【正文】 18 車輛通過(guò) 監(jiān)控仿真 一．創(chuàng)建 項(xiàng)目 用于組態(tài)用戶界面的基礎(chǔ)就是項(xiàng)目。 ? 變量，用來(lái)在 HMI 設(shè)備和車道控制機(jī)系統(tǒng)之間傳送數(shù)據(jù)。 創(chuàng)建項(xiàng)目步驟： 打開(kāi) WinCC flexible 軟件，起始畫(huà)面出現(xiàn)項(xiàng)目向?qū)Чぞ呖驁D ，如圖 所示。單擊“ 小型項(xiàng)目 ”按鈕，進(jìn)入“ 設(shè)備選擇 ”對(duì)話框，如圖 所示。單擊“下一步”以應(yīng)用“畫(huà)面模板”頁(yè)面上提供的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。 然后輸入有關(guān)項(xiàng)目的信息 單擊“完成”按鈕，確認(rèn)新建的工程，完成新建工程的操作。雙擊內(nèi)容顯示區(qū)最下面的“新建”圖標(biāo)，彈出“定義變量”屬性對(duì)話框如圖 所示。需要使用下列對(duì)象來(lái)組態(tài)填充量顯示： ? 儲(chǔ)存填充量的變量 ? 以數(shù)字形式顯示填充量的輸出域 ? 以圖形方式顯示填充量的棒圖 ? 用于設(shè)定標(biāo)簽的文本域 圖 定義變量窗口 一 圖 變量定義窗口二 基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 21 表 觸摸屏的變量表 名稱 數(shù)據(jù)類型 地址 報(bào)警燈 bool 內(nèi)部變量 棚燈 bool 內(nèi)部變量 霧燈 bool 內(nèi)部變量 信號(hào)燈 bool 內(nèi)部變量 外設(shè)欄桿 bool 內(nèi)部變量 外設(shè)攝像 bool 內(nèi)部變量 攝像機(jī) bool 內(nèi)部變量 外設(shè)電機(jī) bool 內(nèi)部變量 稱重模塊 int 內(nèi)部變量 攝像機(jī) int 內(nèi)部變量 電動(dòng)機(jī) int 內(nèi)部變量 車輛統(tǒng)計(jì) int 內(nèi)部變量 應(yīng)繳費(fèi)用 int 內(nèi)部變量 欄桿落 int 內(nèi)部變量 費(fèi)額顯示屏 int 內(nèi)部變量 大車過(guò) int 內(nèi)部變量 外設(shè)稱重 int 內(nèi)部變量 小車過(guò) int 內(nèi)部變量 中車過(guò) int 內(nèi)部變量 收費(fèi)統(tǒng)計(jì) int 內(nèi)部變量 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 組態(tài)畫(huà)面的變量表 三． 車輛經(jīng)過(guò)畫(huà)面組態(tài) 設(shè)計(jì) 通過(guò)用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn) 車道控制機(jī) 的純軟件仿真監(jiān)控系統(tǒng)，介紹用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的仿真方法，利用組態(tài)軟件的命令語(yǔ)言編寫(xiě)用戶程序的方法。 圖 車輛通過(guò) 流程圖 基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 23 在初始化程序中，對(duì) 車道控制機(jī)的外部設(shè)備 的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。欄桿默認(rèn)處于落下位置 ，小車駛?cè)胲嚨朗召M(fèi)站內(nèi)停下。信號(hào)燈此時(shí)處于紅燈狀態(tài)。一次收費(fèi)完成。 1． 初始化設(shè)計(jì) 在定義各設(shè)備起始值時(shí)，即按照系統(tǒng)默認(rèn)值設(shè)定。根據(jù)組態(tài)軟件項(xiàng)目向?qū)У妮o助，本設(shè)計(jì)以圖 為樹(shù)形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組態(tài)畫(huà)面。起始畫(huà)面為整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)始，每次打開(kāi)系統(tǒng)將出現(xiàn)該畫(huà)面。從起始畫(huà)面可切換到所有其他畫(huà)面，并且每個(gè)分畫(huà)面都可以一步返回起始畫(huà)面。 圖 組態(tài)畫(huà)面結(jié)構(gòu)樹(shù)形圖 圖 起始?xì)g迎畫(huà)面（ Start Screen） 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 2． 組態(tài)畫(huà)面靜態(tài)、動(dòng)態(tài) 設(shè)計(jì) 在起始畫(huà)面下，分兩個(gè)部分。運(yùn)行演示畫(huà)面主要為系統(tǒng)綜合組態(tài)畫(huà)面。 運(yùn)行畫(huà)面可以顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。當(dāng)運(yùn)行方式為上位控制時(shí)，可以通過(guò)畫(huà)面中的按鈕啟動(dòng)和停止設(shè)備運(yùn)行。汽車進(jìn)站，繳費(fèi)完畢后欄桿抬起，車輛通過(guò)的動(dòng)畫(huà)。組態(tài)畫(huà)面動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法：首先從庫(kù)中找出汽車圖形，將汽車圖形的屬性中動(dòng)畫(huà) 水平移動(dòng) 啟動(dòng)打鉤，將其水平移動(dòng)動(dòng)畫(huà)激活。變量一默認(rèn)為 int 類型變量。設(shè)置該按鈕事件中，單擊事件的函數(shù)為 — 編輯位。此項(xiàng)功能為，反轉(zhuǎn)指定的變量， 1 改為 0,0 改為 1。由此，動(dòng)態(tài)汽車通過(guò)的三個(gè)狀態(tài)分別見(jiàn)圖 、圖 、圖 。分別是按車型收費(fèi)和按車重收費(fèi)。超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)車重的車輛，將繳納超重部分按重量計(jì)算附加費(fèi)用。具體收費(fèi)金額以及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)本文 節(jié)中圖 、圖 。 