЭШ-программируемое запоминающее устройство, последовательный СОМ-порт. 382 Полезная модель относится к техническим средствам управления транспортными и пешеходными светофорами и может быть использована для управления дорожным движением как на локальных светофорных объектах, так и в составе автоматизированной системы управления дорожным движением (АСУД). Известен контроллер управления дорожным движением 1, содержащий ряд блоков, выполняющих функции вычислительного модуля (микроконтроллера). В этом контроллере подготовка к работе заключается в установке на коммутаторах всех данных, необходимых для работы блоков. Подготовка к работе осуществляется пайкой контактов коммутационных полей. Недостатком данного контроллера 1 является жесткая схема управления светофорным объектом, низкая надежность из-за большого объема используемых аппаратных средств, большая трудоемкость подготовительных работ. Любое изменение алгоритма управления светофорным объектом требует перепайки контактов коммутационных полей. Наиболее близким по технической сущности является контроллер управления дорожным движением 2,состоящий из вычислительного модуля, выполняющего функции микроконтроллера, узла обмена информацией, обеспечивающего связь с центральным пунктом управления (ЦУП), инженерной панели (панели управления и индикации), блока детекторов транспорта, формирующего и передающего информацию в вычислительный модуль о пересечении транспортным средством индуктивной рамки, узла ввода-вывода, силового узла (блока силовых цепей), обеспечивающего бесконтактную коммутацию напряжения питания светофорных ламп. Недостатками устройства 2 являются низкая надежность, низкие эксплуатационные характеристики, в том числе отсутствует возможность перевода светофоров в экономичный режим потребления энергии в темное время суток отсутствует возможность передачи в ЦУП информации о коротком замыкании и утечки тока на землю в силовых цепях отсутствует возможность передачи в ЦУП сигнала о несанкционированном вскрытии дверей контроллера отсутствует режим плавного включения светофорных ламп для увеличения их срока службы отсутствует возможность управления контроллером дистанционно-управляемым многопозиционным знаком использованы лампы накаливания для визуальной информации о состоянии периферийных средств отсутствует автоматическое включение прерванного режима функционирования при восстановлении уровня напряжения сети отсутствует возможность подключения к контроллеру датчиков температуры, влажности воздуха, атмосферного давления, счетчика учета потребляемой электроэнергии, экологического датчика. Технический результат заключается в повышении надежности контроллера, улучшении его эксплуатационных характеристик, увеличении реализуемых функций управления, возможности адаптации к разнообразным светофорным объектам. Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что в дорожный контроллер управления светофорами, содержащий блок силовых цепей, адаптер выносного пульта управления (ВПУ), микроконтроллер, соединенный шиной данных с блоком ввода-вывода, к которому подключены адаптер канала связи, адаптер детекторов транспорта, адаптер табло вызывного пешеходного (ТВП), панель управления и индикации, дополнительно введены адаптер управляемого дорожного знака, блок сетевого реле и блок сигнализации о несанкционированном доступе, подключенные к блоку ввода-вывода, схема плавного включения ламп, соединенная с микроконтроллером и блоком силовых цепей, причем блок силовых цепей подключен к питающей сети через блок сетевого реле, блок ввода-вывода выполнен на схемах с программируемой логикой, а в микроконтроллер, выполненный на базе электронной вычислительной машины (ЭВМ), дополнительно введены ФЛЭШ-программируемое запоминающее устройство (ФЛЭШ-ПЗУ), последовательный СОМ-порт. Введение в устройство новых узлов и связей, применение малогабаритной встраиваемой ЭВМ большой производительности с дополнительной установкой ФЛЭШ-ПЗУ и последовательного СОМ-порта, использование блока ввода-вывода, выполненного на схемах с программируемой логикой, например 7064184,1010184, обеспечило работу в следующих режимах управления светофорами координированное управление по командам телеуправления, получаемым с ЦУП или с зонального центра управления (КЗЦ) диспетчерское управление зеленая улица (ЗУ) ручное управление по любой из восьми резервных программ, введенных предварительно желтое мигание (ЖМ) локальное управление по резервным программам, переключаемым автоматически по времени суток (от встроенного таймера) 2 382 локальное управление по резервной программе с местным гибким регулированием по интенсивности транспортных потоков отключение светофоров (ОС) управление светофорами по программам, заложенным перед их установкой и автоматически сменяемым по времени суток, дням недели, месяцам как на локальных светофорных объектах, так и в составе АСУД независимое управление выходными силовыми цепями ручной режим управления с возможностью ввода команд отключение светофоров включение красных ламп кругом красный включение мигания желтых ламп включение восьми фаз управления вызов на индикацию номеров перегоревших ламп плавное включение ламп светофоров отключение светофоров при возникновении аварийной