李勇华

【摘 要】随着高速公路交通需求的迅速增长，收费站已成为公路交通的瓶颈地段，不停车收费系统的应用是交通技术发展的必然趋势。基于计算机术进行不停车收费系统仿真设计，克服了无法进行物理实验的不足，确保了系统搭建的可靠性。

【关键词】计算机技术；高速公路；不停车收费系统；仿真分析

一、引言

随着经济的快速发展，交通需求迅速增长，高速公路收费站可能成为交通的瓶颈，所以收费站的容量设计及作业方式对高速公路系统的运作显得尤为重要，而采用电子不停车收费系统（ETC）则能有效地解决这一问题。目前，我国已有部分地区开设了ETC车道（如四川等省份），大部分是由现有人工收费车道而成，通过合理改建，收费站的通行能力得到了明显的提高。计算机仿真技术为我们进行ETC系统设计提供了有效的验证手段，克服了难以进行物理实验的不足，能够为ETC技术的成功应用奠定基础。

二、不停车收费系统特性分析

不停车收费系统，通过采用先进的计算机网络技术、高性能的车道设备，对收费过程进行科学管理，能够为车辆通行提供优质服务。

（一）收费系统目标概述

由于人工收费方式存在少收、漏收及闯关等现象，不利于对高速公路营运进行科学管理，因此，现代化的高速公路收费系统已逐步使用高性能的计算机收费系统。通常情况下，高速公路收费系统的主要目标包括：确保收费的合理性、避免少收及漏收等不良行为、缩短因收费导致的交通延误、实现财务等信息的智能化管理、确保与监控系统及通信系统的一致性等。

（二）收费系统功能分析

基于计算机技术进行管理，减少人为因素的干扰，确保收费额度计算的准确性；车辆检测器与出入口车道栏杆灵活配合，对通过车辆的数目进行准确统计；对收费过程进行实时监控；能实现各种原始数据的准确采集、备份及上传；对系统运行状态进行实时监控，且准确、及时的报出故障信息；对异常情况等做出应急反应及準确处理。

（三）收费系统设计准则

收费系统使用分级管理结构设计，通过高质量硬件及软件确保车道机能的准确选择，且当上位机通讯发生故障时，系统能够在一定时间内对原始数据进行自储存。除此之外，还应考虑收费站及分中心的系统设计、优化配置，及系统间通讯的安全性、实时性及可靠性。

三、PLC选型设计及通信实现

（一）PLC选型

PLC作为不停车收费仿真模拟系统的主要组成部分，在进行系统设计时，首先需进行PLC的选型设计。根据工艺流程特点及应用要求，进行PLC的选型设计。PLC及有关设备应是标准的、集成的，一般应基于易于与工业控制系统构成统一整体、易于对其功能进行扩充的原则进行选型。所以，在进行PLC设计选型及估算时：1、应详细调查系统控制过程特点及其控制要求等，明确具体的控制任务需求及范围；2、确定其所需完成的操作或动作；3、最后根据系统控制要求，进行输入输、出点数的估算；4、根据系统所需的存储器容量、PLC具体功能及外部设备的功能特性等，选择能满足预期功能的PLC。

（二）PLC程序设计

PLC主要由中央处理单元、输入/输出部件、存储器、编程器及电源等几部分组成。与计算机系统相比，PLC不能通过按规定顺序执行程序即可完成控制任务，而是需要采用循环扫描的工作方式。通常情况下，PLC的工作过程可以分为输入采样、程序执行和输出刷新等三个阶段。本系统设计时，建议使用欧姆龙公司的客户端软件CX-Programmer，它能够方便快捷的基于RS232端口，实现PLC与个人PC间的通信及编程控制。

（三）串口通信设计

组态软件系统一般被划分为控制、监控及管理等三个层次结构。在组态软件设计的仿真收费系统中，存在一种逻辑关系，即监控层对上连接管理层，对下连接控制层。组态软件不仅能实现收费系统对现场的实时监测及控制，而且在收费监控系统中起着组态开发及信息上传下达的重要作用。组态软件中最常重要的一个模块便是通信模块，串行通信接口是进行测控设备设计时，最常采用的一种通信接口。组态软件基于I/O驱动程序，从控制现场的测控设备进行数据的实时获取，在完成对数据的加工处理后，一方面将数据以图形格式在计算机屏幕上进行显示，以对现场设备的运行状态进行显示；另一方面需根据组态控制的要求及操作人员发出的指令，将相关控制数据传送至I/O设备，以实现对执行机构的实时控制或进行相关控制参数的调整。

四、仿真程序框架搭建

对高速公路ETC收费系统进行仿真研究，就是基于一定的模型使得计算机能自动产生符合收费站交通流特性的车辆、模拟车辆过站时的自动收费过程，并对能够反映收费站服务能力等级的评价指标进行计算分析，以供实际系统设计参考。进行高速公路ETC收费系统仿真研究是实际程序设计开发的基础。仿真模型包含：收费站描述、交通需求、车辆行驶和输出指标。一般是基于VisualC++编程语言进行仿真程序设计。仿真程序的整体框架一般可分成以下三个部分：1、输入模块；2、仿真模块；3、输出模块；

五、结论与展望

在分析不停车收费系统特性的基础上，基于PLC及Visual C++编程语言进行通用ETC收费系统的仿真结构分析，并将工业控制中组态仿真软件模拟运用到收费系统的设计当中，利用组态软件中的报表功能生成实时数据报表，并为以后的二次开发留出了一定的接口，为系统的日后扩展提供的方便。

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