1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było oprogramowanie mikroprocesorowego sterownika sygnalizacji świetlnej Vialis FR93. Skorzystaliśmy w tym celu ze skomputeryzowanego stanowiska laboratoryjnego wyposażonego w oprogramowanie służące do profesjonalnego konfigurowania pracy sterownika. Po wykonaniu poszczególnych etapów ćwiczenia dokonywaliśmy spostrzeżeń, które zostały zawarte w niniejszym sprawozdaniu.
2. Przebieg ćwiczenia.
Sterownik Vialis FR93 umożliwia zarówno realizację programów cyklicznych, jak i algorytmów sterowania akomodacyjnego i sterowania grupami sygnałowymi. Sterownik posiada budowę modułową. Składa się on z:
modułu CMM - monitor kolizji
modułu IFCM - nadzór sygnałów czerwonych
moduł LSB4 - moduł wykonawczy grup sygnałowych
moduł SBC060 - główna płyta procesorowa sterownika
moduł MSU (Multi Switch Unit) - odpowiadający za pobudzanie i odłączanie detektorów
moduł panelu - wyposażony jest w wyświetlacz LCD
Na początku musieliśmy skonfigurować odpowiednio układ detekcji. Detektory pętlowe oraz przyciski dla pieszych umieszczone na makiecie odpowiadają za dostarczenie informacji do sterownika o pojawieniu się pojazdu (bądź pieszego). Krótkie pętle umieszczone tuż przed przejściem dla pieszych służą do wykrywania jedynie obecności pojazdu. Dodatkowo detektory krótkie umieszczone zostały również w dalszej odległości od przejścia w taki sposób, aby możliwe było zmierzenie prędkości zbliżającego się do przejścia dla pieszych pojazdu. Długie pętle pozwalają na precyzyjniejsze wykrycie pojazdu - mniejsza jest możliwość nie przejechania pojazdu nad detektorem, a tym samym nie wykrycia go. Poza tym dokładniej mierzą one elektryczną długość pojazdu.
Detektor pętlowy działa w ten sposób, iż pojawiający się nad nim pojazd (zbudowany głównie z metalowych elementów) zmienia indukcyjność cewki detektora. Układ wykrywa tę zmianę i przekazuje odpowiednią informację do sterownika. Aby detektor nie reagował na inne metalowe przedmioty (tym samym nie przekłamywał) trzeba go odpowiednio skalibrować. Zbyt czule ustawiony detektor może reagować na przedmioty takie jak np. moneta. Z kolei gdy ustawimy małą czułość detektora przejeżdżający pojazd może nie zostać wykryty. W celu ustawienia modułu detekcji musieliśmy połączyć moduł MDU z komputerem przewodem (po otwarciu panelu sterownika), a następnie dokonać konfiguracji posługując się programem RPU. Zmieniając czułość detektorów na bieżąco sprawdzaliśmy reakcję detektora na pojawiające się nad nim samochody oraz inne przedmioty, np. monety. Okazało się, że po umieszczeniu pojedynczej monety nad detektorem nie zostało wykryte. Po dołożeniu drugiej monety układ wykrył monetę, zaś po jej odjęciu ciągle moneta była wykrywana przez układ detektora. Dzieje się tak dlatego, iż pobudzenie detektora wymaga większej zmiany indukcyjności, zaś detektor przechodzi ze stanu aktywności w stan czuwania dopiero, gdy częstotliwość prądu w cewce detektora wróci do poziomu częstotliwości wzorcowej. Dlatego po odjęciu drugiej monety i pozostawieniu jednej z nich detektor ciągle „widział” metalowy przedmiot nad sobą.
Następnie mogliśmy zaobserwować sposób działania sterownika dla sterowania typu „All-red”. Gdy w pobliżu przejścia nie ma żadnego pojazdu ani pieszego na wszystkich sygnalizatora wyświetlany jest sygnał zabraniający. W momencie pojawienia się pieszego bądź pojazdu realizowane jest odpowiednie przełączenie nadawanego sygnału. Jeśli pojazd zbliżający się do przejścia ma zbyt dużą prędkość (większą, niż ustawiona uprzednio w programie), to proces przełączenia jest wstrzymywany do momentu pojawienia się pojazdu w zasięgu pętli umieszczonej bezpośrednio przed przejściem. Kierowca jest zmuszony tym samym do zmniejszenia prędkości pojazdu bądź zatrzymania go przed przejściem.
