專利名稱：基于觸摸屏和plc的交通實驗系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于觸摸屏和PLC (可編程邏輯控制器)的交通實驗系統(tǒng)及其控 制方法，屬于電氣與機電技術領域。
背景技術：
目前，許多高校在電氣與機電類專業(yè)都開設了PLC (可編程邏輯控制器)課程，一 般仍以書本教學為主。雖然有的通過多媒體課件來輔助教學，但是學生仍然感到內容抽象， 難以理解，尤其在聯(lián)系實際的應用性環(huán)節(jié)中，PLC教學更是困難重重，更沒讓學生達到學以 致用的目的?？刂萍t綠燈是PLC的典型應用，有些學校的課程設計用PLC控制發(fā)光二極管 來模擬交通燈的簡單工作方式，少了一些形象逼真的效果，而且實現的功能固定單一，不能 多功能、多模式的實時控制發(fā)光二極管的工作方式，沒能達到激發(fā)學生的興趣和創(chuàng)造力。為 此，學生需要一種新的交通實驗系統(tǒng)，使學生設計和驗證自己的PLC課題，從而變被動枯燥 學習為積極主動地創(chuàng)造性學。
而且，近幾年車輛數量迅速增加，而城鎮(zhèn)道路建設和交通管理相對滯后，人車爭 路、道路擁擠、阻塞現象、交通事故等時常發(fā)生，城市交通問題越來越引起人們的關注。目 前，我國城市交通燈系統(tǒng)比較單一，十字路口交通燈基本上都是固定配時的，交通部門根據 統(tǒng)計人員的道路車流量統(tǒng)計數值，確定一個固定值作為紅綠燈的工作時長，而不能有效的 多功能、多模式的實時控制交通燈的工作方式。根據現有的PLC交通實驗系統(tǒng)不能激勵學 生對交通燈控制的興趣和對交通智能管理的思考與探索。
如今，觸摸屏是一種新型可編程控制終端，是新一代高科技人機界面產品，適用于 現場控制，可靠性高，編程簡單，使用維護方便。在工藝參數較多又需要人機交互時使用觸 摸屏，可使整個生產的自動化控制的功能得到大大的加強。在工業(yè)和一些電器設備中已經 很好地應用了，而在實際的交通控制和PLC交通實驗中卻還未得到應用。發(fā)明內容
發(fā)明目的為了克服現有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于觸摸屏和PLC 的交通實驗系統(tǒng)，幫助學生深刻理解PLC的工作原理和應用方法，激發(fā)學生的興趣和創(chuàng)造 力，激勵學生對交通智能管理的思考與探索，協(xié)助教師更好地完成教學任務。
技術方案一種基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，其特征在于所述交通實驗系 統(tǒng)由觸摸屏、PLC、交通燈燈具、串口通訊線以及直流電源組成，所述PLC通過串口通訊線與 觸摸屏連接，PLC與交通燈燈具電連接，觸摸屏、PLC、交通燈燈具和串口通訊線均由直流電 源供電。
所述觸摸屏是TPC7062K。
所述PLC是西門子的S7-200系列的PLC。
所述交通燈燈具有12個工業(yè)信號燈組成，紅燈、綠燈、黃燈各4個，與實際交通燈 分布排列相同。
所述串口通訊線是RS-485通信總線。
所述直流電源為直流電源24V。
一種基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟步驟(I):初始化，在觸摸屏中設置紅綠燈時間和時鐘時間；步驟(2)-主方法根據時鐘時間自動選擇白天模式和夜間模式，白天模式下，紅燈、綠 燈、黃燈根據設定時間正常輪流顯示；夜間模式下，只有黃燈閃爍，紅燈和綠燈不工作。
如果有急車要迅速通過紅綠燈，還包括步驟(3)-急車通行子方法如果有急車要 迅速通過紅綠燈，通過觸摸屏的按鍵調用急車通行子方法，控制紅綠燈的工作方式，達到急 車先行的目的。
