【正文】 ...................61 附錄 6：計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)組態(tài)主畫(huà)面 ......................................................................................62 附錄 7：報(bào)警主畫(huà)面 ......................................................................................................63 附錄 8：警報(bào)鳴笛主畫(huà)面 ..............................................................................................64 附錄 9：車(chē)道控制機(jī)主電氣圖 ......................................................................................65 基于 PLC 的 車(chē)道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 車(chē) 道控制機(jī)技術(shù) 在高速公路車(chē)道收費(fèi)設(shè)備中，車(chē)道控制機(jī)是最重要的 核心部分 ， 向上 與收費(fèi)站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信， 往下 控制所有外 部 設(shè) 備 ，如：車(chē)輛檢測(cè)器、通行 信號(hào) 燈、天棚信號(hào)燈 、霧燈 、自動(dòng)欄桿、費(fèi)額顯示器、 操作員 鍵盤(pán)、視頻數(shù)據(jù) 采集器 等 。 據(jù)此， 車(chē)道控制機(jī) 應(yīng)具有如下基本功能： 1． 車(chē)道控制機(jī)與上位機(jī)通信可達(dá)到控制車(chē)輛通行 2． 車(chē)道控制機(jī)可依靠自身邏輯控制達(dá)到對(duì)通行車(chē)輛稱(chēng)重、計(jì)價(jià)、費(fèi)額顯示，并與上位機(jī)通信完成收費(fèi) 3． 車(chē)道控制機(jī)通過(guò)視頻數(shù)據(jù)采集設(shè)備自動(dòng)采集通行車(chē)輛信息，將車(chē)輛圖像信息上傳至上位機(jī) 4． 在自動(dòng)控制得基礎(chǔ)上，操作員可手動(dòng)操控外圍設(shè) 備的運(yùn)行 車(chē)道控制 系統(tǒng) 車(chē)道控制系統(tǒng)一般包括上位機(jī)、車(chē)道控制機(jī)和外部設(shè)備三大部分。 上位機(jī)即車(chē)道收費(fèi)站計(jì)算機(jī)，采用可滿(mǎn)足數(shù)據(jù)通信要求的計(jì)算機(jī)。 車(chē)道控制機(jī)則可由不同種類(lèi)的控制器或控制設(shè)備完成，例如 PLC、工控機(jī)、單片機(jī)等。其他輔助設(shè)備有電源、托架等。本文采用西門(mén)子 STEP7300 PLC 為邏輯控制器構(gòu)成車(chē)道控制機(jī)。 外部設(shè)備包括： 車(chē)輛檢測(cè)器、 擋車(chē)器、 通行 信號(hào) 燈、天棚信號(hào)燈 、霧燈 、自動(dòng)欄桿、費(fèi)額顯示器、 操作員 鍵盤(pán)、視頻數(shù)據(jù) 采集器、通信線(xiàn)纜、車(chē)輛稱(chēng)重模塊、報(bào)警燈等 。 我國(guó)目前尚未對(duì)車(chē)道控制機(jī)出臺(tái)專(zhuān)項(xiàng) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但車(chē)道控制機(jī)作為高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的核心設(shè)備，必須以可靠、穩(wěn)定、高效的系統(tǒng)要求為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則， 從而達(dá)到精確管理車(chē)輛的目的。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 WinCC 的性能特點(diǎn) WinCC 是 西門(mén)子 公司開(kāi)發(fā)的組態(tài)技術(shù)軟件 。 西門(mén)子公司的 HMI/SCADA 軟件系統(tǒng) WinCC 在中國(guó)乃至全球有著廣泛應(yīng)用，憑籍西門(mén)子在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的雄厚技術(shù)實(shí)力和廣泛采用創(chuàng)新和開(kāi)放的軟件技術(shù)， WinCC 在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)碩果累累。 西門(mén)子公司的 WinCC 是 Windows Control Conter （視窗控制中心）的簡(jiǎn)稱(chēng)。