基于力控组态软件的交通灯监控系统设计.docx

《自动控制系统》课程设计任务书

设计题目：基于力控组态软件的交通灯监控系统设计
一、设计实验条件
地 点：自动化系实验室
实验设备：PC机
二、设计任务
1、根据题目要求进行资料收集及监控方案的设计；
2、利用力控组态软件，完成控制系统软件组态，包括：建立实时数据库；绘制控制主界面，包括：数据采集、显示（界面动画等）、报警组态、数据保存、历史数据查询、报表打印等功能。
三、设计说明书的内容
1、 设计题目与设计任务（设计任务书）
2、 前言（绪论）(设计的目的、意义等)
3、 主体设计部分
4、 参考文献
5、 结束语
四、设计时间与设计时间安排
1、设计时间： 2周
2、设计时间安排：
熟悉实验设备、实验、收集资料： 3天
设计计算、绘制技术图纸： 6天
编写课程设计说明书： 2天
答辩： 1天

前言

本次课程设计，基于力控组态软件，在以往理论知识的基础上进行仿真模拟实验，进一步加强对课堂理论知识的认识和理解，学会用力控Forcecontrol 6.1组态软件的使用。同时根据设计要求编写控制程序和组态人机交互界面，按照设计要求进行调试，实现设计要求。
本次设计，是模拟一个十字路口交通灯控制系统，要求能实现直走，左转两个状态，系统的红、黄、绿灯应符合一定的逻辑顺序亮灭，从而实现整个十字路口的交通顺畅。
关键词：力控组态 交通灯 逻辑控制

1. 力控PCAuto组态软件
1.1 软件的认识
力控PCAuto组态软件是对现场生产数据进行采集和过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和间接的工程实践方法，用户只要将其预设置的各种软件模块进行简单的组态，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能。
1.2 软件的使用
在组态软件中填写一些事先设计的表格，在利用图形功能把被控对象（红绿灯、转向提示等）形象的表示出来，通过内部数据连接把被控对象的属性与I/O设备的实时数据进行逻辑连接。当有组态软件生成的应用系统运行中，与被控对象相连的I/O设备数据会发生相应的变化直接带动被控对象的属性变化。
2. 系统功能概述
基于力控组态软件的交通灯监控系统的设计主要是利用软件的功能，通过 对各个路口红绿灯的时序控制，来实现交通控制。具体的控制原则为：在一个特定的周期内，设定一定的时间段，让某一条路的绿灯亮，例如南北路，此时东西路为红灯，同时各个路口的转向灯均为红灯，一定时间后，南北左转的指示灯变绿，南北直走为红灯，东西路全为红灯；下个时间段东西路左转为绿灯；最后东西路直走为绿灯，此为一个周期内各个路口的红绿灯情况。除此之外，画面中有控制开关按钮，可以用来启动整个程序以及复位功能。
3. 系统设计
3.1 流程图
启动交通灯系统，流程图如下所示，南北绿灯亮，这里设置为绿灯5秒，同时只用绿灯来说明周期流程，红灯和黄灯在后面会进行详细说明。南北绿灯亮5秒，然后南北左转的绿灯亮3秒，然后东西的直走绿灯亮5秒，最后东西左转的绿灯亮3秒，这是一个周期的红绿灯情况，一直循环，直到按下停止按钮，系统停止工作。
启动
南北转弯绿灯亮3秒
东西转弯绿灯亮3秒
停止

南北绿灯亮5秒

东西绿灯亮5秒

交通灯控制流程图
3.2 软件设计
3.2.1 软件组态
基于力控PCAuto组态软件的设计与实现主要包括以下几个步骤：画面创建、动画连接、I/O口设备设置、创建实时数据库、数据连接。
① 画面创建
根据本系统的特点，设计了交通灯监控系统主界面。主界面如下图所示，主要包括系统开关，十字路口模型，车辆模型，各个路口直走和转向红绿灯。

② 动画连接
动画连接是指画面中图形对象与变量或表达式的对应关系。建立关联后，在监控系统进行是，根据变量或表达式的数据变化，图像对象会发生颜色变化、大小改变、文本刷新等。这样就将现场真实的数据投影到计算机的监控画面中，从而达到远程监控的目的。
此系统中分别对开关精灵、红绿灯、转向指示进行了相关的动画连接，从而可以动态的实现系统的控制。具体的实现方法如下图所示：
指示灯设置：

