用PLC、触摸屏和组态王交通灯系统设计升级改造

用PLC、触摸屏和组态王交通灯系统设计升级改造

李文清  薛晓艺 

湛江机电学校  广东湛江  524000

摘要：本项目使用三菱FX3U-32M系列、昆仑TPC7012EI触摸屏和组态王KingView7.5来实现对交通灯的控制，在传统PLC控制系统的基础上，增加一台触摸屏作为下位机来代替传统按钮控制，并且用组态王软件作为上位机对交通灯进行实时的监控管理。

关键词：PLC；触摸屏；组态王；交通灯

一、工作经历

本人在2017年7月毕业于某某大学机电学院应用电子技术教育专业，毕业后直接进入某校担任专任教师，至今已有6年工作时间。在工作期间，本人工作认真负责，兢兢业业完成学校领导安排的各项教学任务，在2021年指导学生参加市2020-2021年度中等职业学校技能大赛“建筑设备安装与调试（给排水）”项目分别获得“一等奖” 、“二等奖”、“三等奖”和2020-2021年度广东省职业院校技能大赛学生专业技能竞赛“建筑设备安装与调试（给排水）”项目获得“二等奖”。

自参加工作以来，本人主讲PLC技术这门课程，在备课时专注于研究PLC课程的教学设计。在日常教学过程中，本人发现有部分学生的求知欲很强，主动学习能力比较强，且能通过老师所教知识的案例进行举一反三，但对PLC、触摸屏和组态王交互控制设计方面偏弱，因此本编技师论文撰写，我是在PLC控制交通灯项目的基础上，加一台触摸屏代替传统的按钮作为下位机进行控制，并用组态王软件作为上位机进行实时的监控管理。通过本课题设计，让学生学会PLC、触摸屏和组态王软件交互控制设计，促进学生探索知识应用，为以后工作打下坚实基础。

二、系统控制要求及工作原理

（一）系统控制要求

现代都市车如流水，人来人往，繁忙的马路上靠着交通信号灯指挥着过往的车辆和行人有条不紊地通过，保证了道路的畅通和车辆、行人的安全，大大减轻了交警的工作量。本次系统控制是如何用PLC实现它的自动控制。

正式启动系统后：

1.自动控制：按下启动按钮SB1后，交通灯自动运行，具体控制是东西方向绿灯亮10s后闪3s（以0.5s频率闪烁），东西方向黄灯亮3s，南北方向的红灯一直保持亮；接着南北方向绿灯亮20s后闪3s（以0.5s频率闪烁），南北方向黄灯亮3s，东西方向的红灯一直保持亮。

2.手动控制：按下手动控制按钮SW1，强制执行东西方向绿灯亮、南北方向红灯亮；按下手动控制按钮SW2，强制执行南北方向绿灯亮、东西方向红灯亮。

3.交通灯控制系统具有停止功能，按下停止按钮SB2停止。

4.交通灯控制系统必须添加短路保护功能。

（二）系统工作原理

1.PLC采用循环扫描的工作方式，分为三个阶段，构成了PLC一个扫描周期,大约用时1-100ms。当PLC运行时，这三个阶段按先后顺序工作，并进行周而复始、不间断打的扫描工作。因梯形图中排在前面的程序先工作，排在后面的程序后工作，那么输入/输出的响应时间久存在差异。本次选用的PLC属于继电器输出型的，滞后时间大约要10ms，适用于交通灯系统，其对I/O响应时间要求不高。

2.本次交通灯项目用步进指令编程，采用选择性分支流程模式，状态转移图,主要分成两个分支，若按下X0按钮，则执行自动控制程序，若按下X1或X2按钮，则执行手动控制程序。根据状态转移图编写梯形图程序实现交通灯系统的控制。

三、升级改造存在问题和解决方法

（一）存在的问题

在传统的按钮控制中，用到了两个点动开关作为启动和停止，两个选择开关作为强制开关，如果控制系统需要调整或升级，那么每次都需要重新接线，所用I/O点越多，接线越复杂，并且在拔接的过程中，线容易接错，触点容易松动存在接触不良等问题,使用触摸屏进行控制可以给用户多一个选择。此外，传统的按钮控制不能对交通灯实时监控，这样不利于及时发现故障和解决问题。

