基于PLC通信的交通信号控制断路监测装置及监测方法与流程

本发明涉及交通信号灯监测领域，具体是一种基于plc通信的交通信号控制断路监测装置及监测方法。

背景技术：

当前道路交叉口的交通信号灯均采用信号机集中控制的方式运行，中间有几百米的连线，如果连线中间出现虫咬、施工损坏等原因导致的断线故障，不仅会造成道路交叉口信号灯的控制失效，故障的维护排查也非常不便；当前对该类问题一般通过在信号机和信号灯端均有人员时，进行测试性排查，人力、物力、时间消耗均较大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于plc通信的交通信号控制断路监测装置及监测方法，实现对信号机控制开关状态与断线故障的自动判断、及时定位及上报，提高设备故障排查的智能化水平。

本发明的技术方案为：

基于plc通信的交通信号控制断路监测装置，包括有设置于信号机柜内的信号机plc主模块和多个控制模块、多个分别与对应的控制模块连接的信号灯plc模块，所述的多个控制模块分别通过对应的红黄绿交流电力控制线与对应的信号灯组连接，所述的信号灯plc模块连接于对应信号灯组的红黄绿交流电力控制线上；

所述的信号机plc主模块包括有核心板、第一plc通信芯片、usb转can芯片、第一隔离变压器和第一安规电容，所述的第一plc通信芯片的串行接口、usb转can芯片的usb接口均与核心板连接，第一plc通信芯片的电力线载波接口依次通过第一隔离变压器、第一安规电容后与交流电源线连接,第一安规电容串接于第一隔离变压器的零线和交流电源线的零线之间;

所述的多个控制模块均包括有微控制器、开关电路和电压检测电路，所述的多个控制模块的微控制器均通过can总线与信号机plc主模块usb转can芯片的can接口连接，所述的开关电路包括有红灯开关、黄灯开关和绿灯开关，红灯开关、黄灯开关和绿灯开关的控制端均与微控制器连接，红灯开关的一端、黄灯开关的一端和绿灯开关的一端均与交流电源线的火线连接，红灯开关的另一端与红黄绿交流电力控制线的红灯火线连接，黄灯开关的另一端与红黄绿交流电力控制线的黄灯火线连接，绿灯开关的另一端与红黄绿交流电力控制线的绿灯火线连接，交流电源线的零线与红黄绿交流电力控制线的零线对应连接，电压检测电路包括有三个光电耦合器，三个光电耦合器的输入端分别与开关电路的红灯开关的另一端、黄灯开关的另一端、绿灯开关的另一端一一对应连接，三个光电耦合器的输出端均与微控制器连接；

所述的信号灯plc模块包括有第二plc芯片、三个第二隔离变压器和第二安规电容，三个第二隔离变压器的输入绕组均与第二plc芯片的电力线载波接口连接，第二隔离变压器输出绕组的火线与红黄绿交流电力控制线的火线连接，第二安规电容串接于第二隔离变压器输出绕组的零线和红黄绿交流电力控制线的零线之间。

所述的核心板为700mhz双核arm核心板。

所述的第一plc通信芯片和第二plc通信芯片均为电力线载波通信芯片。

所述的第一隔离变压器和第二隔离变压器均选用型号为t60403的隔离变压器芯片。

所述的usb转can芯片选用型号为ch372的usb总线接口芯片。

所述的微控制器选用stm32芯片；所述的开关电路的红灯开关、黄灯开关和绿灯开关均选用型号为bta312的交流可控硅开关。

基于plc通信的交通信号控制断路监测装置的监测方法，具体包括有以下步骤：

（1）、每个信号灯plc模块的第二plc芯片均通过对应的三个第二隔离变压器及第二安规电容定时发送反馈信息给红黄绿交流电力控制线；

（2）、反馈信息通过红黄绿交流电力控制线发送给对应的控制模块，反馈信息再通过控制模块的开关电路发送给交流电源线，然后反馈信息经交流电源线输送给信号机plc主模块的第一隔离变压器和第一安规电容，最后再依次经过信号机plc主模块的第一plc通信芯片转换后传输给核心板；

（3）、控制模块电压检测电路的三个光电耦合器将电压检测结果实时发送给对应的微控制器，微控制器通过can总线将电压检测结果再发送给信号机plc主模块的核心板；

（4）、信号机plc主模块的核心板根据设定发送的控制指令、信号灯组反馈信号的接收情况和对应的电压检测结果判断断路点：当在设定的定时点和延时时间范围内，信号机plc主模块的核心板无法接收到信号灯plc模块发送的反馈信息，且当前时间段设定的某一路信号灯控制指令为点亮，即判定红黄绿交流电力控制线此信号灯的控制回路或对应的信号灯开关出现断路状况，然后根据控制模块中与此信号灯对应的一个光电耦合器的电压检测结果判断对应的信号灯开关是否闭合，当电压检测结果为低电平时，表明对应的信号灯开关处于闭合状态，则可判断为红黄绿交流电力控制线此信号灯的控制回路中间出现断线问题，当电压检测结果为高电平时，表明对应的信号灯开关处于断开状态，即信号灯开关出现故障产生断路状态。

本发明的优点：

本发明针对信号灯组的断线故障，采用电力线载波通信技术传输反馈信号，当在设定时间和延时范围内无法接收到对应信号灯组的反馈信号，即表明对应信号灯组出现故障，快速提醒工作人员进行检修，且能根据信号灯组对应控制模块采集的电压检测结果，判定开关电路是否发生故障，如开关电路无故障，即可判定为控制回路出现断路故障，实现快速判定故障点并及时检修的目的，解决了信号机控制开关状态与线路断线故障无法及时发现、检查定位难的问题，提高了交通信号控制的安全性及其故障检测的智能化水平。