ситуации (одновременного включения сигналов светофоров, разрешающих движение в конфликтных направлениях, включения одновременно красного и зеленого сигналов в одном направлении) передачу на ЦУП информации о несанкционированном вскрытии компоновочного шкафа автоматический перевод светофоров в режим желтое мигание при перегорании ламп красного цвета включение светофоров в работу через красный сигнал длительностью от 3 до 10 с во всех направлениях автоматический перевод питания ламп светофоров на пониженное напряжение (экономичный режим) в определенное время суток в соответствии с картой времени возможность переключения режимов работы в течение суток от таймера с учетом дней недели (перевод в режим желтого мигания, в работу по любой из восьми резервных программ, отключение светофоров) работоспособность при колебаниях первичной сети в пределах от 170 до 250 В, а также автоматическое отключение светофоров при уходе сети за указанный интервал и автоматическое включение прерванного режима через промежуточную фазу кругом красный свет при восстановлении уровня напряжения сети взаимодействие с выносным пультом управления и табло вызывным пешеходным управление дистанционно-управляемым многопозиционным знаком отключение светофорных ламп при коротком замыкании в силовых цепях (с выдачей сообщения на ЦУП) отключение светофорных ламп при утечке тока на землю (с выдачей сообщения на ЦУП) передачу данных на ЦУП о параметрах транспортного потока формирование информации о своем техническом состоянии и передачу ее в ЦУП контроль перегорания ламп (с выдачей сообщения на ЦУП) визуальную индикацию режимов работы и исправности основных узлов, а также возможность работы в отладочном режиме независимое управление силовыми цепями максимальное количество обслуживаемых направлений - 30 возможность подключения набора датчиков температуры, влажности воздуха, атмосферного давления счетчика учета потребляемой энергии экологического датчика подключение ПЭВМ стандартадля записи (корректировки) программы управления дорожного контроллера управления светофорами непосредственно на месте эксплуатации. На фигуре приведена структурная схема дорожного контроллера управления светофорами. Дорожный контроллер управления светофорами состоит из блока силовых цепей 1, микроконтроллера 2,блока ввода-вывода 3, адаптера канала связи 4, адаптера детекторов транспорта 5, адаптера ТВП 6, панели управления и индикации 7, адаптера управляемого знака 8, блока сигнализации несанкционированного доступа 9, схемы плавного включения ламп 10, блока сетевого реле 11, адаптера ВПУ 12. Блок силовых цепей 1 содержит четыре независимые силовые цепи, образованные триаками МАС 224 А 8 и микросхемой оптоэлектронного реле переменного тока 3052 со схемами управления, схемы контроля включения силовых цепей, схемы контроля ламп светофоров, схему контроля наличия короткого замыкания силовых цепей, схему сопряжения с микроконтроллером 2. Блок сетевого реле 11 содержит два твердотельных реле переменного тока 5 П 19.10 ТМ 1-60-8-В 6, линейный источник питания с номиналами выходных напряжений, схему контроля напряжения сети, схему защиты от короткого замыкания в нагрузке, схему защиты от утечки тока в нагрузке, схему формирования сигнала перехода фазы сети через 0. Блок ввода-вывода 3 обеспечивает управление включением сетевого твердотельного реле, плавным включением ламп светофоров, ввод в микроконтроллер 2 данных о состоянии сети и запросов от ТВП, обмен данными между микроконтроллером 2 и панелью управления и индикации 7, ЦУП, дистанционноуправляемым знаком (ДУЗ), детектором транспорта (ДТ). 3 382 Блок ввода-вывода, выполнен на схемах с программируемой логикой, например 706484,1084, что обеспечивает возможность программирования интерфейса подключения датчиков. Адаптер канала связи предназначен для циклического обмена информацией между дорожным контроллером управления светофорами и КЗЦ. Микроконтроллер 2 выполнен на базе малогабаритной встраиваемой ЭВМ с дополнительно установленными ФЛЭШ-ПЗУ и последовательным СОМ-портом и предназначен для управления включением и контроля силовых цепей в соответствии с программой управления светофорами и адаптации соответствующими исходными данными адаптации под конкретный алгоритм управления перекрестком, а также обеспечивает подключение ПЭВМ стандартадля записи (корректировки) программы управления дорожного контроллера управления светофорами непосредственно на месте эксплуатации. Дорожный контроллер управления светофорами работает следующим образом. При включении питания контроллера по завершении тестирования микроконтроллера 2 осуществляется переход к исполнению рабочей (резервной) программы управления светофорами, определяемой исходными данными адаптации программы управления контроллера под конкретный перекресток. Управление включением ламп светофоров в контроллере осуществляется следующим образом. Данные из программы управления светофорами из порта вывода микроконтроллера 2 поступают на управление твердотельными реле переменного тока 5 П 19.10 ТС-10-6-В 1 блока силовых цепей 1. Для увеличения долговечности ламп светофоров введена схема плавного включения ламп 10 с использованием принципа сдвига фазы включения твердотельного реле относительно перехода фазного напряжения через нуль. Время включения твердотельного реле силовой цепи определяется схемой, размещенной в блоке ввода-вывода 3. Подключение ламп светофоров производится по схеме с общим обратным проводом, т.