地铁自动售票机的触摸屏控制程序设计毕业设计-

天津职业技术师范大学Tianjin毕业设计天津职业技术师范大学本科生毕业设计地铁自动售票机的触摸屏控制程序设计Touchscreencontrolprogramdesignofthesubwayticketmachines专业班级：电自0901学生姓名：史珍东指导教师：肖宝兴高级工程师学院：自动化与电气工程2013年6月摘要跟随计算机技术的猛速发展，计算机在每行每业管理中应用的普及，使用计算机实现每行每业信息化的管理已经势在必行。这个系统是根据行业管理中实际的地铁售票系统运行过程中的需求并且经过了实际的需求分析，采用强大功能的WinCCflexible、STEP7MicroWIN做为这个系统的开发工具。

本着整个系统的设计符合操作简便快捷、灵活实用、易上手的要求出发，完成了售票管理的基本过程。论文主要涉及到触摸屏与PLC之间的通信问题以及PLC程序执行等问题，所要完成的功能和开发的过程。

经过整理，它使用西门子公司的WinCCflexibl、STEP7MicroWIN等开发工具。利用其提供的各种开发软件，尤其是数据窗口这个可以方便并且简洁操纵数据库的智能化对象。首先在短时间内建立系统应用原型，然后，对初始原型系统进行需求迭代，不断修正和改进直到形成人们中意的地铁售票管理的可行性系统。关键词：地铁自动售票，plc，触摸屏，西门子ABSTRACTFollowingthesharplydevelopmentofcomputertechnology,Thepopularityofcomputerapplicationinvirtuallyeveryindustryinthemanagement,Usingcomputertorealizevirtuallyeveryindustryinformatizationmanagementisimperative.Thissystemisaccordingtotheactualmetroticketingsysteminindustrymanagementoperationintheprocessofdemandanalysisandthroughtheactualdemand,usingthepowerfulfunctionofWinCCflexible,STEP7MicroWINasthesystemdevelopmenttools.Basedonthedesignofthewholesystemconformstotheoperationconvenient,flexibleandpractical,easytofittherequirement,completestheaffairs.ThesismainlyinvolvestheproblemofcommunicationbetweentouchscreenwithPLCandPLCprogramexecution,etc,Tocompletethefunctionanddevelopmentprocess.Afterthinking,ItUsingSiemensWinCCflexibl,STEP7MicroWINdevelopmenttools,etc.Usingthevariousdevelopmentofferedbythesoftware,particularlythedatawindowthiscanconvenientandconcisemanipulationdatabaseintelligentobjects.Buildsystemapplicationprototypeinashorttimefirst,andthen,theinitialprototypesystemneedsiteration,Alwaysreviseandimproveuntilformpeoplepreferredthefeasibilityofsubwayticketmanagementsystem.KeyWords：Metroticketing,PLC,Touchscreen,Siemens目录1概述 概述1.1地铁自动售票机日前，城市交通日益拥挤的问题越来越严重。因此，全国各大城市都开始了地铁项目的建设。城市与城际轨道交通的建设也逐渐成为近年国家投资的重点项目之一。自动售检票系统（AutomaticFareCollectionSystem,简称AFC系统）是集计算机技术、通信技术、机械制造于一身的自动化售票、检票系统，是利用计算机集中控制自动售票、自动检票以及自动收费、自动统计的自动化系统，是利用计算机集中控制自动售票、自动检票以及自动收费、自动统计的自动化系统。该系统由以下几块组成：CC(中央计算机系统)；SC(车站计算机系统)；TVM(自动售票机)；AGM(自动检票机)；AVM(自动加值机)；BOM(人工售补票机)；E／S(编码分拣机)；TCM(自动查询机)；紧急按钮及双电源设备以及其他辅助设备。其中，自动售票机是自动售检票系统中车站硬件设备重要的组成部分，，主要的功能就是实现无人自动售票。本章主要介绍了论文的背景，自动售票机（TVM)发展现状，自动售票机（TVM)的工作流程及组成。1.2触摸屏触摸屏（touchscreen）也叫做“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还要走入家庭。1.3西门子PLC它主要由中央处理单元、输入接口和输出接口、通信接口和其他组件组成。