附图说明

图1是本发明交通信号控制断路监测装置的结构框图。

图2是本发明信号机plc主模块的结构框图。

图3是本发明控制模块的结构框图。

图4是本发明信号灯plc模块的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

见图1，基于plc通信的交通信号控制断路监测装置，包括有设置于信号机柜内的信号机plc主模块1和多个控制模块2、多个分别与对应的控制模块2连接的信号灯plc模块3，多个控制模块2分别通过对应的红黄绿交流电力控制线（l_r1、l_y1、l_g1和n）与对应的信号灯组连接，信号灯plc模块3连接于对应信号灯组的红黄绿交流电力控制线上；

见图2，信号机plc主模块1包括有核心板11、第一plc通信芯片12、usb转can芯片13、第一隔离变压器14和第一安规电容15，第一plc通信芯片12的串行接口、usb转can芯片13的usb接口均与核心板11连接，第一plc通信芯片12的电力线载波接口依次通过第一隔离变压器14、第一安规电容15后与交流电源线（l和n）连接,第一安规电容15串接于第一隔离变压器14的零线和交流电源线的零线l之间;

见图3，多个控制模块2均包括有微控制器21、开关电路22和电压检测电路23，多个控制模块的微控制器21均通过can总线与信号机plc主模块usb转can芯片13的can接口连接，开关电路21包括有红灯开关s_r1、黄灯开关s_y1和绿灯开关s_g1，红灯开关s_r1、黄灯开关s_y1和绿灯开关s_g1的控制端均与微控制器连接，红灯开关s_r1的一端、黄灯开关s_y1的一端和绿灯开关s_g1的一端均与交流电源线的火线l_r1连接，红灯开关s_r1的另一端与红黄绿交流电力控制线的红灯火线连接，黄灯开关s_y1的另一端与红黄绿交流电力控制线的黄灯火线l_y1连接，绿灯开关s_g1的另一端与红黄绿交流电力控制线的绿灯火线l_g1连接，交流电源线的零线n与红黄绿交流电力控制线的零线n对应连接，电压检测电路23包括有三个光电耦合器，三个光电耦合器的输入端v_r、v_y和v_g分别与开关电路的红灯开关s_r1的另一端、黄灯开关s_y1的另一端、绿灯开关s_g1的另一端一一对应连接，三个光电耦合器的输出端均与微控制器连接；

见图4，信号灯plc模块3包括有第二plc芯片31、三个第二隔离变压器sr1、sy1和sg1、第二安规电容cryg，三个第二隔离变压器sr1、sy1和sg1的输入绕组均与第二plc芯片31的电力线载波接口连接，第二隔离变压器输出绕组的火线与红黄绿交流电力控制线的火线（l_r1、l_y1、l_g1）连接，第二安规电容cryg串接于第二隔离变压器输出绕组的零线和红黄绿交流电力控制线的零线n之间。

核心板11为700mhz双核arm核心板；第一plc通信芯片12和第二plc通信芯片31均为电力线载波通信芯片；第一隔离变压器14和第二隔离变压器sr1、sy1和sg1均选用型号为t60403的隔离变压器芯片；usb转can芯片13选用型号为ch372的usb总线接口芯片；微控制器21选用stm32芯片；开关电路的红灯开关s_r1、黄灯开关s_y1和绿灯开关s_g1均选用型号为bta312的交流可控硅开关。

基于plc通信的交通信号控制断路监测方法，具体包括有以下步骤：

（1）、每个信号灯plc模块的第二plc芯片31均通过对应的三个第二隔离变压器sr1、sy1、sg1和第二安规电容cryg定时发送反馈信息给红黄绿交流电力控制线（l_r1、l_y1、l_g1和n）；

（2）、反馈信息通过红黄绿交流电力控制线发送给对应的控制模块2，反馈信息再通过控制模块2的开关电路22发送给交流电源线（l和n），然后反馈信息经交流电源线（l和n）输送给信号机plc主模块1的第一隔离变压器14和第一安规电容15，最后再依次经过信号机plc主模块的第一plc通信芯片12转换后传输给核心板；

（3）、控制模块2电压检测电路23的三个光电耦合器将电压检测结果实时发送给对应的微控制器21，微控制器21通过can总线将电压检测结果再发送给信号机plc主模块的核心板11；

（4）、信号机plc主模块的核心板11根据设定发送的控制指令、信号灯组反馈信号的接收情况和对应的电压检测结果判断断路点：当在设定的定时点和延时时间范围内，信号机plc主模块的核心板11无法接收到信号灯plc模块3发送的反馈信息，且当前时间段设定的某一路信号灯(红灯、黄灯或绿灯)控制指令为点亮，即判定红黄绿交流电力控制线此信号灯(红灯、黄灯或绿灯)的控制回路或对应的信号灯开关（红灯开关s_r1、黄灯开关s_y1或绿灯开关s_g1）出现断路状况，然后根据控制模块2中与此信号灯对应的一个光电耦合器的电压检测结果判断对应的信号灯开关(红灯、黄灯或绿灯)是否闭合，当电压检测结果为低电平时，表明对应的信号灯开关（红灯开关s_r1、黄灯开关s_y1或绿灯开关s_g1）处于闭合状态，则可判断为红黄绿交流电力控制线此信号灯的控制回路中间出现断线问题，当电压检测结果为高电平时，表明对应的信号灯开关（红灯开关s_r1、黄灯开关s_y1或绿灯开关s_g1）处于断开状态，即信号灯开关（红灯开关s_r1、黄灯开关s_y1或绿灯开关s_g1）出现故障产生断路状态。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。