【正文】 ........................................................................64 附錄 9：車道控制機主電氣圖 ......................................................................................65 基于 PLC 的 車道 控制 機 組態(tài)設(shè)計 1 1 緒 論 車 道控制機技術(shù) 在高速公路車道收費設(shè)備中，車道控制機是最重要的 核心部分 ， 向上 與收費站計算機系統(tǒng)通信， 往下 控制所有外 部 設(shè) 備 ，如：車輛檢測器、通行 信號 燈、天棚信號燈 、霧燈 、自動欄桿、費額顯示器、 操作員 鍵盤、視頻數(shù)據(jù) 采集器 等 。 上位機即車道收費站計算機，采用可滿足數(shù)據(jù)通信要求的計算機。其他輔助設(shè)備有電源、托架等。 外部設(shè)備包括： 車輛檢測器、 擋車器、 通行 信號 燈、天棚信號燈 、霧燈 、自動欄桿、費額顯示器、 操作員 鍵盤、視頻數(shù)據(jù) 采集器、通信線纜、車輛稱重模塊、報警燈等 。 南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 WinCC 的性能特點 WinCC 是 西門子 公司開發(fā)的組態(tài)技術(shù)軟件 。 西門子公司的 WinCC 是 Windows Control Conter （視窗控制中心）的簡稱。 WinCC繼承了西門子公司的全集成自動化（ TIA）產(chǎn)品的技術(shù)先進和無縫集成的特點。此外 WinCC 還有對 SIMATIC PLC 進行系統(tǒng)診斷的選項 ，給硬件維護提供了方便。 WinCC 是基于最新發(fā)展的軟件技術(shù)。 2． 包括所有 SCADA 功能在內(nèi)的客戶機 /服務(wù)器系統(tǒng)。 4． 眾多的選件和附加件擴展了基本功能。 6． 強 大 的 標 準 接 口 （ 如 OLE,ActiveX 和 OPC ）。 7． 全集成自動化 TIA（ Totally Integrated Automation）的部件。 TIA 意味著在組態(tài)、編程、數(shù)據(jù)存儲和通訊方面的一致性。 主要研究內(nèi)容包括： 1．設(shè)計組態(tài)軟件畫面，實現(xiàn)對各控制子系統(tǒng)運行情況的控制與監(jiān)視。通過組態(tài)軟件中命令語言編寫的程序，使虛擬 車道控制機 完成相應(yīng)的運動，用畫面上 的窗口 來顯示來自 PLC的各種狀態(tài)信息，編寫 PLC控制程序，通過計算機與 PLC串行通信交換信息和組軟件接收和執(zhí)行 PLC對 車道控制機 發(fā)出的各種命令，用 PLC來控制“虛擬” 車道控制機。 當車道處于關(guān)閉狀態(tài)時，檢測器仍處于工作狀態(tài)，以檢測在車道關(guān)閉時的違章車輛。本文中使用的是只具有計數(shù)，欄桿控制功能的線圈檢測器。并將計數(shù)統(tǒng)計所得數(shù)據(jù)上傳至上位機保存，上位機即收集到統(tǒng)計數(shù)據(jù)保存以備查看。包括車牌，車身照。計算機通過自動分析車牌軟件可獲取該車車牌號碼，并與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，保存該數(shù)據(jù)入數(shù)據(jù)庫，以備查看。 4． 車輛檢測器 的正常運行過程 當車輛即將進站，車輛檢測器通過線圈感應(yīng)到車輛，即刻發(fā)出信號，車道控制機接收到該信號，分別向數(shù)據(jù)圖像采集設(shè)備、自動欄桿發(fā)出指令，由此攝像機即刻抓拍車輛圖像，包括車身以及車牌圖像；自動欄桿落下，車輛進站完成。由此車輛檢測器工作完成。采用扭矩電機可使電機停止在任何位置而不致?lián)p壞。 2． 由控制模塊發(fā)出信號控制電機正反轉(zhuǎn)，聯(lián)動欄桿起落。 4． 金屬感應(yīng)器 可完成防撞、防砸和車輛通過欄桿后自動落桿功能。利用攝像機、汽車牌照識別技術(shù)軟件和成套設(shè)備，可以將車輛經(jīng)過收費站時的圖像和車牌信息即時記錄下。 1． 車道監(jiān)控攝像機。 