溫娟

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京分院電氣工程系，江蘇南京，210019）

在傳統(tǒng)的城市交通系統(tǒng)中，售票員以及檢票員工作繁瑣，耗費(fèi)大量的人力財(cái)力，而自動(dòng)售票系統(tǒng)可以完成他們的售票檢票工作，同時(shí)還能自動(dòng)完成統(tǒng)計(jì)以及審計(jì)工作，在此過(guò)程中會(huì)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)相關(guān)的各種狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)地鐵的售票、檢票、統(tǒng)計(jì)、管理等自動(dòng)化。隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化、城市化的進(jìn)程加快，一線二線城市的地鐵建設(shè)也隨著快速發(fā)展，而且越來(lái)越多乘客也感受到傳統(tǒng)的售票系統(tǒng)的不方便，他們提出了越來(lái)越高的要求。地鐵自動(dòng)售票機(jī)的出現(xiàn)發(fā)展使整個(gè)城市軌道交通系統(tǒng)更加自動(dòng)化，對(duì)乘客更加方便，節(jié)省大量時(shí)間和人力，對(duì)整個(gè)城市的建設(shè)也有非常重要的作用。

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售票機(jī)控制的精準(zhǔn)度以及操作維護(hù)的方便，選擇了工作可靠性高的PLC和穩(wěn)定方便操作的力控組態(tài)軟件，便于購(gòu)票人的操作，且一旦出現(xiàn)問(wèn)題，可及時(shí)通過(guò)修改后臺(tái)程序解決問(wèn)題。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及思路設(shè)計(jì)

在整個(gè)地鐵自動(dòng)售票系統(tǒng)中，自動(dòng)售票機(jī)是主要設(shè)備，通常位于車站的入口大廳，乘客可以自行通過(guò)自動(dòng)售票機(jī)購(gòu)票。為了方便乘客，自動(dòng)售票機(jī)可以接受一元硬幣、紙幣、支付寶、微信等所有常用的支付方式并且正確找零，只要改變參數(shù)設(shè)置即可。此外，為了方便統(tǒng)計(jì)與控制，自動(dòng)售票機(jī)需與外部的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行通信，并根據(jù)車站的計(jì)算機(jī)發(fā)出指令來(lái)完成各種文件的上傳以及下載。

自動(dòng)售票機(jī)內(nèi)部的各個(gè)模塊是由工控機(jī)統(tǒng)一控制的,為適應(yīng)乘客需求，自動(dòng)售票機(jī)必須具有基本的硬幣支付、紙幣支付、硬幣找零、車票處理、觸摸顯示屏以及LED指示器等功能模塊，本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)售票機(jī)系統(tǒng)還涉及到紙幣找零模塊。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)售票系統(tǒng)中的售票過(guò)程控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，硬件選擇便于維護(hù)的PLC，監(jiān)控軟件選擇方便直觀的力控組態(tài)軟件，注重以下幾方面的功能：第一、可以正確的選擇及讀取目標(biāo)站點(diǎn)；第二、正確選擇及讀取購(gòu)票數(shù)量；第三、購(gòu)票出票；第四、找零。具體系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC的選型