开关设置：
③ I/O设备设置
I/O设备设置是指对包括应用程序的“软件设备”和现场数据采集交换的硬件设备在内的广义上I/O设备驱动程序进行配置，使其与组态软件能够建立通信，构成一个完整的系统。在被监控系统中，对开关“run”。以及各个红绿灯的代码进行定义，地址分配，通讯方式选定。在监控系统中建立的仿真PLC实现，实现方法如下图：

配置I/O设备的过程在图形开发环境Draw的导航器中进行，按照设备安装对话框的提示就可以完成对I/O设备的配置工作。I/O设备配置完成后，在导航器中会列出I/O设备的设备名称，同时生成的设备名称即可用于数据连接过程，在系统运行过程中，力控通过内部管理程序自动启动相应的I/O驱动程序，I/O驱动程序负责与I/O设备进行实时数据交换。
④ 创建实时数据库
实时数据库(DB)是整个监控系统的核心。它负责整个系统的实时数据处理和历史数据的存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理，完成与过程数据采集的双向数据通信。在本系统中，经过创建点参数、定义I/O设备、数据连接等几个步骤便可以完成数据库的创建。系统中采用的I/O设备的数据采集与回送是实时数据库的一个最基本的功能。因为实时数据库系统应用所面向的监控对象最终还是要落实到具体的硬件设备。本控制系统的实时数据库建立过程如下图所示：

窗口中间变量：

a~f对应南北、东西直走红绿灯；aa~ff对应南北、东西转向红绿灯。
3.3 系统功能实现的脚本程序
进入窗口程序：

周期执行程序：

详细程序见附录
3.4 相关功能实现以及实验结果显示
实验结果如下：
南北直走绿灯：

南北转弯绿灯：

黄灯闪烁过程：

由于东西路直走、转弯以及黄灯闪烁过程可以和南北路对称理解，在此就不一一列举。
4. 结束语
利用力控PCAuto组态软件所设计的交通灯监控系统，可以较好的还原十字路口交通灯的运行情况。但是这也只是理想化的简单监控设计，对于现场的实时数据采集以及车流量控制以及每天路口车流高峰期的考虑不够全面。
通过这次设计，我对工控软件有了进一步的理解，同时对理论知识，这次设计也是对知识的实际应用与熟练，通过模拟监控一些现实中的系统，来对力控组态的功能进一步了解，同时也了解到，生活中有些看起来很简单的设备，其实的实现功能以及要求依然是具有一定难度的，这次实验对我来说不仅锻炼了动手能力，也对我的知识是一种巩固，而且对自己是一次不可多得的经历，我相信以后的类似设计，我会做的更好。

5. 参考文献
【1】 赵一丁. 软件工程基础[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2006.9
【2】 孙华. 监控组态软件以及应用技术[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.2
【3】 吴小刚. 工业组态技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2006.5

附录：
系统周期运行程序：
IF run.pv==1 THENt=t+1; IF t>=0&&t<=5 THENa=1;b=0;c=0;d=0;e=1;f=0;aa=0;bb=1;cc=0;dd=0;ee=1;ff=0;ENDIFIF t>=5&&t<=7 thena=0;b=0;c=1;d=0;e=1;f=0;aa=0;bb=1;cc=0;dd=0;ee=1;ff=0;ENDIFIF t>=7&&t<=9 THENa=0;b=1;c=0;d=0;e=1;f=0;aa=1;bb=0;cc=0;dd=0;ee=1;ff=0;ENDIFIF t>=9&&t<=11 THENa=0;b=1;c=0;d=0;e=1;f=0;dd=0;ee=0;ff=0;aa=0;bb=1;cc=1;ENDIFIF t>=11&&t<=13 THENa=0;b=1;c=0;d=0;e=1;f=0;aa=0;bb=1;cc=0;dd=1;ee=0;ff=0;ENDIFIF t>=13&&t<=15 THENa=0;b=1;c=0;d=0;e=1;f=0;aa=0;bb=1;cc=0;dd=0;ee=0;ff=1;ENDIFIF t>=15&&t<=20 THENa=0;b=1;c=0;d=1;e=0;f=0;aa=0;bb=1;cc=0;dd=0;ee=1;ff=0;ENDIFIF t>=20&&t<=21 THENa=0;b=1;c=0;d=0;e=0;f=1;aa=0;bb=1;cc=0;dd=0;ee=1;ff=0;ENDIFIF t/21==int(t/21) THENt=0;ENDIFelsea=0;b=0;c=0;d=0;e=0;f=0;t=0;aa=0;bb=0;cc=0;dd=0;ee=0;ff=0;
ENDIF