其中CPU可以说是PLC的核心、I/O单元之间连接现场设备和CPU接口电路，通信接口用于连接到编程器和上位机。对于完全整体式的PLC,所有部件都是放在一个机壳内,而对于模块化的PLC,每个功能单元独立封装,叫做模板,每个模块通过总线连接,安装在框架或导轨的上面。根据品牌的PLC在市场上很多,各种各样的品牌下还有具体型号,更具有不同的功能。但看起来从结构、PLC具有相似的结构,包括CPU、内存、输入/输出端口,等等所组成。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微机相同，基本构成为：（1）中央处理单元CPUCPU是PLC的核心，其主要作用如下。①读取用户输入的程序，并保存至程序存储器；②读取I/O送入的现场信号，并存入相应的数据存储器；③执行用户程序，完成各种逻辑运算和数学运算，并输出相应的动作信号实现程序预先规定的动作；④系统自诊断，检测CPU自身的运行状态。（2）存储器PLC的存储器用来存放PLC系统程序、用户程序和实时数据。（3）输入输出接口电路输入输出接口是PLC与现场设备之间的连接端口。微机的I/O接口为弱电信号，工作电压5V，而PLC的输入输出口可以工作在强电，其输出接口直接和大功率设备相连接，直接驱动大型设备工作。小型PLC通常将I/O部分集成在PLC设备上，提供的端口也较少，而对于中、大型PLC，I/O部分通常做成专门的输入输出模块，用户可根据自己的需要选取不同功能、不同点数的I/O模块来满足系统的需要。为便于检查，每个I/O点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。用户可以方便地检查各点的通断状态。PLC的输出接口在工业过程中通常可以实现开关量逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制以及数据处理等功能。（4）功能模块如计数、定位等功能模块。（5）其他设备PLC还可以配备录音机、打印机、EPROM擦除器及显示屏等图形监控设备等。1.4设计目标及任务地铁自动售票机应用于地铁站，它能利用现代智能化技术让地铁站有限的空间发挥出最大的潜能。地铁自动售票机采用触摸屏作为人机进行信息传递的交互界面，并利用PLC作为内部控制核心，对信息进行集中处理。在人将信息经触摸屏输入到PLC，以及PLC将信息通过触摸屏进行显示的过程中，主要涉及到触摸屏与PLC之间的通信问题以及PLC程序执行等问题。在该论文中详细的介绍以上问题，并将触摸屏的分类、特点、工作原理及应用场合等都做了详尽的描述。在该系统设计中，选择西门子S7-200系列的CPU226型PLC作为地铁售票机的主机，对由触摸屏控制器输入的信息进行处理；触摸屏选择的是西门子TP177B，可通过RS485接口与PLC进行通信，它对应的组态软件是WinCCflexible。在实现自动售票机的基本功能外，还采用自动封锁技术，对取票托盘进行了改进，使整机更加以人为本。在这个设计中，用到的硬件有西门子S7-200PLC、西门子TP177B触摸屏和计算机。用到的软件有STEP7MicroWIN、WinCCflexible。所选的触摸屏是西门子TP177B，它对应的组态软件是WinCCflexible。触摸屏是整个系统的输入和输出设备，其输入和输出是由触摸屏控制器和PLC共同完成的。触摸屏上的每一个按钮对应的是一个过程变量，该变量是在触摸屏组态软件中进行设定的。选择的PLC是西门子S7-200中的CPU226。该PLC与TP177B触摸屏可以通过PPI通信协议直接进行通讯。并且该PLC有16个输出点，在本设计中已经足够。西门子S7-200PLC与TP177B触摸屏之间的通讯用的PPI协议。在用计算机对PLC和触摸屏进行编程时，用PC/PPI电缆，在PLC和触摸屏之间进行连接时可采用网络电缆。在程序设计中，除完成地铁自动售票机的正常购票外，还对取票托盘进行了改进，即增加了制票及找零动作未完成前封锁取票托盘的控制。因为在取票和取回零钱的过程中，很多人听到票或找回的硬币发出声音后，便打开托盘去取票。其实，此时票或找回的硬币还未到达取票口，只是在通往取票口的过程中，所以当我们在票或找回的硬币还未到达取票口前打开取票托盘的话，当票或找回的硬币到达取票口后便会冲出取票口，造成比较麻烦的后果。在设计中，增加了解决该问题的功能，使之更加完善。2现代触摸屏技术2.1触摸屏概述我们在第一章已经大致介绍了触摸屏，本节我们主要介绍触摸屏的分类。从技术原理来区分触摸屏,大致可以分为五个基本种类:电阻技术触摸屏、矢量压力传感技术触摸屏、红外线技术触摸屏、电容触技术触摸屏和表面声波触摸屏。其中的电阻触摸屏技术方向是准确的,但它的价格比较高,并且易碎怕磨损;矢量压力传感技术触摸屏已成为“文物”;红外线技术触摸屏价格低廉,但外框脆弱,容易产生光干扰,曲面情况下失真;电容触摸屏的概念设计是合理的,但是图像失真问题很难得到根本解决;表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷,清晰而不容易被损坏,适于各种场合,缺点是如果屏幕表面有水滴和尘土会使触摸屏变得迟钝,甚至无法工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，要了解哪种触摸屏适用于哪种场合，关键的就是要在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点。