【導(dǎo)讀】實(shí)現(xiàn)每行每業(yè)信息化的管理已經(jīng)勢(shì)在必行。這個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)行業(yè)管理中實(shí)際的地鐵售。flexible、STEP7MicroWIN做為這個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具。論文主要涉及到觸摸屏與PLC之間的通信問(wèn)題以及PLC程序執(zhí)。行等問(wèn)題，所要完成的功能和開(kāi)發(fā)的過(guò)程。經(jīng)過(guò)整理，它使用西門(mén)子公司的WinCCflexibl、STEP7MicroWIN等開(kāi)發(fā)工具。首先在短時(shí)間內(nèi)建立系統(tǒng)應(yīng)用原型，然后，對(duì)初始原型系統(tǒng)進(jìn)行需求迭代，不斷修正和改進(jìn)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(yùn)行串口調(diào)試軟件（或者 Windows 的 Hyper Terminal－超級(jí)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(jì) 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(lài)于設(shè)備類(lèi)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?yàn)?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(guò)主／主協(xié)議可以實(shí)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?yàn)?s7— 200CPU 是從站，用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)指令實(shí)現(xiàn) s7— 300CPU 對(duì) s7200CPU 的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作。 PROFIBUS 協(xié)議 PROFIBUS，是一種國(guó)際化．開(kāi)放式．不依賴(lài)于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS 傳送速度可在 ~12Mbaud 范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線(xiàn)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線(xiàn)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(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。 PROFIBUS 是一種用于工廠(chǎng)自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 層到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò) ，從而為實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以開(kāi)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(hù)接口。第三到七層未加描述。用戶(hù)接口規(guī)定了用戶(hù)及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)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(chǎng)總線(xiàn)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(hù)提供了可廣泛選用的強(qiáng)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(lài)設(shè)備的第二層訪(fǎng)問(wèn)接口。（ 3） PROFIBUS－ PA： PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的 PROFIBUS－ DP 協(xié)議。另外， PA 還描述了現(xiàn)場(chǎng)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(guò)總線(xiàn)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。使用連接器可在 DP 上擴(kuò)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(shì) 1：產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展 。 大： I/O 點(diǎn)數(shù)達(dá) 14336 點(diǎn)、 32 位為微處理器、多 CPU 并行工作、大容量存儲(chǔ)器、掃描速度高速化。?。河烧w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(guò)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(jì) 15 3：不斷加強(qiáng)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(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊等專(zhuān)用化模塊。 5：編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化 有各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，亦有高檔的 PLC指令系統(tǒng) 6：發(fā)展容錯(cuò)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(jì) 16 4 本課題程序設(shè)計(jì) 方案總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇西門(mén)子 S7200 系列的 CPU226 型 PLC 作為地鐵售票 機(jī)的主機(jī)，對(duì)由觸摸屏控制器輸入的信息進(jìn)行處理；觸摸屏選擇的是西門(mén)子 TP177B，可通過(guò) RS485 接口與 PLC 進(jìn)行通信，它對(duì)應(yīng)的組態(tài)軟件是 WinCC flexible。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售票機(jī)的基本功能外，還采用自動(dòng)封鎖技術(shù)，對(duì)取票托盤(pán)進(jìn)行了改進(jìn)，使整機(jī)更加以人為本。 該設(shè)計(jì)的要求是： （ 1）實(shí)現(xiàn)在觸摸屏上選站、購(gòu)票的操作。 （ 2）自動(dòng)售票機(jī)可識(shí)別 1 元（包括硬幣）、 5 元和 10 元的人民幣（錢(qián)幣識(shí)別硬件裝置另議）。 （ 3）能夠進(jìn)行購(gòu)票所付錢(qián)幣與應(yīng)收錢(qián)幣的比較。 （ 4）能夠自動(dòng)完成找零、制票的操作。 （ 5）在購(gòu)票的過(guò)程中有 各個(gè)步驟的相應(yīng)提示。 （ 6）制幣、找零未完成前封鎖取票托盤(pán) 。 設(shè)計(jì)思路及技術(shù)改進(jìn) 該自動(dòng)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(jī)、不間斷電源 等組成。 給系統(tǒng)由 PLC 作為主控制器，通過(guò) RS485 與觸摸屏進(jìn)行通訊，觸摸屏由程序進(jìn)行控制提示乘客進(jìn)行相應(yīng)的操作，并將執(zhí)行數(shù)據(jù)返回給 PLC， PLC 通過(guò)既定程序控制外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)地鐵自動(dòng)售票機(jī)的功能。 在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售票機(jī)的基本功能外，還采用自動(dòng)封鎖技術(shù)，對(duì)取票托盤(pán)進(jìn)行了改進(jìn)，使整 機(jī)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(jī)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(jì) 17 西門(mén)子 S7200PLC 的應(yīng)用 西門(mén)子 S7200PLC 運(yùn)算指令的應(yīng)用 S7200 能支持整數(shù)以及浮點(diǎn)數(shù)的各項(xiàng)運(yùn)算，而且計(jì)算速度很快。本系統(tǒng)采用S7200 進(jìn)行售票的計(jì)算，完全能勝任各種復(fù)雜運(yùn)算。 