Na płycie czołowej sterownika odnaleźć możemy diody oraz przełączniki modułu MSU służące do odczytu aktualnie wykrywających pojazd detektorów oraz włączania/wyłączania poszczególnych detektorów bądź też sztucznego wywoływania wykrycia obecności pojazdu. Moduł służy również do informowania o ewentualnej awarii czy przepaleniu się czerwonej żarówki. Możemy również obserwować na nim poszczególne sygnały wyświetlane na odpowiednich sygnalizatorach.
____________________________________________________________________________
Następnym krokiem w wykonywanym ćwiczeniu była specyfikacja cyklicznego programu sterowania. Do stworzenia przykładowego programu posłużyliśmy się zamieszczoną w instrukcji matryca minimalnych czasów międzyzielonych i na jej podstawie utworzyliśmy poniższy program. Program jest dwufazowy - jedna obsługuje grupy kołowe (05 i 11), druga grupy pieszych (33 i 37). Każda faza trwa 10 sekund.
Sterownik konfigurujemy w ten sposób, iż w bazie danych aplikacji „apshell” podajemy odpowiednie długości cykli oraz punkty początków nadawania sygnałów zielonych. Po zapisaniu programu musimy przekonwertować dane do kodu swoistego dla sterownika. Po skompilowaniu programu możemy przetestować utworzony program. Pozwala to na obserwację zmian na sygnalizatorach jednej osobie w czasie jednego pełnego cyklu. W innym przypadku wymagane byłoby ustawienie przed każdym sygnalizatorem obserwatora, bądź też jedna osoba musiałaby dokonywać obserwacji przez kilka cykli. Następnie łączymy sterownik (moduł SBC060) z komputerem przy pomocy przewodu RS-232 i przesyłamy wykreowany program do sterownika. Sterownik wyświetlił poprawnie utworzony przez nas wcześniej program.
W naszym sterowniku nie jest możliwa realizacja każdego programu. Sterownik ma ograniczenia dotyczące ilości podłączonych do niego sygnalizatorów oraz detektorów pętlowych i przycisków dla pieszych. Poza tym program może się nie skomplilować, gdyż przez kontrolę kolizji oraz środowiska testowe i symulacyjne wyłapywane są niezgodności.
____________________________________________________________________________
Kolejnym naszym zadaniem było wyspecyfikowanie i zmodyfikowanie programu sterowania akomodacyjnego. Poprzez program podstawowy uzyskaliśmy następujące fazy:
faza 1 gdy pieszy zgłaszali swą obecność równocześnie dla grup 33 i 37 program załączał sygnał zezwalający na obu przejściach utrzymując sygnał zabraniający dla obu grup kołowych
faza 2 gdy pieszy zgłaszali swą obecność tylko na jednym z przejść (33 bądź 37) program załączał sygnał zezwalający jedynie na danym przejściu podtrzymując bezwzględnie sygnał zabraniający jedynie dla grupy kołowej przecinającej dane przejście (jeśli detektory pętlowe dla drugiej grupy kołowej wykryły pojazd pojawiał się dla niego sygnał zezwalający)
faza 3 w przypadku braku zgłoszeń przez pieszych i pojawienia się pojazdu przed którymś z przejść (bądź przed obydwoma) realizowane było przełączenie sygnału z czerwonego na zielony dla danej grupy kołowej (lub dla obu grup)
faza 4 w przypadku braku zgłoszeń z jakiegokolwiek detektora program realizował sygnał „all-red” (sygnał czerwony dla wszystkich grup, co pewien czas dla grup kołowych załącza się sygnał zielony na czas minimalny)
Realizowany program można udoskonalić na kilka sposobów. Po pierwsze możemy skonfigurować blokowanie realizacji sygnału zielonego dla grup kołowych w momencie, gdy powstał zator za przejściem dla pieszych. Zapobiegnie się w ten sposób wjazdowi pojazdów na przejście, jeśli nie będą mogli kontynuować jazdy i opuścić obszar przejścia. Tutaj przydatne będą detektory pętlowe umieszczone właśnie za przejściami. Należy je skonfigurować w programie tak, aby sygnalizowały długą obecność pojazdu. Nasuwa się od razu pytanie - co oznacza „długą”? 2 sekundy? 10? Zbyt krótki czas ustawiony dla tego detektora może spowodować, iż program będzie reagował na powolne, ale jednak ciągle poruszające się pojazdy i niepotrzebnie będzie przełączał sygnał na czerwony. Zbyt długi czas z kolei może spowodować, iż przełączenie sygnału na czerwony zrealizowane zostanie, gdy na przejściu dla pieszych już pojawi się pojazd i nie będzie miał możliwości zjazdu z przejścia - co wg przepisów kodeksu drogowego jest wykroczeniem. My ustawiliśmy czas zajętości decydujący o przełączeniu sygnału na 5 sekund. Nie jesteśmy mimo wszystko w stanie stwierdzić, czy założony czas jest optymalny. Sprawdzenie tego czasu nie jest możliwe w warunkach laboratoryjnych, lecz trzeba byłoby spraktykować go na rzeczywistym przejściu dla pieszych w ruchu kołowym.
