毕业论文基于MCGS组态软件的交通灯控制系统的设计说明.doc

. 目录ABSTRACT- 3 -1、绪论- 4 -1.1课题来源与研究意义- 4 -1.2 交通灯控制研究的意义- 4 -1.3本论文研究的主要容- 5 -2、软件介绍- 5 -2.1 MCGS组态软件的整体介绍- 5 -2.2 MCGS组态软件的整体结构- 6 -2.3 MCGS组态软件的功能和特点- 7 -2.4 MCGS组态软件的工作方式- 7 -3、1交通灯控制的设计仿真- 8 -3.1设计总述- 8 -3.2交通灯控制的变量设置- 9 -4、交通灯控制系统的各部分的控制设计- 9 -4.1定时器的控制- 9 -4.2交通灯的亮闪情况控制- 9 -4.2.1东西路口的交通灯控制- 9 -4.2.2南北路口的交通灯控制- 11 -4.3车辆的控制- 13 -4.4主控台中道路通行示意图的控制- 14 -5、组态界面画面的设计- 15 -5.1窗口的建立- 15 -5.2封面的设计- 16 -5.3主界面设计- 16 -6结论与展望- 16 -致- 17 -参考文献- 18 -附录- 19 -基于MCGS组态软件的交通灯控制系统的设计专业：电气工程与其自动化 ：刚 指导教师：王彩霞摘 要 当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。本文以十字路口交通灯控制系统为例， 详细介绍了交通灯的正常运行情况， 通过并利用组态软件 MCGS 制作控制系统动态监控画面。关键词：交通灯,MCGSABSTRACTToday, traffic lights installed on the crossing at all, to ease the traffic of vehicles has become the most common and most effective means. Social development, peoples consumption levels continue to increase, private vehicles is increasing. Of people, cars and more roads have less traffic status is obvious. Therefore, the adoption of effective methods to control traffic lights is imperative.In this paper, the crossing traffic control system as an example, the paper introduces the normal operation of the traffic lights, and mainly adopted MCGS system to accomplish controlling and monitoring traffic lights Key words：Traffic light MCGS1、绪论1.1课题来源与研究意义城市的快速发展，机动车拥有量的增长，给交通带来了许多问题，如交通拥堵、交通事故频发、环境污染加剧和燃油损耗上升，其中最为关键的是交叉口的车流量己处于饱和状态。分析其原因主要是由于现有交叉口的几何条件所限，以与缺少完善的的交通管理设施。道路上交通标志不规，路口渠化不合理等问题加剧了交通拥挤的矛盾，而作为城市交通命脉的主干道的交通阻塞会使整个城市交通陷入瘫痪。解决城市交通拥挤状况，完善路网来缓解交通拥挤不是短时间所能解决的，目前急需做的是进一步挖掘路网的潜力并改善交通现状，特别是改善交通信号控制。可见，研制一种高效的智能交通控制系统是很有必要的，因此，城市交通的智能控制目前已成为国外交通工程界研究的热点领域之一。而各交叉口是是城市道路网的咽喉要道，是人流和车辆汇集的地方，最容易发生交通阻塞现象，因此交叉口信号的智能控制显得更为迫切。最大程度提高交叉口的通行能力，为经济的发展和人民生活提供一个安全、畅通、高效、低公害低能耗的交通环境已成为必然。通常新型的工业自动控制系统被划分为控制层、监控层、管理层 3 个层次结构。监控层的硬件以 IPC 为主, 其软件采用工业组态软件, 实现完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以与企业监控网络等功能; 本文以交通灯控制系统统为例提出了一种基于工业组态软件 MCGS虚拟控制监控系统, 即利用现有的计算机资源, 在计算机上通过组态软件的工作界面和功能来仿真现场控制对象, 进行虚拟控制。1.2 交通灯控制研究的意义交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。城市道路增长的有限与车辆增加的无限这一对矛盾是导致城市交通拥挤的根本原因。城市街道网络上的交通容量的不断增加，表明车辆对道路容量的要求仍然很高，短期还不可能改变。自从开始使用计算机控制系统后，不管在控制硬件里取得什么样的实际进展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没能取得重大突破。可以肯定的说，对于减轻交通拥塞与其副作用一特别是对于大的交通网络而言，仍然缺乏一种真正的交通响应控制策略。计算机硬件能力与控制软件能力很不相符，由此造成的影响是很多交通控制策略根本不能实现。在少数几个例子中，一些新的控制策略确实能得以实现，但他们却没能对早期的控制策略进行改进。由于缺乏能提高交通状况、特别是缺乏拥塞网络交通状况的实时控制策略，几乎可以一说真正成熟的控制策略仍然不存在。在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。未来的城市交通控制系统能适应城市交通的发展。从长远来看该研究具有巨大的现实意义。1.3本论文研究的主要容模拟的十字路口交通灯组态图，用一个开关控制交通灯的运行与停止，当开关为开时，先南北红灯、东西绿灯亮此时东西方向的车辆运行，延时15秒东西绿灯变为闪烁状态，闪烁5秒后跳到黄灯亮，此时东西方向的车辆停止运行，东西黄灯亮3秒后，变为东西红灯、南北绿灯，则南北方向车辆运行，延时15秒南北绿灯变为闪烁，闪烁5秒后跳到南北黄灯，则南北方向的车辆停止运行，南北黄灯亮3秒后，再回到南北红灯、东西绿灯的状态，循环下去。无论运行到那个状态当开关由开变为关闭时，所有的灯都处于不亮状态。2、软件介绍2.1 MCGS组态软件的整体介绍随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。