基于MCGS的十字交通信号灯PLC控制

1、沈阳理工大学PLC实训摘要随着科学技术的发展，电气控制技术已发展到了一个相当的高度，传统电气控制技术的内容发生了很大的变化，可编程控制器基于继电器逻辑控制系统的原理而设计，它的出现取代了继电器接触器逻辑控制系统，它是当今电气自动化领域中不可替代的中心控制器件。可编程控制器PLC使用率高、实用性强，可以通过变更程序来控制自动化机械，作为一名自动化的学生，这是我们必须要掌握的项技术，当前在工业界也使用的非常普遍，结合实际，本课程设计的任务是实现十字交通灯的模拟控制。通过对该课程设计的制作，同学们可以实际动手操作PLC可编程控制器，编写梯形图，形成一种对梯形图良好地编程习惯，同时也理解PLC代替传统

2、的继电器的卓越优点，通过课程设计提高我们利用PLC来解决设计问题，通过对问题的分析，然后转化成PLC中的梯形图，从而锻炼我们的技能。同时使用MCGS组态王软件来模拟十字交通灯控制系统。关键词：PLC 十字交通灯 MCGS组态王2626目录1.MCGS组态软件概述11.1MCGS组态软件的简要介绍11.2MCGS组态软件系统的构成11.2.1MCGS组态软件的整体结构11.2.2MCGS组态软件的五大组成部分21.3MCGS组态软件功能和特点32. 控制系统的设计42.1控制要求42.1.1 控制要求42.1.3 工作过程42.2 输入输出分配表：52.3电气图62.4.1PLC程序72.5 M

3、CGS组态过程132.5.1 建立工程132.5.2 设计监控画面132.5.3建立数据库变量172.6参数的设置182.6.1对灯的参数设置183交通灯监控界面244 结束语255 参考文献261.MCGS组态软件概述1.1 MCGS组态软件的简要介绍MCGS（Monitor and Control Generated System,通用监控系统）是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、和报表输出以及企业监控网络等功能。使用，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间MC

4、GS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、农业自动化和航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。1.2 MCGS组态软件系统的构成1.2.1 MCGS组态软件的整体结构MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，用来帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。组态环境和运行环境的关系如图1-1所示。运行环境：解释执行组态结果组态环境

5、：动态生成应用系统组态结果数据库图1-1 组态环境与运行环境的关系图两部分相互独立，有紧密相关。由MCGS生成的用户系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，如图12所示。在MCGS单机版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口，但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中有多个数据对象。用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面、组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可对实时数据进行可视化处理。多任务多线程：动画显示构建动画组态软件核心实时数据库实时数据库现场控制流程控制报警输出报警组态报表打印设计报表设备输出连接设

6、备图1-2组态环境与运行环境各自的控制工作1.2.2 MCGS组态软件的五大组成部分用MCGS组态软件建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，如图1-3所示。每一部分分别进行组态操作，可完成不同的工作，且具有不同的特性。MCGS工控组态软件用户窗口设备窗口主控窗口实时数据库运行策略创建动画显示设置报警窗口人机交互界面添加工程设备连接设备变量注册设备驱动菜单设计设置工程属性定义数据变量编写控制流程使用功能构件图1-3 MCGS用户应用系统结构框图1.3 MCGS组态软件功能和特点MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它充分利用了Windows

7、图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用及开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。MCGS的主要特点和基本功能如下：（1） 简单灵活的可视化操作界面（2） 实时性强、良好的并行处理性能（3） 丰富、生动的多媒体画面（4） 开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能（5） 完善的安全体制（6） 强大的网络功能（7） 多样化的报警功能（8） 实时数据库为用户分步组态提供极大方便（9） 支持多种硬件设备，实现“设备无关”（10） 控制方便复杂的运行流程（11） 良好的可维护性和可扩展性（12） 用数据库来管理数据存储，系统可靠性高（13） 设立对象元件库，

8、组态工作简单方便（14） 实现对工控系统的分布式控制和管理2. 控制系统的设计2.1 控制要求2.1.1 控制要求信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。2.1

