基于MCGS的十字路口交通燈設(shè)計(jì)

趙運(yùn)婷 賈文民

摘 要：文章介紹了可編程控制器及MCGS組態(tài)軟件的應(yīng)用，采用MCGS組態(tài)軟件作為監(jiān)控平臺(tái)，通過(guò)可編程控制器實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈的模擬控制，畫(huà)面豐富，腳本清晰，設(shè)置方案可行，運(yùn)行可靠，效果良好。

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件;監(jiān)控;PLC;交通燈

0 引言

近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，組態(tài)軟件技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展，特別是圖形界面技術(shù)、面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)更加強(qiáng)大。

為了實(shí)現(xiàn)特定的應(yīng)用目標(biāo)，實(shí)時(shí)工業(yè)控制應(yīng)用系統(tǒng)需要進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。組態(tài)軟件就是完成硬件和軟件溝通的軟件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)溝通。通過(guò)組態(tài)軟件監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，在上位機(jī)上就能顯示出各設(shè)備之間的狀態(tài)（如正常、報(bào)警、故障等）。十字路口交通燈是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?jiàn)的信號(hào)指揮工具，因?yàn)榻煌舻拇嬖?，不管是車輛還是行人在行進(jìn)過(guò)程中都按照交通燈的指示，遵守交通規(guī)則，避免了很多交通事故，不但保證了人們的人身安全，還保證了路口的通行能力。本文根據(jù)路口的車輛和人流的密集程度，利用MCGS組態(tài)軟件和西門(mén)子S7-200設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)十字路口交通燈的組態(tài)監(jiān)控環(huán)境。MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通燈的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使人們更好地了解交通燈的控制過(guò)程。

1 系統(tǒng)選型

1.1 國(guó)內(nèi)外組態(tài)軟件

隨著社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的不斷需求，組態(tài)軟件發(fā)展很快，目前國(guó)外常用的組態(tài)軟件主要有：德國(guó)西門(mén)子公司的WinCC、美國(guó)Wonderware公司的InTouch、澳大利亞CIT公司的Citech等，國(guó)內(nèi)常用的組態(tài)軟件主要有：力控、易控、世紀(jì)星、組態(tài)王、MCGS等。一般的組態(tài)軟件通常都具有以下幾方面的功能：具有強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)功能、良好的開(kāi)放性、豐富的功能模塊、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)、可編程的命令語(yǔ)言、周密的安全防范系統(tǒng)和仿真功能，使系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)，從而縮短開(kāi)發(fā)周期。通用的組態(tài)軟件都具有封裝性、開(kāi)放性、通用性、方便性和組態(tài)性的特點(diǎn)?？梢宰x寫(xiě)不同類型的PLC、儀表、智能模塊和板卡，讀取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種控制及輸出信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)視和控制，以圖形和動(dòng)畫(huà)的形式模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行信息。

本文采用的是MCGS組態(tài)軟件。使用MCGS組態(tài)軟件用戶不需要具備豐富的編程知識(shí)也能在短時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)功能齊全的控制工程。MCGS由組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境組成，包括用戶窗口、主控窗口、設(shè)備窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)備窗口，每個(gè)窗口都具有特定的功能，缺一不可。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，可以定義數(shù)據(jù)變量，設(shè)置變量的類型初始值等，整個(gè)系統(tǒng)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為公共區(qū)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的協(xié)調(diào)配合[1]。

1.2? PLC設(shè)備選擇

十字路口交通燈可以選用單片機(jī)繼電器進(jìn)行控制，但是存在著功能小、維護(hù)不方便、可靠相差的特點(diǎn)，本文選用可編程控制器（PLC），PLC由計(jì)算機(jī)控制思想和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生，可靠性強(qiáng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，梯形圖編程，簡(jiǎn)單易學(xué)，功能齊全。文章通過(guò)PLC按照預(yù)設(shè)好的控制方案對(duì)各路口的交通燈點(diǎn)亮、熄滅、閃爍進(jìn)行控制。綜合比較，選擇西門(mén)子S7200PLC，CPU226。24輸入，16輸出，滿足本系統(tǒng)控制要求。系統(tǒng)整體框如圖1所示。

2? ? 系統(tǒng)分析

2.1 控制流程

系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)開(kāi)啟按鈕、一個(gè)停止按鈕，并設(shè)置一個(gè)文本顯示輸出框計(jì)時(shí)，可以實(shí)時(shí)顯示本系統(tǒng)工程的運(yùn)行時(shí)間。當(dāng)按下開(kāi)啟按鈕后，系統(tǒng)啟動(dòng)，紅燈、綠燈、綠燈閃、黃燈分別亮30秒、23秒、4秒、3秒。當(dāng)綠燈點(diǎn)亮的時(shí)候，相應(yīng)方向的車輛可以通行;當(dāng)紅燈點(diǎn)亮的時(shí)候，相應(yīng)方向的車輛停止通行。具體的控制過(guò)程如下：0秒到23秒之間，東西方向上綠燈點(diǎn)亮，南北方向紅燈點(diǎn)亮，東西方向上的車輛可以通行，南北方向上車輛停止通行;23秒到27秒之間，東西方向綠燈閃爍;27秒到30秒之間東西方向黃燈點(diǎn)亮，東西方向車輛停止通行;30秒到53秒之間，東西方向紅燈點(diǎn)亮，黃燈熄滅，南北方向綠燈點(diǎn)亮，南北方向車輛可以通行;53秒到57秒之間，南北方向綠燈閃爍;57秒到60面之間，南北方向黃燈亮，南北方向車輛停止通行。當(dāng)60秒小于計(jì)時(shí)時(shí)間時(shí)，定時(shí)器開(kāi)始重置，重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行。點(diǎn)擊停止按鈕，定時(shí)器停止運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)工作停止。