高可靠性是所有電氣設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵性能。因?yàn)椴捎昧爽F(xiàn)代的大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用了嚴(yán)格的工藝制造，內(nèi)部電路也采取了較為先進(jìn)的抗干擾的技術(shù)，所以PLC具有非常高的可靠性。另外，基于PLC的控制系統(tǒng)，與同等規(guī)模能量的繼電接觸器控制系統(tǒng)相比，關(guān)接點(diǎn)與電氣接線都能減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。地鐵售票機(jī)屬于地鐵站的基建工程，在使用要求方面要比普通的工業(yè)產(chǎn)品要求更高，地鐵自動(dòng)售票機(jī)是長(zhǎng)期而且頻繁使用的，時(shí)間長(zhǎng)了后就比較容易出現(xiàn)各種故障。國(guó)產(chǎn)品牌的PLC售價(jià)較低，但還不是很穩(wěn)定，綜合考慮到國(guó)產(chǎn)品牌的PLC目前市場(chǎng)價(jià)值較低，所以本設(shè)計(jì)選用了國(guó)際知名品牌三菱FX系列PLC，控制穩(wěn)定，平均的無(wú)故障時(shí)間可高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)，那些使用冗余CPU的PLC的則更長(zhǎng)，而且后期維護(hù)方便，編程簡(jiǎn)單，并且價(jià)格并不昂貴。再結(jié)合前期對(duì)地鐵售票機(jī)的詳細(xì)調(diào)查與整體分析，共需要6個(gè)輸入點(diǎn)，13個(gè)輸出點(diǎn)，考慮后期的升級(jí)改造，選型時(shí)需留有一定的備用點(diǎn)余量，本設(shè)計(jì)使用共32個(gè)輸入輸出點(diǎn)的FX5U-64MT/ES,完全能滿足本設(shè)計(jì)的需求。

2.2 PLC的I/O分配設(shè)計(jì)

地鐵售票系統(tǒng)采用了PLC和力控組態(tài)軟件聯(lián)合控制的方式。本設(shè)計(jì)以南京興隆大街站為例，并選取2條地鐵線（1號(hào)線，2號(hào)線），1號(hào)線包含27個(gè)站點(diǎn)，2好像包含24個(gè)站點(diǎn)。購(gòu)票者可以選擇出發(fā)站以及目的站，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算站數(shù)并給出票價(jià)；購(gòu)票者還可以點(diǎn)擊選擇購(gòu)買車票數(shù)量。本設(shè)計(jì)的地鐵自動(dòng)售票機(jī)系統(tǒng)可出售2-7元幾種不同價(jià)格的車票。自動(dòng)售票機(jī)設(shè)有兩種投幣口，紙幣口可接收并識(shí)別“5元”、“10元”、“20元”的紙幣；硬幣口只能識(shí)別“1元”的硬幣。本系統(tǒng)還設(shè)有一個(gè)退幣口，找零或退幣時(shí)，通過(guò)該口送出零錢。四個(gè)投幣按鈕有一個(gè)被按下時(shí)，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)一秒，停止后可進(jìn)行下次投幣操作。退幣時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正傳，轉(zhuǎn)的周數(shù)為退幣的金額數(shù)。指示燈1-6來(lái)顯示金額數(shù)，投幣1元，指示燈1亮；投幣兩元，指示燈2亮；六元及以上時(shí)，指示燈6亮。當(dāng)投幣的數(shù)額不足以購(gòu)買車票時(shí)，報(bào)警燈閃爍1秒。照明燈在6點(diǎn)-21點(diǎn)時(shí)點(diǎn)亮。根據(jù)其功能要求選擇三菱FX系列PLC的FX5U-64MT作為硬件控制器并設(shè)計(jì)I/O分配如表1所示。

表1 PLC I/O分配表

2.3 PLC外部接線

PLC用存儲(chǔ)邏輯代替了傳統(tǒng)的接線邏輯，從而大大減少了控制設(shè)備的外部接線，本設(shè)計(jì)中的地鐵自動(dòng)售票控制系統(tǒng)中，主接線采用的是220V電源供電，PLC 模塊的輸出信號(hào)端采用24V供電。輸入X0-X5，功能分別為1元投幣，5元紙幣，10元紙幣，20元紙幣，確認(rèn)，取消，使用按鈕來(lái)模擬實(shí)際的投幣功能。輸出X0-X13，對(duì)應(yīng)的設(shè)備是步進(jìn)電機(jī)，指示燈1-6，報(bào)警燈，照明燈，直流電機(jī)，接入接觸器線圈及對(duì)應(yīng)的指示燈。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的地鐵自動(dòng)售票系統(tǒng)的控制及監(jiān)測(cè)是需要觸摸屏、PLC以及力控的通信，上位機(jī)上通過(guò)對(duì)PLC編程進(jìn)行部分功能的處理與實(shí)現(xiàn)，力控軟件可以和PLC進(jìn)行通信，通過(guò)力控組態(tài)畫(huà)面進(jìn)行點(diǎn)擊控制運(yùn)行，而力控組態(tài)的整個(gè)控制工程下發(fā)給觸摸屏，這樣用戶就可以很方便的操作整個(gè)售票系統(tǒng)。