9、.2 I/O分配表输入信号启动按钮SDI0.0停止按钮SB2I0.1输出信号南北红灯Q0.1东西绿灯Q0.2东西黄灯Q0.3东西红灯Q0.4南北绿灯Q0.5南北黄灯Q0.6表3.1 I/O分配表2.1.3 工作过程 当启动开关SD合上时，I0.0触点接通，Q0.2得电，南北红灯亮；同时Q0.2的动合触点闭合，Q0.3线圈得电，东西绿灯亮。1秒后，T49的动合触点闭合，Q0.7线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。维持到20秒，T43的动合触点接通，与该触点串联的T59动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。又过3秒，T44的动断触点断开，Q0.3线圈失电，东西绿灯灭；此时T44的动合

10、触点闭合、T47的动断触点断开，Q0.4线圈得电，东西黄灯亮，Q0.7线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。再过2秒后，T42的动断触点断开，Q0.4线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达25秒，T37的动断触点断开，Q0.2线圈失电，南北红灯灭，T37的动合触点闭合，Q0.5线圈得电，东西红灯亮，Q0.5的动合触点闭合，Q0.0线圈得电，南北绿灯亮。1秒后，T50的动合触点闭合，Q0.6线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T38动合触点闭合，与该触点串联的T59的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁；闪烁3秒，T39动断触点断开，Q0.0线圈失

11、电，南北绿灯灭；此时T39的动合触点闭合、T48的动断触点断开，Q0.1线圈得电，南北黄灯亮，Q0.6线圈失电，模拟南北向行驶车的灯灭。维持2秒后，T40动断触点断开，Q0.1线圈失电，南北黄灯灭。这时起动累计时间达5秒钟，T41的动断触点断开，T37复位，Q0.3线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭。上述是一个工作过程，然后再周而复始地进行。2.2 输入输出分配表：表22输入信号输出信号SDI0.0南北GQ0.0南北YQ0.1南北RQ0.2东西GQ0.3东西YQ0.4东西RQ0.5甲Q0.6乙Q0.72.3电气图 I0.0 Q0.0I0.1 Q0.1 I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0

12、.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7 SDI1.0 Q1.0 I1.1 Q1.1 I1.2 Q1.2 I1.3 Q1.3 I1.4 Q1.4 I1.5 Q1.5 I1.6 Q1.6I1.7 Q1.71M 1L _ + 24V CPU 226 CN 图21 电气图2.4 系统程序设计2.4.1 PLC程序2.5 MCGS组态过程2.5.1 建立工程双击桌面“MCGS组态环境”图标，进入MCGS组态环境，如图22所示。图22 MCGS组态环境在菜单“文件”中选择“新建工程”菜单项，在“D：MCGSWORK”自动生成新建工程，将工程保存为“交通灯.MCG”。2.5.2

13、 设计监控画面在MCGS组态平台上单击“用户窗口”，“新建窗口”，在“用户窗口”中新建一个“窗口0”，选中“窗口0”，点击“窗口属性”按钮，进入窗口属性设置界面，如图23所示。将“窗口名称”和“窗口标题”选项中的内容改为“交通灯”，按“确认”按钮确认。图23 “用户窗口属性设置”对话框按“动画组态”按钮，进入画面编辑窗口，如图24所示。图24 动画制作窗口在窗口中利用工具箱中的绘图工具，单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱。工具箱中的图标用于从对象元件库中读取存盘的图形对象；图标用于把当前用户窗口中的图形对象存入对象元件库中，如图25所示。图25 “对象元件库管理”对话框从“对象元件

14、库管理”中的“指示灯”中选取中意的灯，单击“确认”，则所选中的灯在桌面的左上角，可以改变其大小及位置。从“对象元件库管理”中的“开关”中选取个开关。用工具箱中的图标，可对图形对象进行文字注释。通过图形组合，最后生成的画面如图26所示。选择菜单项“文件”中的“保存窗口”，则完成了画面的保存。图26 交通灯控制系统整体画面2.5.3建立数据库变量（1） 首先定义数据变量。在MCGS中，数据对象有开关型数值型字符型事件型和组对象等五种类型。不同类型的数据对象，属性不同，用途也不同。根据此次控制要求，监控画面中十二个交通灯和两个开关灯均为开关量。（2） 设定实时数据库。单击工作台的“实时数据库”窗口标

