【正文】 ....................................................................................................................... 25 致謝 .......................................................................................................................................... 26 附錄 .......................................................................................................................................... 27 PLC 梯形圖程序 ............................................................................................................... 27 指令表 ............................................................................................................................... 43 南京曉莊學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 引言 當(dāng)今 ，交通問題是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大問題，交通是否便捷是 衡量一個(gè)城市生活水平與投資環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)。該系統(tǒng)具有可靠性高、維護(hù)方便、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，驗(yàn)證了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性和正確性。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ,某些傳統(tǒng)基于數(shù)字電路的交通燈控制系統(tǒng)已不能滿足日益增長(zhǎng)的交通壓力 ,因此必須尋求一種新的方法來取代這種復(fù)雜而工作不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。 作者簽名： 王禮敏 日 期： 摘要 ：隨著 城市交通的發(fā)展，人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)管理已越來越引起人們的廣泛關(guān)注。 2．本論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果。 configuration technology 所在院 (系 )：物理與電子工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 王禮敏 指導(dǎo)教師： 張 林 研究起止日期：二○ 一 一 年 十一 月至二○ 一二 年 五 月 二○一二年五月學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 1．堅(jiān)持以“求 實(shí)，創(chuàng)新”的科學(xué)精神從事研究工作。 5．其他同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中作了聲明并表示了感謝。 要保證高效安全的交通秩序 ,除制定一系列的交通規(guī)則 ,還必須通過一定的科技手段來加以實(shí)現(xiàn)。在完成系統(tǒng)硬件、軟件及組態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件連接，經(jīng)整機(jī)調(diào)試達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。 PLC。隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市面臨著 交通超負(fù)荷運(yùn)行情況 ， 城市交通擁擠問題 已 日趨嚴(yán)重 。 PLC 是系統(tǒng) 智能控制的核心， 它 是集自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高 、 功能完善 、 實(shí)用性強(qiáng) 、 干擾能力強(qiáng) 及 硬件故障的自檢查功能等優(yōu)點(diǎn) ； 另外，隨著眾多高科技技術(shù)在日常生活的普 遍應(yīng)用，城市空中各種電磁干擾現(xiàn)象也日益嚴(yán)重，為保證交通系統(tǒng)控制的可靠、穩(wěn)定，選擇能夠惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的 PLC 也 是最佳選擇。 MCGS 組態(tài)軟件 組態(tài)軟件 的介紹 MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于 Windows 平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)， MCGS 為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的 完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和 報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 二者關(guān)系如圖 1 所示。其中 主控窗口是工程的主窗口或主框架。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。 運(yùn)行策略 主要完成工程運(yùn)行流程的控制。全新的 ActiveX 動(dòng)畫構(gòu)件，包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計(jì)劃曲線、相對(duì)曲線、通用棒圖等，能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。 方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)控制 單片機(jī)是程序存儲(chǔ)控制，通常包括微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出口及其他功能部件。 