摘 要：PLC的教學(xué)枯燥難懂，學(xué)生對編制出來的程序能否執(zhí)行沒有成就感。利用“組態(tài)王6.51”這款人機(jī)界面軟件，結(jié)合三菱FX2N系列PLC設(shè)計出十字路口的交通燈監(jiān)控系統(tǒng)，形象直觀，對于學(xué)生學(xué)習(xí)PLC程序的編制有很好的教學(xué)意義。

關(guān)鍵詞：組態(tài)王；PLC；交通燈；程序設(shè)計

本人在學(xué)校工作，長期進(jìn)行高職班PLC等課程的教學(xué)。在指導(dǎo)學(xué)生編制PLC程序時發(fā)現(xiàn)，如果僅僅在課堂授課，講授順序指令，學(xué)生很難聽懂，更談不上順利地編寫程序和調(diào)試、接線等技能的培養(yǎng)。而采用組態(tài)王這種模擬現(xiàn)場的動畫軟件來組織實施PLC順序指令的學(xué)習(xí)，非常形象直觀，學(xué)生既學(xué)習(xí)了理論知識，又結(jié)合實際工藝現(xiàn)場實踐，取得很好的教學(xué)效果。本文以十字路口交通燈監(jiān)控系統(tǒng)為例，來說明組態(tài)王在PLC課程教學(xué)中的應(yīng)用。

道路十字路口是交通網(wǎng)中通行能力的“隘口”和交通事故的“多發(fā)源”。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，國內(nèi)外城市的公路交通事故約有一半發(fā)生在十字路口，城市中的交通事故約有70%發(fā)生在十字路口及其附近。因此，設(shè)計適應(yīng)各種需要的交通信號燈，對緩解交通阻塞，提高暢通率具有十分現(xiàn)實的意義。對于學(xué)生學(xué)習(xí)PLC程序的編制更有很好的教學(xué)意義。

一、組態(tài)王介紹

“組態(tài)王6.51”是運行于中文平臺上全中文界面的人機(jī)界面軟件，窗體框架結(jié)構(gòu)，界面直觀，易學(xué)易用。它采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)，軟件運行穩(wěn)定可靠。該軟件包有工程管理器、工程瀏覽器、畫面開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)四部分

組成。

工程管理器：它是計算機(jī)內(nèi)所有應(yīng)用工程的統(tǒng)一管理環(huán)境。

它具有很強(qiáng)的管理功能，可用于新工程的創(chuàng)建及刪除，并能對已有工程進(jìn)行搜索、備份及有效恢復(fù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。

工程瀏覽器：它是應(yīng)用工程的設(shè)計管理配置環(huán)境，進(jìn)行應(yīng)用工程的程序語言的設(shè)計、變量定義管理、連接設(shè)備的配置、開放式接口的配置、系統(tǒng)參數(shù)的配置、WEB發(fā)布管理、第三方數(shù)據(jù)庫的管理等。

畫面開發(fā)系統(tǒng)：它是應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境。就是在這個環(huán)境中完成畫面設(shè)計、動畫連接、程序編寫等工作。它具有先進(jìn)完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)詞典可以提供多種數(shù)據(jù)類型，能合理地提取控制對象的特性；對變量報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能進(jìn)行簡捷的操作。

運行系統(tǒng)：它是“組態(tài)王6.51”軟件的實時運行環(huán)境，在應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境中建立的圖形畫面，只有在運行系統(tǒng)中才能實時反應(yīng)現(xiàn)場的運行情況。它負(fù)責(zé)在控制設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，并存在于實時數(shù)據(jù)庫中。它還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)庫的變化以動畫的方式形象地表示出來，同時可以完成變量報警、操作記錄、趨勢曲線等監(jiān)視、存儲功能，并按實際需求記錄到歷史數(shù)據(jù)中。