2.2表面声波式触摸屏2.2.1表面声波触摸屏的基本结构是：由强化玻璃和超声波换能器组成，超声波换能器安置在玻璃屏的边角上。2.2.2工作原理以右下角的X-轴发射换能器为例：发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递，声波能量经过屏体表面，再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给X-轴的接收换能器，接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。当发射换能器发射一个窄脉冲后，声波能量历经不同途径到达接收换能器，走最右边的最早到达，走最左边的最晚到达，早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号，不难看出，接收信号集合了所有在X轴方向历经长短不同路径回归的声波能量，它们在Y轴走过的路程是相同的，但在X轴上，最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离。因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置，也就是X轴坐标。发射信号与接收信号波形在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定X坐标。之后Y轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标。除了一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外，表面声波触摸屏还响应第三轴Z轴坐标，也就是能感知用户触摸压力大小值。其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。三轴一旦确定，控制器就把它们传给主机。2.2.3主要优缺点清晰度较高，透光率好。高度耐久，抗刮伤性良好(相对于电阻、电容等有表面度膜)。反应灵敏。不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率高，寿命长（维护良好情况下5000万次）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应，目前在公共场所使用较多。表面声波屏需要经常维护，因为灰尘，油污甚至饮料的液体沾污在屏的表面，都会阻塞触摸屏表面的导波槽，使波不能正常发射，或使波形改变而控制器无法正常识别，从而影响触摸屏的正常使用，用户需严格注意环境卫生。必须经常擦抹屏的表面以保持屏面的光洁，并定期作一次全面彻底擦除。2.3电阻式触摸屏2.3.1基本结构上、下两层玻璃屏为基板，在基板的工作面上均匀的镀上一层透明导电薄膜，两个透明导电薄膜中间用均匀分布的绝缘的透明小球隔开。2.3.2工作原理电阻触摸屏的工作原理主要是通过压力感应原理来实现对屏幕内容的操作和控制的，这种触摸屏屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，其中第一层为玻璃或有机玻璃底层，第二层为隔层，第三层为多元树脂表层，表面还涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面经硬化处理、光滑防刮的塑料层。在多元脂表层表面的传导层及玻璃层感应器是被许多微小的隔层所分隔电流通过表层，轻触表层压下时，接触到底层，控制器同时从四个角读出相称的电流及计算手指位置的距离。这种触摸屏利用两层高透明的导电层组成触摸屏，两层之间距离仅为2.5微米。当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。2.3.3主要优缺点电阻式触摸屏的优点是它的屏和控制系统都比较便宜，反应灵敏度很好，而且不管是四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏，它们都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，能适应各种恶劣的环境。它可以用任何物体来触摸，稳定性能较好。缺点是电阻触摸屏的外层薄膜容易被划伤导致触摸屏不可用，多层结构会导致很大的光损失，对于手持设备通常需要加大背光源来弥补透光性不好的问题，但这样也会增加电池的消耗。电阻式触摸屏的优缺点可以归类为：1.电阻式触控屏的精确度高，可到像素点的级别，适用的最大分辨率可达4096x4096。2.屏幕不受灰尘、水汽和油污的影响，可以在较低或较高温度的环境下使用。3.电阻式触控屏使用的是压力感应，可以用任何物体来触摸，即便是带着手套也可以操作，并可以用来进行手写识别。4.电阻式触控屏由于成熟的技术和较低的门槛，成本较为廉价。5.电阻式触控屏能够设计成多点触控，但当两点同时受压时，屏幕的压力变得不平衡，导致触控出现误差，因而多点触控的实现程度较难。6.电阻式触控屏较易因为划伤等导致屏幕触控部分受损。2.4电容式触摸屏2.4.1基本结构电容触摸屏的基本结构是：一个单层玻璃为基板，在玻璃屏的内外表面上均匀的镀上一层透明导电薄膜，在外表面的透明导电薄膜的四个角上安置四个电极。2.4.2工作原理电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。

