POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ TRANSPORTU Zakład Sterowania Ruchem Drogowym

LABORATORIUM URZĄDZEŃ I SYSTEMÓW STEROWANIA RUCHEM DROGOWYM

Studia stacjonarne I stopnia

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 6

Realizacja algorytmów sterowania acyklicznego w sterowniku mikroprocesorowym

SKŁAD ZESPOŁU:	GRUPA	SEMESTR
1. Paula Gryżewska 2. Weronika Jedynak 3. Rafał Kacprzak 4. Krzysztof Mętrak 5. Paulina Kłoda 6. Marek Kopański	SRD	VI

Data wykonania ćwiczenia 17 i 24.03.2015

Data oddania sprawozdania 02.04.2015

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się grupy ze sposobem działania mikroprocesorowego sterownika sygnalizacji świetlnej Vialis FR93. Sterownik podłączony jest do komputera wyposażonego w oprogramowanie umożliwiające konfigurację pracy sterownika i realizację zadanych algorytmów sterowania acyklicznego celem symulacji, tak byśmy mogli poznać zasadę działania i tworzenia algorytmów sterowania.

Oprócz samego sterownika i jego oprogramowania, stanowisko składa się także z:

- 4 sygnalizatorów diodowych;

- makiety przejścia dla pieszych wraz z detektorami indukcyjnymi oraz przyciskami wzbudzenia;

- trzech pojazdów eksperymentalnych.

2. Konfiguracja układu detekcji

Pierwszym etapem wykonywania ćwiczenia była konfiguracja układu detekcji. Moduł detekcji sterownika zbiera potrzebne dane za pomocą detektorów pętlowych umieszczonych w „ulicy” oraz przycisków przy przejściach dla pieszych. Krótkie pętle umieszczone na jezdni służą do wykrywania obecności pojazdu, ale są tak rozmieszczone by było możliwe także zmierzenie jego prędkości. Z kolei zastosowanie długich pętli zwiększa dokładność pomiaru, chociażby ze względu na zmniejszenie prawdopodobieństwa że pojazd nie znajdzie się w obszarze detekcji. Dokładniej mierzona też będzie elektryczna długość pojazdu.

Jako że samochód (zarówno prawdziwy na prawdziwej drodze jak i zabawkowy wykorzystywany w ćwiczeniu) składa się głównie z metalu, zmienia on indukcyjność cewki detektora, co jest wykrywane przez układ i przekazywane do sterownika. W związku z tym położenie w obszarze pętli np. dłoni nie wzbudzi żadnej reakcji urządzenia. Sposób działania detektora jest w dużej mierze zależny od tego jak skalibrowana jest jego czułość. Kalibracji tego parametru dokonywaliśmy w module MDU za pomocą programu RPU. Detektory na drodze oznaczyliśmy jako `presence, programmable' (programowalne detektory obecności), detektory dla pieszych zaś jako `push button/direct input', a więc uruchamiane poprzez wciśnięcie przycisku.

Ustawienie zbyt niskiej wartości czułości w czasie ćwiczenia powodowało, że zbyt szybkie przesunięcie pojazdu nad pętlą nie budziło reakcji detektora. Zbyt duża czułość z kolei sprawiała, że już nawet moneta jednogroszowa zostawała uznana za pojazd, detektor reagował także na przejazd pojazdu tuż obok pętli. Badając wpływ czułości na detekcję zauważyliśmy też następujące interesujące zachowanie urządzenia: detektor nie `wykrył' jednej monety jednogroszowej, zareagował dopiero na pojawienie się drugiej takiej. Jednak po zabraniu jednej z monet, układ wciąż był w stanie wzbudzenia. Dowiedzieliśmy się więc że choć detektor potrzebował większej zmiany indukcyjności do pobudzenia go, przejście do stanu czuwania ze stanu aktywności następuje dopiero po powrocie do wartości wzorcowej. To wszystko pokazało nam jak ważne jest odpowiednie skalibrowanie czułości układu detekcji, zważywszy na to jak bardzo zakłamane sygnały może przekazywać w przypadku nieodpowiednich ustawień.

Moduł MSU sterownika wyposażony jest w przełączniki i diody odpowiadające odpowiednim sygnalizatorom. Diody są bardzo wygodnym sposobem monitorowania aktualnie wyświetlanych sygnałów na sygnalizatorach oraz sprawdzania czy nie wystąpiły problemy techniczne, jak chociażby wypalenie się żarówki. Przełączniki z kolei umożliwiają nam taką ingerencję w działanie układu jak choćby zmiana sposobu sterowania, wywołanie sygnału na detektorach, czy też odłączenie wybranej pętli.

