PLC结合MCGS组态软件在交通信号灯控制系统中的应用

许卫洪

(无锡商业职业技术学院电子工程系,江苏无锡 214153)

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[1]。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点,已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域,经过各种现场的长期实际运行,系统稳定可靠[2]。本文利用计算机作为上位机,利用北京昆仑通态的MCGS6.2作为程序开发平台,下位机采用三菱FX-2N系列可编程控制器,组成一个十字路口交通信号灯控制和监控系统。

1 十字路口交通信号灯控制系统

1.1 系统控制要求

十字路口交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量,提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。本文的控制要求如下:系统工作受开关控制,起动开关 ON则系统工作;起动开关 OFF则系统停止工作。系统有东西和南北方向的红、黄、绿灯以及左转指示灯,共8个控制对象。控制规律如下:首先东西向和南北向红灯均亮,同时南北左转指示灯亮5s然后闪烁5 s,10 s后南北左转指示灯和南北红灯灭,南北绿灯开始亮30s后闪烁5 s,南北绿灯闪烁5 s之后灭,南北黄灯亮,5 s后南北黄灯灭红灯亮,东西左转指示灯亮,东西左转指示灯亮5 s再闪烁5 s后灭,与此同时东西向红灯灭绿灯亮,东西绿灯亮20 s后闪烁5 s再灭,然后东西黄灯亮5 s后灭,接着东西红灯亮,如此周而复始地进行工作。

1.2 系统的硬件电路设计

本系统采用三菱FX-2N 64M T系列的PLC,该PLC是晶体管输出,不能驱动交流信号,而交通灯是交流220V控制的,因此只能用PLC来控制中间继电器,用中间继电器再控制交通灯。具体的电路如图1、图2所示。

图1 PLC各输入输出端口的接线图

1.3 系统的软件设计

PLC的程序设计语言有很多种,目前常用的有:梯形图语言、助记符语言、功能图语言、顺序功能图语言、高级编程语言等。其中梯形图语言形象直观,容易掌握,是PLC中用得比较多的一种编程语言。本文按照系统的控制要求,使用三菱的梯形图编程软件编写系统的控制程序。程序的流程如图3所示。

图2 各信号灯的接线图

图3 程序流程图

2 监控系统设计

上位机主要是采集下位机PLC的输出数据,并实时显示十字路口交通信号灯的状态,同时也可以控制交通灯。本系统采用北京昆仑公司的MCGS组态软件进行设计。

图4 MCGS组态界面

启动组态软件进入组态环境,在“文件”选择“新建工程”,建立自己的工程。在MCGS组态平台上,单击“用户窗口”,在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮,则产生新“窗口0”,选中“窗口0”,单击“窗口属性”,将窗口名称改为交通灯控制系统。单击“动画组态”,进入动画制作窗口[3]。利用窗口中工具箱提供的工具,完成交通信号灯控制系统的界面,如图4所示。

根据系统要求,建立实时数据库。实时数据库是工程的数据交换和数据处理中心,数据库中的基本单元就是数据变量,建立实时数据库的过程也是定义数据变量的过程。建立的部分实时数据库见表1。实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接,并设置相应的动画属性,当变量的值改变时,在画面上以图形对象的动画效果表现出来,或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值[5]。在系统运行过程中,图形对象的外观和状态特征,由数据对象的实时采集值驱动,从而实现图形的动画效果。系统组态完成后,在确认没有错误的情况下即可进入运行环境。

表1 实时数据库变量表

利用PLC与计算机专用的RS232电缆,将PLC通过编程口与上位计算机串口(COM0)连接,进行串行通讯。设备窗口是连接和驱动外部设备工作环境的重要窗口。点击MCGS组态软件主菜单中的“工具”项的“设备构件管理”,在设备管理窗口中选择“通用串口父设备”以及“PLC设备”文件夹下的“三菱”并将其移入选定设备中。将“串口通信父设备”参数设置如下:通信波特率为9600,数据位位数为7,停止位位数为1,数据校验方式为偶校验,串口通信号为COM0,最小采样周期为200 ms。三菱FX系列编程口参数设置如下:基本属性中定义最小采样周期为200 ms,内部属性设置X0为只读写通道,Y0～Y 7为读写通道(读取交通灯信号),M 80为读写通道,并将这些通道与实时数据库定义的变量连接起来,这样就完成了设备的连接。

当上下位机连接成功后,PLC对交通灯进行控制,通过串口采集数据改变上位机画面中模拟信号灯的颜色,以实现对路口的监测。反之,通过改变上位机参数,把相应的值写入到PLC的中间继电器中,实现对路口交通灯的控制。

3 结 语

本文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。设计的软件实现了下述功能:可在计算机上对系统进行启动或停止控制;系统控制过程进行动画显示,在计算机屏幕上可直观地观察到各路口信号灯的变化,系统可按设定的控制规律自动运行,系统工作正常可靠。系统控制方案还具有较强的通用性,可在PLC技术应用中推广。

1 刘洋,屈虹,汪祥兵,赵然.基于MCGS组态技术的PLC控制系统应用[J].武汉电力职业技术学院学报,2009(6)

2 北京昆仑.MCGS培训教程.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.

3 何强,石惠.基于监控组态技术的PLC控制应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2009(3)

4 姜海,田春艳.MCGS组态软件在PLC工作状态监控中的应用[J].电气技术与自动化,2008(2)

5 包建华,丁启胜,张兴奎.工控组态软件MCGS及其应用[J].工矿自动化,2007(3)