е. один контакт лампы светофора подключается к одному из выходов силовой цепи блока силовых цепей, второй - на общий. Контроль перегорания ламп светофоров осуществляется схемами контроля, размещенными в модуле силовых цепей 1. Данные контроля поступают на порт ввода микроконтроллера 2. При отсутствии сигнала контроля по одной или нескольким красным лампам производится перевод светофоров в режим желтого мигания или отключение светофоров в соответствии с алгоритмом, установленным в программе управления контроллера. Индикация номеров перегоревших ламп светофоров осуществляется на панели управления и индикации 7. Схема, обеспечивающая отключение светофорных ламп при коротком замыкании, утечке тока на землю, а также одновременном включении сигналов светофоров, разрешающих движение в конфликтных направлениях, реализована в блоке сетевого реле 11. При превышении в нагрузке тока допустимой величины из блока сетевого реле 11 в блок ввода-вывода 3 поступает высокий уровень сигнала, который переводит твердотельное реле блока сетевого реле 11 в состояние разомкнуто, чем производится автоматическое отключение нагрузки (ламп светофоров) от сети. При появлении утечки тока на землю и превышении его величины 200 мА в блоке сетевого реле 11 формируется признак утечки тока, который поступает в блок ввода-вывода 3 и затем вводится в микроконтроллер 2. При этом производится программное отключение ламп светофоров. При появлении сигналов,разрешающих движение в конфликтных направлениях в блоке сетевого реле 11 формируется сигнал конфликта, который поступает в блок ввода-вывода и производится отключение ламп светофоров. При выходе напряжения сети из допустимого интервала (170-250) В схема контроля напряжения питающей сети, размещенная в блоке сетевого реле 11, формирует признак выхода напряжения сети, который поступает в блок ввода-вывода 3, вводится в программу управления светофорами и отключает лампы светофоров. При восстановлении напряжения сети до номинального включение светофоров инициализируется программой управления светофорами в соответствии с установленным алгоритмом управления. Запросы от ТВП поступают через адаптер ТВП 6 в блок ввода-вывода 3 и вводятся затем в программу управления светофорами. Адаптер детекторов транспорта 5 принимает сигналы от индуктивных рамок, являющихся чувствительным элементом детектора транспорта, с которого информация о пересечении или присутствии транспортного средства через блок ввода-вывода 3 вводится в микроконтроллер 2, где обрабатывается и через блок ввода-вывода 3 и адаптер канала связи 4 передается на ЦУП или в КЗЦ. По командам, поступающим из КЗЦ, через адаптер управляемого знака 8, обеспечивается включение позиций управляемых дорожных знаков. С ВПУ через адаптер ВПУ 12 на СОМ 1-порт микроконтроллера 2 поступают команды на включение режимов ОС, ЖМ, фаз управления светофорной сигнализацией, запросы на включение участков ЗУ. С СОМ 1-порта микроконтроллера 2 через адаптер ВПУ 12 выдаются сигналы на индикацию включенной фазы, команд управления. Запросы на включение участков ЗУ транслируются на КЗЦ через блок вводавывода 3 и адаптер канала связи. 4 382 При несанкционированном проникновении в компоновочный шкаф в блоке сигнализации несанкционированного доступа 9 формируется признак Открытые двери, который поступает в блок ввода-вывода 3 и вводится в микроконтроллер 2. Если по истечении 10 секунд сигнал не отключен, с помощью тумблера информация Открытые двери с микроконтроллера 2 поступает в блок ввода-вывода 3 и далее через адаптер канала связи 4 передается на ЦУП. В установленное время в соответствии с программой управления из микроконтроллера 2 на блок силовых цепей 1 подаются команды переключения работы контроллера на экономичный режим потребления электроэнергии (пониженная яркость свечения). При появлении короткого замыкания или утечки тока на землю в силовых цепях информация через адаптер канала связи 4 передается на ЦУП. При подключении к блоку ввода-вывода 3 соответствующих датчиков на ЦУП передается информация о метрологической (температура, влажность, атмосферное давление), экологической (состояние загазованности) обстановке, а также о потреблении электроэнергии на светофорных объектах. Таким образом, в заявляемом устройстве обеспечивается повышение надежности контроллера, повышение его эксплуатационных характеристик, расширение функциональных возможностей. Повышение надежности обеспечивается за счет применения малогабаритной встраиваемой ЭВМ большой производительности, программной реализации алгоритмов управления, и, как следствие, сокращения номенклатуры и объема применяемых аппаратных средств. Возросшие вычислительные ресурсы, применение современных, соответствующих применяемым аппаратным средствам, технологий обработки данных, визуализация информации позволило расширить функциональные возможности контроллера, повысить его производительность. Полезная модель получила название Контроллер дорожный БДКЛ. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.