MCGS工控组态软件的出现为解决一些实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。 MCGS全中文工业自动化控制组态软件（以下简称MCGS工控组态软件或MCGS）是一套32位工控组态软件，可稳定运行于Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。它的主要特点有（1）延续性和可扩充性。使用MCGS工控组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；（2）封装性（易学易用），MCGS工控组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性和可扩充性，每个用户根据工程实际情况，利用MCGS工控组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有网络功能的工程，不受行业限制。2.2 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，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：组态生成应用系统运行环境：解释执行组态结果组态结果数据库MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” 。MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。2.3 MCGS组态软件的功能和特点与国外同类产品相比，MCGS 6.2组态软件具有以下特点：全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。庞大的标准图形库、完备的绘图工具以与丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外，独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以与灵活的报警处理函数，使您能够方便、与时、准确地捕捉到任何报警信息。完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮与退出系统的操作权限。此外，MCGS 6.2还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以与各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS6.2组态软件的功能，并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业围，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势，生产报表等等，并提供完善的用户权限控制2.4 MCGS组态软件的工作方式MCGS如何与设备进行通讯：MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB、VC程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分，完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。MCGS如何产生动画效果：MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？方法是：图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。详细情况请参阅后面第四讲中的动画连接。MCGS如何实施远程多机监控：MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络监控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。同时，可利用MCGS提供的网络功能，在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把各种网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。如何对工程运行流程实施有效控制：MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作3、1交通灯控制的设计仿真3.1设计总述绘制一个模拟的十字路口交通灯组态图，用一个开关控制交通灯的运行与停止，当开关为开时，先南北红灯、东西绿灯亮，延时30秒东西绿灯变为闪烁状态，闪烁3秒后跳到黄灯亮，东西黄灯亮3秒后，变为东西红灯、南北绿灯，延时30秒南北绿灯变为闪烁，闪烁3秒后跳到南北黄灯，南北黄灯亮3秒后，再回到南北红灯、东西绿灯的状态，循环下去。无论运行到那个状态当开关由开变为关闭时，所有的灯都处于不亮状态。图1为设计总效果图图1总设计效果图3.2交通灯控制的变量设置变量名类型初值注释car1数值型0car1为东西路的卡车走的路程car2数值型0car2为东西路的小车的路程car3数值型0car3为南北路的小车的路程d字符型0实时日期t字符型0实时时间a开关型0定时器的当前值c字符型0意见箱中的输入变量开关开关型0开关=1时运行，开关=0时停止s数值型0主控台上示意图上东西图标的路程s1数值型0主控台上示意图上南北图标的路程变量设置如上表共10个变量4、交通灯控制系统的各部分的控制设计4.1定时器的控制本设计主要用定时器来控制交通灯的亮闪情况，定时器a的围是0-46定时器的控制如下：!TimerSetLimit(1,46,0)!TimerSetOutput(1,a )if 开关 = 0 then !TimerReset(1,0) !TimerStop(1)endif if 开关 = 1 then !TimerRun(1)endif 4.2交通灯的亮闪情况控制本设计运用计时器的变化对交通灯红灯黄灯的可见度进行控制对绿灯可见度与闪烁效果进行控制，图2为交通控制的示意图。4.2.1东西路口的交通灯控制根据交通运行的实际情况可知东西运行的情况一样，即车辆都是同时运行与停止的所以交通灯的可见度情况一致。（1）东西绿灯的运行情况大致如下：0-15s东西绿灯亮15-20s东西绿灯闪烁，其设置如图3北 南东西图2 交通指挥灯示意图绿 黄红绿黄红红黄绿绿红黄图3东西绿灯在组态中的设置其中绿灯的闪烁效果通过可将独来实现的其命令是如下：(a=15)and(a=17)and(a=20)and(a=23图5 东西红灯在组态中的设置4.2.2南北路口的交通灯控制（1）南北红灯在东西绿灯与黄灯亮时是亮的，亮23s即a在0-23s南北红灯是亮的。