組態(tài)王作為一個開放型的通用工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，支持工控行業(yè)中的大部分的國內(nèi)常見的測量控制設(shè)備，遵循工控行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，采用開放接口，提供第三方軟件的連接，用戶無須關(guān)心復(fù)雜的通信協(xié)議代碼、無須編寫大量的圖形生成、數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理程序代碼就可以方便快捷地進(jìn)行設(shè)備的連接、畫面的開發(fā)、簡單程序的編寫從而完成一個監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。

二、設(shè)計過程

1.系統(tǒng)控制要求

十字路口信號燈受一個啟動開關(guān)控制，當(dāng)啟動開關(guān)接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。南北紅燈亮持續(xù)25秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持20秒。到20秒時，東西綠燈閃亮，閃亮3秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持2秒。到2秒時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮持續(xù)30秒。南北綠燈亮維持20秒，然后閃亮3秒后熄滅。同時南北黃燈亮，維持2秒后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復(fù)始。

2.I/O分配（略）

3.工作過程

當(dāng)啟動開關(guān)SD合上時，X000觸點接通，Y002得電，南北紅燈亮；同時Y002的動合觸點閉合，Y003線圈得電，東西綠燈亮。1秒后，T12的動合觸點閉合，Y007線圈得電，模擬東西向行駛車的燈亮。維持到20秒，T6的動合觸點接通，與該觸點串聯(lián)的T22動合觸點每隔0.5秒導(dǎo)通0.5秒，從而使東西綠燈閃爍。又過3秒，T7的動斷觸點斷開，Y003線圈失電，東西綠燈滅；此時T7的動合觸點閉合、T10的動斷觸點斷開，Y004線圈得電，東西黃燈亮，Y007線圈失電，模擬東西向行駛車的燈滅。再過2秒后，T5的動斷觸點斷開，Y004線圈失電，東西黃燈滅；此時起動累計時間達(dá)25秒，T0的動斷觸點斷開，Y002線圈失電，南北紅燈滅，T0的動合觸點閉合，Y005線圈得電，東西紅燈亮，Y005的動合觸點閉合，Y000線圈得電，南北綠燈亮。1秒后，T13的動合觸點閉合，Y006線圈得電，模擬南北向行駛車的燈亮。又經(jīng)過25秒，即起動累計時間為50秒時，T1動合觸點閉合，與該觸點串聯(lián)的T22的觸點每隔0.5秒導(dǎo)通0.5秒，從而使南北綠燈閃爍；閃爍3秒，T2動斷觸點斷開，Y000線圈失電，南北綠燈滅；此時T2的動合觸點閉合、T11的動斷觸點斷開，Y001線圈得電，南北黃燈亮，Y006線圈失電，模擬南北向行駛車的燈滅。維持2秒后，T3動斷觸點斷開，Y001線圈失電，南北黃燈滅。這時起動累計時間達(dá)5秒鐘，T4的動斷觸點斷開，T0復(fù)位，Y003線圈失電，即維持了30秒的東西紅燈滅。上述是一個工作過程，然后再周而復(fù)始地進(jìn)行。

4.梯形圖程序（略）

5.組態(tài)畫面設(shè)計

第一，新建工程。啟動“組態(tài)王”工程管理器。首先創(chuàng)建工程路徑，選擇菜單“文件＼新建工程”或單擊“新建”按鈕，彈出新建工程向?qū)?；單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)еυ捒颉?。在工程路徑文本框中輸入一個有效的工程路徑為：C：＼program files＼kingview＼ dynamos＼**的模擬實驗臺。單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е龑υ捒颉薄Ｔ诠こ堂Q文本框中輸入工程的名稱：**的模擬實驗臺，在工程描述文本框中輸入描述文字為：使用組態(tài)王進(jìn)行模擬實驗臺設(shè)計，單擊“完成”。

第二，設(shè)備連接。利用PLC與計算機(jī)專用的F2-232CAB型

RS232C電纜，將PLC通過編程口與上位計算機(jī)串口（COM口）連接，進(jìn)行串行通訊。串行通訊方式使用“組態(tài)王計算機(jī)”的串口，I/O設(shè)備通過RS-232串行通訊電纜連接到“組態(tài)王計算機(jī)”的串口。