高速公路收費專用圖像采集卡實現(xiàn)視頻圖象通過計算機 PCI基于 PLC 的 車道 控制 機 組態(tài)設(shè)計 5 總線實時傳遞至計算機內(nèi)存，圖像采集卡是系統(tǒng)核心部分 3． 汽車牌照自動識別軟件。該系統(tǒng)可識別車輛牌照號碼，牌照顏色。 AC VLE D 圖 車道收費站汽車牌識別設(shè)備工作框 圖 二、 稱重系統(tǒng) 1. 高速動態(tài)稱重系統(tǒng)的原理概述 為了保護高速公路路面及其他路產(chǎn)免遭超重車破壞，對超限車輛進行有效的控制，因而有必要設(shè)置高速動態(tài)稱重系統(tǒng)對來往的車輛進行監(jiān)控和管理，禁止超限車輛駛?cè)敫咚俟罚驅(qū)σ呀?jīng)在路面上過往車輛軸重及總重載荷進行預(yù)檢，從正常行駛車輛中篩選出有超限超重嫌疑的車輛。在高速稱重系統(tǒng)后方設(shè)置超重報警顯示裝置，對超限超重車輛進行引導(dǎo)，使之退出高速公路或從最近的匝道口駛出高速公路。 [2] 南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3. 車輛計重收費 根據(jù)車輛的載荷大小來確定收費額，也就是依據(jù)對路面的破壞程度來確定收費額的。從整個計重收費過程可以看出，計重是計重收費系統(tǒng)的核心部分和關(guān)鍵部分，也是計重收費的重要依據(jù) 。進行收費，檢測車重，判斷車型，手動控制外部設(shè)備，如：棚燈、霧燈、報警器以及手動控制信號燈、欄桿起落等。設(shè)計操作員鍵盤是，以友好，高效，簡潔畫面為目標。操作員對過站車輛進行判斷，根據(jù)其車型選擇收費種類。 過站車輛經(jīng)過稱重系統(tǒng)的自動稱重所得重量信息將會自動上傳至收費員計算機，并顯示在操作員操作畫面上，操作員根據(jù)其是否超重，超重百分數(shù)，判斷其是否違章，是否需要作牽引處理。以滬杭甬高速公路收費標準為參考標準，見圖 圖 南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 客車按車型分類及收費標準 圖 載貨汽車計重收費標準 1． 違章判斷 。發(fā)現(xiàn)車輛存在違章行為，操作員可聯(lián)系交通管理部門工作人員對車輛進行違章處理。 2． 收費功能 。 (2)費用收訖后，打印票據(jù)，給車輛提供收費憑證。 3． 報警功能 當車輛出現(xiàn)沖卡，車輛相撞事故，火災(zāi)等各種意外突發(fā)緊急狀況，操作員可即刻報警，車道控制機接收報警信號，開啟報警燈和報警功放。 在各種天氣原因以及特殊情況等條件下，操作員可通過控制鍵盤對棚燈，霧燈以及通行信號燈進行手動控制。 工作人員上崗與下班時間考勤記錄可通過操作鍵盤記錄，數(shù)據(jù)將統(tǒng) 計在計算機內(nèi)。顯示屏上顯示過站車輛需繳納的過站費用總數(shù)。費額顯示器安裝于收費島上用于顯示車型、金額、通行狀態(tài)或其他與收費系統(tǒng)相關(guān)的信息。 數(shù)碼管演示圖見費額顯示屏示例 圖 。 1． 費額顯示屏 又微處理器和大規(guī)模集成電路組成 。 圖 費額顯示屏示例 圖 南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 棚霧燈及信號燈 一、 雨棚燈 雨棚燈由大量 LED 燈泡構(gòu)成，主要功能是提供照明 。我國目前市場上的雨棚燈有節(jié)能型和白熾燈等，采用節(jié)能型雨棚燈可提高光照效果并減低能耗。 圖 節(jié)能型雨棚燈示例 圖 二、 霧燈 使 用 LED 發(fā)光二極管為光源 ，在迷霧，雨天等能見度低的天氣條件下，開啟霧燈為行駛車輛照明并指示收費站車道位置。霧燈的使用是必要的道路交通安全設(shè)施，保障高速公路系統(tǒng)正常運行及人員和車輛安全。霧燈的控制與雨棚燈相同，由操作員鍵盤控制，手動開啟或關(guān)閉。 基于 PLC 的 車道 控制 機 組態(tài)設(shè)計 11 圖 收費站霧燈圖 三、 交通信號燈 道路交通信號燈是為了加強道路交通管理 , 減少交通事故 , 提高道路使用效率 , 從而改善交通狀況的一種重要工具。當車輛繳費完成，轉(zhuǎn)換為綠燈，示意車輛可以通行。 圖 交通信號燈圖 南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 報警系統(tǒng) 一． 