基于MCGS的十字路口交通燈設計

趙運婷 賈文民

摘 要：文章介紹了可編程控制器及MCGS組態軟件的應用，采用MCGS組態軟件作為監控平臺，通過可編程控制器實現了十字路口交通燈的模擬控制，畫面豐富，腳本清晰，設置方案可行，運行可靠，效果良好。

關鍵詞：組態軟件;監控;PLC;交通燈

0 引言

近幾年來，隨著計算機軟件技術和工業自動化技術的迅速發展，組態軟件技術也得到了迅猛發展，特別是圖形界面技術、面向對象編程技術、數據庫系統更加強大。

為了實現特定的應用目標，實時工業控制應用系統需要進行應用程序的設計與開發。組態軟件就是完成硬件和軟件溝通的軟件平臺，可以實現上位機與現場設備的實時溝通。通過組態軟件監控現場設備的運行狀態，當現場設備出現問題時，在上位機上就能顯示出各設備之間的狀態（如正常、報警、故障等）。十字路口交通燈是人們日常生活中最常見的信號指揮工具，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。本文根據路口的車輛和人流的密集程度，利用MCGS組態軟件和西門子S7-200設計了一個簡單的對十字路口交通燈的組態監控環境。MCGS組態軟件實現對十字路口交通燈的實時監控，使人們更好地了解交通燈的控制過程。

1 系統選型

1.1 國內外組態軟件

隨著社會對計算機控制系統的不斷需求，組態軟件發展很快，目前國外常用的組態軟件主要有：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，國內常用的組態軟件主要有：力控、易控、世紀星、組態王、MCGS等。一般的組態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功能、良好的開放性、豐富的功能模塊、強大的數據庫、可編程的命令語言、周密的安全防范系統和仿真功能，使系統并行設計，從而縮短開發周期。通用的組態軟件都具有封裝性、開放性、通用性、方便性和組態性的特點。可以讀寫不同類型的PLC、儀表、智能模塊和板卡，讀取生產現場的各種控制及輸出信號，進行實時地監視和控制，以圖形和動畫的形式模擬現場設備的運行信息。

本文采用的是MCGS組態軟件。使用MCGS組態軟件用戶不需要具備豐富的編程知識也能在短時間內完成一個功能齊全的控制工程。MCGS由組態環境和運行環境組成，包括用戶窗口、主控窗口、設備窗口、實時數據庫和設備窗口，每個窗口都具有特定的功能，缺一不可。實時數據庫是整個系統的核心，可以定義數據變量，設置變量的類型初始值等，整個系統以實時數據庫為公共區交換數據，實現各個部分的協調配合[1]。

1.2? PLC設備選擇

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相結合產生，可靠性強，采用模塊化設計，梯形圖編程，簡單易學，功能齊全。文章通過PLC按照預設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，滿足本系統控制要求。系統整體框如圖1所示。

2? ? 系統分析

2.1 控制流程

系統設置一個開啟按鈕、一個停止按鈕，并設置一個文本顯示輸出框計時，可以實時顯示本系統工程的運行時間。當按下開啟按鈕后，系統啟動，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，相應方向的車輛可以通行;當紅燈點亮的時候，相應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，系統循環運行。點擊停止按鈕，定時器停止運行，整個系統工作停止。

2.2 定時器函數

本系統選用1號定時器，定時器時長為65 s，自動循環，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件來模擬定時器，所以這次選用的是定時器函數，來實現定時器功能[2]。本文選用定時器函數有以下幾個：定時器設置！Timersetlimit（）、定時器輸出設置！Timersetoutput（）、定時器運行！Timerrun（）、定時器停止！Timerstop（）、定時器重置！Timerreset（）。

2.3 靜態畫面

靜態畫面如圖2所示。模擬真實的道路環境，為了讓畫面表現真實，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 實時數據庫變量及動畫鏈接

在實時數據庫共定義了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。其中需要強調的是閃爍燈的閃爍實現方式，需要用第二種用圖元屬性的變化實現閃爍，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 組態腳本程序

為實現交通燈的控制，本系統需要在運行策略中編寫腳本程序。在啟動前，系統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? 設備連接

設備窗口是負責組態系統與外部設備連接的窗口，通過設備窗口從外部設備讀取數據并控制外部設備，實現實時監控。PC機與PLC建立連接后，點擊設備窗口工具箱，在設備管理中點擊通用串口設備，再雙擊PLC設備，選擇西門子-S7200PPI，并設置屬性[3]，如下圖5所示。

根據圖6的I/O分配表設置通道連接。建立通道和MCGS實時數據庫的數據鏈接。

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、輸出數據的讀寫，并將數據和MCGS實時數據庫中的變量建立鏈接。點擊啟動按鈕，系統開始循環運行，在上位機上可以實時顯示系統的運行時間，在運行過程中，點擊停止按鈕，系統停止工作。

3 結語

文章通過MCGS組態軟件和西門子PLC實現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用，反映了MCGS組態軟件豐富的畫面顯示功能及PLC強大的控制功能。整個系統方案可行，運行正常。在以后的交通燈設計中，設計人員還會增加左轉燈、右轉燈，增加數碼管顯示設計及觸摸屏的應用。本工程對于以后組態軟件的教學和可編程控制器的教學都有很重要的現實意義。

[參考文獻]

[1]朱益江.MCGS工控組態技術及應用[M].武漢：華中科技大學出版社，2020.

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

[3]池行強.基于 MCGS 與西門子 PLC 的十字路口交通監控系統設計[J].現代制造技術與裝備，2019（7）：20-21.

[4]李江全.組態軟件MCGS從入門到監控應用[M].北京：電子工業出版社，2018.

（編輯 王永超）