组态软件交通灯控制系统设计要点

1、力控组态软件应用实践毕业课程设计报告书系部:专业:班级:姓名:学号:课题名称组态软件交通灯控制系统设计自动控制系电气自动化技术1214152442014年12月10日目录1 摘要1.1 课程来源及研究意义 2.1.2 交通灯控制研究的意义 2.1.3 论文的主要内容 3.2 软件的介绍2.1 组态软件的介绍和结构 3.2.2 组态软件的功能和特点 4.2.3 组态软件的工作方式 5.3 交通灯设计的控制仿真3.1 设计总结效果图 5.3.2 动画连接 6.4 交通灯控制系统的控制设计4.1交通灯闪亮情况控制 . 9.4.1.1东西路口的交通灯控制 . 9.4.1.2 南北路口的交通灯控制 .

2、1.15 心得体会 . 1.36 附录 1：参考文献 . 1.41 摘要1.1 课程来源及研究意义 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，以及缺少完善的的交通管理设施。 道路上交通标志不规范， 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

3、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内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

4、、流程控制、动画显示、趋势曲 线和报表输出以及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，短期内还不可能改变。

5、 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，对于减轻交通拥塞及其副作用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

6、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

7、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 论文的主要内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

8、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 组态软件的介绍和结构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。MCGST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。它的主要特点有（1）延续性和可扩充性。使用MCG工控组态软件开发 的应用程序，

9、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），MCG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MCG工控组态软件提供的底层设备（PLG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。MCGS软

10、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。- 3 -MCG组态软件（以下简称 MCG）由“ MCG组态环境”和“ MCG运行环境” 两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。多任务多线程I一 i "|: :组态諒境!弦存矫境N 'J住动IH 血卅麻口 I 报警詬态H!设计报农连接设备111纽态软件核心实时数捌吟«««««报锦输徂1 报衣打印

11、设备输G2.2组态软件的功能和特点全中文、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、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，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

12、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MCG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 及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、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、 按钮及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、

13、Modem、 485/422/232 ，以及各种无线网络 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 WW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 整个企业范围内，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2.3 组态软件的工作方式MCGS如何与设备进行通讯：MCG通过设备驱动程序与外

14、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 口何产生动画效果：MCG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

15、、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%之为动画连接。详细情况请参阅后面第四讲中的动画连接。3 交通灯控制的设计仿真3.1 设计总结效果图3.2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

16、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:- 5 -'記曲联城 翻-L酯3H傭酬B 窗口甌穗尺伽闕 目柘齣 匚|_謎MKA开关设置:定型腓一骰性劝作.1L右喉甲0 Iklfi '开黄句导鯉名run. F¥外面板静色:开®6：关颜色询可权陨:取消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

17、”。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：| K： MODPSi MtOK 细肚IHJVPS.1. K 胖:+: K：畀醤¥鹉縫琲.+.卅勘或芮.+. W E営再境8H：AiB* ® OPCTUNNELlfRi 也，ORACLECE时井匚鄭，聖走嗨： 5IMUmi0fv：nS：.1=$imu阪临却聲闊逊rs否力虫劳血配置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

18、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。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101112131516£1810time31IBJPV=PLCMrun二|瑕pv=plcm|1撤:区即-熬字旧点-:run基轄埶赡翱|赠觥厉史鋪单斤呃）：oq点名伽）连接等几个步骤便可以完成数据库的创建。 系统中

19、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:I釁改：区域0-数字I/O点订伽色1$鋪1艇数埶据连樓历史翱|翱连擡类翌洼额。I阳殳备网络帅库内部DE5CFV 1/019 FUC：O：0设备：JLCjJ繇项：撚控制趣 爾丽连接网貉数据屋加）窗口中间变量:|匸匚IHKhW1 * .Iiial单克豐3中职里-車輛毂里E翔刀韓鯉掰QU窗口中间輕MtuOUJQPQOIU辭工级需 辭工级詰鮮I级瞎 髀攻鵜 辭曲聶 難血聽 播虹级读耳 離理詰踊 辭瞎af对应南北、东西直走

20、红绿灯；aaff对应南北、东西转向红绿灯。4交通灯控制系统的控制设计4.1.1东西路口的交通灯设计（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属性设置內烁效果可见度憲达式_a <1 5 or (|a >=15 and la <T ZOorHa7 I 73and(ad5J?当表达式非零时存对应图苻可风广对应图特不可龙绿黄红®®® L®0®红黄绿南图2交通指挥灯示意图聪梢口 帘肋凹图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)a n

21、d(a<17)or(a>=17)a nd(a<19)(2) 东西黄灯是在绿灯闪烁开始亮的，亮3s即a在20-23S的范围内黄灯是 亮的。其在组态中的具体设置如下图 4,其中可见度的命令式为：(a>=20)a nd(a<23)图4东西黄灯在组态中的设置(2)东西红灯是在黄灯灭后开始亮的，亮 23s即a在23-46S的范围内红灯 是亮的。其在组态中的设置如下图 5可见度的命令式为：a>=23图5东西红灯在组态中的设置4. 1.2南北路口的交通灯设计(1) 南北红灯在东西绿灯及黄灯亮时是亮的，亮23s即a在0-23S内南北红灯是亮的。其在组态中的设置如图 6.其可

22、见度的命令行式：a<=23图6南北红灯在组态中的设置 南北绿灯在红灯亮后运行，亮15s闪烁5s,即a在23-38范围内绿灯亮在38-43 范围内绿灯闪烁其在组态中的设置如下图7，其的命令行为 (a>23)a nd(a<=38)or(a>38)a nd(a<=40)or(a>40)a nd(a<=42)其中：(a<=38)or(a>38)a nd(a<=40)or(a>40)a nd(a<=42)是用来实现其闪烁效果的。属性设置"芮烁效巣可见度III>*I表达式(a>38)and(a<3)填充颜色边线颜色字符颜色二闪烁卖现方式&用图元可见度变化实现闪烁厂用图元属性的变化实现闪烁闪烁速度柑快广中r慣检查凶 确认芮 取消酣 帮助凹图7南北绿灯在组态中的设置(3) 南北黄灯是在绿灯闪烁后运行的，亮3s即a在43-46的范围内黄灯亮，其在组态中的设置如下图 8可见度的命令行是：(a>43)and(a<=46)图8南北黄灯在组态中的设置5心得体会在本次课程设计中，我成功的完成了课程设计课题一一组态软件交通灯