15、签，进入实时数据库窗口。按“成组增加”按钮，弹出成组增加窗口，根据工程需要进行设置结果如图27所示。（3） 设定数据对象属性。选中变量，按“对象属性”按钮，则打开“数据对象属性设置”对话框。图27 “实时数据库”选项卡2.6参数的设置2.6.1对灯的参数设置以东路绿灯为例说明。在属性选项卡中，需要对灯的颜色进行设置，如图28所示。在填充选项卡中，需要对表达式进行相应的数据连接（Data12），填充颜色的连接，分段点0对应黑色，分段点1对应绿色。分别表示对应交通灯的亮和熄灭如图29所示。图28交通灯的颜色设置图29交通灯的参数设置其余的各路交通灯都以上述设定，只是需要改变颜色和连接表达式的值。表

16、达式表如下所示（表23 交通灯参数设置对应数据对象与输入输出端子对应表和表24 对应数据对象与交通灯输出端子对应表）：表23 交通灯参数设置对应数据对象与输入输出端子对应表对应数据对象输入输出接口端子Data 01I 000.1Data 02I 000.2Data 03I 000.3Data 04I 000.4Data 05I 000.5Data 06I 000.6Data 07I 000.7Data 08Q 000.0Data 09Q 000.1Data 10Q 000.2Data 11Q 000.3Data 12Q 000.4Data 13Q 000.5Data 14Q 000.6Data

17、 15Q 000.7表24 对应数据对象与交通灯输出端子对应表对应数据对象输入输出接口端子位置功能Data 09Q 0.0南北绿灯Data 10Q 0.1南北黄灯Data 11Q 0.2南北红灯Data 12Q 0.3东西绿灯Data 13Q 0.4东西黄灯Data 14Q 0.5东西红灯在组态工作台界面中，用鼠标单击“设备窗口”选项，出现设备窗口图标并双击设备组态窗口；在此窗口中通过设备工具箱，完成设备组态，如图210所示。图210 设备组态窗口设备组态完成后，双击“通用串口父设备0”，进入通用串口父设备属性编辑界面，根据设备通讯要求和连接情况，完成通用串口父设备属性编辑界面中相关的参数设置

18、，具体设置如图211 所示，按“确认”完成设置。图211 通用串口父设备属性编辑窗口返回设备组态窗口，双击“设备1西门子S7200PPI”进入设备属性设置窗口，在此窗口中有“基本属性”、“通道连接”、“设备调试”、“数据处理”选项卡。在交通灯控制中，不涉及“数据处理”。其余三项设置如图2-12、表2-5、2-6所示。在设备调试窗口中，如果“通讯状态标志”栏中，显示“0”则表示通讯正常，若显示“1”则表示通讯不正常。图212设备1西门子S7200PPI通道连接依照下表进行连接：表25 交通灯参数设置对应数据对象与输入输出端子对应表对应数据对象输入输出接口端子Data 01I 000.1Data

19、02I 000.2Data 03I 000.3Data 04I 000.4Data 05I 000.5Data 06I 000.6Data 07I 000.7Data 08Q 000.0Data 09Q 000.1Data 10Q 000.2Data 11Q 000.3Data 12Q 000.4Data 13Q 000.5Data 14Q 000.6Data 15Q 000.7设备调试：依照下表进行连接：表26交通灯设备联系表对应数据对象：通道值：通道类型：Data 000通讯状态Data 010只读I 000.1Data 020只读I 000.2Data 030只读I 000.3Data 040只读I 000.4Data 050只读I 000.5Data 060只读I 000.6Data 070只读I 000.7Data 080读写Q 000.0Data 090读写Q 000.1Data 100读写Q 000.2Data 110读写Q 000.3Data 120读写Q 000.4Data 130读写Q 000.5Data 140读写Q 000.6Data 150读写Q 000.73 交通灯监控界面通过以上设置，并配合做一些美化设计就得到了如图31的交通灯监控界面工作时的状态。图31交通灯监