电容式触摸屏的感应屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层导电层，最外层是一薄层矽土玻璃保护层。当我们用手指触摸在感应屏上的时候，人体的电场让手指和和触摸屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。2.3.3主要优缺点电容式触摸屏的优势主要有以下几个方面：

1.操作新奇。电容式触摸屏支持多点触控，操作更加直观、更具趣味性。

2.不易误触。由于电容式触摸屏需要感应到人体的电流，只有人体才能对其进行操作，用其他物体触碰时并不会有所相应，所以基本避免了误触的可能。

3.耐用度高。比起电阻式触摸屏，电容式触摸屏在防尘、防水、耐磨等方面有更好的表现。

作为目前正当红的触摸屏技术，电容式触摸屏虽然具有界面华丽、多点触控、只对人体感应等优势，但与此同时，它也有以下几个缺点：

1.精度不高。由于技术原因，电容式触摸屏的精度比起电阻式触摸屏还有所欠缺。而且只能使用手指进行输入，在小屏幕上还很难实现辨识比较复杂的手写输入。

2.易受环境影响。温度和湿度等环境因素发生改变时，也会引起电容式触摸屏的不稳定甚至漂移。例如用户在使用的同时将身体靠近屏幕就可能引起漂移，甚至在拥挤的人群中操作也会引起漂移。这主要是由于电容式触摸屏技术的工作原理所致，虽然用户的手指距离屏幕更近，但屏幕附近还有很多体积远大于手指的电场同时作用，这样就会影响到触摸位置的判断。