方案二：數(shù)字電路控制 該電路由 控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等 幾 部分 組成。 PLC 采用可編程存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部 存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過數(shù)字量或模擬量的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械或 生 產(chǎn)過程。 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) ，按照紅、綠、黃三種燈的交替工作來控制各個(gè)方向的 左行、 直行 及右行 ，并且 根據(jù) 信號(hào)燈 工作時(shí)間 利用 數(shù)碼管 進(jìn)行 倒計(jì)時(shí)顯示 。信號(hào)燈可由下位機(jī) PLC 控制，它按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序交替亮滅，完成對(duì)交通車輛的有序指揮 。該 系統(tǒng)主要有一個(gè) CPU224XPCN和 兩 個(gè)擴(kuò)展模塊 EM223 組成 [4]。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用戶輸入的 信號(hào)主要是啟動(dòng)整個(gè)控制系統(tǒng)，觸摸屏需要將此信息通過串口將它們傳送給 PLC， PLC 根據(jù)各種不同的輸入、輸出信號(hào)，對(duì)硬件電路各個(gè)設(shè)備發(fā)出合適的控制信號(hào)，使整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)完成預(yù)設(shè)任務(wù)。 使用過程中利用通信線將觸摸屏與 PLC相連之后， 用手指 或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入 ， 即可手動(dòng)控制所建立的組態(tài)界面及外部硬件電路 。 （ 2）超強(qiáng)的動(dòng)畫功能 mcgs 內(nèi)嵌 MCGSE 嵌入版組態(tài)軟件，上千種設(shè)備驅(qū)動(dòng)，上千個(gè)動(dòng)畫圖庫，豐富的 3D 功能，如同使用 3D Max 一樣逼真簡(jiǎn)單。 （ 5）超酷的視覺效果 在超高的分辨率的基礎(chǔ)上。方便用戶隨時(shí)查詢和統(tǒng)計(jì)。這種方式，避免了以往由于工控環(huán)境造成的硬盤震動(dòng)損壞，甚至硬盤潛在的壞道影響，對(duì)保存數(shù)據(jù)有著很高的可靠性。在液晶屏方面，應(yīng)用新的 LED 背光技術(shù)取代了傳統(tǒng)的燈管技術(shù)，降低了功耗。 10s 后，東西左轉(zhuǎn)紅燈亮 50s，同時(shí)東西直行綠燈亮 14s之后，綠燈閃爍 3s 后黃燈亮 3s。由于每個(gè)方向一個(gè)周期工作時(shí)間均為 60s，故每個(gè)方向的倒計(jì)時(shí)均從 60 開始倒計(jì)時(shí)。按下啟動(dòng)按鈕 后，東西方向作為主干道先通行，南北方向作為次干道后通行。 得電之后，輸出繼電器 得電，即東西左轉(zhuǎn)紅燈亮，并且 T38 開始定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為 50s； 置 1 之后，輸出繼電器 得電，即東西方向直行綠燈亮，并且 T39南京曉莊學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 開始定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為 14s。 T40 定時(shí) 3s 之后， T40 常開閉合使得 置 1， 復(fù)位，此時(shí)輸出繼電器 失電。 常開閉合之后，不僅輸出繼電器 得電，即東西方向直行紅燈亮。 再次置 1，會(huì)使得整個(gè)信號(hào)燈的控制過程實(shí)現(xiàn)循環(huán)。當(dāng) 復(fù)位之后， 將會(huì)失電。 復(fù)位會(huì)使 失電。 的復(fù)位會(huì)使 失電， 置 1 后不僅會(huì)使輸出繼電器 得電，即南北直行黃燈亮；還會(huì)使 T47 開始定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為 3s。 置 1是使南北方向信號(hào)燈循環(huán)工作， 復(fù)位后 失電， 復(fù)位后 失電。 1s 后繼電器 閉合一個(gè)掃描周期，將 中“ 1”狀態(tài)移位至 中， 閉合輸出繼電器 ? 及 閉合驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 顯示 “ 9”字符，如此循環(huán)分別從“ 9”顯示至“ 0”，當(dāng)一個(gè)周期掃描完畢之后，移位寄存器會(huì)復(fù)位一次。當(dāng) ， ， 1s 以后 ，即設(shè)定了中間繼電器 觸點(diǎn)， 分別接 通了 ，用來對(duì)十位顯示的選擇。 圖 7 順序控制 功能 圖 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 的組態(tài)軟件采用的是嵌入版 MCGS 版本。 圖 8 組態(tài)界面結(jié)構(gòu)圖 封 面窗口設(shè)計(jì) (1) 封 面設(shè)計(jì) 首先進(jìn)入 MCGS 組態(tài)環(huán)境，單擊“文件”新建工程，確定 TPC 類型及背景的大小之后即可，組態(tài)環(huán)境如圖 9 所示。在此窗口中點(diǎn)擊工具箱中的“位圖”，在畫面中畫出一個(gè)位圖，右擊該位圖，選擇“裝載位圖”，可以自定義選擇封面窗口的背景圖案（ 所選 圖案應(yīng)是“ .bmp”格式）。 圖 12 標(biāo)準(zhǔn)按鈕的屬性設(shè)置 圖 在“操作屬性”設(shè)置中，將打開用戶窗口選擇至 所 需演示的窗口，關(guān)閉用戶窗口選擇至返回封面即可。在此窗口中利用工具箱中的繪圖工具，完成交通信號(hào)燈路口人機(jī) 界 面的設(shè)計(jì)，路口 主界 面如圖 13 所示。 圖 (a) 圖 (b) 圖 (c) 圖 14 基本屬性設(shè)置圖 在操作屬性設(shè)置中，對(duì) 啟動(dòng)、停止 按鈕的 按下 功能進(jìn)行設(shè)置， 默認(rèn)“ 按下 功能”，選擇“數(shù)據(jù)對(duì)象值操作”，選擇 “ 置 1”，然后點(diǎn)擊“？” 進(jìn)行變量選擇。 對(duì)于啟動(dòng)按鈕 —“按下 功能 ”時(shí) “置 1”—變量選擇 —M 寄存器，通道地址為 10，數(shù)據(jù)類型為通道第 00 位。