其在组态中的设置如图6.其可见度的命令行式：a23)and(a38)and(a40)and(a=42)其中：(a38)and(a40)and(a43)and(a=46)。图8 南北黄灯在组态中的设置4.3车辆的控制本设计中设计了三辆车其中东西方向上有两辆南北方向一辆分别对应的变量为car1，car2，car3绿灯亮时其对应方向的汽车开动，红灯亮或黄灯亮时则停止其控制具体过程见附录的车辆控制的程序IF (开关=1)and(a900 THEN car1=0car2=0endifIF (开关=1)and(a23)and(a600 THEN car3=0endif4.4主控台中道路通行示意图的控制本设计中为了使设计界面更为简洁，明朗，特意在主控台上设计了道路运行示意图，借图中箭头的颜色与运动状况来表示道路的通行状况，绿色移动即表示该段道路允许通过，反之则禁止通行，东西方向箭头路程为s南北方向则为s2在每一处都设计了两个大小一样颜色不同 图9主控台中道路通行示意图（上面的的为红色）重叠放置，通过控制箭头的可见度来使箭头显示不同的颜色。 东西方向的红色箭头的可见度设置如图10绿色箭头有水平移动的过程即s的变化其组态设置如图11其中左图为左边的箭头的设置，另一个为右面的绿色箭头的设置。上下箭头的设置和左右箭头设置雷同只需将变量s变成s1即可。其具体控制见附录中的箭头运动程序。图10图11绿色箭头的设置5、组态界面画面的设计5.1窗口的建立(1)在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”、“窗口1”。(2)选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。 (3)将窗口名称改为：交通灯控制；窗口标题改为：交通灯控制；窗口位置选中“最大化显示”、“固定边”，其他不变，单击“确定”。 (4)选中“窗口1”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。 (5)将窗口名称改为：封面；窗口标题改为：封面。窗口位置选中“屏幕中间显示”，窗口边界选择“固定边”，单击“确认”。 (6)在“用户窗口”中，选中“窗口属性”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。 图12封面主体 5.2封面的设计封面的设计主效果图如图12，该封面中包含了设计的题目，设计人员，指导老师以与学校校徽等元素。5.3主界面设计主界面效果图见图1，图中主要包括3部分即交通运行图，主控台图与署名图块。 界面制作过程如下（1)选中“控制窗口”的窗口标题，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。(2)单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。选择“工具箱”的“矩形”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口中拖拽鼠标，绘制出同样大小的矩形4个 分别置于画面的左上方,右上方,左下方,右下方，在选择填充颜色做出四块草坪。（3）单击工具箱中插入元件，向界面中插入树、汽车。交通灯等元件同时利用工具箱中工具画出各种元件最终生成主界面图形 封面设计类似 6结论与展望在组态软件的制作中我较好的掌握了MCGS软件的应用。在MCGS软件中最重要的是建立好实时数据库，数据库是实现各种变量的采集、表达、控制的关键元件，数据库控制着整个系统的输入、输出和运行。MCGS软件实现了对现场设备运行信号的采集，运行控制和运行监视。在组态文件的制作过程中，除了系统提供一些元件和背景，还可以自己制作自己需要的元件。在调试系统的制作中，我需要的元件在元件库里没有，在上网搜索了资料后，知道元件可以自己通过系统提供的工具自己制作。于是我通过工具箱，自己画出了所需元件的形状，然后自己设定看颜色，再通过属性设置了元件的动作值，填充颜色和动作表达式。通过运行达到了预计的要求。组态软件的运行调试，实际上就是数据库的设定，只要设定好输入、输出的变量和运行的条件，（运行条件的编辑和VBasic语言很相似）就可以实现预定的动作。通过这次课程设计，我掌握了通过MCGS实现现场信息采集、控制。掌握了系统设计、组态设计和现场监控一整套MCGS设计过程。本次课程设计设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。致在本次课程设计中，我成功完成了课程设计课题MCGS组态软件在交通信号系统中的应用。从一开始的课题认知、资料的查找，材料的整理，在各组员的协力合作下，在老师的指导下，我认真学习、仔细分析，遇到问题与时商量查找资料，当查找资料后还有不明白的地方与时请教老师，咨询同学。通过近两周的学习研究终于完成了该设计，在设计中，由于本人知识的局限性，设计选择了一些相对肤浅的设计理论，设计略显不足。感和我一起努力奋斗的同学们，因为你们，我的学习和生活过得精彩而又充实！再一次感在王老师一学期的辛勤教授MCGS组态软件的知识，使我能够顺利完成该课程设计最后，感所有关心我、帮助过我的老师、同学和朋友！参考文献1 胡汉文鑫主编 电气控制与PLC案例教程 1995 清华大学2 燕 周新建 可编程控制器原理与应用 2001 大学3 MCGS用户指南 Z . :昆仑通态自动化软件科技, 20034 正军 计算机控制系统 2009 机械工业5 梁慧冰 炳达 现代控制理论 2011 机械工业附 录附录A循环策略主程序：!TimerSetLimit(1,46,0)!TimerSetOutput(1,a )if 开关 = 0 then!TimerReset(1,0)!TimerStop(1)endif if 开关 = 1 then!TimerRun(1)endif t=$Dated=$Time附录B车辆运行的程序：IF (开关=1)and(a900 THEN car1=0car2=0endifIF (开关=1)and(a23)and(a600 THEN car3=0endif附录C箭头运动程序:IF car1=0 THENelses=s+1endifIF s5 THEN s=0endifIF car3=0 THEN elses2=s2+1endifIF s25 THENs2=0endif- 26 - / 26