3.成本偏高。此外，当前电容式触控屏在触控板贴附到LCD面板的步骤中还存在一定的技术困难，良品率并不高，所以无形中也增加了电容式触控屏的成本。2.5红外线触摸屏2.5.1基本结构红外线触摸屏的基本结构是：红外线发射器和红外线接收器是触摸屏的核心部分，分别安装在红外线触摸屏的横向和纵向的边框上。2.5.2工作原理红外触摸屏是利用X，Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外线发射管和红外接收管，一一对应成横竖交叉的红外矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。外触摸屏，是高度集成的电子线路整合产品。红外触摸屏包含一个完整的整合控制电路，和一组高精度、抗干扰红外发射管和一组红外接收管，交叉安装在高度集成的电路板上的两个相对的方向，形成一个不可见的红外线光栅。内嵌在控制电路中的智能控制系统持续地对二极管发出脉冲形成红外线偏震光束格栅。当触摸物体如手指等进入光栅时，便阻断了光束。智能控制系统便会侦察到光的损失变化，并传输信号给控制系统，以确认X轴和Y轴坐标值。2.5.3主要优缺点该种触控技术的优点是工作信号较稳定、光透过率高和抗电磁干扰能力好，但不足之处是抗红外光干扰差、易碎易损和分辨率较低。2.6触摸屏的技术特性2.6.1透光性能触摸屏是由多层的复合薄膜构成，透明性能的好坏直接影响到触摸屏的视觉效果。衡量触摸屏透明性能不仅要从它的视觉效果来衡量，还应该包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度这四个特性。2.6.2绝对坐标系统我们传统的鼠标是一种定位系统相对，只和前一次鼠标的位置坐标有关。而触摸屏则是一种绝对坐标系统，要选哪就直接点哪，与相对定位系统有着本质的区别。绝对坐标系统的特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标，不管在什么情况下，触摸屏这套坐标在同一点的输出数据是稳定的。不过由于技术原理的原因，并不能保证同一点触摸每一次采样数据相同的，不能保证绝对坐标定位，点不准，这就是触摸屏最怕的问题：漂移。对于性能质量好的触摸屏来说，漂移的情况出现的并不是很严重。2.6.3检测与定位各种触摸屏技术都是依靠传感器来工作的，甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。

