课程设计（论文）基于PLC与MCGS组态软件的交通灯控制.doc

摘要设计了路口交通灯监控系统的控制方案,介绍了用PLC实现对交通灯运行控制的方法。采用组态软件实现监控系统的上位机设计,在组态软件中实时反映交通灯的运行状态,并能通过监控画面控制交通灯的信号, PLC控制系统和组态监控系统进行实时数据交换。关键词：PLC;MCGS组态;交通灯目录第一章 绪论1第二章 通灯系统控制要求32.1 交通灯系统控制要求32.2 交通灯路况模拟图3第三章 交通灯系统控制设计43.1可编程器件选择43.2 MCGS组态软件53.3交通灯系统控制时序图53.4交通灯系统控制流程图63.5 PLC中I/O地址分配图73.6 I/O地址分配表73.7交通灯系统控制PLC程序83.8组态程序10第四章 交通灯控制系统运行结果124.1 进入运行界面124.2 启动12第五章 结束语16第六章 参考文献17第一章 绪论随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。单片机也可以控制交通灯系统，由于单片机电子元件的可靠性没有PLC可靠性高，容易出现系统的错误，从而产生一些不便，甚至事故，所以为保证交通的畅行，十字路口的交通灯的控制显得尤为重要，不能有差错，在正常工作中，为了保证系统运行的可靠性一般选用PLC来控制交通灯。可编程控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。它将传统继电器技术和现代计算机信息处理两者的优点结合起来，成为了工业自动化领域中最重要的、应用最多的控制设备，并已跃居工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）的首位。近年来PLC的应用更为广泛，它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，对使用环境适应性强，同时其内部定时器资源十分丰富，十字路口的交通灯控制可方便地实现。因此使用PLC控制交通灯系统势在必行。【2】当前，组态控制技术在工业自动化领域逐渐兴起，成为一种新型的软件开发技术。只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态、数据组态、画面组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作，可以实现远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等功能。而当前很多自动控制系统中，常常选用可编程序控制器(PLC)作为控制设备，用于数据采集、状态判别和输出控制。在PLC 与计算机通讯的基础上，通过组态软件可以对PLC的当前工作状态进行全方位的监控，进一步对控制对象的工作过程进行全程模拟仿真，实现远程控制。因其充分利用了计算机和PLC 的特点，实现了优势互补而得到广泛应用。本文利用计算机作为上位机，利用MCGS组态软件作为程序开发平台，下位机采用欧姆龙系列可编程序控制器，组成一个简单实用的十字路口交通灯控制系统，以解决路口人行横道中行人闯红灯而引起的交通安全问题。【5】第二章 通灯系统控制要求2.1 交通灯系统控制要求交通灯对我们人类来说是个必不可少的交通信号工具，它关系着我们的人身安全。尤其在大城市里，绝容不得有半点失误。本文的控制要求如下：按启动按钮，交通灯开始工作，按停止按钮，交通灯停止工作。系统启动后，南北方向红灯亮25S，同时东西方向绿灯亮20S,到20S 时东西方向绿灯开始闪亮3S 后熄灭，然后过渡到东西方向黄灯亮2S 后熄灭；之后东西方向红灯亮，南北方向红灯熄灭，南北方向绿灯亮。东西方向红灯亮25S，在此同时南北方向绿灯亮20S，到20S 时南北方向绿灯开始闪亮，闪亮3S 后熄灭，然后过渡到南北方向黄灯亮2S 后熄灭；之后又回到南北方向红灯亮，东西方向红灯熄灭，东西方向绿灯亮的状态。两个方向的绿灯闪亮间歇时间均为1S。两个方向的信号灯，按上面的要求周而复始地进行工作。2.2 交通灯路况模拟图图一 交通灯状况模拟图第三章 交通灯系统控制设计3.1可编程器件选择在众多的PLC设备中，我们选用了欧姆龙公司的CPM1A型PLC。我们之所以选择该型机，是因为以下几个方面的原因决定的。【3】首先，欧姆龙公司是世界著名的几大PC生产一开发的厂家之一，它的大、中、小、微型机各具特色各有所长，在中国市场上的占有率位居前列。其产品在用户中具有很高的声誉。其次，它的价格相对比较合理，性价比高。而且其属于整体式的小型机，结构小，可为电控柜的布置剩下空间。最后，我们选用欧姆龙SYSMAC-CPM1A小型化PLC还与它自身的主要特点有关。其主要特点为：a. 可连接可编程终端，选用通信适配器以相应的上位Link或高速NT Link与PT之间进行高速通信。