【導(dǎo)讀】本文在全面討論車道控制機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，深入研究了其中的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，提出了基于plc的控制系統(tǒng)解決方案。制部分的集成監(jiān)控系統(tǒng)。PLC的車道控制組態(tài)設(shè)計(jì)。通過組態(tài)軟件與PLC的實(shí)時通信，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時。監(jiān)測、自動控制和運(yùn)行診斷。本文方案滿足了系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和時效性要求。功能，體現(xiàn)了先進(jìn)性和實(shí)用性的統(tǒng)一。

　　

【正文】 數(shù)變量的計(jì)數(shù)，車輛計(jì)數(shù)變量是一個 int 類型的輸入 /輸出域。變量名為“車輛計(jì)數(shù)”。該計(jì)數(shù)功能將使用到 WinCC flexible 中函數(shù)IncreaseValue，其作用是對指定變量增加指定數(shù)值，完成數(shù)據(jù)的疊加。 而費(fèi)用統(tǒng)計(jì)的疊加，原理相同，即每次費(fèi)用收訖之后，將該次收費(fèi)數(shù)額疊加至收費(fèi)統(tǒng)計(jì)變量輸入 /輸出域中，完成費(fèi)用統(tǒng)計(jì) 。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 一． 車輛計(jì)數(shù)組態(tài)畫面 圖 車輛計(jì)數(shù)的變量設(shè)置 畫面 圖 車輛計(jì)數(shù)仿真 畫面 二． 收費(fèi)統(tǒng)計(jì)組態(tài)畫面 圖 收費(fèi)統(tǒng)計(jì)變量設(shè)置 畫面 基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 33 圖 收費(fèi)統(tǒng)計(jì)組態(tài)仿真 畫面 一 圖 收費(fèi)統(tǒng)計(jì)組態(tài)仿真 畫面 二 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 收費(fèi)統(tǒng)計(jì)組態(tài)仿真 畫面 三 三 .計(jì)數(shù)清零功能組態(tài)設(shè)計(jì) 設(shè)置所用計(jì)數(shù)清零按鈕：“計(jì)數(shù)清零”。使用 SetValue 函數(shù)，對指定函數(shù)值進(jìn)行賦值，賦零值即可將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)清零。演示見圖 圖 統(tǒng)計(jì)清零變量設(shè)置 基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 35 圖 統(tǒng)計(jì)清零 組態(tài)演示 一 圖 統(tǒng)計(jì)清零 組態(tài)演示二 報(bào)警仿真 報(bào)警是用來指示控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的事件或操作狀態(tài)?？梢杂脠?bào)警信息對系統(tǒng)進(jìn)行診斷。報(bào)警事件可以在 HMI 設(shè)備上顯示、或者輸出到打印機(jī)。也可以將報(bào)警事件保存在報(bào)警記錄中，記錄的報(bào)警事件可以在 HMI 設(shè)備上顯示，或者以報(bào)表形式打印輸出。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 一、 報(bào)警的分類 1． 自定義報(bào)警 自定義報(bào)警是用戶組態(tài)的報(bào)警，用來在 HMI 設(shè)備上顯示過程狀態(tài)，或者測量和報(bào)告從 PLC 接收到的過程數(shù)據(jù)。 根據(jù)信號的類型，自定義報(bào)警可分為以下兩種： 1）離散量報(bào)警：離散量（開關(guān)量）對應(yīng)于二進(jìn)制數(shù)的一位， 離散量的兩種相反的狀態(tài)可以用二進(jìn)制數(shù)的 0/1 狀態(tài)來表示。例如：發(fā)電機(jī)斷路器的接通與斷開、各種故障信號的出現(xiàn)和消失，都可以用來觸發(fā)離散量報(bào)警。 2）模擬量報(bào)警：模擬量的值（例如：溫度值）超出上限或下限時，將觸發(fā)模擬量報(bào)警。 根據(jù)報(bào)警的種類，自定義報(bào)警可分為以下三種： 1)錯誤：用于離散量和模擬量報(bào)警，指示緊急的或危險(xiǎn)的操作和過程狀態(tài)，這類報(bào)警必須確認(rèn)。 2）診斷時間：用于離散量和模擬量報(bào)警，指示常規(guī)操作狀態(tài)、過程狀態(tài)和過程順序，這類報(bào)警不需要確認(rèn)。 