Funkcje współwydłużeń i współrealizacji mają ułatwić pieszym przekraczanie przejścia dla pieszych oraz stworzenie powiązań pomiędzy grupami kołowymi. Współrealizacja ma za zadanie przełączenie obu przejść na sygnał zezwalający w przypadku, gdy zgłoszenie pochodzi z zewnętrznych (umieszczonych na chodnikach) detektorów (przycisków). Gdy zgłoszenie następuje z detektorów umieszczonych na wyspie centralnej uruchamiana jest realizacja sygnału zielonego tylko na przejściu, którego dotyczy dany detektor. W uruchomieniu tego rodzaju sterowania pomocna jest opcja „Pedestrian crossing”. O zapewnienie pokonania przez pieszego całego przejścia w czasie trwania sygnału zielonego dba funkcja współwydłużeń. Należy jednak na początku rozważyć, czy konieczne jest w naszym przypadku sterowanie tego rodzaju. Taką metodę stosuje się głównie w przypadkach, gdy na wyspie centralnej realizowany jest ruch tramwajowy - wtedy istnieje potrzeba przejścia po „połówce” przejścia, aby dostać się do/z przystanku tramwajowego. W naszym przypadku wyspa centralna stanowi jedynie azyl dla pieszych, którzy mogą nie zdążyć pokonać całego przejścia podczas jednego sygnału - pieszy nie będzie szedł po wyspie centralnej wzdłuż ulicy, bo nie ma miejsca na niej, do którego chciałby dotrzeć. Dlatego sądzę, iż w naszym przypadku sterowanie tego rodzaju nie ma większego sensu zastosowania.
Z kolei bardzo pożyteczną rzeczą będzie zastosowanie sygnalizacji szykanującej. Zapewni nam ona zmniejszenie prędkości zbyt szybko zbliżających się do przejścia pojazdów. Aby zrealizować ten rodzaj sterowania konieczne jest skonfigurowanie detektorów (umieszczonych nie bezpośrednio przed przejściem, lecz w pewnej odległości przed nim) następujących jeden po drugim w pewnej znanej dla programu odległości. Skonfigurować je trzeba w taki sposób, aby program wykrywając obecność pojazdu najpierw nad pierwszym, a następnie nad drugim wykrywał czas pomiędzy tymi pojawieniami się i wyliczał z nich prędkość pojazdu, a następnie porównywał ją z pewną zadaną przez nas prędkością wzorcową i w przypadku jej przekroczenia przełączał (bądź podtrzymywał) sygnał na czerwony dla danej grupy kołowej. Realizujemy to wykorzystując opcję MTO. Jest jednak kilka warunków koniecznych dla zastosowania takie sposobu sterowania. Po pierwsze detektory pozwalające na obliczenie prędkości pojazdu muszą znajdować się możliwie blisko siebie, aby uniemożliwić pojawienie się równocześnie nad każdym z nich innego pojazdu, gdyż wtedy pomiar będzie mocno przekłamany. Detektory muszą być umieszczone w odpowiedniej odległości od przejścia, aby zapewnić zbyt szybko jadącym pojazdom właściwą drogę hamowania umożliwiającą zatrzymanie przed przejściem w przypadku nagłej zmiany sygnału na czerwony. Z tego też powodu stosowanie tego rodzaju sterowania jest uzasadnione jedynie na drogach z niezbyt dużą dopuszczalną prędkością. Zastosowanie takiego sterowania poza miastem na drodze dwujezdniowej mogłoby skończyć się częstymi najechaniami na tył pojazdów.