所述步驟(2 )-主方法具體是指2a):通過觸摸屏上的輸入框控件，設定時鐘時間和紅綠燈時間，正常工作后，時鐘時間 實時傳輸到PLC中的寄存器，設定的紅綠燈時間數據傳輸到PLC方法中的控制紅綠黃燈運 行時間的定時器上；2b) :PLC根據寄存器中的時鐘時間判斷是否在5點到22點之間，如果是，運行交通燈 白天模式；如果否，跳轉到運行交通燈夜間模式；2c):根據觸摸屏上急車通行按鍵是否按下，判斷是否進行急車通行，如果否，繼續(xù)運行 主方法；如果是，調用急車通行子方法；2d):如果否，再判斷步驟是否結束；如果否，轉到2b)處；如果是，結束。
所述步驟(3)-急車通行子方法具體是指3a):根據觸摸屏上按鍵的操作，判斷是否南北道通行，如果是，進入南北道通行的方 法；如果否，轉到東西道通行的方法；3b):判斷否返回到主方法，如果否，繼續(xù)運行子方法的下一步；如果是，返回到主方法 的2b)處；3c):根據觸摸屏上按鍵的操作，判斷是否東西道通行，如果是，進入東西道通行的方 法；如果否，轉到南北道通行的方法；3d):判斷是否返回到主方法；如果否，轉到3a)處；如果是，返回到主方法的2b)處。
有益效果是本發(fā)明提供的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)及其控制方法，與 實際交通系統(tǒng)原理基本相同，采用觸摸屏和PLC控制技術，制作友好的人機界面，對紅綠燈 進行監(jiān)控，實現了對紅綠燈時間設定、白天模式、夜間模式和急車通行的功能，讓學生感受 到PLC對交通控制的實際應用；對學生進行全面訓練，包括交通燈實驗系統(tǒng)的設計與接線 訓練、PLC控制系統(tǒng)的設計與硬件接線訓練、PLC編程訓練、觸摸屏界面設計和系統(tǒng)軟硬件 的調試訓練，激發(fā)學生的興趣和創(chuàng)造力，激勵學生對交通燈控制的興趣和對交通智能管理 的思考與探索，積極主動地去學習PLC有關知識。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的控制方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
如圖1所示，為一種基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，由觸摸屏1、PLC2、交通燈 燈具3、串口通訊線4以及直流電源5組成，所述PLC2通過串口通訊線4與觸摸屏I連接， PLC2與交通燈燈具3電連接，觸摸屏1、PLC2、交通燈燈具3和串口通訊線4均由直流電源 5供電；所述觸摸屏I是TPC7062K ;所述PLC2是西門子的S7-200系列的PLC ;所述交通燈 燈具3有12個工業(yè)信號燈組成，紅燈、綠燈、黃燈各4個，與實際交通燈分布排列相同；所述 串口通訊線4是RS-485通信總線；所述直流電源5為直流電源24V。
進一步的，所述PLC的COM2 口接直流電源24V的負極，所述PLC的PORTl 口通過 串口通訊線RS-485連接到觸摸屏的串口(DB9)上，所述PLC的輸出端口 YO接交通燈燈具 的LO和L6的一端，所述PLC的輸出端口 Yl接交通燈燈具的LI和L7的一端，所述PLC的 輸出端口 Y2接交通燈燈具的L2和L8的一端，所述PLC的輸出端口 Y3接交通燈燈具的L3 和L9的一端，所述PLC的輸出端口 Y4接交通燈燈具的L4和LlO的一端，所述PLC的輸出 端口 Y5接交通燈燈具的L5和Lll的一端。所述交通燈燈具L0、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、 L8、L9、L10、Lll的另一端接直流電源24V的正極。
如圖2所示，為一種基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)的控制方法，包括以下步 驟步驟(I):初始化，在觸摸屏中設置紅綠燈時間和時鐘時間；步驟(2)-主方法根據時鐘時間自動選擇白天模式和夜間模式，白天模式下，紅燈、綠 燈、黃燈根據設定時間正常輪流顯示；夜間模式下，只有黃燈閃爍，紅燈和綠燈不工作。
