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组态软件实现十字路口交通灯控制(最终定稿)


组态软件及其应用课程设计

题目:组态软件实现十字路口交通等控制

专业:电气工程及其自动化 班级:10 级电气工程及其自动化 3 班 姓名:1.郑楠(P101813298) 2.史华俊(P100510689) 3.马海霞(101813314) 4.沈瑨(P102114522) 指导教师:王彩霞

目录
1.

绪论 ....................................................................................................................................... 5 2.设计要求及思路 ................................................................................................................... 6 2.1 十字路口交通灯控制要求 ............................................................................................ 6 2.2 十字路口交通灯设计思路 ............................................................................................ 6 2.3 十字路口交通灯控制流程图 ........................................................................................ 7 2.4 十字路口交通灯工程建立 ............................................................................................ 7 3.十字路口交通灯变量及小车等设置 ................................................................................... 7 3.1 变量设置 ........................................................................................................................ 7 3.2 工程所需界面建立 ........................................................................................................ 8 3.3 界面内图形设置 ............................................................................................................ 9 3.4 交通灯的闪亮情况控制 .............................................................................................. 10 3.5 交通灯控制设置及其动画连接 .................................................................................. 10 3.6 小车的动画连接 .......................................................................................................... 12 4.循环策略的编辑 ................................................................................................................. 12 4.1 循环策略的建立 .......................................................................................................... 12 4.2 交通灯自动变换循环策略的建立 .............................................................................. 13 4.3 小车自动运行循环策略的建立 .................................................................................. 13 4.4 运行 .............................................................................................................................. 13 5.封面设计 ............................................................................................................................. 13 结论 ......................................................................................................................................... 15 参考文献 ................................................................................................................................. 15 附录 ......................................................................................................................................... 16 致谢 ......................................................................................................................................... 22

摘 要 本文在对目前交通控制进行分析的前提下,运用 MCGS 组态软件 设计出了基于组态软件实现十字路口交通灯控制系统设计方案。 MCGS 组态软件是我们学过一个一门优秀的工程组态软件,基于 Windows 平台的,用于快速的构造和生成上位机监控系统的组态软 件系统,可运行于 microsoft windows98/98/Me/NT/2000 等操作系 统。他能够完成现场数据采集,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及企业监控网络等 功能。 在这里以十字路口交通灯东至系统为例,通过装有 MCGS 组态软件 的计算机作为监控有效的控制柄监测十字路口运行情况。 关键字 交通灯,十字路口,计算机,组态软件 ABSTRACT
Based on the analysis of current traffic control under the premise of

using MCGS configuration software design based on configuration software to realize the intersection traffic lights control system design scheme. We learned from the MCGS configuration software is a an excellent engineering configuration software, based on the Windows platform, for rapid construction and generate PC configuration software system of the monitoring system, can be run on Microsoft windows98 / Me / 98 / NT / 2000 operating system. He can complete the data acquisition, real-time and historical data processing, alarm and security

mechanism, process control, animation display, trend curve and report output and enterprise monitoring network, and other functions. Here with traffic lights at an intersection east to system as an example, through the computer containing the MCGS configuration software as monitoring effective control handle monitoring intersection operation. Keyword :traffic lights, crossing, the computer and configuration software

1.绪论
交通灯控制系统是近代社会交通发展产生的一套独特的公共管理 系统,要保证安全且高效的交通秩序,在有一系列可行的交通柜子外 还必须有一定的技术手段来将之实现。 当代科学的发展已经能够较好 的解决这个问题。目前,交通控制方面的研究能完全实现自动化,甚 至将整个区域整合成一个统一的系统范围, 还能根据正常时段已经特 定突发时段的情况进行科学的自动调整。 交通控制研究和发展,旨在解决人们交通问题增多带来的问题,局 限于道路建设的不足和交通工具数量的快速增长, 为此就需要有一套 更为严密高效安全的交通控制系统, 减少甚至避免无序抢行超车等因 素造成的不必要损失,另外,针对整个交通线路车辆的多少适时调整 和转移多条线路的分流页十分必要。 交通网对于任何聚落来说都是很重要的, 各类聚落的发展建设越来 越快,交通梳理势在必行,研究交通控制技术变得越来越重要,保证 交通线路的畅通安全才能保证各色车辆行驶方便, 才能减少甚至避免 各种问题的产生。 这个设计视图用 MCGS 组态软件来模拟十字路口交通灯的控制系 统。

