【正文】 上，單擊 “ 用戶窗口 ” ，在用戶窗口中 新建窗口“數(shù)據(jù)顯示”窗口后， 單擊 “ 動畫組態(tài) ” 進入。 南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 19 圖 24 實時數(shù)據(jù)庫 在實際工程應用中，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)需要對數(shù)據(jù)采集設備采集的數(shù)據(jù)進行存盤、統(tǒng)計分 析，并根據(jù)實際情況打印出數(shù)據(jù)報表，所謂數(shù)據(jù)報表就是根據(jù)實際需要以一定格式將統(tǒng)計分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示并打印出來，以便對生產(chǎn)過程中系統(tǒng)監(jiān)控對象的狀態(tài)進行綜合記錄和規(guī)律總結。根據(jù)需要選擇東西方向與南北方向的按鈕，輸入相應時間即可，再下一次的使用時應按下“ CLR”將上次的時間清零后方可重新輸入。 利用 MCGS 組態(tài)軟件，在“用戶窗口”中新建窗口，進行“動畫組態(tài)”即可 對南北方向與東西方向的紅綠燈時間進行修改，其組態(tài)界面如圖 23 所示。然后雙擊每一段進行“標簽動畫組態(tài)屬性設置”，對每一段進行可見度設置，然后再單擊“ ?”，根據(jù) I/O 分配表對每一段進行變量選擇。在“顏色連接”中將“ 0”設置為紅色，“ 1”設置為綠色 ，表達式為相應的輸出即可。 在對屬性設置中，對不同顏色的輸出箭頭就將填充不同的顏色。分別對其屬性和可見度進行，確保當其中一個輸 出工作時，另兩個不可見。 圖 20 保存元件管理 圖 再重復上述信號燈屬性設置的過程，對左行、右行及直行進行屬性設置。 南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 17 圖 19 輸出變量選擇 圖 2 左行、右行、直行輸出信號的屬性設置 在“插入元件”中沒有相對應的左行、右行、直行輸出，故可在監(jiān)控畫面中分別畫出左行、右行、直行，分別選中后，單擊工具箱中“保存元件”，將會保存 所選 圖形至元件庫中，再相應的對其進行改名。 設置相對應的通道類型、數(shù)據(jù)類型、通道地址及讀寫類型即可。雙擊選擇好的三維圓球，進行動畫連接設置，如圖 18 所示。 圖 17 對象元件庫管理 圖 選擇好四個方向的信號燈之后， 調(diào)整好適合大小與位置。 (2) 輸出信號的屬 性設置 南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 16 1 輸出信號燈的屬性設置 根據(jù) I/O 分配表，在監(jiān)控畫面中將信號燈的輸出進行定義。 圖 16 輸入 變量選擇設置 圖 對于“退出”按鈕，在操作屬性設置時，過程同“封面”中的“進入按鈕”。停止按鈕 —“按下 功能 ”時 “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 01 位。在“變量選擇方式”中選擇“ 根據(jù)采集信息生成”，根據(jù)相 應的輸入設置相對應的通道類型、數(shù)據(jù)類型、通道地址及讀寫類型即可。如圖 15(a) (b)所示。在基本屬性中，可在“文本”中輸入對應 啟動、停止 、退出按鈕的名稱，如圖 14(a)(b)(c)所示。 南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 14 圖 13 十字 路口 主界 面圖 (1) 輸入信號的屬性設置 首先定義數(shù)據(jù)變量，根據(jù)控制要求，監(jiān)控畫面中對輸入信號進行定義。按“動畫組態(tài)”按 鈕進入畫面編輯窗口。 十字 路口 主 界面的建立 窗口的建立同上述“封面”窗口的建立。如圖 12 所示。確定好窗口背景之后，再利用工具箱中的“標簽 ”，完成封面設計， 系統(tǒng)上位機 封面如圖 11所示。 (2)裝載位圖 南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 13 按“動畫組態(tài)”按鈕進入畫面編輯窗口。 單“擊用戶窗口”、“新建窗口”后，在新建窗口中新建一個“窗口 0”選中“窗口 0”，點擊“窗口屬性”按鈕，進入窗口屬性設置界面，如圖 10 所示。 此次組態(tài)界面共有 4 幅，分別是：封面窗口、十字路口監(jiān)控界面 、 交通燈定時參數(shù)修改界面 及數(shù)據(jù)顯示窗口 ， 其中“數(shù)據(jù)顯示”窗口用來顯示實時數(shù)據(jù)，其他三種界面 可根據(jù)不同的需要進行界面切換， 四者結構 框 圖 如圖 8 所示。 組態(tài)軟件提供了可視化監(jiān)控畫面 ，包括動畫，實時趨勢曲線，歷史趨勢曲線，實時數(shù)據(jù)報表，歷史數(shù)據(jù)報表，實時報警 窗口 ，歷史報警 窗口南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 12 等功能 ， 可方便地監(jiān)視系統(tǒng)的運行。 系統(tǒng) 順序控制 功能 圖 圖 7 為順序控制 功能框 圖 ， 根據(jù)該功能圖可編寫相應的 PLC 程序 ， 具體 梯形圖程序 設計 見 本文附 錄。當個位一個掃描周期 移完之后，十位則會滿足 10s 之后才進行移位一次。