Wszystkie powyższe funkcje możliwe są do zrealizowania w przypadku sterowania grupami sygnałowymi, gdyż umożliwiają bardziej optymalne dobranie sygnałów na sygnalizatorach do zaistniałej sytuacji, niż w przypadku sterowania fazami.
____________________________________________________________________________
W sterowniku FR93 możliwa jest zmiana wielu parametrów bezpośrednio w nim. Możemy decydować o długości czasów międzyzielonych, jednakże nie możemy ich zmniejszyć poniżej zapewniającego niezbędne bezpieczeństwo minimum zapisanego w pamięci EPROM. Możemy sztucznie pobudzać dowolny detektor w celu obserwacji i kontroli pracy sterownika. Możliwe jest również przeprowadzenie testu sprawności obwodów elektrycznych sygnalizatorów. Test taki przeprowadza się, gdy wszystkie sygnalizatory wyświetlają sygnał zabraniający.
Skrzynka zawierająca sterownik Vialis FR93 jest zabezpieczona odpowiednimi zamkami przed dostaniem się do niej osób do tego niepowołanych. Dostęp do funkcji programu jest chroniony hasłem. Dodatkowym zabezpieczeniem zapewniającym bezpieczeństwo na skrzyżowaniu (przejściu dla pieszych) jest brak możliwości zmiany grup sygnałowych, gdyż zmiana taka przez osoby nieuprawnione mogłaby doprowadzić do pojawienia się sygnałów zezwalających dla grup kolizyjnych. Oprócz osób uprawnionych „z urzędu” do obsługi sterownika (najczęściej pracowników nadzoru ruchu) dostęp do niego ma również policja.
____________________________________________________________________________
Ostatnim zadaniem w wykonywanym ćwiczeniu był nadzór sygnałów wyświetlanych na przejściu. W tym celu logujemy się na poziom serwisowy programu. Program umożliwia odczyt wartości prądów pobieranych przez poszczególne sygnały. Wartości tych prądów dla każdej z żarówek wyniosła ok. 26mA, czyli każda z żarówek ma moc ok. 6W. Domyślnie ustawiona wartość maksymalna dla każdej z żarówek ustawiona była na 50mA. Aby zobaczyć jak działa sterownik w przypadku przekroczenia wartości maksymalnej zmieniliśmy tę wartość na 15mA. W momencie włączenia się danej żarówki na panelu sterownika zaczęła migać dioda informująca o przepaleniu żarówki. Taka reakcja sterownika nie jest do końca prawidłowa, gdyż w przypadku przepalenia się żarówki czerwonej mogłoby dojść do bardzo niebezpiecznej sytuacji na skrzyżowaniu. Dlatego w takiej sytuacji sterownik powinien natychmiast przełączyć sygnalizatory na wyświetlanie sygnału awaryjnego (żółty pulsujący).
3. Wnioski
Sterownik Vialis FR93 jest urządzeniem bardzo nowoczesnym. Umożliwia szerokie zastosowanie go do różnych sposobów sterowań. Umożliwia on bardzo szybką zmianę większości mierzonych bądź potrzebnych do realizacji sterowania parametrów. Jest bardzo dobrze zabezpieczony przed dostępem osób trzecich. Sterownik umożliwia podłączenie praktycznie wszystkich obecnie stosowanych metod detekcji. Bardzo ważną rzeczą jest również łatwość obsługi oraz możliwość przeprowadzenia różnego rodzaju testów bądź symulacji na samym skrzyżowaniu. Poprawia to sprawność i efektywność działań osób zajmujących się obsługą i konserwacją urządzenia. Dzięki tym wszystkim zaletom sterownik ten jest jednym z najczęściej stosowanych na skrzyżowaniach.