車輛型號(hào)的區(qū)分在滬杭甬高速公路收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)中可以得到。在此基礎(chǔ)上，各車型所限車重已在該標(biāo)準(zhǔn)中明確劃分。公里計(jì)費(fèi) 。公里 線性遞減到 元 /噸 15 噸至 30噸（含 ） 元 /噸公里計(jì)費(fèi) 。 超限 30%以內(nèi)（含基于 PLC 的 車道 控制 機(jī) 組態(tài)設(shè)計(jì) 27 30%）。公里 計(jì)，其余部分按“超限量小于10%”收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)。公里 2 計(jì)。公里 3 計(jì)。公里 4 計(jì) 車型判斷組態(tài)畫(huà)面所要求達(dá)到的功能為，可通過(guò)車道控制機(jī)操作員鍵盤選擇預(yù)設(shè)的車型種類，種類必須概括所有車型種類。簡(jiǎn)而言之，即選擇某一車型，應(yīng)自動(dòng)輸出所需繳納的車輛通過(guò)費(fèi)用。 二． 車型判斷畫(huà)面組態(tài)設(shè)計(jì) 本組態(tài)設(shè)計(jì)安排了上述車型四種，分別為 5t、 15t、 30t、大于 30t。共八種計(jì)算。 在應(yīng)收費(fèi)用的計(jì)算上，運(yùn)用上述公式 合法裝載：應(yīng)收費(fèi)用 =單價(jià) *車重 *公里數(shù) 并為演示便利，設(shè)公里數(shù)為 100 公里。 超限裝載：應(yīng)收費(fèi)用 =單價(jià) *（車重 限制車重 *） * + 單價(jià) *限制車重 **公里數(shù) 即： 合法裝載 應(yīng)收費(fèi)用 = *車重 *100 =9*車重 （元） 超限裝載 應(yīng)收費(fèi)用 = *車重 *限制車重 （元） 函數(shù) InverseLinearScaling 的應(yīng)用 使用線性函數(shù) X = (Y b) / a，將通過(guò)給定變量 Y 的值計(jì)算得出的數(shù)值賦給變量X。與此函數(shù)相反的系統(tǒng)函數(shù)是“ LinearScaling”。方法是，將虛擬稱重所得車重變量設(shè)為函數(shù)中的已知變量，通過(guò) 前述計(jì)算公式，得到應(yīng)收費(fèi)用數(shù)額，將應(yīng)收費(fèi)用數(shù)額關(guān)聯(lián)事件至應(yīng)收費(fèi)用變量輸入 /輸出域中。通過(guò)這一系列的方法，即組態(tài)了整套車型判斷，計(jì)價(jià)，費(fèi)額顯示的全過(guò)程。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 車型判斷圖 圖 改變稱重值計(jì)算費(fèi)用圖 三． 組態(tài)虛擬 費(fèi)額顯示 器 費(fèi)額顯示屏 的畫(huà)面如圖 所示。 即顯示應(yīng)收費(fèi)用數(shù)額。并將應(yīng)收費(fèi)用事件 激活 SetValue 函數(shù)設(shè)置為 重置費(fèi)額顯示器變量數(shù)值。 圖 費(fèi)額顯示屏 畫(huà)面 外部設(shè)備 仿真 一． 組態(tài)虛擬 欄桿起落 虛擬欄桿在車輛駛?cè)雿u中和收費(fèi)結(jié)束離開(kāi)收費(fèi)島時(shí)活動(dòng)，可由 PLC 程序控制，也可由操作員鍵盤控制。將“欄桿起落”按鈕的單擊事件函數(shù)設(shè)置為 InvertBitInTag 函數(shù)，將函數(shù)變量設(shè)置為欄桿落。將他們的屬性設(shè)置中，可見(jiàn)性一欄設(shè)置成為：由變量“欄桿落”控制的彼此交錯(cuò)隱藏或可見(jiàn)。見(jiàn)圖 。攝像機(jī)工作周期開(kāi)始于欄桿落下，結(jié)束于欄桿升起。將攝像機(jī)的閃爍設(shè)置為“標(biāo)準(zhǔn)”，將其可見(jiàn)性設(shè)置為由“欄桿落”變量控制的可見(jiàn)。 圖 攝像機(jī)變量的函數(shù)設(shè)置 畫(huà)面 三． 組態(tài)虛擬信號(hào)燈閃爍 信號(hào)燈的閃爍工作周期和攝像機(jī)相同，即欄桿起，亮綠燈；欄桿落，亮紅燈。（ InvertBit 函數(shù)為系統(tǒng)函數(shù)，其功能為反轉(zhuǎn)變量的值，且變量值須為 bool型 ）。 圖 信號(hào)燈變量的函數(shù)設(shè)置 畫(huà)面 四． 組態(tài)虛擬棚燈、霧燈照明 棚燈與霧燈的照明系統(tǒng)模擬，是用兩個(gè)按鈕分別控制。在虛擬棚燈、霧燈運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)操作面板直接控制兩燈開(kāi)關(guān)，與其他信號(hào)無(wú)關(guān)。變量名為“車輛計(jì)數(shù)”。 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) 。使用 SetValue 函數(shù)，對(duì)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?？梢杂脠?bào)警信息對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷。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。 根據(jù)信號(hào)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(kāi)關(guān)量）對(duì)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(lái)表示。 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(shí)，將觸發(fā)模擬量報(bào)警。 2）診斷時(shí)間：用于離散量和模擬量報(bào)警，指示常規(guī)操作狀態(tài)、過(guò)程狀態(tài)和過(guò)程順序，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(lái)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。 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(cuò)誤。 