b. 有10点至40点多种CPU单元。CPU单元与扩展I/O并用，可完成10点到100点的输入输出要求。并有AC和DC两种电源型号可选择。c. 汇集了各种先进的功能，如高速响应功能、高速计数功能、中断功能，还备有2个模拟量设定。d. 充足的程序容量，具有2048字的用户程序存储器和1024字的数据存储器。e. 编程环境与CPM1及SYSMAC等机种相同。由于原有SYSMAC支持软件及编程器都可继续使用，故而系统的扩展及维护都可简单进行。基于欧姆龙SYSMAC-CPM1A以上特性及优点，因此，选择用其作为下位机。3.2 MCGS组态软件MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。包含“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”，为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、曲线和报表输出、企业监控网络以及高性能、高可靠性、低成本的嵌入系统等功能。MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。【6】3.3交通灯系统控制时序图图二 时序图3.4交通灯系统控制流程图图三 流程图3.5 PLC中I/O地址分配图图四 I/O地址分配图3.6 I/O地址分配表表一 输入序号变量类型对应变量00000BOOL启动00001BOOL停止表二 输出序号变量类型对应变量01000BOOL启动指示灯01001BOOL南北红01002BOOL南北绿01003BOOL南北黄01004BOOL东西红01005BOOL东西绿01006BOOL东西红01007BOOL启动继电器3.7交通灯系统控制PLC程序【4】3.8组态程序交通控制过程：当按下启动开关后，启动指示灯亮；启动开始自动运行，南北方向红灯亮25S，同时东西方向绿灯亮20S,到20S 时东西方向绿灯开始闪亮3S 后熄灭，然后过渡到东西方向黄灯亮2S 后熄灭；之后东西方向红灯亮，南北方向红灯熄灭，南北方向绿灯亮。东西方向红灯亮25S，在此同时南北方向绿灯亮20S，到20S 时南北方向绿灯开始闪亮，闪亮3S 后熄灭，然后过渡到南北方向黄灯亮2S 后熄灭；之后又回到南北方向红灯亮，东西方向红灯熄灭，东西方向绿灯亮的状态。两个方向的绿灯闪亮间歇时间均为1S。两个方向的信号灯，按上面的要求周而复始地进行工作。在进行MCGS实时数据库设计时，打开实时数据库窗口，在里面增加所需的对象，并对对象进行属性设置。例如“启动”的设置，新加“启动”对象，打开属性窗口，将对象名称改为“启动”，对象类型为开关量，对象内容注释为“控制系统的启停”。在设备管理窗口，首先要根据自己做实验的平台和软件确定所选用的型号及其对应的连接类型，此次试验用的是欧姆龙HostLink,其通用串口父设备串口端口号为COM1，通用波特率为9600，数据位数为7位，停止为2位，数据校验方式为偶校验。设定好之后，若设备通道比较多，可以在内部属性中添加通道，再向里面写入输入和输出通道，并进行简单调试，看设备是否连接好。若为0，表示连接好，若为1，表示有问题。【1】第四章 交通灯控制系统运行结果4.1 进入运行界面 进入运行界面，所有灯及系统处于待运行状态。4.2 启动东绿按下启动按钮后，启动指示灯变绿，系统开始进入自动运行状态，同时东西绿灯亮，南北红灯亮。东绿闪 东西绿灯亮20S后，进入东西绿灯闪动3S，南北红灯继续亮。东黄 东西绿灯熄灭后，东西黄灯亮，南北红灯继续亮。南绿 东西黄灯熄灭后，东西绿灯亮，同时南北绿灯亮。南绿闪南北绿灯亮20S后，进入南北绿灯闪动3S，东西红灯继续亮。南黄南北绿灯熄灭后，南北黄灯亮，东西红灯继续亮。第五章 结束语根据交通灯控制系统的控制要求，利用组态技术及PLC构成了简单可靠的交通灯控制系统。通过RS232 数据线传输到PLC 运行正常。通过组态画面能够实时的反映交通信号灯的工作状态。利用工控组态软件实现PLC 与上位机通信方法简单易行，MCGS 工作为上位机工控软件给用户提供了良好的人机界面。整个系统程序完成后，就开始了调试。在调试过程中未出现什么重大问题，只是偶尔有一些端口冲突的小问题。因为所有的调试均是在实验室通过实验板进行的，没有在实际使用中进行现场调试，很多问题可能未被发现，所以本系统并不能直接进行实际应用。第六章 参考文献1 赵化启、王越男、于贵文电气控制与可编程控制器 电子工业出版社。2 王文义可编程原理与应用北京科学出版社。 3 袁任光 可编程控制器选用手册 机械工业出版社。4 卢巧、黄志、沈毅 欧姆龙PLC编程指令与梯形图快速入门电子出版社。5 昆仑通泰公司 MCGS通用软件教程及使用手册 6 虞邦义、武锋、马浩 MCGS组态软件在大型河工模型试验中的应用 中国水利科技网。