它集成了 SCADA、組態(tài)、腳本（ Script）語(yǔ)言和 OPC 等先進(jìn)技術(shù)，為用戶(hù)提供了Windows 操作系統(tǒng)（ Windows 20xx 或 XP）環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。 WinCC繼承了西門(mén)子公司的全集成自動(dòng)化（ TIA）產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)和無(wú)縫集成的特點(diǎn)。 作為 SIMATIC 全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分， WinCC 確保與 SIMATIC S5,S7 和 505 系列的 PLC 連接的方便和通訊的高效； WinCC 與 STEP7 編程軟件的緊密結(jié)合縮短了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的周期。此外 WinCC 還有對(duì) SIMATIC PLC 進(jìn)行系統(tǒng)診斷的選項(xiàng) ，給硬件維護(hù)提供了方便。 WinCC 的主要性能特點(diǎn)： 1． 創(chuàng)新軟件技術(shù)的使用。 WinCC 是基于最新發(fā)展的軟件技術(shù)。西門(mén)子公司于Microsoft 公司的密切合作保證了用戶(hù)不斷創(chuàng)新的技術(shù)。 2． 包括所有 SCADA 功能在內(nèi)的客戶(hù)機(jī) /服務(wù)器系統(tǒng)。 3． 可靈活裁剪，由簡(jiǎn)單任務(wù)擴(kuò)展到復(fù)雜任務(wù)。 4． 眾多的選件和附加件擴(kuò)展了基本功能。 5． 使用 Microsoft SQL Sever 20xx 作為其作為其組態(tài)數(shù)據(jù)和歸檔數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以使用 ODBC,DAO,OLEDB,WinCCDB 和 ADO 方便地訪(fǎng)問(wèn)歸檔數(shù)據(jù)。 6． 強(qiáng) 大 的 標(biāo) 準(zhǔn) 接 口 （ 如 OLE,ActiveX 和 OPC ）。 WinCC 提供了OLE,DDE,ActiveX， OPC 服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)等接口或控件，可以很方便地與其他應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)。 7． 全集成自動(dòng)化 TIA（ Totally Integrated Automation）的部件。 TIA 集成了西門(mén)子公司的各種產(chǎn)品包括 WinCC。 TIA 意味著在組態(tài)、編程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通訊方面的一致性。 [1] 論文的主要研究?jī)?nèi)容 基于 PLC 的 車(chē)道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 3 本課題是利用組態(tài)軟件“ WinCC”作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，將 車(chē)道控制機(jī) 的各控制子系統(tǒng)作為對(duì)象，設(shè)計(jì)監(jiān)視控制畫(huà)面，研究基于 PLC 的 車(chē)道控 制 組態(tài)設(shè)計(jì)；通過(guò)組態(tài)軟件與 PLC 的實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì) PLC 控制的 車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng) 的模擬。 主要研究?jī)?nèi)容包括： 1．設(shè)計(jì)組態(tài)軟件畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制子系統(tǒng)運(yùn)行情況的控制與監(jiān)視。其中包括：車(chē)輛通行計(jì)數(shù)，車(chē)輛稱(chēng)重，收費(fèi)器費(fèi)額顯示，車(chē)道信號(hào)燈，自動(dòng)欄桿，棚燈，霧燈，報(bào)警器，擋車(chē)器、 操作員 鍵盤(pán) 等 2．用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì) 車(chē)道 控制 及收費(fèi)的 模擬，包括： 車(chē)輛通過(guò)演示，車(chē)輛計(jì)數(shù)演示，費(fèi)額顯示，車(chē)輛稱(chēng)重演示，信號(hào)燈，自動(dòng)欄桿起落演示，棚霧燈開(kāi)關(guān)演示 。