为了解决这两个问题，我是在PLC控制交通灯项目的基础上，加一台触摸屏代替传统的按钮作为下位机进行控制，并用组态王软件作为上位机进行实时的监控管理。

（二）改进系统，解决缺陷

1. 新增设备选型

（1）触摸屏选型

触摸屏选用深圳昆仑通态科技有限责任公司的触摸屏TPC7012EI，触摸屏软件用McgsPro组态软件。

（2）组态王软件选择

组态王软件选用最新版本的KingView7.5。

2.缺陷解决的思路与方案

（1）针对传统的按钮控制存在线容易接错、触点松动等问题，我用触摸屏代替按钮作为下位机的控制，不管输入端接线如何改变，只要通过电脑McgsPro组态软件改变组态动画就可以实现控制，减少了接线上的资源浪费以及接线上的错误，并且触摸屏界面清晰，不容易误操作，接线上只需把触摸屏与电脑的通信线接好、与PLC的通信线接好。触摸屏工程下载成功后，等待数秒，触摸屏就会同步组态画面并且PLC的程序也下载成功后。此时，我们把触摸屏与PLC 的通讯线接上，就可以通过触摸屏上的按钮对PLC进行控制。

（2）针对传统的按钮控制不能对交通灯实时监控的问题，我在原系统的控制基础上，用组态王软件

KingView7.5软件创建“交通灯控制系统”工程，实现上位机对下位机的实时监控管理，利于及时发现故障和解决问题。在绘制组态监控画面的时候要注意串口的连接，在设备栏中添加设备三菱PLCFX3U,设置好通信口COM3的值，修改KingView软件根目录下EZUser.ini文件里串口的值。

用到了10个I/O 离散变量，其中4个为输入变量，6个为输出变量。打开已编写好的交通灯控制系统工程，在主画面中选择切换到View后进入运行系统，此时我们可以看到两个方向的灯显示已于PLC的数据同步，这个时候我们就可以通过电脑作为上位机对PLC进行控制。

    点击任意按钮，交通灯不动作。因为在主画面中设计了登录、注销、修改密码的功能来实现安全保护功能，管理员必须要登录后才能操作系统。点击登录按钮，跳出输入对话框，此时输入密码123456后，随时在电脑上点击停止按钮，系统停止运行；在系统停止运行的情况下，重新在电脑上点击启动按钮，此时交通灯会根据预先编好的程序自动运行；随时在电脑上点击手动控制按钮SW1或SW2按钮，强制执行东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮或强制执行南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；在此过程中，电脑界面上的交通灯显示情况与PLC输出端连接交通灯模块的交通灯显示情况一致，实现了上位机对下位机的实时监控管理。为了更加的形象，我还添加了汽车，当红灯时汽车禁止通行，当绿灯亮起时汽车可以通行，实现汽车下移的命令语言。                                

四、项目总结及应用推广

经过本次项目的实测，用触摸屏代替按钮作为下位机的控制，不管控制系统如何调整或升级，我们只要通过电脑软件改变组态动画就可以实现控制，并且通过动画界面去控制更加形象具体化，达到智能控制的目的，减少接线的复杂性和出错率，并且在拔接的过程中，触点容易松动存在接触不良等问题。而用组态王软件作为上位机，可以通过电脑对路口的交通情况进行监控，通过组态王软件在电脑上控制各方向红绿灯亮灭的状态，可以生动形象的看到现场交通灯的控制情况，并且实现可以远距离控制现场目的。

在本次项目中，涉及到了PLC控制技术、触摸屏、组态王等知识，可以让学生们懂得了理论必须要与实际结合的道理，每学习一个项目要进行总结反思，能去举一反三，能自主完成舞台装置系统、分拣系统控制、升降机系统控制等任务，开拓眼界，对自动化控制知识有更进一步的了解。

五、结束语

在工业4.0迅猛发展中，PLC控制可以让企业和制造商通过自动化工作流程来提高效率和质量。通过本次项目，我发现自己还有很大的进步空间，在今后的工作中，要不断的学习新知识、新技能；多向前辈们取取经，多参加国培省培，争取更多的外出学习机会，认识更多的新设备、新工艺。努力充实自己，提高自己的工作水平。要秉承习主席所说的工匠精神，力求精益、专注、创新，努力把每一堂课的上好，把每一位学生教好，努力为国家培养好更多的技能型人才。

参考文献：

（1）刘伦富、《PLC与触摸屏应用技术》、机械工业出版社、2018年、第一版。

（2）刘竹明、《PLC控制系统项目教程》、文化发展出版社、2016年、第一版。

（3）李红萍、《工控组态技术及应用——组态王》、西安电子科技大学出版社、2021年、第三版。