系統(tǒng)報(bào)警由編號(hào)和報(bào)警文本組成，報(bào)警文本中可能包含更準(zhǔn)確說(shuō)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。 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)?？墒褂孟嚓P(guān) HMI 設(shè)備所支持的字符格式來(lái)逐個(gè)字符地處理報(bào)警文本的格式。報(bào)警緩沖區(qū)中保留報(bào)警狀態(tài)改變時(shí)的瞬時(shí)值。每個(gè)報(bào)警編號(hào)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(lái)自 PLC 的 CPU 內(nèi)的報(bào)警。對(duì)于模擬量報(bào)警，報(bào)警的觸發(fā)為變量的限制值。還可通過(guò)它來(lái)確定報(bào)警在 HMI 設(shè)備上的顯示方式。 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(duì)象?？梢栽诓煌漠?huà)面中 為不同類型的報(bào)警組態(tài)多個(gè)報(bào)警視圖?？梢杂脮r(shí)間觸發(fā)的方式關(guān)閉和打開(kāi)報(bào)警窗口。 3． 報(bào)警指示器 報(bào)警指示器是組態(tài)好的圖形符號(hào)，在畫(huà)面模板上組態(tài)的報(bào)警指示器將成為項(xiàng)目中所有畫(huà)面上的一個(gè)元件。 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(huà)面 圖 離散量報(bào)警設(shè)置 畫(huà)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(huà)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”。車輛若超重 60 噸以上，自動(dòng)判別為違章車輛，產(chǎn)生違章報(bào)警。上限值為 60，即車輛超重時(shí)，模擬量自動(dòng)報(bào)警。 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。見(jiàn)圖 。 4． 報(bào)警畫(huà)面仿真圖 圖 超重自動(dòng) 報(bào)警 畫(huà)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(huà)面文本信息和確認(rèn)按鈕仿真 圖 報(bào)警 畫(huà)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(shí)，需要拉響警報(bào)，鳴笛，閃爍報(bào)警燈。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(huà)面中，將其屬性設(shè)置為不可見(jiàn)，自動(dòng)播放，將其播放路徑設(shè)置為警報(bào)鈴音。具體設(shè)置和仿真見(jiàn) 圖 、圖 。它有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、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(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)，根據(jù)用戶程序的執(zhí)行結(jié)果，通過(guò)數(shù)字或模擬量輸入 /輸出部件對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。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(chǔ)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。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(dòng)系統(tǒng)等。 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(hào)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(gè)過(guò)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(gè)階段。與用戶程序有關(guān)的工作過(guò)程主要分為 3 個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。在整個(gè)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(gè)階段。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段。 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(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)或者刷新輸出線圈在 1/O 映像區(qū)中對(duì)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。在此期間， CPU 按照 I/O 映像區(qū)內(nèi)對(duì)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(dòng)相應(yīng)的外部設(shè)備。 PLC 為控制裝置，在組態(tài)軟件的畫(huà)面 中生成的虛擬 車道控制機(jī) 為被控對(duì)象，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕觀察虛擬 車道控制機(jī) 的運(yùn)行情況。仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 WinCC flexible 與 PLC 的 集成 一、 集成的 好處 1． 在 SIMATIC Manager 中可以同時(shí)管理自動(dòng)化項(xiàng)目的 PLC 和 HMI 的組態(tài)、編程和調(diào)試。例如：在 STEP7 中修改了通信參數(shù)， WinCC flexible 中的通信參數(shù)會(huì)同時(shí)自動(dòng)修改。在STEP7 中修改了變量的符號(hào)， WinCC flexible 中的變量會(huì)同時(shí)自動(dòng)更新。 見(jiàn)圖 、圖 、圖 。 2． 觸