【導(dǎo)讀】實現(xiàn)每行每業(yè)信息化的管理已經(jīng)勢在必行。這個系統(tǒng)是根據(jù)行業(yè)管理中實際的地鐵售。flexible、STEP7MicroWIN做為這個系統(tǒng)的開發(fā)工具。論文主要涉及到觸摸屏與PLC之間的通信問題以及PLC程序執(zhí)。行等問題，所要完成的功能和開發(fā)的過程。經(jīng)過整理，它使用西門子公司的WinCCflexibl、STEP7MicroWIN等開發(fā)工具。首先在短時間內(nèi)建立系統(tǒng)應(yīng)用原型，然后，對初始原型系統(tǒng)進行需求迭代，不斷修正和改進直到形成人們中意的地鐵售票管理的可行性系統(tǒng)。

　　

【正文】 I 電纜（設(shè)置到自由口通信模式）連接 PC 和 CPU，在 PC 上運行串口調(diào)試軟件（或者 Windows 的 Hyper Terminal－超級終端）調(diào)試自由口程序。 USB/PPI 電纜和 CP 卡不支持自由口調(diào)試。 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 14 MPI 協(xié)議 MPI 協(xié)議，其英文全名為 MultipointInterface。在 PLC 之間可組態(tài)為主／主協(xié)議或主／從協(xié)議．如何操作依賴于設(shè)備類型：如果控制站都是 s7— 300／ 400 系列PLC，那么就建立主／主連接關(guān)系，因為 MPI 協(xié)議支持多主站通訊，所有的 s7— 300CPU都可配置為網(wǎng)絡(luò)主站，通過主／主協(xié)議可以實現(xiàn) PLC 之間的數(shù)據(jù)交換。如果某些控制站是 s7— 200 系列 PLC，則可以建立主／從連接關(guān)系，因為 s7— 200CPU 是從站，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)指令實現(xiàn) s7— 300CPU 對 s7200CPU 的數(shù)據(jù)讀寫操作。 PROFIBUS 協(xié)議 PROFIBUS，是一種國際化．開放式．不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS 傳送速度可在 ~12Mbaud 范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動化。 PROFIBUS 是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備 層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò) ，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案 。 PROFIBUS 協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù) ISO7498 國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（ Open System InterconnectionOSI）作為參考模型的。該模型共有七層。（ 1） PROFIBUS－ DP：定義了第一．二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細說明了各種不同 PROFIBUS－ DP 設(shè)備的設(shè)備行為。（ 2） PROFIBUS－ FMS： 定義了第一．二．七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（ Fieldbus Message Specification FMS）和低層接口 (Lower Layer Interface － LLI)。 FMS 包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務(wù)。 LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問接口。（ 3） PROFIBUS－ PA： PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的 PROFIBUS－ DP 協(xié)議。另外， PA 還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的 PA行規(guī)。根據(jù) IEC1158－ 2 標(biāo)準(zhǔn)， PA 的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通 過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在 DP 上擴展 PA 網(wǎng)絡(luò)。 注：第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，第三－六層末使用，第七層為應(yīng)用層。 發(fā)展趨勢 1：產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 。 大： I/O 點數(shù)達 14336 點、 32 位為微處理器、多 CPU 并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。