2.设计要求及思路
2.1 十字路口交通灯控制要求
由于十字路口方向不一样的道路上行车量也不同, 所以四个方向交 通灯的显示时间也不能一样, 应该给主干道行车量比较大的那条路的 通行时间略长一点.当东西红灯亮时,东西行车辆停,向南北向行驶 的车辆行驶,南北方向红灯亮时,东西行车开始行驶,为了体现干道 的重要,我们默认东西方向为主干道。我们设定东西南北四个方向均 为四车道。 采用 MCGS 实现的电梯控制系统具体要求如下:1、各方向等能正确 的按照预定要求时间显示。2、各车辆能在各颜色灯亮的时候有固定 的行驶状态。

2.2 十字路口交通灯设计思路
这里信号灯的变化与系统时间有关,当系统时间在第五秒。信号灯 系统开始工作,且南北红灯先亮,东西绿灯先亮,即东西通行。当系 统时间在第 35 秒时,东西红灯亮,南北绿灯亮,即南北通行。 南北红灯在第 5 到 30 秒亮,维持 25 秒,在南北红灯亮的同时东西 绿灯亮,到第 25 秒时,东西黄灯闪亮,闪亮 5 秒后熄灭。到第 35 秒 时,东西黄灯熄灭,东西红灯亮,同时,南北红灯熄灭,绿灯亮。 东西红灯亮维持 30 秒(第 35 秒到 60 秒和第 0 秒到第 5 秒) 。南北 绿灯亮维持 25 秒(第 35 秒到第 60 秒) ,然后拿呗黄灯闪烁,维持 5

秒后熄灭。这是南北红灯亮,东西绿灯亮,一直循环。

2.3 十字路口交通灯控制流程图

2.4 十字路口交通灯工程建立
在文件菜单中选定建立新工程,右键单击属性修改工程名称为交通 灯控制,保存。

3.十字路口交通灯变量及小车等设置
3.1 变量设置
设置如表 2.1 表 2.1

变量名 Dongx1 Dongx2

类型 开关 开关

初值 0 0

注释 东西红灯 东西绿灯

Dongx3 Nanb1 Nanb2 Nanb3 Car01 Car02 Car03 Car04 Car05 Car07 Car08 Date Time

开关 开关 开关 开关 数值 数值 数值 数值 数值 数值 数值 字符型 字符型

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

东西黄灯 南北红灯 南北绿灯 南北黄灯 西车 1 西车 2 东车 1 东车 2 北车 1 南车 1 南车 2 实时日期 实时时间

目前就这几个变量,将根据需要进行增加。

3.2 工程所需界面建立
在用户窗口中建立三个新窗口,分别改名为“交通灯” “封面” “控 制界面” 在用户窗口属性设置中选择交通灯窗口为最大化显示及固定 边,窗口背景颜色选为浅绿色。如下图所示

3.3 界面内图形设置
在交通灯窗口内编辑画面。 用矩形图形绘制十字路口一个, 填充颜色为 75%灰色, 调整好位置, 再用矩形及箭头图形绘制道路上的指示标志。 在元件库中选择树制作 好道路旁边的树,选择指示灯中的交通灯 4 个插入并放好位置,然后 选择八辆小车每两辆放置于道路的右边,东西南北四个方向各两辆。