3. Specyfikacja programu cyklicznego

W tej części ćwiczenia zadaniem grupy było stworzenie własnego algorytmu sterowania na podstawie podanych w instrukcji założeń. Bazowaliśmy na następujących informacjach:

- program składa się z 2 faz zawierających odpowiednio: grupy kołowe 05 i 11 oraz grupy piesze 33 i 37;

- czas trwania każdej z faz wynosi 10 sekund.

Do tego dochodzą także:

Tab. 1. Przyporządkowanie detektorów logicznych do kanałów detekcji

Tab. 2. Matryca minimalna czasów międzyzielonych

Efektem pracy grupy jest następujący program w formie diagramu paskowego:

Tak rozrysowany program wprowadziliśmy do bazy sterownika za pomocą programu apshell. Zgodnie ze słowami prowadzącego, oprogramowanie należy do mało intuicyjnych, ale na szczęście z pomocą przychodzi dobrze opisana instrukcja. Po wykonaniu szeregu czynności program był gotowy do przetestowania. Z satysfakcją stwierdziliśmy że wszystko działa zgodnie z naszymi założeniami.

Środowisko testowe jest niezwykłym ułatwieniem w procesie programowania sterowania, gdyż umożliwia nawet i jednej osobie ogarnięcie całości programu i jego poprawnego działania, jak też i bieżącego wprowadzania zmian w przypadku takiej potrzeby. Oczywiście oprogramowanie nie może obyć się bez pewnych ograniczeń, którymi w tym przypadku są liczby obsługiwanych grup sygnalizacyjnych, pętli indukcyjnych oraz przycisków. Nie sprawia to problemu w wykonywaniu ćwiczenia w warunkach laboratoryjnych, ale może nie wystarczać w przypadku pewnych rzeczywistych skrzyżowań.

4. Testowanie i specyfikacja programu akomodacyjnego

Kolejnym krokiem było przekształcenie istniejącego programu akomodacyjnego w programie apshell. Z czterech opcji zadanych w instrukcji wykonywaliśmy dwie. Pierwsza modyfikacja programu polegała na blokowaniu realizacji sygnału zielonego w sytuacji wystąpienia zatoru za przejściem dla pieszych. Zgodnie z przepisami (oraz zdroworozsądkową logiką), jeśli za skrzyżowaniem nie ma warunków do jazdy, pojazd nie może dostać sygnału zielonego, skoro nie jest w stanie przekroczyć wspomnianego skrzyżowania. Wiemy też przecież doskonale, że samochód nie powinien zatrzymywać się na przejściu dla pieszych. Możemy tak wyspecyfikować program sterowania, by automatycznie reagował na ww. sytuację.

Za skrzyżowaniem umieszczona jest pętla detektora, wykrywająca obecność pojazdu. Jeśli pojazd zatrzyma się na niej na dłuższy czas (ustalony przez nas), sterownik uzna to za zator na drodze uniemożliwiający przejazd następnemu pojazdowi i automatycznie zmieni sygnał odpowiedniego sygnalizatora na zabraniający. Oczywistym problemem jest wybranie długości czasu który zostanie uznany za zator. Przecież ruch może być wyraźnie spowolniony, ale nie aż tak bardzo by była potrzeba zmiany sygnału, zwłaszcza że zbyt częste jego zmiany mogą spowodować zawieszenie się programu. Z kolei tolerowanie zbyt długiego postoju na pętli może zaowocować wjechaniem na skrzyżowanie pojazdu który następnie nie będzie miał możliwości ewakuacji stamtąd. Odpowiednie ustawienie tego parametru powinno wynikać z dłuższych obserwacji ruchu na danym skrzyżowaniu. My ustawiliśmy czas zajętości na 10 sekund, ale z oczywistych względów w warunkach laboratoryjnych nie możemy stwierdzić czy był to czas odpowiedni.

Druga modyfikacja programu jaką się zajęliśmy to tzw. sygnalizacja szykanująca. Jest to sygnalizacja świetlna zależna od prędkości pojazdów (mierzonej przez pętle indukcyjne), która zmusi do zatrzymania pojazdy jadące ze zbyt wysoką prędkością. Wpływa to na bezpieczeństwo na drodze i zmniejszenie wypadkowości.