第三，設(shè)備配置。在組態(tài)王工程瀏覽器的工程目錄顯示區(qū)，點擊“設(shè)備”大綱項下PLC與上位計算機(jī)所連串口（COM口），進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。根據(jù)設(shè)備配置向?qū)Ь涂梢酝瓿纱谠O(shè)備的配置，操作步驟如下：

（1）在工程瀏覽器的目錄顯示區(qū)，用鼠標(biāo)左鍵單擊大綱項設(shè)備下的成員COM1或COM2，則在目錄內(nèi)容顯示區(qū)出現(xiàn)“新建”圖標(biāo)，選中“新建”圖標(biāo)后用左鍵雙擊，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒?，設(shè)備選擇PLC，生產(chǎn)廠家：三菱，設(shè)備名稱：FX2N，通訊方式：串行。

（2）單擊“下一步”按鈕，則彈出如下設(shè)備配置向?qū)υ捒?，給要配置的串口設(shè)備指定一個邏輯名稱：新IO設(shè)備。

（3）繼續(xù)單擊“下一步”按鈕，則彈出如下設(shè)備配置向?qū)υ捒?，與設(shè)備連接的串口選擇：COM2。

（4）繼續(xù)單擊“下一步”按鈕，則彈出如下設(shè)備配置向?qū)υ捒?，串口設(shè)備指定設(shè)備地址設(shè)置為1。

（5）繼續(xù)單擊“下一步”按鈕，則彈出如下設(shè)備配置向?qū)υ捒颉?/p>

（6）不修改通訊參數(shù)，單擊“下一步”按鈕，則彈出如下設(shè)備配置向?qū)υ捒?，單擊“完成”按鈕，則工程瀏覽器設(shè)備節(jié)點處顯示已添加的串口設(shè)備。

第四，構(gòu)造數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分。在工程瀏覽器的目錄顯示區(qū)中，用鼠標(biāo)單擊大綱項數(shù)據(jù)庫下的成員數(shù)據(jù)詞典，則在右邊的目錄內(nèi)容顯示區(qū)中列出了數(shù)據(jù)詞典里的所有變量（包括組態(tài)王系統(tǒng)變量和用戶自定義變量）的簡要信息，包括變量名、ID號、變量類型、連接設(shè)備、寄存器。在工程管理器中，選擇“數(shù)據(jù)庫＼數(shù)據(jù)詞典”，雙擊“新建圖標(biāo)”，彈出“變量屬性”對話框。

新建的變量（略）。

第五，設(shè)計圖形界面并建立動畫連接。在組態(tài)王“畫面”上創(chuàng)建十字路口紅、黃、綠交通信號燈的控制示意圖，具體步驟如下：

（1）在工程瀏覽器的目錄顯示區(qū)中，雙擊“畫面”圖標(biāo)，再雙擊“新建”圖標(biāo)，將新建的畫面命名為：十字路口交通燈模擬控制，點擊“確定”。

（2）建立啟動和停止按鈕，分別雙擊，選定它們對應(yīng)的變量，點擊“確定”。

（3）使用工具箱，在該畫面上輸入畫面的名稱：十字路口交通燈模擬控制。按F2鍵，打開圖庫，將信號燈復(fù)制粘貼，做成東西南北四個方向的紅黃綠燈，同時在它們旁邊標(biāo)注其名稱，然后分別雙擊這些紅綠燈，設(shè)定它們分別對應(yīng)的變量Y0-Y5，同時設(shè)定它們的正常工作顏色與報警顏色，設(shè)定之后點擊“確定”。（注意：東西方向、南北方向的紅黃綠燈它們對應(yīng)的同顏色的燈對應(yīng)的變量相同）