3.4 交通灯的闪亮情况控制
我们这个设计运用计时器的变化对交通灯红灯黄灯的可见度进行 控制对绿灯可见度及闪烁效果进行控制,下图为示意图
北 绿黄红 西 红 黄/绿 红黄绿 南 东

3.5 交通灯控制设置及其动画连接
这里信号灯的变化与系统时间有关,当系统时间在第五秒。信号灯 系统开始工作,且南北红灯先亮,东西绿灯先亮,即东西通行。当系 统时间在第 35 秒时,东西红灯亮,南北绿灯亮,即南北通行。 南北红灯在第 5 到 30 秒亮,维持 25 秒,在南北红灯亮的同时东西 绿灯亮,到第 25 秒时,东西黄灯闪亮,闪亮 5 秒后熄灭。到第 35 秒 时,东西黄灯熄灭,东西红灯亮,同时,南北红灯熄灭,绿灯亮。 东西红灯亮维持 30 秒(第 35 秒到 60 秒和第 0 秒到第 5 秒) 。南北 绿灯亮维持 25 秒(第 35 秒到第 60 秒) ,然后拿呗黄灯闪烁,维持 5 秒后熄灭。这是南北红灯亮,东西绿灯亮,一直循环。 1)南北方向交通灯控制:双击南北方向的交通灯,选测单元属性设 置窗口。单击动画连接选项卡,单击第一个三维圆球进入设置,将填 充 颜 色 选 为 红 色 , 可 见 度 内 输 入 ( $second ) =0and$second<5 )

or($second>=35and$second<60),然后单击第二个三维圆球,在属性 设置页面的填充颜色将填充颜色改为黄色,可见度内输入 ($second=30)or($second=32)or($second=34), 最后单击第三个三维 圆 球 内 的属 性设置 界 面 ,将 填充颜 色 选 为绿 色,可 见 度 内输 入 ($second>=5and$second<30) 。南北方向另一个交通灯设置同上。 2)东西方向交通灯控制设置 双击东西方向的交通灯,选择单元属性设置窗口,单击动画连接进 入设置。单击第一个三围圆球,将填充颜色选为红色,可见度内输入 ($second>=5and$second<35),然后单击第二个三维圆球,将填充颜 色选为黄色,在黄色交通灯属性设置界面的可见度内输入 $second>=0and$second<1or($second>=2and$second<3)or($second> =4and$second<5),最后单击第三个三维圆球,将填充颜色选为绿色, 可见度内输入($second>=35and$second<60) 。另一个东西方向交通 灯设置与上述相同 3)交通灯的动画连接: 双击交通灯,选择单元属性设置,单击动画连接进入界面,单击组 合图符,在动画组态属性设置矿口单击属性设置选项,选中填充颜色 选项卡,在填充颜色表达式是输入 nanb2,在填充颜色选项中单击分 段点将值改为 0.5,在对应颜色中选择灰色,再点击增加名将分段点 值改为 1.5,在对应颜色中选择黄色,在表达式中选择 nanb2。单击 按钮动作选项卡进入按钮动作界面,将对应功能设置为数据对象操 作,取反,nanb2。单击确认,退出。按照上述步骤对其他交通灯进

行相应的设置。

3.6 小车的动画连接
单击东西方向的小车,弹出单元属性设置,单击动画连接进入, , 选择水平移动选项,选择表达式为 car01,在最大移动偏移量中输入 2000,在表达式的值中输入 2000.点击确定保存属性设置。 剩余七辆小车用同样的方法设置, 根据情况设置相应的最大移动偏 移量和表达式的值。

4.循环策略的编辑
4.1 循环策略的建立
在工作台单击运行策略,双击循环策略,在工具条中选择新曾策略 行,在策略工具箱中选择脚本程序加之策略行,同样的方法建立两个 同样的策略行,将脚本的循环时间设定为 50MS,完成操作后点击确 定,效果如图所示。