報警系統(tǒng) 報警系統(tǒng)由報警燈，警報器和控制單元構(gòu)成。 每個車道都裝設(shè)區(qū)域報警控制器。 1． 當車輛沖卡或者撞擊自動欄桿發(fā)生時，自動欄桿上的感應(yīng)單元發(fā)出信號，傳至車道控制機，車道控制機聯(lián)動區(qū)域報警控制單元啟動報警燈及報警器，自動完成報警 。 3． 火災(zāi)自動 報警 。消防控制設(shè)備主要是： (l)火災(zāi)警報裝置。 (3)事故照明。 (5)固定滅火系統(tǒng)控制裝置等 。這種連接不是各個子系統(tǒng)的簡單堆積，而是借助于自動化系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把現(xiàn)有的分離的設(shè)備、功能、信息組合到一個相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，從而能夠把先進的高技術(shù)成果，巧妙靈活地運用到現(xiàn)有的 車道控制機 系統(tǒng)中，以充分發(fā)揮其更大的作用和潛力。系統(tǒng)集成的定位可從以下幾個方面： 1．系統(tǒng)集成借助于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等先進的技術(shù)手段，通過對人機系統(tǒng)的合理優(yōu)化 ， 實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效管理，為管理決策基于 PLC 的 車道 控制 機 組態(tài)設(shè)計 13 提供服務(wù)支持。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的目的是為了構(gòu)建信息傳輸和軟硬件資源共享的信息平臺，為實現(xiàn) 車道控制 系統(tǒng)的全面集成奠定基礎(chǔ)。相關(guān)子系統(tǒng)聯(lián)動的最大好處在于，一且出現(xiàn)事故，可以通過系統(tǒng)的聯(lián)動在危險發(fā)生的第一時間采取措施，從而減少損失和有效阻止不良事態(tài)的進展，為使用者提供可靠、高效、便利的工作環(huán)境。系統(tǒng)集成的過程主要是解決不同系統(tǒng)和產(chǎn)品之間接口和協(xié)議的標準化問題，從而使它們之間具有互操作性。 3．實用型和經(jīng)濟性。 4．高效率。系統(tǒng)性能主要包括：系統(tǒng)的實時響應(yīng)能力、通信帶寬和 數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)的吞吐能力等幾個方面。系統(tǒng)的可擴充性取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性，模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于系統(tǒng)升級和功能擴充。組態(tài)軟件使用者主要以圖形組態(tài)的方式生成適合自己需要的應(yīng)用系統(tǒng)，不需要用戶修改軟件的源代碼程序。組態(tài)軟件的畫面由各種圖形對象組成，自動化工程設(shè)計技術(shù)人員在組態(tài)時很容易生成 各種圖形對象，把被控對象 (如反應(yīng)罐、溫度計、鍋爐、趨勢曲線、報表等 )形象地畫出來。例如，用一個矩形填充體模擬現(xiàn)場容器的液位，在組態(tài)這個矩形的填充屬性時，指定代表液位的變量名稱、液位的上下限及對應(yīng)的填充高度，就可以完成液位的圖形組態(tài)。 2．現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)交換。用組態(tài)軟件生成的應(yīng)用系統(tǒng)投入運 行后，與被控對象相連的 I/O 設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，會使畫面上對應(yīng)的圖形對象的屬性發(fā)生變化?？梢园凑战M態(tài)要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)發(fā)送給 I/O 設(shè)備，對執(zhí)行機構(gòu)實施控制或調(diào)整控制參數(shù)。 5．