但應(yīng)將打開用戶窗口選擇至封面，將關(guān)閉用戶窗口選擇至演示完畢的窗口即可。 根據(jù) I/O 分配表再分別對(duì)其進(jìn)行單元屬性設(shè)置。 如圖 19 所示。應(yīng)當(dāng)注意在對(duì)直行進(jìn)行屬性設(shè)置時(shí)，由于直行方向分別有紅、黃、綠燈三個(gè)輸出，故直行方向應(yīng)有三個(gè)直行箭頭疊加在一起。 圖 21 輸出屬性設(shè)置 圖 圖 22 可見度設(shè)置 圖 南京曉莊學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 對(duì)左行進(jìn)行屬性設(shè)置時(shí)過程同于直行設(shè)置 ，但在右行設(shè)置時(shí)，應(yīng)在“動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置”中設(shè)置“填充顏色”。 交通燈定時(shí)參數(shù)修改界面建立 在實(shí)際交通燈運(yùn)行中，不同的時(shí)間段里會(huì)出現(xiàn) 交通的 高峰期與低峰期 ，為了保證各個(gè)時(shí)間段交通的暢通，可根據(jù)不同的時(shí)間段對(duì)紅綠燈的定時(shí)時(shí)間進(jìn)行修改。 數(shù)據(jù)報(bào)表的建立 （ 1） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表的建立 在完成界面建立之后，在“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫”中可以看到所有不同類型的設(shè)備變量，根據(jù)該數(shù)據(jù)庫中的變量可以進(jìn)行連接“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表”，“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫”如圖 24 所示。從工具箱中單擊 “ 自由表格 ” 工具按鈕后拖動(dòng)到適當(dāng)位置與大小。在本文中，選用的是第一種方法。 南京曉莊學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 26 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表 窗口 腳本程序的編寫 為了直觀的展現(xiàn)出畫面中交通燈的作用，可適當(dāng)?shù)姆判┸囕v在模擬的路面上，通過信號(hào)燈 的亮滅來控制小車的行駛。對(duì)于北方向的小車，雙擊對(duì)應(yīng)的小車，在“動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置”中設(shè)置“垂直移動(dòng)”。 (2) 腳本程序的編寫 南京曉莊學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 在“用戶窗口屬性設(shè)置”中的“循環(huán)腳本”，單擊“打開腳本程序編輯器”，即可根據(jù) VB 語言編寫所需要的腳本程序。 在組態(tài)工作臺(tái)界面中，用鼠標(biāo)單擊“設(shè)備窗口”選項(xiàng)，單擊“設(shè)備組態(tài)”， 進(jìn)入設(shè)備組態(tài)畫面，點(diǎn)擊工具條中的“工具箱” 打開 “設(shè)備工具箱 ”，如圖 29所示。返回設(shè)備組態(tài)窗口，雙擊“設(shè)備0[西門子 S7200PPI]”，進(jìn)入屬性設(shè)置窗口，可在該窗口看見監(jiān)控畫面中所有的輸入輸出設(shè)備，如圖南京曉莊學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 31 所示。 PLC 的硬件連接與調(diào)試 在計(jì)算機(jī)上編寫 PLC 的梯形圖程序，編譯無誤后，然后將 PLC 上的輸出與所制作的硬件電路中相對(duì)應(yīng)端連接好， 在 S7200 編程軟件 的 界面中 單擊 “通信”， 便可 完成 通信參數(shù) 的 設(shè)置 [8]，如圖 32所示。 南京曉莊學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 33 PLC 程序 在線下載 圖 34 硬件調(diào)試圖 基于 MCGS 組態(tài)軟件的整體聯(lián)機(jī)調(diào)試 MCGS 工程下載 在 上位機(jī)的 MCGS 監(jiān)控界面中，先插入 U 盤，然后點(diǎn)擊 “下載工程并進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境 ”，點(diǎn)擊 “制作 U 盤綜合功能包 ”，待 U 盤綜合功能包制作成功即可 ， 如圖 35 所示。 根據(jù)觸摸屏的提示進(jìn)行“用戶工程更新”，再根據(jù)提示進(jìn)行工程下載后，拔出 U 盤重啟觸摸屏，在觸摸屏上便可以 顯示 MCGS 組態(tài)中 所建立 的 系統(tǒng) 主 界面。 本 系統(tǒng)經(jīng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，運(yùn)行可靠，狀態(tài)正確，可達(dá)到系統(tǒng)控制方案的要求。 MCGS 是工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)南京曉莊學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 系統(tǒng)軟件，具有可視性好、維護(hù)性強(qiáng)等特點(diǎn)。在軟件設(shè)計(jì)中，信號(hào)燈顯示部分利用 了 PLC 程序設(shè)計(jì)的 順序控制設(shè)計(jì)法。 本 次組態(tài)設(shè)計(jì)運(yùn)用的是北京昆侖通態(tài)提供的 MCGS 嵌入版組態(tài)軟件。后來經(jīng)過詢問該公司的技術(shù)支持，才明白監(jiān)控畫面中各個(gè) 單元的屬性設(shè)置、變量選擇、用戶設(shè)備的選擇及 U 盤下載工程等一系列問題。所以 通過實(shí)際的操作，可以意識(shí)到實(shí)際操作中的細(xì)微之處，并進(jìn)一步的提高 動(dòng)手能力。首先要感謝我的指導(dǎo)老師張林 教授，他在學(xué)習(xí)和 論文 方面給了我大量的指導(dǎo)，并為我們提供了良好的 調(diào)試設(shè)備和環(huán)境 ，讓我學(xué)到了知識(shí)，掌握了方法，也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。 在組態(tài)設(shè)計(jì)過程中，曾遇到過很多的問題，他總是不厭其煩的為我一一