4.2 交通灯自动变换循环策略的建立
采用系统时间$second 控制交通灯的自动变换,在这个循环程序中 主要是设置交通灯的红黄绿三个只是灯显示的时间段, 将南北的红灯 显示时间与东西的绿灯显示时间设置在一个时间段, 另一方面将东西 的红灯显示时间与南北的绿灯显示时间设置在一个时间段, 而在剩余 的时间又分为两个剪短的不分分别设置为南北黄灯和东西黄灯的显 示避免发生两个方向的黄灯显示时间的冲突, 并且黄灯在显示时为闪 烁的,双击交通灯控制策略块进行编辑。

4.3 小车自动运行循环策略的建立
这个循环策略的建立主要是讲对应的车辆运行方式与交通灯的显 示状况进行关联, 设置了红灯停绿灯行的铁律外还设置响应位置减速 行驶,以防止红灯突然点亮是无法立即作出反应,双击小车自动运行 策略块进行编辑。

4.4 运行
按下 F5 运行 在运行过程中观察并修正各车在各区域的运行状况, 修正各车的减 速区域等。

5.封面设计
封面设计包括界面设计和循环策略建立两个方面, 界面上选用五星

红旗为背景位图, 在画面左下方设计一个小的五角星围绕大的五角星 旋转的旋转动画,为此旋转动画编辑循环策略脚本程序为: jiaodu=jiaodu+3.14/180 IF jiaodu>=2*3.14 THEN jiaodu=jiaodu-2*3.14 ENDIF riqi=$Date shijian=$Time 小五角星动画组态属性设置:填充颜色为金黄色,选择水平移动和 垂直移动,水平移动内输入:!cos(jiaodu)*240,最大偏移量设置为 240,最小便宜量设置为-240,表达式的值设置为-240,240.点击确认 保存。 在界面的左上插入标签,输入 MCGS 组态软件课程设计,下面放置 黄色的直线作为破折号, 给破折号后插入标签输入基于组态软件的十 字路口交通灯控制。右下方插入若干标签,输入班级,小组成员及指 导老师。

封面设置结束。

结论

在这次课程这级中,我更加深入的学习了 MCGs 组态软件的应用, 我以为,在 MCGS 中数据库中各种变量的建立是重中之重,数据库控 制着整个系统的输入输出运行和个元件的数据连接。 他是模拟系统检 测与控制的枢纽。 组态软件的运行及其调试其实就是对数据库个参数的设定, 界面内 个元件的数据关联,运行策略的调试进行测试,只要设定好输入输出 的变量,和动画关联无误,运行策略编写没问题,那么就可以实现预 定的动作。 在这次课程设计中,光是课本上的知识是不够用的,这就意味着除 了查看课本还需要从其他渠道获得相关资料, 我们专业三个班都有一 组相同的设计,我参考学习了其他组的设计,并通过查阅相关文献, 网上搜索资料,请教同学,才完成了这个设计,这让我明白知识并不 都存在于课本上,相当大一部分需要我们自己去查阅。

参考文献
[1] 胡汉文张鑫主编 《电气控制与 PLC 案例教程》 1995 清华大学 出版社 [2] 赵燕 周新建 《可编程控制器原理与应用》 2001 北京大

学出版社 [3] MCGS 用户指南[ Z] . 北京:北京昆仑通态自动化软件科技有 限公司, 2003 [4] 李正军 《计算机控制系统》 2009 机械工业出版社 机械工业出版