如果有急車要迅速通過紅綠燈，還包括步驟(3)-急車通行子方法如果有急車要 迅速通過紅綠燈，通過觸摸屏的按鍵調用急車通行子方法，控制紅綠燈的工作方式，達到急 車先行的目的。
所述步驟(2 )-主方法具體是指2a):通過觸摸屏上的輸入框控件，設定時鐘時間和紅綠燈時間，正常工作后，時鐘時間 實時傳輸到PLC中的寄存器，設定的紅綠燈時間數據傳輸到PLC方法中的控制紅綠黃燈運 行時間的定時器上；2b) :PLC根據寄存器中的時鐘時間判斷是否在5點到22點之間，如果是，運行交通燈 白天模式；如果否，跳轉到運行交通燈夜間模式；2c):根據觸摸屏上急車通行按鍵是否按下，判斷是否進行急車通行，如果否，繼續(xù)運行 主方法；如果是，調用急車通行子方法；2d):如果否，再判斷步驟是否結束；如果否，轉到2b)處；如果是，結束。
所述步驟(3)-急車通行子方法具體是指3a):根據觸摸屏上按鍵的操作，判斷是否南北道通行，如果是，進入南北道通行的方 法；如果否，轉到東西道通行的方法；3b):判斷否返回到主方法；如果否，繼續(xù)運行子方法的下一步；如果是，返回到主方法 的2b)處；3c):根據觸摸屏上按鍵的操作，判斷是否東西道通行，如果是，進入東西道通行的方 法；如果否，轉到南北道通行的方法；3d):判斷是否返回到主方法，如果否，轉到3a)處；如果是，返回到主方法的2b)處。
為完成本發(fā)明，具體準備工作和設置如下在PC機上安裝所述PLC的編程軟件STEP 7 - MicroWIN，安裝成功后，打開該軟件，設 置通訊參數，PC/PPI的通訊地址設為0，接口使用C0M1，傳輸波特率用9. 6Kbps。根據要實 現的功能，畫程序流程圖，再編寫梯形圖，最后通過串口通訊線下載到PLC，設置PLC到RUN 狀態(tài)。
在PC機上安裝所述觸摸屏的組態(tài)軟件MCGS，安裝成功后，打開該軟件，新建工程， 根據所選觸摸屏選擇TPC的類型為TPC7062K，在設備窗口下，添加通用串口父設備，再添加 子設備即西門子S7-200PPI，并且修改串口端口號，以實現數據的正常傳輸，添加實驗系統(tǒng) 用到的變量名，以及設置變量對應的類型，變量的端口和類型與PLC程序中的變量類型一 致。在用戶窗口下，根據PLC的梯形圖，在組態(tài)工具箱中選擇合適的控件，經過不斷的修改 和完善，可以實現界面形象逼真，功能強大完美的效果。最后通過專用數據線下載到觸摸 屏。
軟硬件各自完成后，進行實驗系統(tǒng)的軟硬件統(tǒng)一調試。根據交通燈的工作狀態(tài)、 STEP7編程軟件的監(jiān)控和觸摸屏的顯示數據與效果，進行硬件系統(tǒng)的檢查與修改、梯形圖程 序的檢查與修改和觸摸屏控件的檢查與修改，最后完成本實驗系統(tǒng)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，其特征在于所述交通實驗系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、交通燈燈具、串口通訊線以及直流電源組成，所述PLC通過串口通訊線與觸摸屏連接，PLC與交通燈燈具電連接，觸摸屏、PLC、交通燈燈具和串口通訊線均由直流電源供電。
2.根據權利要求1所述的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，其特征在于所述觸摸屏是 TPC7062K。
3.根據權利要求1所述的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，其特征在于所述PLC是西門子的S7-200系列的PLC。
4.根據權利要求1所述的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，其特征在于所述交通燈燈具有12個工業(yè)信號燈組成，紅燈、綠燈、黃燈各4個，與實際交通燈分布排列相同。