西門(mén)子 S7200PLC 通訊方式的選擇與設(shè)置 S7200PLC的通訊設(shè)置見(jiàn)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(jì)算機(jī)，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(xiě)， “人機(jī)接口 ”，也叫 人機(jī)界面 。人機(jī)界面（又稱(chēng)用戶(hù)界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶(hù)之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介， 它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類(lèi)可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)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(jì) 18 TP177B 觸摸屏 SIMATIC TP177B 作為 通用的觸摸面板，滿(mǎn)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(hù)存儲(chǔ)器， 替代了 以前的 768 KB 易于使用 STN 藍(lán)色 4 級(jí)灰度顯示可靠，低維護(hù)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(hù)報(bào)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(guó)家 語(yǔ)言 ，更是超過(guò) 5 種語(yǔ)言聯(lián)機(jī) 的 切換 (包括亞洲和西里爾語(yǔ)言 )。 內(nèi)置USB 接口 (可以 用于打印機(jī)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(jí)社 的 認(rèn)證 ， 使用 WinCC flexible 2020 或 者是更高級(jí) 高效組態(tài) WinCC flexible 概述 WinCC flexible， 德國(guó) 西門(mén)子（ SIEMENS）公司工業(yè)全集成自動(dòng)化（ TIA）的子產(chǎn)品，是一款面向機(jī)器的自動(dòng)化概念的 HMI 軟件 。 WinCC flexible 用于 組態(tài) 用戶(hù)界面以操作和監(jiān)視機(jī)器與設(shè)備，提供了對(duì)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(lèi)似，都是 組態(tài)軟件 ，而前者基于觸摸屏，后者基于 工控機(jī) 。 建立項(xiàng)目 打開(kāi) WINCC FLEXIBLE后，首先新建項(xiàng)目，選擇觸摸屏，我們這里使用的是 TP 177B。選擇好之后，點(diǎn)確定，然后設(shè)置好存儲(chǔ)路徑和工程名字，就 完成了項(xiàng)目的新建。新建項(xiàng)目如圖 43 所示。 圖 43 新建項(xiàng)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(jì) 19 建立組態(tài)畫(huà)面 新建好項(xiàng)目，然后建立組態(tài)畫(huà)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(shí)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(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，如票價(jià)，應(yīng)付的錢(qián)，應(yīng)該找的錢(qián)，你已經(jīng)給的錢(qián)和你購(gòu)買(mǎi)的張數(shù)。如果信息正確，此時(shí)我們就可以按下確定，然后出票。 我們就完成了購(gòu)票的整個(gè)過(guò)程。 圖 44 組態(tài)畫(huà)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(gè)監(jiān)控畫(huà)面，它的數(shù)值還是來(lái)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?cè)?PLC 軟件的設(shè)定中，通訊方式選擇的是 PC/PPI 模式，所以，我們?cè)谶@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(jì) 20 創(chuàng)建 S7200 的連接 WINCC FLEXIBLE 與 S7200 連接建立見(jiàn)圖 45。另外，其通訊參數(shù)等細(xì)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(lái)，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(fǎng)問(wèn)點(diǎn)為 S7ONLINE，類(lèi)型我們采用 Simatic；對(duì)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(jì) 程序流程圖 系統(tǒng)啟動(dòng)自檢完成后，就會(huì)看到購(gòu)票頁(yè)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(diǎn)然后觸摸屏自動(dòng)顯示出購(gòu)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(gè)時(shí)候乘客就可以選擇使用紙幣或硬幣購(gòu)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(jì) 21 假如金額足夠的話(huà)，主控單元給票卡讀卡器發(fā)送命令，從而進(jìn)行讀寫(xiě)票卡操作，票卡讀入寫(xiě)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(huà)，主控單元就要給硬幣模塊傳送找零的指令，完成自動(dòng)出票的功能。具體的流程如下圖46。 圖 46 程序流程圖 開(kāi)始參數(shù)初始化進(jìn)入購(gòu)票主頁(yè)面選擇站點(diǎn)及數(shù)量顯示票價(jià)投幣口打開(kāi)確定購(gòu)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(jì) 22 主要實(shí)現(xiàn)的功能 該設(shè)計(jì)的主要實(shí)現(xiàn)功能是：（ 1）實(shí)現(xiàn)在觸摸屏上選站、購(gòu)票的操作。（ 2）自動(dòng)售票機(jī)可識(shí)別 1 元（包括硬幣）、 5 元和 10 元的人民幣（錢(qián)幣識(shí)別硬件裝置另議）。（ 3）能夠進(jìn)行購(gòu)票所付錢(qián)幣與應(yīng)收錢(qián)幣的比較。（ 4）能夠自動(dòng)完成找零、制票的操作。（ 5）在購(gòu)票的過(guò)程中有各個(gè)步驟的相應(yīng)提示。（ 6）制幣、找零未完成前封鎖取票托盤(pán)。 輸入輸出點(diǎn)的配置 本系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的分配見(jiàn)圖 47。 圖 47 輸入輸出分配 計(jì)算票價(jià) 計(jì)算票價(jià)部分程序間圖 4圖 49 和圖 410。系統(tǒng)自動(dòng)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(duì)應(yīng)票價(jià)，來(lái)得出乘客應(yīng)付的單價(jià)。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(jì)算出乘客 需要支付的總價(jià)。 天津職業(yè)技術(shù)師范大 學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 48 計(jì)算票價(jià)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(jì) 24 圖 49 計(jì)算票價(jià)程序 2 圖 410 計(jì)算票價(jià)程序 3 數(shù)錢(qián) 接下來(lái)的步驟，是乘客支付票價(jià)。系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)錢(qián)步驟，如圖 所示。系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出乘客所投入的 10 元、 1 元、 2 元的數(shù)量，計(jì)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(jì) 25 圖 411 數(shù)錢(qián)程序 計(jì)算找錢(qián)程序 系統(tǒng)自動(dòng)將系統(tǒng)所剩余額和需要找的金額做比較，若錢(qián)不夠，則提示乘客，繼續(xù)或者