[5] 梁慧冰 孙炳达 社

《现代控制理论》 2011

附录
1.交通灯自动运行程序注释 IF ($second>=5 and $second<30) THEN nanb1=1 else nanb1=0 endif 当时间大于 5 面小于 30 秒即 5 秒-30 秒这 25 秒内,南北绿灯亮, 其他时间南北绿灯不亮 IF ($second>=30 and $second<35) THEN nanb2=1 else nanb2=0 endif 当时间大于等于 30 秒小于 35 秒即 30 秒-35 秒内南北黄灯亮。反 之黄灯不亮 IF ($second>=35 and $second<60) THEN

dongx1=1 else dongx1=0 endif 当时间大于等于 35 秒小于 60 秒即 35 秒-60 秒这 25 秒钟时间,东 西绿灯亮,反之,东西绿灯不亮 IF ($second>=0 and $second<5) THEN dongx2=1 else dongx2=0 endif 当时间大于等于 0 秒小于等于 5 秒时,东西黄灯亮,反之,东西黄 灯不亮 附录 2 小车自动运行程序注释

IF dongx1=1 THEN car01=car01+8 当东西绿灯亮时,car01 向右运行 8 IF dongx1=1 THEN car02=car02+10 当东西绿灯亮时,car02 向右运行 10 IF dongx1=1 THEN car03=car03+8 当东西绿灯亮时,car03 向右运行 8 IF dongx1=1 THEN car04=car04+10 当东西绿灯亮时,car04 向右运行 10

IF nanb1=1 THEN car05=car05-6 当南北绿灯亮时,car04 向上运行 6 IF nanb1=1 THEN car06=car06-6 当南北绿灯亮时,car06 向上运行 6 IF nanb1=1 THEN car07=car07+6 当南北绿灯亮时,car07 向下运行 6 IF nanb1=1 THEN car08=car08+6 当南北绿灯亮时,car08 向下运行 6 IF dongx1=1 and (car01>160 and car01<260) THEN

car01=car01+7 当东西绿灯亮并且 car01 的位置大于 160 且小于 260 时,car01 向 右运行 7 IF dongx1=1 and (car02>161 and car02<261) THEN

car02=car02+7 当东西绿灯亮并且 car02 的位置大于 161 且小于 261 时,car02 向 右运行 7 IF dongx1=1 and (car03>-370 and car03<-270) THEN

car03=car03+7 当东西绿灯亮并且 car03 的位置大于-370 且小于-270 时,car03 向左运行 7 IF dongx1=1 and (car04>-430 and car04<-330) THEN

car04=car04+7

当东西绿灯亮并且 car04 的位置大于-430 且小于-330 是,car04 向左运行 7 IF nanb1=1 and (car05>73 and car05<173) THEN car05=car05-4 当南北绿灯亮并且 car05 的位置大于 73 且小于 173 时,car05 向 上运行 4 IF nanb1=1 and (car06>42 and car06<142) THEN car06=car06-4

当南北绿灯亮并且 car06 的位置大于 42 且小于 142 时,car06 向 上运行 4 IF nanb1=1 and (car07>-210 and car07<-110) THEN

car07=car07+4 当南北绿灯亮并且 car07 的位置大于-210 且小于-110 时,car07 向下运行 4 IF nanb1=1 and (car08>-256 and car08<-156) THEN

car08=car08+4 当南北绿灯亮并且 car08 的位置大于-256 且小于-156 时,car08 向下运行 4 IF (car03<0 or car03>=10) THEN car03=car03+8 车在停车区外,继续行驶 当 car03 的位置小于 0 或大于等于 10 时,car03 向左运行 8 IF (car04<0 or car04>=10) THEN car04=car04+8 当 car04 的位置小于 0 或大于等于 10 时,car04 向左运行 8