存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢。 7．具有與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。 二．組態(tài)軟件的系統(tǒng)組成 組態(tài)軟件的開發(fā)設(shè)計通常可以圍繞人機界面系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等四大部分進行。靜態(tài)圖形設(shè)計和動態(tài)屬性設(shè)置兩個過程。靜態(tài)圖形設(shè)計在系統(tǒng)運行后保持不變。 2． 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在系統(tǒng)運行過程中，各個部件獨立地向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯控制以減少通信信道的傳輸錯誤，通過實時數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體。實現(xiàn)組態(tài)軟件與外界進行數(shù)據(jù)交換的軟件系統(tǒng)，組態(tài)軟件在運行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的 I/O 設(shè)備驅(qū)動程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中各個部分，完成整個系統(tǒng)的通信過程。 4．控制系統(tǒng)。工控組態(tài)軟件引入“策略”的概念來描述組態(tài)軟件的控制功能。 圖 組態(tài)軟件運行環(huán)境 南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 WinCC Flexible 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) “ WinCC Flexible ”是運行于 Windows XP Professional SP2, Windows XP Professional SP3 版本 西門子公司設(shè)計 的組態(tài)軟件 ，采用模塊化設(shè)計，可用在多種HMI 設(shè)備上， 擁有世界多國語言支持 ，軟件運行穩(wěn)定可靠。 WinCC flexible 工程系統(tǒng)是用于處理所有基本組態(tài)任務(wù)的軟件。 WinCC flexible 運行系統(tǒng)。 在運行系統(tǒng)中，您可以在過程模式下執(zhí)行項目。 WinCC flexible 選件可以擴展 WinCC flexible 的標準功能。 二、 WinCC flexible 的 工程 系統(tǒng) WinCC flexible 是用于所有組態(tài)任務(wù)的工程系統(tǒng)。 隨著版本的逐步升高，所支持的設(shè)備范圍以及 WinCC flexible 的功能都得到了擴展。 因此， WinCC flexible 的功能性可以與 ProTool 系列的產(chǎn)品和 TP Designer相媲美。 具體說，涉及到下列任務(wù)： 1． 與自動化系統(tǒng)之間的通訊。 4． 當前運行時數(shù)據(jù)的歸檔，例如過程值和報警事件 四、 WinCC flexible 的自動化概念 WinCC flexible 可以控制 單臺、多臺和具有集中功能的 HMI 系統(tǒng) 基于 PLC 的 車道 控制 機 組態(tài)設(shè)計 17 圖 西門子 WinCC flexible 自動化概念圖 WinCC flexible 全自動化解決方案不僅涉及 HMI 系統(tǒng)（例如 WinCC flexible），還涉及附加的組件，例如 PLC、過程總線和外圍設(shè)備。 1． 組態(tài)和編程的一致性 2． 數(shù)據(jù)保持的一致性 3． 通訊的一致性 五、 WinCC 系統(tǒng)構(gòu)成 1． 變量管理器 2． 圖形編輯器 3． 報警記錄 4． 變量歸檔 5． 報 表編輯器 6． 全局腳本 7． 文本庫 8． 用戶管理器 9． 交叉引用表 南京工程學院電力工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）