基于力控60组态软件的交通灯控制系统.docx

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基于力控60组态软件的交通灯控制系统

基于力控6.0组态软件的交通灯控制系统

摘要

力控组态软件是指在软件领域内,操作人员根据应用对象及控制任务的要求,配置（包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等）用户应用软件的过程,也就是把组态软件视为“应用程序生成器”。

从应用角度讲组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台,它的应用领域不仅仅局限于工业自动化领域。

在交通灯控制中，组态软件以其方便、明晰、简单，具有强大的数据存储、分析和报表功能的特点越来越受青睐。

本文以力控6.0软件为主要应用软件，介绍了组态软件的基本组成和特点，基本功能及其应用中的优良特性。

本文详细介绍了基于力控组态软件的一套交通灯控制系统。

控制范围包括:

两个十字路口八组红绿灯时序运行及针对三种紧急情况的控制处理。

同时，本文注重系统的实用性，力求简洁、实用，具有极强的可操作性。

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力控6.0制作控制系统动态监控画面。

关键词　组态软件；交通灯；控制系统

DesignofThetrafficlightcontrolsystemBasedonForceControls6.0

Abstract

ForceControlconfigurationsoftwarereferstosoftware—theoperatordependingontheapplicationobjectandcontroltasks,configuration（Includingthedefinitionoftheobject,producingandeditingfeaturesoftheobjectstatusattribute,parametersandsoon）theprocessofuserapplications,thatis,theconfigurationsoftwareasa"generatorapplications."Fromtheapplicationpointofviewthesystemconfigurationsoftwareisacompletehardwareandsoftwarecommunicationlayertoestablishcommunicationatthesceneandmonitor.Themachineinterfacesoftware,applicationsitisnotlimitedtothefieldofindustrialautomation.Monitoringofnaturalgas,theconfigurationsoftwareforitsconvenient,clear,simple,withpowerfuldatastorage,analysisandrenderingcapabilitiesofthecharacteristicsofcurvemoreandmorepopular.

Inthispaper,powercontrol6.0softwareasthemainapplicationsoftware,configurationsoftware,introducedthebasiccomponentsandcharacteristicsofthebasicfunctionsanditsapplicationinthefinefeatures.Thispaperdescribespowercontrolbasedonasetofconfigurationsoftwaregasmonitoringsystem.Monitoringthescopeofthecompany'sdevices,includinggasmonitoring,thevolumeofgasintoandoutofcontrolandmonitoringofpipelineoperation,naturalgasstoragesystemmonitoringandsurveillanceofnaturalgasmeasurement.Atthesametime,thisarticlefocusontheman-machineinterfacesystemdialoguesettings,trytobebrief,practical,highlyfeasible.Strengthenthesystemofproductionandoperationmanagementfromtheestablishmentofcoverageforallproductionequipmentandproductionprocessesandthereal-timedatabasemanagementdatabasetoimprovethenaturalgascompany'smanagement,productionandmanagementlevels,andimprovetheenterprise'sabilitytodealwiththemarket.

Keywords　Configurationsoftware;Trafficlight;ControlSystem

绪论

1.1课题来源不要删除行尾的分节符，此行不会被打印

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、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力控6.0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课题背景及研究的意义

1.2.1交通灯监控系统

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。

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。

1.2.2组态软件

组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。

实时数据库及其调度系统是组态软件的关键部分，也是设计的难点部分。

实时数据库系统处于工控系统各功能模块数据交换的中心位置，在组态系统进入运行环境时，工业现场的生产情况将实时地反映在变量的数值中，操作者用计算机发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库系统为中介。

同时实时数据库系统又是事务调度中心，数据采集事务、图形显示事务、报警事务、历史存盘事务等都由实时数据库系统中的事务调度系统完成，从而达到监控的实时性、正确性和一致性。

组态软件是一个功能很强的软件包，它所提供的友好用户界面能使使用者在不需要通过编写代码的情况下生成所需要的应用软件，克服了一般工业控制软件通用性较差的缺点，在保证系统稳定可靠的同时，大幅提高系统的集成能力与速度。