IF (car08<0 or car08>=10) THEN car08=car08+6 当 car08 的位置小于 0 或大于等于 10 时,car08 向下运行 6 IF (car07<0 or car07>=10) THEN car07=car07+6 当 car07 的位置小于 0 或大于等于 10 时,car0 向下运行 6 IF (car01<-5 or car01>=5) THEN car01=car01+10 当 car01 的位置小于 0 或大于等于 5 时,car01 向右运行 10 IF (car02<-5 or car02>=5) THEN car02=car02+10 当 car02 的位置小于 0 或大于等于 5 时,car02 向右运行 10 IF (car06<-5 or car06>=5) THEN car06=car06-6 当 car06 的位置小于-5 或大于等于 5 时,car06 向上运行 6 IF (car05<-5 or car05>=5) THEN car05=car05-6 当 car05 的位置小于-5 或大于等于 5 时,car05 向上运行 6 IF dongx2=1 and car03<10 THEN car03=car03+6 当东西黄灯亮并且 car003 的位置小于 10 时,car03 向左运行 6 IF dongx2=1 and car04<10 THEN car04=car04+4 当东西黄灯亮并且 car04 的位置小于 10 时,car04 向左运行 6 IF nanb2=1 and car08<12 THEN car08=car08+3 当南北黄灯亮且 car08 的位置小于 12 时,car08 向下运行 3 I F nanb2=1 and car07<8 THEN car07=car07+3 当南北黄灯亮且 car07 的位置小于 8 时,car07 向下运行 3 IF dongx2=1 and car01<-381 THEN car01=car01+6 当东西黄灯亮且 car01 的位置小于-381 时,car01 向右运行 6

IF dongx2=1 and car02<-430 THEN car02=car02+4 当东西黄灯亮且 car02 的位置小于-430 时,car02 向右运行 6 IF nanb2=1 and car05<-226 THEN car05=car05-3 当南北黄灯亮且 car05 的位置小于-226 时,car05 向上运行 3 IF nanb2=1 and car06<-262 THEN car06=car06-3 当南北黄灯亮且 car06 的位置小于-262 时。Car06 向上运行 3 IF car03>=735 THEN car03=-250 当 car03 的位置大于等于 735 时,car03 返回-250 位置 IF car04>=750 THEN car04=-200 当 car04 的位置大于等于 750 时,car04 返回位置-200 IF car01>=828 THEN car01=-818 当 car01 的位置大于等于 828 时,car01 返回位置-818 IF car02>=809 THEN car02=-780 当 car02 的位置大于等于 809 时,car02 返回位置-780 IF car08>=555 THEN car08=-143 当 car08 的位置大于等于 555 时,car08 返回位置-143 IF car07>=470 THEN car07=-280 当 car07 的位置大于等于 470 时,car07 返回位置-280 IF car05>=550 THEN car05=-490 当 car05 的位置大于等于 550 时,car05 返回位置-490 IF car06>=550 THEN car06=-400 当 car06 的位置大于等于 550 时,car06 返回位置-400

致谢

这次课程设计的完成离不开我组队员的共同努力, 离不开老师的悉 心教导,离不开班里的朋友同学的热心指教。 我们对于组态软件都扔处于学习当中,知识面还不够完善,能力也 较为欠缺,设计中采用了较为简单的思路方法,设计显得不足,我们 会继续努力。 感谢在王老师在这一学期的悉心教授, 使我们能够顺利完成该课程 设计 最后,感谢所有关心我、帮助过我的老师、同学和朋友!

课程设计的有关说明
1、小组成员分工情况 1)设计部分史华俊主要完成封面的设计和各循环策略脚本程序的注释,论 文部分史华俊主要完成中英文摘要绪论。 2)设计部分马海霞主要完成主界面各元素的选择创建及交通灯的设置参数 关联已经交通灯循环策略脚本程序的建立, 论文部分主要完成主参数的建立交通 灯的设置已经交通灯循环策略、 3)设计部分沈瑨主要完成小车的元件选择及参数关联以及小车的运行策略 脚本程序的编写,论文部分主要完成与其设计部分对应的部分。 4)设计部分郑楠主要完成设计思路及各元件的参数设置,交通灯的调试, 小车的调试,各循环策略的调试。总览论文。 2、课程设计成绩

学号 P101813298 P100510689 P101813314 P102114522

姓名 郑楠 史华俊 马海霞 沈瑨

论文

工程文件

答辩

总评


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