通過(guò)組態(tài)軟件中命令語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，使虛擬 車(chē)道控制機(jī) 完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，用畫(huà)面上 的窗口 來(lái)顯示來(lái)自 PLC的各種狀態(tài)信息，編寫(xiě) PLC控制程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)與 PLC串行通信交換信息和組軟件接收和執(zhí)行 PLC對(duì) 車(chē)道控制機(jī) 發(fā)出的各種命令，用 PLC來(lái)控制“虛擬” 車(chē)道控制機(jī)。 2 車(chē)道控制機(jī) 基本設(shè)備及其控制 車(chē)輛檢測(cè)器及自動(dòng)欄桿 一．車(chē)輛檢測(cè)器 控制功能綜述 車(chē)輛檢測(cè)器 是在 每條 收費(fèi)車(chē)道出口處的路面下埋設(shè)環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器，用于統(tǒng)計(jì)駛出車(chē)道的車(chē)輛數(shù)和控制自動(dòng)欄桿 。 當(dāng)車(chē)道處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)器仍處于工作狀態(tài)，以檢測(cè)在車(chē)道關(guān)閉時(shí)的違章車(chē)輛。 車(chē)輛檢測(cè)器已發(fā)展到可自動(dòng)識(shí)別車(chē)型，其廣泛應(yīng)用于 ETC 中。本文中使用的是只具有計(jì)數(shù)，欄桿控制功能的線(xiàn)圈檢測(cè)器。 1． 檢測(cè)車(chē)輛通過(guò)完成并計(jì)數(shù) 車(chē)輛檢測(cè)器主要通過(guò)線(xiàn)圈檢測(cè)車(chē)輛壓過(guò)，完成車(chē)輛通過(guò)次數(shù)計(jì)數(shù)，將感應(yīng)線(xiàn)圈放置在車(chē)道上，每當(dāng)一輛車(chē)經(jīng)過(guò)記一次數(shù)。并將計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)所得數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)保存，上位機(jī)即收集到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)保存以備查看。 2． 檢測(cè)車(chē)輛位置并連接視頻圖像采集設(shè)備捕捉車(chē)輛圖像信息 車(chē)輛檢測(cè)器線(xiàn)圈感應(yīng)到車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，向車(chē)道控制機(jī)發(fā)出信號(hào)，車(chē)道控制機(jī)接收到該信號(hào)即刻發(fā)出指令，調(diào)動(dòng)視頻數(shù)據(jù)采集裝置，即攝像機(jī)，抓拍下車(chē)輛信息。包括車(chē)牌，車(chē)身照。該圖像信息將自動(dòng)上傳保存至上位 計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過(guò)自動(dòng)分析車(chē)牌軟件可獲取該車(chē)車(chē)牌號(hào)碼，并與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，保存該數(shù)據(jù)入數(shù)據(jù)庫(kù)，以備查看。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 3． 控制自動(dòng)欄桿聯(lián)動(dòng) 當(dāng)線(xiàn)圈檢測(cè)器感應(yīng)到車(chē)輛駛出收費(fèi)車(chē)道時(shí)，檢測(cè)器即刻向車(chē)道控制機(jī)發(fā)出信號(hào)，車(chē)道控制機(jī)接收該信號(hào)時(shí)，發(fā)出指令，將自動(dòng)欄桿落下，以示意車(chē)輛停車(chē)?yán)U費(fèi)。 4． 車(chē)輛檢測(cè)器 的正常運(yùn)行過(guò)程 當(dāng)車(chē)輛即將進(jìn)站，車(chē)輛檢測(cè)器通過(guò)線(xiàn)圈感應(yīng)到車(chē)輛，即刻發(fā)出信號(hào)，車(chē)道控制機(jī)接收到該信號(hào)，分別向數(shù)據(jù)圖像采集設(shè)備、自動(dòng)欄桿發(fā)出指令，由此攝像機(jī)即刻抓拍車(chē)輛圖像，包括車(chē)身以及車(chē)牌圖像；自動(dòng)欄桿落下，車(chē)輛進(jìn)站完成。 上位機(jī)同 時(shí)記錄下一次車(chē)輛通過(guò)，并將接收到的圖像信息，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析完成得到的車(chē)輛信息保存至計(jì)算機(jī)，并在一定的時(shí)間內(nèi)上傳至聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，以備查看。由此車(chē)輛檢測(cè)器工作完成。 二．自動(dòng)欄桿及其控制 自動(dòng)欄桿機(jī)核心部分為交流電機(jī)。采用扭矩電機(jī)可使電機(jī)停止在任何位置而不致?lián)p壞。 1． 