趙運婷 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，通過可編程控制器實現(xiàn)了十字路口交通燈的模擬控制，畫面豐富，腳本清晰，設(shè)置方案可行，運行可靠，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，隨著計算機軟件技術(shù)和工業(yè)自動化技術(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)庫系統(tǒng)更加強大。

為了實現(xiàn)特定的應(yīng)用目標，實時工業(yè)控制應(yīng)用系統(tǒng)需要進行應(yīng)用程序的設(shè)計與開發(fā)。組態(tài)軟件就是完成硬件和軟件溝通的軟件平臺，可以實現(xiàn)上位機與現(xiàn)場設(shè)備的實時溝通。通過組態(tài)軟件監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，當現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)問題時，在上位機上就能顯示出各設(shè)備之間的狀態(tài)（如正常、報警、故障等）。十字路口交通燈是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷男盘栔笓]工具，因為交通燈的存在，不管是車輛還是行人在行進過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)軟件和西門子S7-200設(shè)計了一個簡單的對十字路口交通燈的組態(tài)監(jiān)控環(huán)境。MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)對十字路口交通燈的實時監(jiān)控，使人們更好地了解交通燈的控制過程。

1 系統(tǒng)選型

1.1 國內(nèi)外組態(tài)軟件

隨著社會對計算機控制系統(tǒng)的不斷需求，組態(tài)軟件發(fā)展很快，目前國外常用的組態(tài)軟件主要有：德國西門子公司的WinCC、美國Wonderware公司的InTouch、澳大利亞CIT公司的Citech等，國內(nèi)常用的組態(tài)軟件主要有：力控、易控、世紀星、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：具有強大的界面顯示組態(tài)功能、良好的開放性、豐富的功能模塊、強大的數(shù)據(jù)庫、可編程的命令語言、周密的安全防范系統(tǒng)和仿真功能，使系統(tǒng)并行設(shè)計，從而縮短開發(fā)周期。通用的組態(tài)軟件都具有封裝性、開放性、通用性、方便性和組態(tài)性的特點。可以讀寫不同類型的PLC、儀表、智能模塊和板卡，讀取生產(chǎn)現(xiàn)場的各種控制及輸出信號，進行實時地監(jiān)視和控制，以圖形和動畫的形式模擬現(xiàn)場設(shè)備的運行信息。

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也能在短時間內(nèi)完成一個功能齊全的控制工程。MCGS由組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境組成，包括用戶窗口、主控窗口、設(shè)備窗口、實時數(shù)據(jù)庫和設(shè)備窗口，每個窗口都具有特定的功能，缺一不可。實時數(shù)據(jù)庫是整個系統(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，整個系統(tǒng)以實時數(shù)據(jù)庫為公共區(qū)交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各個部分的協(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繼電器進行控制，但是存在著功能小、維護不方便、可靠相差的特點，本文選用可編程控制器（PLC），PLC由計算機控制思想和計算機控制技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生，可靠性強，采用模塊化設(shè)計，梯形圖編程，簡單易學，功能齊全。文章通過PLC按照預設(shè)好的控制方案對各路口的交通燈點亮、熄滅、閃爍進行控制。綜合比較，選擇西門子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)置一個開啟按鈕、一個停止按鈕，并設(shè)置一個文本顯示輸出框計時，可以實時顯示本系統(tǒng)工程的運行時間。當按下開啟按鈕后，系統(tǒng)啟動，紅燈、綠燈、綠燈閃、黃燈分別亮30秒、23秒、4秒、3秒。當綠燈點亮的時候，相應(yīng)方向的車輛可以通行;當紅燈點亮的時候，相應(yīng)方向的車輛停止通行。具體的控制過程如下：0秒到23秒之間，東西方向上綠燈點亮，南北方向紅燈點亮，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，東西方向紅燈點亮，黃燈熄滅，南北方向綠燈點亮，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60秒小于計時時間時，定時器開始重置，重新開始計時，系統(tǒng)循環(huán)運行。點擊停止按鈕，定時器停止運行，整個系統(tǒng)工作停止。