3）警告：用于離散量和模擬量報(bào)警，指示不是太緊急的或危險(xiǎn)的操 作的過程狀態(tài)，這類報(bào)警不需要確認(rèn)。 2． 系統(tǒng)報(bào)警 系統(tǒng)報(bào)警用來顯示 HMI 設(shè)備或 PLC 中特定的系統(tǒng)狀態(tài)，系統(tǒng)報(bào)警是這些設(shè)備中預(yù)定義的。自定義報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警都可以由 HMI 設(shè)備或 PLC 來處罰，在 HMI設(shè)備上顯示。 系統(tǒng)報(bào)警向操作員提供 HMI 設(shè)備和 PLC 的操作狀態(tài)，系統(tǒng)報(bào)警的內(nèi)容可能包括從注意事項(xiàng)到嚴(yán)重錯誤。如果在某臺設(shè)備中或兩臺設(shè)備之間的通信出現(xiàn)了某種問題或錯誤， HMI 設(shè)備或 PLC 將觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警。 系統(tǒng)報(bào)警由編號和報(bào)警文本組成，報(bào)警文本中可能包含更準(zhǔn)確說明報(bào)警原因的內(nèi)部系統(tǒng)變量，只能組態(tài)系統(tǒng)報(bào)警的某些特性的屬性。 有 兩種類型的系統(tǒng)報(bào)警： 1） HMI 設(shè)備觸發(fā)的系統(tǒng)報(bào)警：如果出現(xiàn)某種內(nèi)部狀態(tài)，或者與 PLC 通信時出現(xiàn)錯誤，由 HMI 設(shè)備觸發(fā) HMI 報(bào)警系統(tǒng)。 2） PLC 觸發(fā)的系統(tǒng)報(bào)警：這類系統(tǒng)報(bào)警由 PLC 觸發(fā)，不能再 WinCC flexible 中組態(tài)。 基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 37 二、 報(bào)警 的 組成 1． 報(bào)警文本 報(bào)警文本包含了對報(bào)警的描述?？墒褂孟嚓P(guān) HMI 設(shè)備所支持的字符格式來逐個字符地處理報(bào)警文本的格式。 操作員注釋可包含多個輸出域，用于變量或文本列表的當(dāng)前值。報(bào)警緩沖區(qū)中保留報(bào)警狀態(tài)改變時的瞬時值。 2． 編號報(bào)警 編號報(bào)警用于識別報(bào)警。每個報(bào)警編號在下列類型中的 報(bào)警中都是唯一的： 1) 離散量報(bào)警； 2) 模擬量報(bào)警； 3) HMI 系統(tǒng)報(bào)警 4) 來自 PLC 的 CPU 內(nèi)的報(bào)警。 3． 報(bào)警的觸發(fā) 對于離散量報(bào)警，報(bào)警的觸發(fā)為變量內(nèi)的某個位。對于模擬量報(bào)警，報(bào)警的觸發(fā)為變量的限制值。 4． 報(bào)警類別 報(bào)警的類別決定是否必須確認(rèn)該報(bào)警。還可通過它來確定報(bào)警在 HMI 設(shè)備上的顯示方式。報(bào)警組還可確認(rèn)是否以及在何處記錄相應(yīng)的報(bào)警。 三、 報(bào)警的顯示 WinCC flexible 提供在 HMI 設(shè)備上顯示報(bào)警的下列圖形對象。 1． 報(bào)警畫面 報(bào)警畫面主要由報(bào)警視圖組成，較大儲存的報(bào)警視圖可以同時顯示多個元素?？梢栽诓煌漠嬅嬷?為不同類型的報(bào)警組態(tài)多個報(bào)警視圖。 2． 報(bào)警窗口 在畫面模板中組態(tài)的報(bào)警窗口將成為項(xiàng)目中所有畫面的一個元件，較大尺寸的報(bào)警窗口可以同時顯示多個報(bào)警?？梢杂脮r間觸發(fā)的方式關(guān)閉和打開報(bào)警窗口。報(bào)警窗口保存在它自己的層上，在組態(tài)時可以將它隱藏。 3． 報(bào)警指示器 報(bào)警指示器是組態(tài)好的圖形符號，在畫面模板上組態(tài)的報(bào)警指示器將成為項(xiàng)目中所有畫面上的一個元件。報(bào)警出現(xiàn)時，它將顯示在畫面上，報(bào)警消失時，它也隨之顯示。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 四、 組態(tài)報(bào)警 1． 組態(tài)離散量報(bào)警 離散量報(bào)警包括： 觸發(fā)變量 、 編輯離散量報(bào)警 、 確認(rèn)變量 圖 報(bào)警 設(shè)置 畫面 圖 離散量報(bào)警設(shè)置 畫面 圖 報(bào)警 類別設(shè)置 基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 39 圖 報(bào)警 模板設(shè)置 2． 報(bào)警畫面仿真 車輛出現(xiàn)違章情況即刻報(bào)警，報(bào)警按鈕關(guān)聯(lián)報(bào)警變量“違章”。當(dāng)按下違章按鈕時，出現(xiàn)報(bào)警畫面、報(bào)警指示器、報(bào)警窗口。車輛若超重 60 噸以上，自動判別為違章車輛，產(chǎn)生違章報(bào)警。