APLICAÇÃO DE CLP COMO CONTROLADOR DE TRÁFEGO

APLICAÇÃO DE CLP COMO CONTROLADOR DE TRÁFEGO: sistema progressivo (malha aberta)

ALEXANDRE DE OLIVEIRA MENDES
LEONARDO DE PAULA SOUZA
RENATO DE CASTRO

RESUMO

Neste trabalho será apresentado o funcionamento de algoritmos para a sincronização de semáforos de uma via principal. Nele, será utilizado o sincronismo para o controle do tempo de sinal verde, com ênfase no tipo onda verde. Sua principal característica é permitir que o condutor, ao manter a velocidade média estabelecida para o trajeto, efetivamente encontrará todos os próximos semáforos com o sinal na cor verde, sem a necessidade de parada. A eficiência do projeto será demonstrada a partir de uma simulação do tempo de sinal verde em um seguimento de uma via principal, por meio da utilização do software In TouchTM. O algoritmo será escrito em linguagem Ladder e enviado a um CLP que fará o acionamento dos semáforos.

INTRODUÇÃO

Os problemas gerados pelo aumento do tráfego de veículos vão muito além das reclamações cotidianas da população. O uso inadequado das vias públicas é responsável pelo desperdício de tempo, aumento dos acidentes e prejuízos causados por estes. Os congestionamentos e o mau uso das vias tendem a ser solucionados comumente com obras de expansão física das vias ou redirecionamento do trânsito.

O uso da tecnologia tem sido uma alternativa relevante na busca pela maior eficiência dos recursos utilizados nos sistemas viários. Já testados em grandes centros urbanos, os projetos tendem a ser os mais variados possíveis, visando por objetivo comum a otimização do uso da infraestrutura viária já existente nas cidades, reduzindo os congestionamentos e aumentando a segurança das vias, tanto para motoristas como para pedestres.

O recurso tecnológico a que este trabalho se propõe é o uso do semáforo. De modo geral, objetiva-se a estudar os tipos de acionamentos utilizados, os controles semafóricos para a simulação do sistema durante as várias horas e períodos do dia, o modo de controlar com eficiência o acionamento e períodos de atuação dos semáforos da via e, por fim, determinar os componentes necessários para implantação do sistema.

Diante do contexto descrito, este trabalho tem como objetivo específico desenvolver um sistema de controle de tráfego urbano, utilizando um sistema em malha aberta, controlado via CLP para a sincronização do tempo de sinal verde, visando garantir uma maior eficiência no fluxo de veículos e pedestres, por consequência, aumentando a segurança no trânsito local e o melhor uso da infraestrutura já existente.

A hipótese deste trabalho é que com o desenvolvimento de um algoritmo, que controle a sincronização do tempo de sinal na via, melhore a fluidez do trânsito local, assim como a segurança e a mobilidade dos usuários.

O presente trabalho está organizado em três capítulos, desenvolvidos a partir de: pesquisa bibliográfica e tecnologia aplicada, pesquisa documental e de campo em relação ao tempo gasto no trajeto, definição dos períodos do pico de fluxo na via e definição de critérios de correção e adaptação das ações durante a execução do projeto.

No primeiro capítulo, serão apresentados os conceitos básicos pertinentes ao estudo da sincronização semafórica, o controle de acordo com as normas utilizadas junto a legislação nacional de trânsito e formas de sincronismo semafórico com ênfase ao acionamento do sinal verde.

No segundo capítulo, serão apresentados os aspectos da implementação do projeto, o Controlador Lógico Programável (CLP) junto aos conceitos de utilização e definições a respeito, conceitos de redes e transmissão de dados e o algoritmo sugerido.

No terceiro capítulo, será apresentado o desenvolvimento do algoritmo, a forma de ligação e as características físicas do controlador, seu acionamento e a rede necessária para sua ligação junto a analise da simulação do projeto, além de, o confronto dos resultados obtidos com as reais possibilidades de instalação do projeto e, ainda, as observações feitas a partir de projetos já implantados no Brasil.

Espera-se que este trabalho contribua conceitualmente em relação ao tema abordado, tratando as adversidades presentes no trânsito das grandes cidades, bem como explorando as possibilidades de solução encontradas através da utilização de CLP.