3西门子S7-200PLC3.1PLC概述3.1.1可编程序控制器的典型产品PLC的产家有很多，并且每个产家的产品种类繁多，特点各异，而我们最常见也是最典型的产品有三菱FX2N系列的PLC,西门子S7-200系列的PLC，欧姆龙CPM1A系列PLC。3.1.2可编程序控制器的特性PLC具有以下鲜明的特点。（1）功能健全,灵活组合,扩展容易,方便实用。现代PLC的功能和它的各种扩展单元,智能单元和特殊功能模块,可以方便、灵活的合成不同规模和需要的控制系统,以适应需求的各类工业控制。对开关量控制专业;可以连续过程PID回路控制;并与上位机构组成一个复杂的控制系统,如DDC和DCS,实现生产过程的综合自动化。。（2）安装简单,维修方便。PLC可以直接运行在各种工业环境中,只需要把现场的各种设备连接到PLC对应的I/O端,编写程序来运行。在各个模块的运行和故障都设有显示装置,便于用户理解操作和寻找故障。PLC还具有强大的自检功能,它提供了方便的维护。（3）使用方便,编程简单,使用简单明了的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言,但是不需要计算机知识,因此系统开发周期短,现场调试非常容易。使用PLC可以在线修改程序,改变控制方案进而不需要拆机设备。它可以运行在不同的环境中,可靠性是非常强大的。（4）低的环境要求，使PLC技术条件在一般的高温、振动、冲击、粉尘和其他恶劣环境中,能够承受工作环境时强烈的电磁干扰而可靠的运行。这就是PLC产品的市场生存价值。（5）抗干扰能力和可靠性的能力远高于其他的各种机型。隔离和过滤,是它两个主要的抗干扰措施。而且对PLC的内部电源也采取了措施,例如屏蔽、电压稳定、保护,以减少外界的干扰,保证供电质量。除了输入/输出接口电路的功率相互独立的,为了避免电源与电源之间。正确选择接地的地方和完善的接地系统是PLC控制系统的一个重要的抗电磁干扰措施。为了适应恶劣环境的工作现场,还使用了密封、防尘、抗震的外壳封装结构。通过以上措施,确保PLC能在恶劣环境下可靠的运行,达到平均故障间隔时间长、故障修复时间短的效果。（6）容易学习和容易使用。PLC是提供给工业和矿业企业的工业控制设备,简单的接口,编程语言易于为工程技术人员接受。PLC编程大多采用类似的继电器控制电路的梯形图的形式,对于用户来说,不需要专业的计算机知识,因此,计算机易于被一般的工程技术人员理解和掌握。3.2西门子PLC概述德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。3.3西门子S7-200PLC的主要功能S7-200系列PLC是西门子公司推出的一种小型PLC。适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。使用范围覆盖从简单的替代继电器控制到更复杂的自动化控制。应用领域非常广泛,覆盖所有与自动检测,自动控制工业和民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。例如：印刷机械，冲压机床，电梯控制，磨床，中央空调,运动系统。本系统采用西门子200系列中的CPU226为主控元件，本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可以连接7个扩展模块，最大可以扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。3.4西门子S7-200PLC的硬件系统结构1.基本单元S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用.2.扩展单元S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数.3.编程器PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。4.程序存储卡为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES7291-8GC00-0XA0和6ES7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。5.写入器写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。6.文本显示器文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。3.5西门子S7-200PLC的输入、输出PLC通过输入/输出点与现场设备构成一个完整的PLC控制系统，因此要综合考虑现场设备的性质及PLC的输入/输出特性，才能更好地利用PLC的功能。1.输出特性在S7-200PLC中，输出信号有两种类型：继电器输出型和DC输出（晶体管输出）型。2.输入特性在S7-200中，对数字量输入信号的电压要求均为DC24V，“1”信号为15～35V，“0”信号为0～5V，经过光电耦合器隔离后进入到PLC中。3.输入/输出扩展能力当主机单元模板上的I/O点数不够时，除了CPU221外，可以通过增加扩展单元模板的方法，对输入/输出点数进行扩展或增加模拟量控制。4.快速影响功能S7-200的快速影响功能如下：（1）脉冲捕捉功能利用脉冲捕捉功能，使得PLC可以使用普通端子捕捉到小于一个CPU扫描周期的短脉冲信号。（2）中断输入利用中断输入功能，使得PLC可以以极快的速度对信号的上升沿作出响应。