2.2 定時(shí)器函數(shù)

本系統(tǒng)選用1號(hào)定時(shí)器，定時(shí)器時(shí)長(zhǎng)為65 s，自動(dòng)循環(huán)，定時(shí)器的輸出值定義為變量計(jì)時(shí)時(shí)間。因?yàn)樵谥暗墓こ贪咐腥藗兪褂眠^(guò)定時(shí)器構(gòu)件來(lái)模擬定時(shí)器，所以這次選用的是定時(shí)器函數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)器功能[2]。本文選用定時(shí)器函數(shù)有以下幾個(gè)：定時(shí)器設(shè)置！Timersetlimit（）、定時(shí)器輸出設(shè)置！Timersetoutput（）、定時(shí)器運(yùn)行！Timerrun（）、定時(shí)器停止！Timerstop（）、定時(shí)器重置！Timerreset（）。

2.3 靜態(tài)畫(huà)面

靜態(tài)畫(huà)面如圖2所示。模擬真實(shí)的道路環(huán)境，為了讓畫(huà)面表現(xiàn)真實(shí)，研究人員添加了電桿大輸。斑馬線可以從工具箱的元件庫(kù)中獲得。

2.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量及動(dòng)畫(huà)鏈接

在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)共定義了14個(gè)變量，如圖3所示。三種顏色的燈分別與相應(yīng)的變量建立鏈接，燈的動(dòng)畫(huà)鏈接比較簡(jiǎn)單，這里就不一一說(shuō)明了。其中需要強(qiáng)調(diào)的是閃爍燈的閃爍實(shí)現(xiàn)方式，需要用第二種用圖元屬性的變化實(shí)現(xiàn)閃爍，如圖4所示。

燈的動(dòng)畫(huà)鏈接建立完之后，需要對(duì)南北方向和東西方向上的車建立動(dòng)畫(huà)鏈接。通過(guò)測(cè)量靜態(tài)畫(huà)面中車輛移動(dòng)距離，東西方向車輛的移動(dòng)距離為815像素，南北方向車輛的移動(dòng)距離為446像素。

2.5 組態(tài)腳本程序

為實(shí)現(xiàn)交通燈的控制，本系統(tǒng)需要在運(yùn)行策略中編寫(xiě)腳本程序。在啟動(dòng)前，系統(tǒng)需要對(duì)各個(gè)控制對(duì)象進(jìn)行清0操作。

南北車運(yùn)行程序和東西車類似，需要注意的是計(jì)時(shí)時(shí)間的變化，計(jì)時(shí)時(shí)間大于30，小于53，車輛的位移移動(dòng)變化南北車1=南北車1+10，能夠直觀地顯示車輛速度的變化。

2.6? 設(shè)備連接

設(shè)備窗口是負(fù)責(zé)組態(tài)系統(tǒng)與外部設(shè)備連接的窗口，通過(guò)設(shè)備窗口從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。PC機(jī)與PLC建立連接后，點(diǎn)擊設(shè)備窗口工具箱，在設(shè)備管理中點(diǎn)擊通用串口設(shè)備，再雙擊PLC設(shè)備，選擇西門(mén)子-S7200PPI，并設(shè)置屬性[3]，如下圖5所示。

根據(jù)圖6的I/O分配表設(shè)置通道連接。建立通道和MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)鏈接。

PLC程序編寫(xiě)完成后，測(cè)試工程各部分的工作情況。上位機(jī)PC機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件采集PLC信號(hào)，PLC與MCGS 軟件進(jìn)行通信[4]。主控窗口將自動(dòng)完成對(duì)PLC輸入、輸出數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，并將數(shù)據(jù)和MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量建立鏈接。點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始循環(huán)運(yùn)行，在上位機(jī)上可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，在運(yùn)行過(guò)程中，點(diǎn)擊停止按鈕，系統(tǒng)停止工作。

3 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)MCGS組態(tài)軟件和西門(mén)子PLC實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的十字路口交通燈的模擬運(yùn)行，掌握了PLC的原理、接線及編程和MCGS的畫(huà)面制作，變量定義、動(dòng)畫(huà)鏈接及腳本程序的應(yīng)用，反映了MCGS組態(tài)軟件豐富的畫(huà)面顯示功能及PLC強(qiáng)大的控制功能。整個(gè)系統(tǒng)方案可行，運(yùn)行正常。在以后的交通燈設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員還會(huì)增加左轉(zhuǎn)燈、右轉(zhuǎn)燈，增加數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)及觸摸屏的應(yīng)用。本工程對(duì)于以后組態(tài)軟件的教學(xué)和可編程控制器的教學(xué)都有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]朱益江.MCGS工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2020.

[2]趙運(yùn)婷，賈文民.基于MCGS的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（5）：3473-3475.

[3]池行強(qiáng).基于 MCGS 與西門(mén)子 PLC 的十字路口交通監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019（7）：20-21.

[4]李江全.組態(tài)軟件MCGS從入門(mén)到監(jiān)控應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2018.

（編輯 王永超）