3.1 PLC編程設(shè)計(jì)

根據(jù)地鐵自動(dòng)售票機(jī)的功能要求和操作流程，將PLC控制程序分為初始化與復(fù)位、目標(biāo)站點(diǎn)選取與識(shí)別、投幣與識(shí)別、退幣找零、指示燈/照明燈等五個(gè)模塊。模塊化的程序設(shè)計(jì)方便維護(hù)。以退幣找零模塊為例介紹，對(duì)應(yīng)梯形圖如圖2所示。在付款界面時(shí)即M101得電，按下確認(rèn)按鈕X4,計(jì)算所投幣錢數(shù)（D0）與購(gòu)票所需錢數(shù)（D1）的差（D2）。當(dāng)D2>0時(shí)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，退出硬幣；當(dāng)D2<0時(shí)，報(bào)警器進(jìn)行1秒的報(bào)警。

圖2 退幣找零模塊梯形圖

3.2 力控監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到力控組態(tài)軟件具有開(kāi)放性好、適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)周期短、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用力控軟件。地鐵自動(dòng)售票系統(tǒng)軟件是一個(gè)由不同功能模塊搭建而成的，本設(shè)計(jì)采用了化整為零的模塊化設(shè)計(jì)，將整個(gè)控制運(yùn)行過(guò)程細(xì)化為多個(gè)功能模塊，各個(gè)功能模塊之間通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)安排連接成一個(gè)整體，這樣我們?cè)诠δ茉O(shè)計(jì)、程序編寫(xiě)、程序調(diào)試、程序修改以及后期的維護(hù)等方面都很方便。在力控Forcecontrol平臺(tái)上，地鐵自動(dòng)售票機(jī)的界面是通過(guò)不同的窗口按照不同層次在程序的引導(dǎo)下呈現(xiàn)給用戶的。組態(tài)軟件流程圖如圖3所示。

圖3 組態(tài)軟件流程圖

下面簡(jiǎn)單介紹一個(gè)窗口的實(shí)現(xiàn)。用戶進(jìn)入地鐵自動(dòng)售票系統(tǒng)后，主界面窗口如圖4所示（默認(rèn)本站為南京興隆大街站）界面分為3個(gè)可操作區(qū)塊，線路選擇區(qū)塊，快速購(gòu)票區(qū)塊和購(gòu)票須知，同時(shí)上方設(shè)置滾動(dòng)字幕和時(shí)間顯示，實(shí)現(xiàn)方式如圖5所示。

圖4 系統(tǒng)主界面

圖5 滾動(dòng)字幕實(shí)現(xiàn)腳本

通過(guò)點(diǎn)1號(hào)線和2號(hào)線可查看各線路對(duì)應(yīng)站點(diǎn)，點(diǎn)擊要到達(dá)的站點(diǎn)自動(dòng)計(jì)算出所需費(fèi)用，并彈出購(gòu)票通道，以南京興隆大街站到新街口站為例，如圖6所示。

圖6 購(gòu)票界面

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)從地鐵自動(dòng)售票機(jī)的用戶需求出發(fā)并以之為根本導(dǎo)向，較為全面和系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)了地鐵自動(dòng)售票機(jī)控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的軟硬件，如操作界面及其開(kāi)發(fā)、PLC的選擇及I/O分配、控制程序設(shè)計(jì)等，經(jīng)過(guò)反復(fù)模擬運(yùn)行和實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)該基于PLC和力控組態(tài)軟件的地鐵自動(dòng)售票系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，便于維護(hù)，能滿足用戶的基本功能需求。