Sygnalizację tę programujemy z pomocą modułu MTO, wybierając pętle które użyte zostaną do pomiaru prędkości pojazdu. Znając czas wjechania pojazdu na dwie kolejne pętle (lub zjechania z nich), oraz odległość między tymi liniami, detektor obliczy prędkość pojazdu i porówna ją z tą, którą w naszym programie ustawiliśmy jako dopuszczalną. Możemy ustawić prędkość zbyt wysoką by uznać ja za bezpieczną oraz zbyt niską by pozwoliła na przekroczenie skrzyżowania w czasie trwania sygnału zielonego. Ustawiamy też timer, by uniknąć ciągłego generowania żądania sygnału zielonego.

Oczywiście detektory muszą być w tym przypadku umieszczone w odpowiedniej odległości od skrzyżowania, tak by pojazdy były w stanie zareagować na zmianę sygnału (lub jej brak w przypadku dłuższego niż `planowe' podtrzymania sygnału zabraniającego). Muszą być też ustawione blisko siebie, by uniemożliwić jednoczesne pojawienie się pojazdu na obu, gdyż to zupełnie zakłamałoby pomiar. To prowadzi do wniosku, że sygnalizacja szykanująca powinna być stosowana tylko na drogach z niewysoką prędkością dopuszczalną, w przeciwnym wypadku zbyt prawdopodobne byłoby wjechanie jednego pojazdu w tył drugiego, a więc skutek wręcz przeciwny do zamierzonego. Nierozsądne mogłoby też być ustawianie jej na drogach zamiejskich, gdzie kierowcy mają większą tendencję do wymijania się nawzajem.

5. Zmiana parametrów algorytmu z poziomu terminala

Nie musimy koniecznie korzystać ze skomplikowanego oprogramowania by zmieniać parametry algorytmu. Niemal wszystkie z nich (za wyjątkiem tych związanych bezpośrednio z bezpieczeństwem ruchu) możemy zmienić z poziomu terminala. Ułatwia nam to obserwację i kontrolę pracy sterownika, oraz sprawdzenie sprawności sygnalizatorów. Oczywiście kiedy mówimy o sterowniku sterującym na prawdziwym skrzyżowaniu, nie można pozwolić na to by zmieniała w nim coś osoba nieupoważniona. Dlatego dostęp do programu chroniony jest hasłem. Nie można też zmienić grup sygnałowych, gdyż nawet osoba uprawniona mogłaby nieuważnie i przypadkowo doprowadzić do pojawienia się sygnałów zezwalających dla grup kolizyjnych, powodując w efekcie zagrożenie na drodze. Poza zawodowcami zajmującymi się sterowaniem ruchem drogowym dostęp do terminala mają policjanci, mogą więc w razie potrzeby np. załączyć tryb awaryjny. Test sprawności lamp przeprowadza się poprzez wyświetlenie na wszystkich sygnalizatorów sygnału zabraniającego, więc przeprowadzenie takiego testu na prawdziwym skrzyżowaniu, może za wyjątkiem środka nocy, byłoby co najmniej nierozsądne.

6. Nadzór sygnałów

Ostatnim wykonywanym przez nas zadaniem był nadzór sygnałów świetlnych. Po nawiązaniu transmisji pomiędzy terminalem a komputerem mogliśmy odczytać wartości prądu pobierane przez odpowiednie sygnały. Wartość prądu wynosi ok. 26mA, napięcie to 230V, a więc pobieraną moc wyliczyliśmy jako ok. 6W. Jeśli jednak zmniejszyć maksymalną wartość prądu z 50 do 15 mA, panel sterownika powiadomi nas o przepaleniu się żarówki (co nie jest przecież zgodne z prawdą). Przepalenie się żarówki sygnału czerwonego może być bardzo niebezpieczne dla ruchu, więc zgodnie z prawem sterownik powinien wtedy automatycznie załączyć sygnał awaryjny.

7. Wnioski

Sterownik Vialis FR93 jest niewątpliwie bardzo nowoczesnym, a przy tym interesującym, urządzeniem. Jego szerokie zastosowania pozwalają na szybką zmianę parametrów potrzebnych do realizacji sterowania. Jest odpowiednio zabezpieczony przed osobami trzecimi i wystarczająco łatwy w użyciu. Najważniejszą naszym zdaniem jednak zaletą jest możliwość sprawdzenia poprawności zaprogramowanych algorytmów z pomocą testów i symulacji. Sprawdzenie tego przed wprowadzeniem na prawdziwym skrzyżowaniu jest nie tylko wielkim ułatwieniem i usprawnieniem, ale tak naprawdę jedyną rozsądną opcją. To wszystko sprawia że sterownik Vialis FR93 cieszy się powszechnym uznaniem wśród fachowców i znalazł się w szerokim użyciu w sterowaniu ruchem drogowym na skrzyżowaniach.

---