自動(dòng)欄桿機(jī)主要由控制模塊、電機(jī)、感應(yīng)器及欄桿、主機(jī)箱構(gòu)成。 2． 由控制模塊發(fā)出信號(hào)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，聯(lián)動(dòng)欄桿起落。 3． 自動(dòng)欄桿機(jī)具有防砸車(chē)功能，當(dāng)欄桿落下時(shí)有車(chē)輛通過(guò)，感應(yīng)器感應(yīng)到信號(hào)自動(dòng)反應(yīng)至控制模塊，命令電機(jī)制動(dòng)并反轉(zhuǎn)，升起欄桿。 4． 金屬感應(yīng)器 可完成防撞、防砸和車(chē)輛通過(guò)欄桿后自動(dòng)落桿功能。 5． 自動(dòng)欄桿 手動(dòng) 關(guān)閉或根據(jù)要求 ， 自動(dòng)欄桿可處于常開(kāi)狀態(tài) 圖像采集設(shè)備與稱(chēng)重模塊 一、 圖像采集設(shè)備 收費(fèi)站卡口系統(tǒng)是在汽車(chē)牌照識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合高清卡口系統(tǒng)或基于工控機(jī)卡口系統(tǒng)的一套完整的應(yīng)用系統(tǒng)。利用攝像機(jī)、汽車(chē)牌照識(shí)別技術(shù)軟件和成套設(shè)備，可以將車(chē)輛經(jīng)過(guò)收費(fèi)站時(shí)的圖像和車(chē)牌信息即時(shí)記錄下。并在另一層面上保證了車(chē)輛通過(guò)收費(fèi)站計(jì)費(fèi)收費(fèi)的規(guī)范性，同時(shí)對(duì)于違章車(chē)輛的篩查和限制都提供了更為高效的輔助 目前市場(chǎng)上有眾多卡口汽車(chē)牌照自動(dòng)識(shí)別技術(shù)方案，本文 僅以簡(jiǎn)單示例表示車(chē)道控制機(jī)圖像采集設(shè)備，在組態(tài)畫(huà)面上演示。 1． 車(chē)道監(jiān)控?cái)z像機(jī)。由圖像采集卡控制，捕捉拍攝經(jīng)過(guò)車(chē)輛圖像 2． 圖像采集卡 。 高速公路收費(fèi)專(zhuān)用圖像采集卡實(shí)現(xiàn)視頻圖象通過(guò)計(jì)算機(jī) PCI基于 PLC 的 車(chē)道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 5 總線(xiàn)實(shí)時(shí)傳遞至計(jì)算機(jī)內(nèi)存，圖像采集卡是系統(tǒng)核心部分 3． 汽車(chē)牌照自動(dòng)識(shí)別軟件。軟件可采用嵌入式，嵌入到車(chē)道控制機(jī)內(nèi)，車(chē)道監(jiān)控?cái)z像機(jī)和圖像采集卡共同構(gòu)成汽車(chē)牌照識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)可識(shí)別車(chē)輛牌照號(hào)碼，牌照顏色。并可實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)道畫(huà)面，對(duì)違章沖卡車(chē)輛采取抓拍動(dòng)作。 AC VLE D 圖 車(chē)道收費(fèi)站汽車(chē)牌識(shí)別設(shè)備工作框 圖 二、 稱(chēng)重系統(tǒng) 1. 高速動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)的原理概述 為了保護(hù)高速公路路面及其他路產(chǎn)免遭超重車(chē)破壞，對(duì)超限車(chē)輛進(jìn)行有效的控制，因而有必要設(shè)置高速動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)對(duì)來(lái)往的車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控和管理，禁止超限車(chē)輛駛?cè)敫咚俟?，或?qū)σ呀?jīng)在路面上過(guò)往車(chē)輛軸重及總重載荷進(jìn)行預(yù)檢，從正常行駛車(chē)輛中篩選出有超限超重嫌疑的車(chē)輛。 2. 稱(chēng)重系統(tǒng)工作原理概述 高速動(dòng)態(tài)超限預(yù)警稱(chēng)重系統(tǒng)設(shè)置在安裝在高速公路主線(xiàn)斷面上，在高速稱(chēng)重系統(tǒng)前方設(shè)置路牌，提示司機(jī)即將進(jìn) 入稱(chēng)重區(qū)。在高速稱(chēng)重系統(tǒng)后方設(shè)置超重報(bào)警顯示裝置，對(duì)超限超重車(chē)輛進(jìn)行引導(dǎo)，使之退出高速公路或從最近的匝道口駛出高速公路。另外可增加攝像系統(tǒng)對(duì)超限車(chē)輛進(jìn)行圖片抓拍和車(chē)牌識(shí)別，將超限超重車(chē)輛的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)和圖片以及相應(yīng)的車(chē)牌傳給上位計(jì)算機(jī) 。 [2] 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 3. 