组态软件一般包括基本配置组态和应用软件组态，基本配置组态是给系统提供配置信息，如系统现场控制站的个数、它们的索引标记等，而应用软件组态内容较多，如数据库、报表、控制回路、图形界面等的生成[3]。

最早的组态软件用来支撑自动化系统的硬件。

那时侯，硬件系统如果没有组态软件的支撑就很难发挥作用，甚至不能正常工作。

现在的情况有了很大改观。

一方面软件部分地与硬件发生分离，大部分自动化系统的硬件和软件现在不是由同一个厂商提供，这样就为自动化软件的发展提供了可以充分发挥作用的舞台；同时实时数据库的作用进一步加强。

实时数据库存储和检索的是连续变化的过程数据，它的发展离不开高性能计算机和大容量硬盘，现在越来越多的用户通过实时数据库来分析生产情况、汇总和统计生产数据，作为指挥、决策的依据[1]。

组态软件由单一的人机界面朝数据处理机方向发展，管理的数据量越来越大，在一个自动化系统中发挥的作用逐渐增大，使得相当一部份系统根本不能缺少组态软件。

目前的组态软件均产生于过程工业自动化，很多功能没有考虑其他应用领域的需求。

例如：

化验分析（色谱仪、红外仪等，包括在线分析）、虚拟仪器（例如LabView的口号是TheSoftwareistheInstrument）、测试（如测井、机械性能试验、碰撞试验等的数据记录与回放等）、信号处理（如记录和显示轮船的航行数据：

雷达信号、GPS数据、舵角、风速等）。

这些领域大量地使用实时数据处理软件，而且需要人机界面，但是由于现有组态软件为这些应用领域考虑得太少，不能充分满足系统的要求，因而目前这些领域仍然是专用软件占统治地位。

随着计算机技术的飞速发展，组态软件应该更多地总结这些领域的需求，设计出符合应用要求的开发工具，更好地满足这些行业对软件的需求，进一步减少这些行业在自动测试、数据分析方面的软件成本，提高系统的开放程度[2]。

1.3课题内容及设计目标

基于力控组态软件的交通灯监控系统的设计主要是利用软件的功能,通过对各个路口红绿灯的时序控制及应对紧急情况时的控制,来实现交通控制。

具体控制过程如下:

1.在0-20s:

路口1东西向绿灯亮,南北向红灯亮。

东西方向可以直走.右转,南北方向只能右转。

东西方向车前进,人不动,南北方向车不动,人前进。

路口2南北向绿灯亮,东西向红灯亮。

南北方向可以直走.左转,东西方向只能左转。

南北方向车前进,人不动,东西方向人不动,车前进。

2.在20-25s:

路口1东西向绿灯闪烁,南北向红灯亮。

东西方向可以直走右转;南北方向只能右转。

东西方向车前进,人不动,南北方向车不动,人前进。

路口2南北向绿灯闪烁,东西向红灯亮。

南北方向可以直走.左转,东西方向只能左转。

南北方向车前进,人不动,东西方向人不动,车前进。

3.在25-30s:

路口1东西向黄灯亮,南北向红灯亮。

东西方向可以直走.右转;南北方向只能右转。

东西方向车前进,人不动,南北方向车不动,人前进。

路口2南北向黄灯亮,东西向红灯亮。

南北方向可以直走.左转,东西方向只能左转。

南北方向车前进,人不动,东西向车不动,人前进。

4.在30-50s:

路口1东西向红灯亮,南北向绿灯亮。

南北方向可以直走.左转,东西方向只能左转。

南北方向车前进,人不动,东西方向车不动,人前进。

路口2南北向红灯亮,东西向绿灯亮。

东西方向可以直走.右转,南北方向只能右转。

东西方向车前进,人不动,南北方向人不动,车前进。

5.在50-55s:

路口1东西向红灯亮,南北向绿灯闪烁。

南北方向可以直走.左转,东西方向只能左转。

南北方向车前进,人不动,东西方向车不动,人前进。

路口2南北向红灯亮,东西向绿灯闪烁。

东西方向可以直走.右转,南北方向只能右转。

东西方向车前进,人不动,南北方向人不动,车前进。

6.在55-60s:

路口1东西向红灯亮,南北向黄灯亮。

南北方向可以直走.左转,东西方向只能左转。

南北方向车前进,人不动,东西方向车不动,人前进。

路口2南北向红灯亮,东西向黄灯亮。

东西方向可以直走.右转,南北方向只能右转。

东西方向车前进,人不动,南北方向人不动,车前进。

7.当东西方向出现紧急情况时（以火警为例）:

首先按下对应路口2的紧急按钮,路口2东西向绿灯亮,南北向红灯亮,东西向可以直走.右转,南北向只能右转。

东西向车前进,人不动,南北向车不动人前进。

消防车快速移动,当消防车通过路口2时按下对应路口1的紧急按钮,同时路口2的红绿灯恢复正常的时序控制,路口1东西向绿灯亮,南北向红灯亮,东西向可以直走.右转,南北向只能右转。

东西向车前进,人不动,南北向车不动,人前进。

消防车快速通过,消防车通过后,按下恢复按钮,路口1红绿灯恢复正常时序控制,公路恢复顺畅。

8.当南北方向出现紧急情况时（以火警为例,以路口1的控制为例）:

按下对应的紧急按钮2,路口1南北向绿灯亮,东西向红灯亮。

南北方向可以直走.左转,东西方向只能左转。

南北方向车前进.人不动,东西方向车不动.人前进。

消防车快速通过,消防车通过后,按下恢复按钮,路口1红绿灯恢复正常时序控制,公路恢复顺畅。

9.当东西.南北方向同时出现紧急情况时（以火警为例）:

按下对应的紧急按钮,此时路口1与路口2两个方向均为红灯亮,车与人均停止,东西方向与南北方向两辆消防车快速通过,消防车通过后,按下恢复按钮,所有红绿灯恢复正常的时序控制,公路恢复顺畅。

2.力控组态软件综述

2.1组态软件

2.1.1组态软件的由来

组态的概念最早来自英文Configuration，到目前为止还没有一个权威的定义，但是其描述性的含义为：

使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到让计算机或软件按照预先的设置自动执行特定任务、满足使用者要求的目的。

而监控组态软件则是为用户提供快速构建工业自动化控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

它是一种面向SCADA系统的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大[4]。

监控组态软件最早出现时，HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）或MMI（ManMachineInterface）是其主要内涵，即主要解决人机图形界面问题。

随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持己经成为它的主要内容。

随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容[5]。

现在的各类组态软件，从总体结构上看一般都是由系统开发环境（或称组态环境）与系统运行环境两大部分组成。

系统开发环境是自动化工程工作所必须依赖的工作环境，通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。

系统运行环境是将目标应用程序装入计算机内存并投入实时运行时使用的,是直接针对现场操作使用的。

系统开发环境和系统运行环境之间的联系纽带是实时数据库。

而从用户端的实际应用性来考虑，软件包括工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种网络服务组件等。

从1993年至今，监控组态软件为国家经济建设做出了应有贡献，在石油、石化、化工、国防、铁路（含城铁或地铁）、冶金、煤矿、配电、发电、制药、热网、电信、能源管理、水利、公路交通（含隧道）、机电制造等行业均有力控软件的成功力控;监控组态软件已经成为民族工业软件的一棵璀璨明星。

力控组态软件以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。

在过程监控中发挥了核心作用，可以帮助企业消除信息孤岛，降低运作成本，提高生产效率，加快市场反应速度。

　　在今天，企业管理者已经不再满足于在办公室内直接监控工业现场，基于网络浏览器的Web方式正在成为远程监控的主流，作为国产软件中国内最大规模SCADA系统的WWW网络应用的软件，力控组态软件为满足企业的管控一体化需求提供了完整、可靠的解决方案。