2.2 定時器函數(shù)

本系統(tǒng)選用1號定時器，定時器時長為65 s，自動循環(huán)，定時器的輸出值定義為變量計時時間。因為在之前的工程案例中人們使用過定時器構(gòu)件來模擬定時器，所以這次選用的是定時器函數(shù)，來實現(xiàn)定時器功能[2]。本文選用定時器函數(shù)有以下幾個：定時器設(shè)置！Timersetlimit（）、定時器輸出設(shè)置！Timersetoutput（）、定時器運行！Timerrun（）、定時器停止！Timerstop（）、定時器重置！Timerreset（）。

2.3 靜態(tài)畫面

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

2.4 實時數(shù)據(jù)庫變量及動畫鏈接

在實時數(shù)據(jù)庫共定義了14個變量，如圖3所示。三種顏色的燈分別與相應(yīng)的變量建立鏈接，燈的動畫鏈接比較簡單，這里就不一一說明了。其中需要強調(diào)的是閃爍燈的閃爍實現(xiàn)方式，需要用第二種用圖元屬性的變化實現(xiàn)閃爍，如圖4所示。

燈的動畫鏈接建立完之后，需要對南北方向和東西方向上的車建立動畫鏈接。通過測量靜態(tài)畫面中車輛移動距離，東西方向車輛的移動距離為815像素，南北方向車輛的移動距離為446像素。

2.5 組態(tài)腳本程序

為實現(xiàn)交通燈的控制，本系統(tǒng)需要在運行策略中編寫腳本程序。在啟動前，系統(tǒng)需要對各個控制對象進行清0操作。

南北車運行程序和東西車類似，需要注意的是計時時間的變化，計時時間大于30，小于53，車輛的位移移動變化南北車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)備窗口是負責組態(tài)系統(tǒng)與外部設(shè)備連接的窗口，通過設(shè)備窗口從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備，實現(xiàn)實時監(jiān)控。PC機與PLC建立連接后，點擊設(shè)備窗口工具箱，在設(shè)備管理中點擊通用串口設(shè)備，再雙擊PLC設(shè)備，選擇西門子-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實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)鏈接。

PLC程序編寫完成后，測試工程各部分的工作情況。上位機PC機通過組態(tài)軟件采集PLC信號，PLC與MCGS 軟件進行通信[4]。主控窗口將自動完成對PLC輸入、輸出數(shù)據(jù)的讀寫，并將數(shù)據(jù)和MCGS實時數(shù)據(jù)庫中的變量建立鏈接。點擊啟動按鈕，系統(tǒng)開始循環(huán)運行，在上位機上可以實時顯示系統(tǒng)的運行時間，在運行過程中，點擊停止按鈕，系統(tǒng)停止工作。

3 結(jié)語

文章通過MCGS組態(tài)軟件和西門子PLC實現(xiàn)了一個簡單的十字路口交通燈的模擬運行，掌握了PLC的原理、接線及編程和MCGS的畫面制作，變量定義、動畫鏈接及腳本程序的應(yīng)用，反映了MCGS組態(tài)軟件豐富的畫面顯示功能及PLC強大的控制功能。整個系統(tǒng)方案可行，運行正常。在以后的交通燈設(shè)計中，設(shè)計人員還會增加左轉(zhuǎn)燈、右轉(zhuǎn)燈，增加數(shù)碼管顯示設(shè)計及觸摸屏的應(yīng)用。本工程對于以后組態(tài)軟件的教學和可編程控制器的教學都有很重要的現(xiàn)實意義。

[參考文獻]

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

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

[3]池行強.基于 MCGS 與西門子 PLC 的十字路口交通監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[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從入門到監(jiān)控應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2018.

（編輯 王永超）