（3）高速计数器S7-200中有4～6个可编程的30Hz高速计数器，多个独立的输入端允许进行加减计数，可以连接相位差为90的A/B相增量的编码器。（4）高速脉冲输出可利用S7-200的高速脉冲输出功能，驱动步进电动机或伺服电动机，实现准确定位。（5）模拟电位器模拟电位器的功能是可用来改变某些特殊寄存器中的数值。这些特殊寄存器中的参数是定时器/计数器的设定值，或是某些过程变量的控制参数。利用模拟电位器在程序运行时，可随时更改这些参数，且不占用PLC的输入点。5.实时时钟S7-200的实时时钟用于记录机器的运行时间，或者对过程进行时间控制，以及对信息加注时间标记。6.功能扩展模块当需要完成某些特殊功能的控制任务时，CPU主机可以扩展特殊功能模块。如要求进行PROFIBUS-DP现场总线连接时，就需要EM227PROFIBUS-DP模块。7.I/O点数扩展和编址CPU22X系列的每种主机所提供的本机I/O点的I/O地址是固定的，进行扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。编制方法是同种类型输入或输出点的模块在链中按与主机的位置而递增，其他类型模块的有无以及所处的位置不影响本类型模块的编号。3.6西门子S7-200PLC扫描周期及工作方式PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式：1.每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。2．输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。一.工作方式：RUN（运行）、STOP（停止）、TERM（terminal终端）三种。二.扫描周期：读输入阶段（输入采样阶段）、执行程序阶段、处理通信请求阶段、CPU自诊断阶段、写输出阶段（输出刷新阶段）。3.7西门子S7-200PLC通信模式3.7.1PPI西门子的PPI（PointtoPoint）通讯协议使用主从式的通讯方式，一次读写操作的步骤应有：首先上位机发布读写指令，然后PLC就可以接收正确的响应，上位机接到这个响应后发出确认申请指令，PLC就完成了正确的读取和写入的响应，传输给上位机数据。这样发送和接收两次数据，完成一次数据的读取和写入。3.7.2自由口通讯S7-200CPU的通信口可以设置为自由口模式。选择自由口模式后，用户程序就可以完全控制通信端口的操作，通信协议也完全受用户程序控制。S7-200CPU上的通信口在电气上是标准的RS-485半双工串行通信口。此串行字符通信的格式可以包括：一个起始位7或8位字符（数据字节）一个奇/偶校验位，或者没有校验位一个停止位自由口通信速波特率可以设置为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或112500。凡是符合这些格式的串行通信设备，理论上都可以和S7-200CPU通信。自由口模式可以灵活应用。Micro/WIN的两个指令库（USS和ModbusRTU）就是使用自由口模式编程实现的。在进行自由口通信程序调试时，可以使用PC/PPI电缆（设置到自由口通信模式）连接PC和CPU，在PC上运行串口调试软件（或者Windows的HyperTerminal－超级终端）调试自由口程序。USB/PPI电缆和CP卡不支持自由口调试。3.7.3MPIMPI协议，其英文全名为Multi-point-Interface。在PLC之间可组态为主／主协议或主／从协议．如何操作依赖于设备类型：如果控制站都是s7—300／400系列PLC，那么就建立主／主连接关系，因为MPI协议支持多主站通讯，所有的s7—300CPU都可配置为网络主站，通过主／主协议可以实现PLC之间的数据交换。如果某些控制站是s7—200系列PLC，则可以建立主／从连接关系，因为s7—200CPU是从站，用户可以通过网络指令实现s7—300CPU对s7200CPU的数据读写操作。3.7.4PPROFIBUS，是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（OpenSystemInterconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层。（1）PROFIBUS－DP：定义了第一．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS－DP设备的设备行为。（2）PROFIBUS－FMS：定义了第一．二．七层，应用层包括现场总线信息规范（FieldbusMessageSpecification-FMS）和低层接口(LowerLayerInterface－LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。（3）PROFIBUS－PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS－DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158－2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。注：第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三－六层末使用，第七层为应用层。3.8发展趋势1：产品规模向大、小两个方向发展。大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛

3：不断加强通讯功能

4：新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统

6：发展容错技术，采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

7：追求软硬件的标准化。

4本课题程序设计4.1方案总体设计4.1.1设计要求在该系统设计中，选择西门子S7-200系列的CPU226型PLC作为地铁售票机的主机，对由触摸屏控制器输入的信息进行处理；触摸屏选择的是西门子TP177B，可通过RS485接口与PLC进行通信，它对应的组态软件是WinCCflexible。在实现自动售票机的基本功能外，还采用自动封锁技术，对取票托盘进行了改进，使整机更加以人为本。该设计的要求是：（1）实现在触摸屏上选站、购票的操作。（2）自动售票机可识别1元（包括硬币）、5元和10元的人民币（钱币识别硬件装置另议）。（3）能够进行购票所付钱币与应收钱币的比较。（4）能够自动完成找零、制票的操作。（5）在购票的过程中有各个步骤的相应提示。（6）制币、找零未完成前封锁取票托盘。4.1.2设计思路及技术改进该自动售票系统由以下主要模块组成：主控单元（PLC）、乘客显示器与触摸屏、票卡读卡器、硬币模块、纸币接收模块、凭条打印机、不间断电源等组成。给系统由PLC作为主控制器，通过RS485与触摸屏进行通讯，触摸屏由程序进行控制提示乘客进行相应的操作，并将执行数据返回给PLC，PLC通过既定程序控制外部执行机构动作，从而实现地铁自动售票机的功能。在实现自动售票机的基本功能外，还采用自动封锁技术，对取票托盘进行了改进，使整机更加以人为本。系统总体框图4-1如下所示。触摸屏触摸屏PLC执行机构图2-图4-1系统总体框图4.2西门子S7-200PLC的应用4.2.1西门子S7-200PLC运算指令的应用S7-200能支持整数以及浮点数的各项运算，而且计算速度很快。本系统采用S7-200进行售票的计算，完全能胜任各种复杂运算。4.2.2西门子S7-200PLC通讯方式的选择与设置S7200PLC的通讯设置见图4-2。在这里，我们选择的是PC/PPI方式的通讯。PC/PPI模式不仅适用于计算机，还适用于触摸屏等外部设备。图4-2通讯设置4.3TP177B触摸屏及其组态软件WinCCflexible的应用4.3.1HMI介绍HMI是HumanMachineInterface的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。4.3.2TP177B触摸屏SIMATICTP177B作为通用的触摸面板，满足PROFIBUSDP或ROFINET各种应用环境。性能犹如现在的270-6"2MB用户存储器，替代了以前的768KB易于使用5.7"STN蓝色4级灰度显示可靠，低维护集成，拥有各种接口。5.7"STN彩色显示屏(256色)，非常不容易失性、免维护报警缓存器(不需电池)。彩色型支持SmartService、SmartAccess，外表面光滑(IP65，EX2/22)，灵活性极好。全球通用，拥有32种国家语言，更是超过5种语言联机的切换(包括亚洲和西里尔语言)。内置USB接口(可以用于打印机和下载等等)，通用的多媒体卡插槽，彩色型带"ProfinetI/O"以太网的接口，已得到NEMA4、Ex2/22、船级社的认证，使用WinCCflexible2005或者是更高级高效组态4.3.3WinCCflexible概述WinCCflexible，德国西门子（SIEMENS）公司工业全集成自动化（TIA）的子产品，是一款面向机器的自动化概念的HMI软件。WinCCflexible用于组态用户界面以操作和监视机器与设备，提供了对面向解决方案概念的组态任务的支持。WinCCflexible与WinCC十分类似，都是组态软件，而前者基于触摸屏，后者基于工控机。4.3.4建立项目打开WINCCFLEXIBLE后，首先新建项目，选择触摸屏，我们这里使用的是TP177B。选择好之后，点确定，然后设置好存储路径和工程名字，就完成了项目的新建。新建项目如图4-3所示。图4-3新建项目4.3.5建立组态画面新建好项目，然后建立组态画面。如图4-4所示。我们很容易可以看出假如我们停在在站3，要去站6，此时我们只需按下站6的图标，触摸屏上我们所需要的信息都会显现出来，如票价，应付的钱，应该找的钱，你已经给的钱和你购买的张数。如果信息正确，此时我们就可以按下确定，然后出票。我们就完成了购票的整个过程。图4-4组态画面4.4S7-200PLC与TP177B触摸屏的通讯设置4.4.1组态软件与PLC的连接要求组态软件只是一个监控画面，它的数值还是来源于PLC，所以我们必须建立组态软件和PLC之间的连接。4.4.2组态软件与PLC之间的通讯先前我们在PLC软件的设定中，通讯方式选择的是PC/PPI模式，所以，我们在这里，也要选择串口的PC/PPI模式。4.4.3创建S7-200的连接WINCCFLEXIBLE与S7200连接建立见图4-5。另外，其通讯参数等细节部分必须与PLC端一致。图4-5组态软件建立连接4.4.4通讯参数的设置参数的设置我们同样可以从图4-5可以看出来，触摸屏的接口我们采用1F1B:；wincc的波特率为187500，地址设为1，访问点为S7ONLINE，类型我们采用Simatic；对于网络则采用PPI通信方式，最高站地址（HAS）为31，主站数为1。4.5程序设计4.5.1程序流程图系统启动自检完成后，就会看到购票页面然后等待操作，乘客根据触摸屏显示的地图选择目的站点然后触摸屏自动显示出购票所需要的金额，由主控制单元给纸币或着硬币模块发送可以接收纸币或着硬币的指令，这个时候乘客就可以选择使用纸币或硬币购票，然后将纸币或硬币投入纸币或着硬币的投入口，投币模块相应的传感器将投入的金额数目返回给触摸屏的界面，触摸屏就可以马上显示乘客投入的金额数量，假如金额足够的话，主控单元给票卡读卡器发送命令，从而进行读写票卡操作，票卡读入写出成功后，主控单元给单程票发售模块传送出票指令，如果需要找零的话，主控单元就要给硬币模块传送找零的指令，完成自动出票的功能。具体的流程如下图4-6。图4-6程序流程图4.5.2主要实现的功能该设计的主要实现功能是：（1）实现在触摸屏上选站、购票的操作。（2）自动售票机可识别1元（