將超重變量設(shè)置為“模擬量報(bào)警”。上限值為 60，即車輛超重時，模擬量自動報(bào)警。仿真見圖 。 3． 違章車輛顯示屏上顯示“違章！靠邊停車”字樣以提示駕駛員靠邊。并且在報(bào)警模板中設(shè)置報(bào)警畫面帶有“確認(rèn)”按鈕、“文本信息”按鈕。見圖 。圖 。 4． 報(bào)警畫面仿真圖 圖 超重自動 報(bào)警 畫面仿真 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 圖 報(bào)警 畫面文本信息和確認(rèn)按鈕仿真 圖 報(bào)警 畫面文本信息和確認(rèn)按鈕仿真二 基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 41 警報(bào)鳴笛仿真 在突發(fā)情況或者出現(xiàn)火災(zāi)等緊急危險(xiǎn)情況時，需要拉響警報(bào)，鳴笛，閃爍報(bào)警燈。因此，在組態(tài)畫面設(shè)計(jì)中添加警報(bào)鳴笛畫面。此處將用到組態(tài)軟件中的控件功能，將控件中的 Midea player 安防在新添加的“報(bào)警”畫面中，將其屬性設(shè)置為不可見，自動播放，將其播放路徑設(shè)置為警報(bào)鈴音。組態(tài)畫面中放入警示畫面以及警報(bào)燈。具體設(shè)置和仿真見 圖 、圖 。 圖 報(bào)警 鳴笛畫面仿真 圖 報(bào)警 鳴笛畫面仿真 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 4 基于組態(tài)軟件和 PLC 的 車道控制 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可編程控制器的組成 可編程控制器 (PLC)作為電梯的控制核心，它是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種工業(yè)自動控制裝置。它有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)、復(fù)雜的數(shù)字處理功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能，用戶程序以指令的形式存儲在存儲器內(nèi)，根據(jù)用戶程序的執(zhí)行結(jié)果，通過數(shù)字或模擬量輸入 /輸出部件對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。 可編程控制器 (PLC)是一種以微型計(jì)算機(jī)為主體、具有強(qiáng)大控制功能和抗干擾能力的工業(yè)控制裝置。所以它的組成與一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本一致，有中央處理單元 (CPU)、存儲器 (RAM/ROM)、輸入輸出部件 (I/O 單元 )、電源和編程器幾大部分組成，如圖 所示。 圖 可編程控制器系統(tǒng)組成 電梯 PLC 的控制系統(tǒng)主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。主要硬件包括 PLC 主機(jī)及擴(kuò)展、機(jī)械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機(jī)、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。電梯 PLC 控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 43 圖 電梯 PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 信號控制系統(tǒng)接口示意圖 可編程控制器的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，這個過程可分為內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 1．掃描過程 PLC 的掃描過程如圖 所示，上電初始化后開始周期性的循環(huán)工作，每次循環(huán)包括自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等階段。與用戶程序有關(guān)的工作過程主要分為 3 個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。 PLC不停地循環(huán)執(zhí)行這 3 個階段的任務(wù)。在整個運(yùn)行期間， PLC 的 CPU 以一定 的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 圖 掃描過程示意圖 2．輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次讀入所有輸入信號的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映像區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段。