SEMÁFORO, CONTROLADOR DE TRÁFEGO E SINCRONIZAÇÃO SEMAFÓRICA

Os dados obtidos para o desenvolvimento do primeiro capítulo foram extraídos do manual de semáforos do Departamento Nacional de Trânsito – DENATRAN em sua segunda edição, no ano de 1984, visto que trata de um documento de fé pública que normatiza o uso e aplicação de semáforos no Brasil.

“Normalmente, a autorização de movimentos para os veículos de uma corrente de tráfego, é feita através de um equipamento instalado no cruzamento e denominado semáforo.” (DENATRAN, 1984, p.14, grifo do autor).

De acordo com o DENATRAN (1984), o semáforo é um instrumento de controle de tráfego, onde, por meio de indicações luminosas, transmite-se para os motoristas e ou pedestres a alternância do direito de passagem de veículos e ou pedestres, em interseções de duas ou mais vias. Ele é composto por focos luminosos afixados, em grupos, ao lado da via ou suspensos sobre ela em postes. Existem dois tipos de semáforos, os veiculares e os de pedestres, sendo que este projeto terá como foco o semáforo veicular.

SEMÁFORO VEICULAR

O DENATRAN (1984) define semáforo veicular como sendo um dispositivo composto por três focos de luz de seção redonda, nas cores vermelho, amarelo e verde; podendo serem agregados focos auxiliares que indicam movimentos especiais, como a seta verde e ou a seta vermelha para movimentos de conversão ou sempre livre. As cores dos focos veiculares têm um padrão internacional e possuem uma função específica de acordo com o Código Nacional de Trânsito:

Verde: os condutores de veículos podem seguir em frente, virar a direita ou esquerda, exceto impedidos fisicamente por outros dispositivos de controle de tráfego ou autoridade legal.

Amarelo: o condutor deve parar o veículo antes de entrar na interseção e permanecer parado até que receba autorização para prosseguir em frente através da luz verde ou autoridade legal. Na impossibilidade de parar sem risco para a segurança do tráfego, o condutor deve continuar em frente e cruzar a interseção.

Vermelho: o condutor deve parar o veículo antes de entrar na interseção e permanecer parado até receber autorização para prosseguir através da luz verde ou por uma autoridade legal.

O principal objetivo do semáforo veicular é autorizar ou proibir o movimento de veículos de uma corrente de tráfego por meio da utilização verde e vermelho, respectivamente. Para que não aconteça uma interrupção brusca de movimento, criou-se um tempo para o amarelo, denominado período de atenção, que é a situação intermediária entre movimento e parada. A indicação amarelo alerta o motorista sobre a proximidade de mudança, em que ele terá tempo suficiente para reagir a ela.

Comumente, a sequência de indicação das cores de um semáforo é verde, amarelo, vermelho e, novamente, verde. Esta sequência aplicada a uma ou mais correntes de tráfego é denominada fase; o período total em segundos para a completa sequência de sinalização em uma interseção é denominada ciclo; um dentre os vários períodos de tempo dentro do ciclo é denominado estágio ou intervalo, neste, as indicações luminosas do cruzamento como um todo não mudam de aspecto e uma ou mais correntes de tráfego tem o direito de passagem.

O tempo entre o fim do verde de uma fase (perda do direito de passagem) e o início de outra (ganho do direito de passagem), é denominado período entre verdes (DENATRAN, 1984).

Controlador de tráfego

“É o equipamento que controla o semáforo por meio do envio de pulsos elétricos para a comutação das luzes dos focos” (DENATRAN, 1984, p. 26). A determinação dos momentos em que os pulsos devem ser enviados é feita de duas maneiras, manual ou automática:

Manual: forma na qual os comandos de verde, amarelo e vermelho são acionados de forma manual, normalmente por um guarda de trânsito. Neste tipo de operação a duração dos estágios é determinada por critérios pessoais do agente acionador, podendo variar de forma inconstante ao longo do tempo.