小：由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 2： PLC 在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 15 3：不斷加強通訊功能 4：新器件和模塊不斷推出 高檔的 PLC 除了主要采用 CPU 以提高處理速 度外，還有帶處理器的 EPROM 或 RAM 的智能 I/O 模塊、高速計數(shù)模塊、遠程 I/O 模塊等專用化模塊。 5：編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化 有各種簡單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的 PLC指令系統(tǒng) 6：發(fā)展容錯技術(shù) ， 采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 7：追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化 。 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 16 4 本課題程序設(shè)計 方案總體設(shè)計 設(shè)計要求 在該系統(tǒng)設(shè)計中，選擇西門子 S7200 系列的 CPU226 型 PLC 作為地鐵售票 機的主機，對由觸摸屏控制器輸入的信息進行處理；觸摸屏選擇的是西門子 TP177B，可通過 RS485 接口與 PLC 進行通信，它對應(yīng)的組態(tài)軟件是 WinCC flexible。在實現(xiàn)自動售票機的基本功能外，還采用自動封鎖技術(shù)，對取票托盤進行了改進，使整機更加以人為本。 該設(shè)計的要求是： （ 1）實現(xiàn)在觸摸屏上選站、購票的操作。 （ 2）自動售票機可識別 1 元（包括硬幣）、 5 元和 10 元的人民幣（錢幣識別硬件裝置另議）。 （ 3）能夠進行購票所付錢幣與應(yīng)收錢幣的比較。 （ 4）能夠自動完成找零、制票的操作。 （ 5）在購票的過程中有 各個步驟的相應(yīng)提示。 （ 6）制幣、找零未完成前封鎖取票托盤 。 設(shè)計思路及技術(shù)改進 該自動售票系統(tǒng)由以下主要模塊組成：主控單元 （ PLC） 、乘客顯示器與觸摸屏、票卡讀卡器、硬幣模塊、紙幣接收模塊、憑條打印機、不間斷電源 等組成。 給系統(tǒng)由 PLC 作為主控制器，通過 RS485 與觸摸屏進行通訊，觸摸屏由程序進行控制提示乘客進行相應(yīng)的操作，并將執(zhí)行數(shù)據(jù)返回給 PLC， PLC 通過既定程序控制外部執(zhí)行機構(gòu)動作，從而實現(xiàn)地鐵自動售票機的功能。 在實現(xiàn)自動售票機的基本功能外，還采用自動封鎖技術(shù)，對取票托盤進行了改進，使整 機更加以人為本。 系統(tǒng)總體框 圖 41 如下所示。 圖 2 圖 41系統(tǒng) 總體框圖 觸摸屏 PLC 執(zhí)行機構(gòu) 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 17 西門子 S7200PLC 的應(yīng)用 西門子 S7200PLC 運算指令的應(yīng)用 S7200 能支持整數(shù)以及浮點數(shù)的各項運算，而且計算速度很快。本系統(tǒng)采用S7200 進行售票的計算，完全能勝任各種復(fù)雜運算。 西門子 S7200PLC 通訊方式的選擇與設(shè)置 S7200PLC的通訊設(shè)置見圖 42。在這里，我們選擇的是 PC/PPI方式的通訊。 PC/PPI模式不僅適用于計算機，還適用于觸摸屏等外部設(shè)備。 圖 42 通訊設(shè)置 TP177B 觸摸屏及其組態(tài)軟件 WinCC flexible 的應(yīng)用 HMI 介紹 HMI 是 Human Machine Interface 的縮寫， “人機接口 ”，也叫 人機界面 。人機界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介， 它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機信息交流的領(lǐng)域都存在著人機界面 。 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 18 TP177B 觸摸屏 SIMATIC TP177B 作為 通用的觸摸面板，滿足 PROFIBUS DP 或 ROFINET 各種應(yīng)用環(huán)境。性能 猶如現(xiàn)在 的 27062 MB 用戶存儲器， 替代了 以前的 768 KB 易于使用 STN 藍色 4 級灰度顯示可靠，低維護集成 ，擁 有各種接口 。 STN 彩色顯示屏 (256 色 )，非常不容易 失性、免維護報警緩存器 (不 需電池 )。 彩色型支持 Smart Service、 Smart Access，外表面 光滑 (IP 65， EX 2/22) ， 靈活性 極 好 。 全球 通用 ，擁有 32 種 國家 語言 ，更是超過 5 種語言聯(lián)機 的 切換 (包括亞洲和西里爾語言 )。 內(nèi)置USB 接口 (可以 用于打印機和下載等 等 )，通用的 多媒體卡插槽 ， 彩色型帶 Profi I/O 以太網(wǎng) 的 接口 ，已得到 NEMA Ex2/2船級社 的 認(rèn)證 ， 使用 WinCC flexible 2020 或 者是更高級 高效組態(tài) WinCC flexible 概述 WinCC flexible， 德國 西門子（ SIEMENS）公司工業(yè)全集成自動化（ TIA）的子產(chǎn)品，是一款面向機器的自動化概念的 HMI 軟件 。 