車(chē)輛計(jì)重收費(fèi) 根據(jù)車(chē)輛的載荷大小來(lái)確定收費(fèi)額，也就是依據(jù)對(duì)路面的破壞程度來(lái)確定收費(fèi)額的。計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)一般由感應(yīng)器、傳感器、稱(chēng)重平臺(tái)、稱(chēng)重儀、輪軸判別 (識(shí)別 )器、車(chē)輛分離器等設(shè)備組成，當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入收費(fèi)車(chē)道時(shí)，由測(cè)量感應(yīng)器傳感到動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀，快速檢測(cè)出車(chē)輛的軸重和總重等數(shù)據(jù) ，并將數(shù)據(jù)即時(shí)傳輸至車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)，收費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和方法，自動(dòng)顯示該車(chē)輛的應(yīng)收費(fèi)額。從整個(gè)計(jì)重收費(fèi)過(guò)程可以看出，計(jì)重是計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的核心部分和關(guān)鍵部分，也是計(jì)重收費(fèi)的重要依據(jù) 。 [3] 圖 龍芯智業(yè)稱(chēng)重系統(tǒng)原理 圖 基于 PLC 的 車(chē)道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 7 圖 龍芯智業(yè)稱(chēng)重系統(tǒng)工作原理 圖 操作員鍵盤(pán)與費(fèi)額顯示屏 一． 操作員鍵盤(pán) 操作員鍵盤(pán)是車(chē)道控制機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)界面部分，操作員通過(guò)操作員鍵盤(pán)運(yùn)行車(chē)道控制系統(tǒng)。進(jìn)行收費(fèi)，檢測(cè)車(chē)重，判斷車(chē)型，手動(dòng)控制外部設(shè)備，如：棚燈、霧燈、報(bào)警器以及手動(dòng)控制信號(hào)燈、欄桿起落等。操 作員鍵盤(pán)是人機(jī)交互信息最關(guān)鍵部分。設(shè)計(jì)操作員鍵盤(pán)是，以友好，高效，簡(jiǎn)潔畫(huà)面為目標(biāo)。 1． 車(chē)型判斷。操作員對(duì)過(guò)站車(chē)輛進(jìn)行判斷，根據(jù)其車(chē)型選擇收費(fèi)種類(lèi)。 2． 超重判斷 。 過(guò)站車(chē)輛經(jīng)過(guò)稱(chēng)重系統(tǒng)的自動(dòng)稱(chēng)重所得重量信息將會(huì)自動(dòng)上傳至收費(fèi)員計(jì)算機(jī)，并顯示在操作員操作畫(huà)面上，操作員根據(jù)其是否超重，超重百分?jǐn)?shù)，判斷其是否違章，是否需要作牽引處理。本文中采取我國(guó)普通高速公路收費(fèi)中常用的一種收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合車(chē)輛車(chē)型以及其是否超重，超重百分比，及其違章情況綜合計(jì)算其過(guò)路費(fèi)用。以滬杭甬高速公路收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為參考標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)圖 圖 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 客車(chē)按車(chē)型分類(lèi)及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn) 圖 載貨汽車(chē)計(jì)重收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn) 1． 違章判斷 。 車(chē)道控制機(jī)與汽車(chē)牌照自動(dòng)識(shí)別卡口系統(tǒng)相結(jié)合，系統(tǒng)可抓拍并識(shí)別過(guò)站車(chē)輛的車(chē)牌信息，車(chē)輛顏色，據(jù)此可判斷車(chē)輛是否存在套牌，換卡等違章行為。發(fā)現(xiàn)車(chē)輛存在違章行為，操作員可聯(lián)系交通管理部門(mén)工作人員對(duì)車(chē)輛進(jìn)行違章處理。并且通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)捕捉記錄到的車(chē)輛信息，違章情況，及時(shí)向上基于 PLC 的 車(chē)道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 9 級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)，做到實(shí)時(shí)同步，防止同一車(chē)輛在同一封閉路