5.根據權利要求1所述的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，其特征在于所述串口通訊線是RS-485通信總線。
6.根據權利要求1所述的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，其特征在于所述直流電源為直流電源24V。
7.根據權利要求1-6任一項所述的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟 步驟(I):初始化，在觸摸屏中設置紅綠燈時間和時鐘時間； 步驟(2)-主方法根據時鐘時間自動選擇白天模式和夜間模式，白天模式下，紅燈、綠燈、黃燈根據設定時間正常輪流顯示；夜間模式下，只有黃燈閃爍，紅燈和綠燈不工作。
8.根據權利要求7所述的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)的控制方法，其特征在于如果有急車要迅速通過紅綠燈，還包括步驟(3)-急車通行子方法如果有急車要迅速通過紅綠燈，通過觸摸屏的按鍵調用急車通行子方法，控制紅綠燈的工作方式，達到急車先行的目的。
9.根據權利要求8所述的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述步驟(2)-主方法具體是指 2a):通過觸摸屏上的輸入框控件，設定時鐘時間和紅綠燈時間，正常工作后，時鐘時間實時傳輸到PLC中的寄存器，設定的紅綠燈時間數據傳輸到PLC方法中的控制紅綠黃燈運行時間的定時器上； 2b) :PLC根據寄存器中的時鐘時間判斷是否在5點到22點之間，如果是，運行交通燈白天模式；如果否，跳轉到運行交通燈夜間模式； 2c):根據觸摸屏上急車通行按鍵是否按下，判斷是否進行急車通行，如果否，繼續(xù)運行主方法；如果是，調用急車通行子方法； 2d):如果否，再判斷步驟是否結束；如果否，轉到2b)處；如果是，結束。
10.根據權利要求9所述的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述步驟(3)-急車通行子方法具體是指 3a):根據觸摸屏上按鍵的操作，判斷是否南北道通行，如果是，進入南北道通行的方法；如果否，轉到東西道通行的方法； 3b):判斷否返回到主方法，如果否，繼續(xù)運行子方法的下一步；如果是，返回到主方法的2b)處； 3c):根據觸摸屏上按鍵的操作，判斷是否東西道通行，如果是，進入東西道通行的方法；如果否，轉到南北道通行的方法； 3d):判斷是否返回到主方法；如果否，轉到3a)處；如果是，返回到主方法的2b)處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，包括觸摸屏、PLC(可編程邏輯控制器)、交通燈燈具、串口通訊線以及直流電源，PLC通過串口通訊線與觸摸屏連接，PLC與交通燈燈具電連接，系統(tǒng)各部分由直流電源供電。本發(fā)明的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統(tǒng)，PLC的運行數據通過電線表現在交通燈燈具上，同時通過串口通訊線將運行數據和交通燈的狀態(tài)反映到觸摸屏上，學習者在觸摸屏上輸入的指令也可以通過串口通訊線傳遞給PLC，以控制其運行方式，指令包括紅綠燈時間設定、白天模式、夜間模式和急車通行；該系統(tǒng)可以使學習者能夠創(chuàng)造性地設計觸摸屏界面和梯形圖方法，效果形象，功能強大，拓展實驗內容，改善教學效果，也可激發(fā)學生學習PLC控制器的樂趣。
文檔編號G09B19/14GK103021228SQ20121043908
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權日2012年11月7日
發(fā)明者苗紅霞, 段蓉, 李瀟, 王鵬彰, 王安琪, 張恒, 申晉晉 申請人:河海大學常州校區(qū)