故當個位顯示“ 0”時，十位應顯示“ 6”， 1s 過后立即變?yōu)椤?5”，即給十位提供一個單獨的秒脈沖，用 T101提供。這樣將每個需 要倒計時顯示信號指示燈亮的時間的都分別單獨用以一個秒脈沖程序和字循環(huán)左移指令就可方便實現(xiàn)交通燈的倒計時顯示功能。當 一閉合即南北方向直行紅燈亮，繼電器 閉合驅(qū)動字循環(huán)左移功能塊工作，則輸出繼電器 ? 閉合驅(qū)動數(shù)碼管顯示“ 0”字符，同時由 T101 提供秒脈沖信號 使 程序工作。在整個控制系統(tǒng)的運行過程中，當按下停止按鈕 會停止所有的工作過程。當 T48 達到定時時間以后，此時 T44 也達到定時時間， T4 T48 的常開均閉合，使得 置 1， 、 復位。當 T47 達到定時時間之后，T47 的常開閉合后， 置 1， 復位。當 T46 定時達到 3s 之后， T46 的常開閉合， 置 1， 復位。 置 1之后， 不僅 T46 開始定時，定時時間為 3s，此時 T101 也開始定時，定時時間為 。當 T45 定時達到14s 之后， T45 常開閉合后， 置 1， 復位。 常開閉合之后，不僅 T44開始定時，定時時間為 50s，此時輸出繼電器 得電，即南北左行紅燈亮。當 T43 定時 10s 之后， T43 常開閉合，、 置 1， 復位。 置 1 的同時， 也置 1。 、 的復位，從而使 、 失電。而且此時 T42 開始定時，定時時間為 30s。 復位 之后使得輸出繼電器 失電； 復位之后使得 失電。 置 1 之后， 得電，即東西直行黃燈亮，并且 T41 開始定時，定時時間為 3s。由 T101 與 T102 構成 1s 的閃爍秒脈沖，則使得輸出繼電器 產(chǎn)生 3s 的閃爍效果。當 T39 定時時間達到 14s 之后， T39 的常開閉合，使得 置 1， 復位，此時 失電。當 T37 定時時間到了 10s 以后， T37 的常開閉合， 、 均被置 1，而 被復位，則 失電。 、 、 均置 1， 復位， 置 1 后， T49 開始定時，定時時間為 30s； 置 1 后，輸出繼電器 得電，即東西方向左行綠燈亮。 南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 9 圖 6 系統(tǒng)控制 程序 流程圖 控制過程分析 (1) 信號指示燈運行 由 初始化程序后， 得電。直至按下停止按鈕，所有信號燈和數(shù)碼管均停止工作 [5]。其中每個 方向的右行均由每個方向的直行所決定，當直行允許時，相應方向的右行就允許通行。黃燈熄滅之后紅燈開始維持亮 30s，同時南北方向左轉(zhuǎn)綠燈亮，維持 10s 后，南北左轉(zhuǎn)紅燈亮，維持 50s，同時南北直行綠燈開始亮 14s 后，綠燈閃爍 3s后黃燈亮 3s。當按下啟動按鈕，首先東西方向左轉(zhuǎn)綠燈亮，維持 10s，并且南北方向紅燈亮，維持亮 30s。最終將產(chǎn)品的功耗控制在 6W 以下。 （ 8）超低的功率損耗 mcgsTpc 采用的 ARM 技術本身就是低功耗技術。在軟件方面 mcgsTpc 采用的是 windows ce 系統(tǒng)，無法被常用的 windows 系統(tǒng)的病毒所侵襲。 （ 7）超高的可靠性 能 在硬件方面， mcgsTpc 采用的是 flash 存儲方式。提供管理者更加有效的決策。 （ 6）超大的存貯容量 mcgsTpc 內(nèi)嵌 128M 內(nèi)存芯片，可以存儲上萬條數(shù)據(jù)和報警信息。對組態(tài)畫面賦予不同的腳本，讓組態(tài)圖像進行大小、垂直、水平或南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 8 按照設定的軌跡進行移動。 （ 4）超快的運行速度 mcgsTpc 采用主頻為 400MHZ，低功耗 ARM 結構 CPU 芯片，比傳統(tǒng)觸摸屏高 2 到 4 倍。 （ 3）超多的通訊接口 mcgsTpc 有多種接口，有 2 個獨立串口，最多可具有 5 個串口，有標準以太網(wǎng)口，有兩個 USB口，支持 RS485/RS422/RS232 通訊，支持 CAN 總線通訊，支持 MVB 總線通訊。在軟件方面，在觸摸屏上使用了為嵌 式專門設計的系統(tǒng)，而且使用的是最先進的編程語言 EVC。 TPC7062KX的技術指標如圖表 2所示。 它 采用了 7英寸高亮度 TFT液晶顯示屏（分辨率 800480），四線電阻式觸摸屏（分辨率 10241024）。 本 次設計中，所使用的觸摸屏為 北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司 研發(fā)的TPC7062KX[6]，其 外觀 如圖 5 中的 (a)、 (b) 正、反面 所示。在 本 交通燈控制系統(tǒng)中，選擇觸摸屏 作 為系統(tǒng)的人機交互設備，主要完成信息的輸入、顯示等功能。 南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 6 圖 4 PLC 控制系統(tǒng) 外部 硬件連線圖 觸摸屏的選擇 在自動化控制中，需要一種人機交互設備實現(xiàn)人與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和命令的交換。 表 1 PLC 的 I/O 點數(shù)分配 PLC 外部 硬件連 接 圖 4 為 PLC控制系統(tǒng)的 核心模塊及 擴 展模塊的 外部硬件連接。 本課題根據(jù)控制要求，確定下位機 I/O 點數(shù)分配，具體如表 1 所示。 