在這個階段中，即使輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)發(fā)生了變化， I/O 映像區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。 圖 掃描周期示意圖 3．用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 按由上到下的順序依次地執(zhí)行用戶程序中的指令，按先左后右、先上后下的順序?qū)?梯形圖中由觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)或者刷新輸出線圈在 1/O 映像區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行梯形圖所規(guī)定基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 45 的特殊功能指令。 4．輸出刷新階段 執(zhí)行完用戶程序后， PLC 進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外部設(shè)備。 虛擬 車道控制機(jī) 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 虛擬 車道 控制系統(tǒng)由 PLC、計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件組成。 PLC 為控制裝置，在組態(tài)軟件的畫面 中生成的虛擬 車道控制機(jī) 為被控對象，可以通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察虛擬 車道控制機(jī) 的運(yùn)行情況。 PLC 的輸入信號可以從 PLC 的開關(guān)量輸入端輸入，也可以在組態(tài)軟件的畫面中用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕來產(chǎn)生。仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 利用“ WinCC”軟件設(shè)計(jì) PLC 的仿真控制對象是指在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行事先編寫好的“ WinCC” 組態(tài)畫面及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，用軟件來代替硬件 (被控對象 )的工作，借助于計(jì)算機(jī)的屏幕來觀察控制的過程及結(jié)果。 WinCC flexible 與 PLC 的 集成 一、 集成的 好處 1． 在 SIMATIC Manager 中可以同時管理自動化項(xiàng)目的 PLC 和 HMI 的組態(tài)、編程和調(diào)試。 2． 在 STEP7 中組態(tài)的硬件參數(shù)可以自動地傳遞到 WinCC flexible 中。例如：在 STEP7 中修改了通信參數(shù)， WinCC flexible 中的通信參數(shù)會同時自動修改。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 3． 在 STEP7 中定義的符號表可以在 WinCC flexible 中定義變量時使用。在STEP7 中修改了變量的符號， WinCC flexible 中的變量會同時自動更新。 二、 集成的方法 新創(chuàng)建一個集成項(xiàng)目，通過 SIMATIC Manager 創(chuàng)建集成的 WinCCflexible 項(xiàng)目 啟動 WinCC flexible 打開一個獨(dú)立的 WinCC flexible 項(xiàng)目，在“項(xiàng)目”下拉菜單中點(diǎn)擊“在 STEP7 中集成”，彈出“集成與 STEP7 項(xiàng)目中”對話框，選擇需要集成的 STEP7 項(xiàng)目名稱，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，完成將獨(dú)立的 WinCC flexible 項(xiàng)目集成到 STEP7 項(xiàng)目中。 見圖 、圖 、圖 。 圖 通過 SIMATIC Manager 創(chuàng)建集成的 WinCCflexible 項(xiàng)目 基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 47 圖 將一個獨(dú)立的 WinCCflexible 項(xiàng)目集成到 STEP7 圖 完成與 STEP7 的同步 圖 仿真程序流程圖 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 48 觸摸屏的通信連接 一、 觸摸屏的硬件連接 1． 觸屏與組態(tài) PC 的鏈接 觸摸屏與組態(tài) PC 之間的連接有 4 種方式，分別是通過以太網(wǎng)連接、 RS232/PPI多主站 電纜鏈接、 MPI/DP 鏈接、 USB 鏈接。 2．