2.1.2组态软件的基本功能

组态软件的使用者是自动化工程设计人员。

组态软件的主要目的，是使使用者在生成适合自己需要的应用系统时，不需要修改软件程序的源代码。

因此在设计组态软件时应充分了解自动化工程设计人员的基本需求，并加以总结提炼，重点、集中解决共性问题。

下面是组态软件实现的主要功能[8]：

1.与采集、控制设备间进行数据交换。

2.使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来。

3.处理数据报警及系统报警。

4.存储历史数据并支持历史数据的查询。

5.各类报表的生成和打印输出。

6.为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求。

7.最终生成运行稳定可靠的应用系统。

8.具有与第三方程序的接口，方便数据共享。

2.1.3组态软件的组成

2.1.3.1概述

开发系统是一个集成的开发环境,可以创建工程画面.分析曲线.报表生成.定义变量.编制动作脚本等,同时可以配置各种参数,启动力控其他程序组件等。

我们说的“组态”就在这里完成,运行系统将开发完的系统进行执行,完成计算机监控的过程。

开发系统采用面向对象的设计，集成化的开发环境；更多的组件和控件构成强大的系统；丰富的函数和设备驱动程序使集成更容易；增强的过渡色与渐进色功能，从根本上解决了很多同类软件在过多使用过渡色、渐进色时，严重影响画面刷新速度和系统运行效率的问题；优化设计的工具箱和调色板，在颜色选择时更直观、方便；开发更灵活,更多的矢量子图，制作工程画面更快捷；提供面向对象编程方式，内置间接变量、中间变量、数据库变量，支持自定义函数,支持大画面和自定义菜单，方便您构造强大的企业级运行系统；脚本类型和触发方式多样，支持数组运算和循环；支持一机多屏，组建多画面时不需要多屏卡；

运行系统View用来运行由开发系统Draw创建的画面工程，主要完成HMI部分的监控，它是运行在前台的；区域实时数据库DB是数据处理的核心，是网络节点的数据服务器，运行时保存相关的历史存储；I/O程序是负责和控制设备通讯的服务程序，支持各种网络方式的通讯，比如串口、以太网，数据库和I/O程序和设备来进行数据交互的。

2.1.3.2组态软件基本结构

力控组态软件包括：

工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件等,其中实时数据库是系统的核心,力控组态软件结构如下:

工程管理器（ProjectManager）

　　工程管理器用于创建工程、工程管理等用于创建、删除、备份、恢复、选择当前工程等。

开发系统（Draw）

　　开发系统是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控;其它程序组件等。

界面运行系统（View）

　　界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面，脚本、动画连接等工程，操作人员通过它来完成监控。

实时数据库（DB）

　　实时数据库是力控软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础。

它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。

I/O驱动程序（I/OSERVER）

　　I/O驱动程序负责力控与控制设备的通信。

它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。

网络通信程序（NetClient/NetServer）

　　网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上力控○R之间的数据通信。

远程通讯服务程序（CommServer）

　　该通信程序支持串口、电台、以太网、移动网络通信。

通过力控;在两台计算机之间实现通信，使用RS-232C接口，可实现一对一（1：

1方式）的通信；如果使用RS-485总线，还可实现一对多台计算机（1：

N方式）的通信，同时也可以通过电台、MODEM、移动网络的方式进行通信。

Web服务器程序（WebServer）

　　Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。

控制策略生成器（StrategyBuilder）

　　控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件，采用符合IEC1131-3标准的图形化编程方式，提供包括：

变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。

同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。

控制策略生成器与力控®的其它程序组件可以无缝连接。

2.1.3.3组态软件的内部组件及控件

1.基本组件

视频组件：

进行视频的捕捉和回放；温控曲线组件：

可以进行温度的自动升温和保温控制；浏览器组件：

可以作为标准的浏览器客户端；标准WINDOWS组件：

支持标准文本框、单选框、列表框等组件；增强的报警组件：

集成的报警管理和查询；X—Y曲线组件：