單行單行單 行單行NSEW樹樹樹 樹樹樹樹 樹 圖 3 十字路口交通燈模型圖 南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 5 3 系統(tǒng) 的 硬件設計 PLC 的 I/O 分配 為合理有效的控制交通，充分發(fā)揮道路的 交通效益，在設計時可根據(jù)實際情況，人為設置各個方向通行時間，以達到暢通和快捷有序的流通目的。 根據(jù)控制要求， 本 系統(tǒng)設計的硬件 組成 框圖如圖 2所示。 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)硬件組成 本課題 在實際調(diào)研和系統(tǒng)需求分析的基礎上， 利用可編程邏輯控制器 和觸摸屏 設計 一個 交通燈南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 4 控制系統(tǒng) 。 PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、輸入簡易方便、適應性強、造價低等特點，選用 PLC 作為智能交通燈硬件控制部分，能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作 [3]。 方案三：基于可編程邏輯控制器系統(tǒng)設計 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應 而設計的數(shù)字運算操作的電子控制裝置，應該是一個較理想的控制器選擇。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器工作 ， 交通燈 幾 種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 也是由控制器 來 控制 。但在設計時硬件和軟件均要設計，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套，價格中等，制、造較難。它們通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連接起來。 南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 3 本 課題設計 的主要工作 本 論文工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1） 根據(jù)課題設計要求查找相關文獻與資料 （ 2） 在系統(tǒng)需求的分析基礎上，擬定技術路線，進行系統(tǒng)方案論證 （ 3） 開展系統(tǒng)的硬件和軟件設計 （ 4） 系統(tǒng)上位機的組態(tài)設計 （ 5） 系統(tǒng)的整機組裝與調(diào)試 （ 6） 對系統(tǒng)設計結果進行分析與總 結 2 系統(tǒng) 控制方案論證與 總體設計 方案論證 長期以來， 交通燈控制 的主要 方式有： 基于 數(shù)字電路控制、 基于 單片機 系統(tǒng)的 控制、 基于 可編程序控制器 的 控制。能夠支持目前絕大多數(shù)硬件設備，同時可以方便地定制各種設備驅(qū)動；此外，獨特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功 能與靈活的設備操作命令相結合，使硬件設備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。具有龐大的標準圖形庫、完備的繪圖工具集以及豐富的多媒體支持，能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫等于一體的漂亮、生動的工程畫面。包括編寫控制程序（ if…then 腳本程序），選用各種功能構件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等 [1]。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅(qū)動的對象。 用戶窗口 主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等 。設備窗口是連接和驅(qū)動外部設備的工作環(huán)境。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口，負責調(diào)度和管理這些窗口的打開或關閉。 MCGS 組態(tài)軟件 的 組成 MCGS 組態(tài)軟件五大組成部分分別為： 主控窗口 、 設備窗口 、 用戶窗口 、 實時數(shù)據(jù)庫 、 運行策略 。 圖 1 組態(tài)環(huán)境與運行環(huán)境關系圖 MCGS 組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序 支持。兩部分互相南京曉莊學院 2021 屆本科畢業(yè)設計 2 獨立，又緊密相關。 使用 MCGS，用戶無須具備計算機編程的知識， 就可以在短時間內(nèi)輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定， 功能成熟，維護量小并且具備專業(yè)水準的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作 。 基于上述考慮， 本課題 根據(jù)交通 燈 工藝控制要求和特點 ， 采用 西門子 PLC 和 MCGS 組態(tài) 軟件及觸摸屏 實現(xiàn) 對 交通