WinCC flexible 用于 組態(tài) 用戶界面以操作和監(jiān)視機器與設(shè)備，提供了對面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)的支持。 WinCC flexible 與 WinCC 十分類似，都是 組態(tài)軟件 ，而前者基于觸摸屏，后者基于 工控機 。 建立項目 打開 WINCC FLEXIBLE后，首先新建項目，選擇觸摸屏，我們這里使用的是 TP 177B。選擇好之后，點確定，然后設(shè)置好存儲路徑和工程名字，就 完成了項目的新建。新建項目如圖 43 所示。 圖 43 新建項目 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 19 建立組態(tài)畫面 新建好項目，然后建立組態(tài)畫面。如圖 44 所示。 我們很容易可以看出假如我們停在在站 3，要去站 6，此時我們只需按下站 6 的圖標(biāo)，觸摸屏上我們所需要的信息都會顯現(xiàn)出來，如票價，應(yīng)付的錢，應(yīng)該找的錢，你已經(jīng)給的錢和你購買的張數(shù)。如果信息正確，此時我們就可以按下確定，然后出票。 我們就完成了購票的整個過程。 圖 44 組態(tài)畫面 S7200PLC與 TP177B 觸摸屏的通訊設(shè)置 組態(tài)軟件與 PLC 的連接要求 組態(tài) 軟件只是一個監(jiān)控畫面，它的數(shù)值還是來源于 PLC，所以我們必須建立組態(tài)軟件和 PLC 之間的連接。 組態(tài)軟件與 PLC 之間的通訊 先前我們在 PLC 軟件的設(shè)定中，通訊方式選擇的是 PC/PPI 模式，所以，我們在這里，也要選擇串口的 PC/PPI 模式。 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 20 創(chuàng)建 S7200 的連接 WINCC FLEXIBLE 與 S7200 連接建立見圖 45。另外，其通訊參數(shù)等細節(jié)部分必須與 PLC 端一致。 圖 45 組態(tài)軟件建立連接 通訊參數(shù)的設(shè)置 參數(shù)的設(shè)置我們同樣可以從圖 45 可以看出來，觸摸屏的接口我們采用 1F1B:；wincc 的波特率為 187500，地址設(shè)為 1，訪問點為 S7ONLINE，類型我們采用 Simatic；對于網(wǎng)絡(luò)則采用 PPI 通信方式，最高站地址（ HAS）為 31，主站數(shù)為 1。 程序設(shè)計 程序流程圖 系統(tǒng)啟動自檢完成后，就會看到購票頁面然后等待操作，乘客根據(jù)觸摸屏顯示的地圖選擇目的站點然后觸摸屏自動顯示出購票所需要的金額，由主控制單元給紙幣或著硬幣模塊發(fā)送可以接收紙幣或著硬幣的指令，這個時候乘客就可以選擇使用紙幣或硬幣購票，然后將紙幣或硬幣投入紙幣或著硬幣的投入口，投幣模塊相應(yīng)的傳感器 將投入的金額數(shù)目返回給觸摸屏的界面，觸摸屏就可以馬上顯示乘客投入的金額數(shù)量，天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 21 假如金額足夠的話，主控單元給票卡讀卡器發(fā)送命令，從而進行讀寫票卡操作，票卡讀入寫出成功后，主控單元給單程票發(fā)售模塊傳送出票指令，如果需要找零的話，主控單元就要給硬幣模塊傳送找零的指令，完成自動出票的功能。具體的流程如下圖46。 圖 46 程序流程圖 開始參數(shù)初始化進入購票主頁面選擇站點及數(shù)量顯示票價投幣口打開確定購票投入金額是否夠輸出出票命令是否需要找零結(jié)束找零子程序NOYESYESNOYESNO天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 22 主要實現(xiàn)的功能 該設(shè)計的主要實現(xiàn)功能是：（ 1）實現(xiàn)在觸摸屏上選站、購票的操作。（ 2）自動售票機可識別 1 元（包括硬幣）、 5 元和 10 元的人民幣（錢幣識別硬件裝置另議）。（ 3）能夠進行購票所付錢幣與應(yīng)收錢幣的比較。（ 4）能夠自動完成找零、制票的操作。（ 5）在購票的過程中有各個步驟的相應(yīng)提示。（ 6）制幣、找零未完成前封鎖取票托盤。 輸入輸出點的配置 本系統(tǒng)輸入輸出點的分配見圖 47。 圖 47 輸入輸出分配 計算票價 計算票價部分程序間圖 4圖 49 和圖 410。系統(tǒng)自動的根據(jù)乘客所乘坐的站數(shù)，調(diào)用系統(tǒng)參數(shù)里的對應(yīng)票價，來得出乘客應(yīng)付的單價。最后，再根據(jù)乘客選擇的票數(shù)，在乘客按下確定按鈕后，計算出乘客 需要支付的總價。 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 23 圖 48 計算票價程序 1 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 24 圖 49 計算票價程序 2 圖 410 計算票價程序 3 數(shù)錢 接下來的步驟，是乘客支付票價。系統(tǒng)進行數(shù)錢步驟，如圖 所示。系統(tǒng)自動計算出乘客所投入的 10 元、 1 元、 2 元的數(shù)量，計算出乘客支付的總金額。 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 25 圖 411 數(shù)錢程序 計算找錢程序 系統(tǒng)自動將系統(tǒng)所剩余額和需要找的金額做比較，若錢不夠，則提示乘客，繼續(xù)或者