Automática: nesta forma, o tempo de ciclo, a duração e os instantes de mudanças dos estágios são definidos pelo controlador a partir de uma programação interna, onde a lógica pode ser tanto simples quanto bastante elaborada, dependendo do controlador em questão.

Juntamente com o semáforo, o controlador de tráfego é um meio pelo qual se efetua o controle dos movimentos dos veículos em um sistema viário.

Existem basicamente três políticas de controle: controle isolado do cruzamento, controle arterial de cruzamentos (rede aberta), controle de cruzamentos em área (rede fechada), a saber:

Controle isolado de cruzamento: o controle dos movimentos de tráfego é definido apenas nos volumes de veículos existentes no cruzamento, sendo dispensado ou independente de eventuais influências das interseções adjacentes.

Nesta forma de controle, ao escolher entre controladores de tempo fixo ou atuado, é conveniente a análise de dois itens básicos: o atraso veicular e a capacidade da interseção. O atraso veicular é a demora total causada ao veículo, devido ao tempo perdido durante o período de vermelho e a necessidade de acelerar ou desacelerar por causa da formação e destruição de fila no cruzamento.

A capacidade da interseção é o número máximo de veículos que conseguem atravessar o cruzamento durante um intervalo de tempo.

O controle de uma interseção, em tempo fixo, requer a elaboração de planos de tráfego, ou seja, devem ser estabelecidos o tempo de ciclo, sequência e duração de cada estágio. Tais variáveis são determinadas a partir das necessidades específicas de cada via ao longo do dia.

O uso do controlador de tráfego atuado dispensa a pré-fixação do tempo de duração dos estágios, uma vez que, é possível atuar de formas variadas, de acordo com o número de veículos detectados nas proximidades da interseção. A princípio, esta forma de controle parece ser ideal, pois atende a necessidade de mínimo atraso e máxima capacidade. No entanto, deve-se ter cautela na escolha do tipo de equipamento e localização dos detectores nas vias, além da determinação da programação que atenda a limites de tempo máximo e mínimo de duração dos estágios ao longo do dia, bem como, o valor de incremento para extensão do tempo de verde de uma fase.

Um problema existente, quando usado o controlador atuado, é que o alto volume de fluxo em horários de pico pede um maior período de ciclo, enquanto que, em períodos de baixa demanda, mesmo com a diminuição do tempo de ciclo, este pode ser grande demais, o que causa irritação aos motoristas e o aumento da velocidade dos veículos na via. Geralmente a programação atende a períodos entre 40s (segundos) e 80s (segundos) de ciclo.

Controle de cruzamento em área (rede fechada): esta técnica consiste em considerar todas as interseções sinalizadas de uma determinada região, como os controles de semáforos em grandes cidades.

Com o crescimento das cidades e o consequente aumento do tráfego nas vias arteriais, os condutores buscaram novas alternativas de percurso nos grandes centros, gerando o aumento das interseções controladas por semáforos.

O controle em rede fechada, caracteriza-se pelo uso da tecnologia computacional, algoritmos matemáticos e técnicas de otimização. Basicamente, estas técnicas dividem-se em três categorias: sistemas que utilizam planos de tempo fixo, sistemas em que cada interseção da rede é atuada localmente e sistemas totalmente atuados. O controle de cruzamento em área refere-se à definição das interseções sinalizadas que construirão um sistema independente, ou seja, quais cruzamentos devem ser agrupados e controlados de forma conjunta e coordenada.

Controle arterial de cruzamentos (rede aberta): neste tipo de controle operam-se os semáforos de uma via principal de maneira a dar continuidade de movimentos entre as interseções adjacentes, também chamados de sistema progressivo ou onda verde, o qual será tratado com mais detalhes no próximo item deste capítulo.

Independente da política de controle adotada para sua implementação, existem dois tipos de controladores: os controladores de tempo fixo, em que o tempo de ciclo é constante e a duração e os instantes de mudanças dos estágios são fixos em relação ao ciclo; e os controladores por demanda de tráfego, os quais são mais complexos que os de tempo fixo, por serem providos de detectores de veículos e lógicas de decisão, objetivando determinar o tempo de verde a cada corrente de tráfego de acordo com sua necessidade.

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