（4）在畫面上用工具箱中的畫線功能畫出模擬的十字路口，在畫面的空白處繪制本實驗面板中的左面部分即畫面的注釋部分。

（5）在畫面上的工具箱中點擊“點位圖”圖標(biāo)，再在畫面上空白處做一個大小適中的點位圖，再在點位圖上單擊右鍵，選擇“從文件中加載”，再將已經(jīng)準(zhǔn)備好的小車畫面從桌面中調(diào)入到開發(fā)系統(tǒng)中，將其大小調(diào)節(jié)適當(dāng)后，復(fù)制四份，作為向四個方向行駛的小車，分別將它們設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢?，并雙擊它們，進(jìn)行動畫連接：分別點擊“水平移動”和“垂直移動”，在彈出的對話框中，先選擇它們分別對應(yīng)的變量：控制速度、控制速度1。再分別根據(jù)小車的具體開往方向決定向左右移動還是上下移動，以及移動距離的大?。阂韵虮毙械男≤嚍槔?，移動距離向上600，下行0，對應(yīng)值最上面600，最下面0，點擊“確定”。

（6）在畫面的任意處單擊右鍵，選擇“畫面屬性”，彈出對話框，點擊“命令語言”，將時間設(shè)定為500ms，輸入事先編好的命令語言程序，點擊“確定”。

（7）在畫面的右下角建立一個按鈕，注明：退出，雙擊它，點擊“命令語言”，在函數(shù)中選擇“Show picture”函數(shù)，將“picture name”設(shè)為“模擬實驗臺”，點擊“確定”。

（8）再次確定一下是否有變量設(shè)定錯誤，以及動畫連接是否有錯誤，若沒有，則點擊“文件”中的“全部存”。詳細(xì)圖形見組態(tài)王軟件系統(tǒng)。

第六，系統(tǒng)運行。在工程管理器的右邊的目錄內(nèi)容顯示區(qū)中單擊鼠標(biāo)右鍵，則彈出浮動式菜單，點擊“切換到View”，系統(tǒng)則進(jìn)入運行狀態(tài)，運行交通信號燈的控制。將PLC開關(guān)指向“RUN”狀態(tài)，按下啟動按鈕，觀察交通信號燈系統(tǒng)的控制結(jié)果。最后的實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)運行正常，動畫效果良好。

6.交通信號燈控制的設(shè)計實際效果圖

十字路口交通燈控制效果圖（略）。

7.模擬腳本設(shè)計（命令語言程序）（略）

三、結(jié)論

本文以十字路口交通燈系統(tǒng)作為控制對象，設(shè)計開發(fā)了基于三菱FX2N系列PLC和“組態(tài)王6.51”的交通燈監(jiān)控系統(tǒng)。在組態(tài)王控制界面上顯示出了十字路口的交通燈運行情況，讓交通燈運行時間的減計數(shù)并在編程中給出了減計數(shù)的實現(xiàn)思想和方法。同時，在窗口界面上用動畫的方式模仿了實際車輛在交通路口可能的運行方式，從而使得整個系統(tǒng)的設(shè)計更加合理、更形象直觀。學(xué)生在學(xué)習(xí)和設(shè)計時，也可以簡單直觀地發(fā)現(xiàn)問題，得出結(jié)果。實際運行也表明，運用組態(tài)王與PLC設(shè)計的十字路口交通燈控制界面，人機(jī)界面友好直觀、取代了傳統(tǒng)的控制柜和模擬屏顯示的工藝流程，使開發(fā)周期縮短，系統(tǒng)運行可靠、靈活，易于擴(kuò)展，對于其他自動化監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)具有很強(qiáng)的借鑒意義。

不足之處在于：各個模擬設(shè)計在軟件調(diào)試的時候經(jīng)常會發(fā)生畫面不按照命令語言正常運行的情況，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，每次運行之前只要將要運行的畫面重新存儲一次，就可以避免這種情況再次發(fā)生。而且，不同畫面的變量在數(shù)據(jù)庫中可以共用一個變量，這樣就節(jié)省了很多不必要的新建變量，更重要的是可以節(jié)省寶貴的時間。

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（作者單位 江蘇省宿遷中等專業(yè)學(xué)校）