河海大学PLC课程设计报告.docx

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河海大学PLC课程设计报告

PLC控制技术课程设计报告

题　　目：

基于MCGS的PLC高速公路自动收费系统仿真模拟　　　　　　

学　　号：

姓　　名：

指导老师：

摘要

高速公路的建设是适应我国交通与经济发展的必然趋势，高速公路的建设水平也反映了整个的国家的科技与经济水平。

随着我国现代化电子科技的发展，我国的高速公路建设也逐渐走向了现代化。

基于PLC控制的高速公路电子收费系统是集合了PLC硬件编程技术、自动识别技术和组态监控软件开发技术于一体的高级应用管理系统，极大的提高了高速公路的收费效率。

可编程控制器，因其控制精度、安全性、可靠性较传统的继电器接触控制系统要高，所以模拟了一种基于PLC的高速公路收费系统，利用梯形图语言编写控制程序。

采用组态软件来进行实时监控。

关键词：

PLC；高速公路；组态软件

ABSTRACT

ToadapttoChina'stransportationandeconomicdevelopment，expresswayconstructionisaninevitabletrendingandexpresswayconstructionalsoreflectstheleveloftechnologyandeconomicleveloftheentirecountry.Withthedevelopmentofmodernelectronictechnology,China'shighwayconstructionhasgraduallymovedtowardthemodernization.ElectronictollsystembasedPLCcontrollingisoneoftheadvancedapplicationmanagementsystem,whichisacollectionofPLChardwareprogrammingtechnology,automaticidentificationtechnologyandconfigurationmonitoringsoftwaredevelopmenttechnology.Itgreatlyimprovestheefficiencyofthetollhighway.

ProgrammableControllers,comparingwithtraditionalrelaycontactcontrolsystem,ithashighaccuracycontrolling,safety,andreliability.SowesimulateaPLC-basedhighwaytollsystem.weuseladderlanguagetowritecontrollingprogram.Wealsouseconfigurationsoftwareforreal-timemonitoring.

Keywords:

PLC;expresswayconstruction;configurationsoftware

第一章绪论-----------------------------------------------4

1.1选题的背景和意义--------------------------------------4

1.2国内外研究现状----------------------------------------4

1.3研究的主要内容----------------------------------------5

第二章系统需求分析---------------------------------------5

2.1功能分析----------------------------------------------5

2.2结构分析----------------------------------------------5

第三章系统的结构设计及实现-------------------------------6

3.1MCGS的界面设计---------------------------------------10

3.2西门子PLC程序设计-----------------------------------10

第四章总结和展望----------------------------------------11

4.1总结-------------------------------------------------11

4.2展望-------------------------------------------------11

附录-----------------------------------------------------12

第一章绪论

1.1选题的背景和意义

1.1.1选题的背景

高速公路是让来往车辆可以快速行驶的便捷交通要道，由于近年来汽车与交通业的迅速发展带来了高速公路承载运输业务的繁重，来往车辆频繁，人工耗时长，且需要车辆停车等待，极大地降低了收费效率，间接影响了交通顺畅，提高高速公路的通行效率成了高速公路收费站亟待解决的问题。

1.1.2选题的意义

在上述背景下，基于PLC控制的高速公路收费系统被研发而成。

该系统是利用了PLC可编程控制器的可维护性与稳定性，通过硬件控制程序与组态监控软件共同配合来实现的高速公路收费。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外的科技和经济都相对较发达，所以大部分高速公路都采用ETC收费系统，发达国家对于ETC的研究相对早，技术相对而言比较成熟，尤其是美国、欧洲、日本、意大利、法国及新加坡等国家很早就针对不停车收费系统中的研发技术、工程实施、标准规范进行了深入研究，并向国际化标准组织提交了有关不停车收费标准的草案，欧洲和日本提出的标准较为成熟，获得了较广泛的厂商支持。

但发达国家在ETC技术推进和联网收费方面都经历了较为漫长的过程。

1.2.2国内研究现状

我国是自动和全自动收费并存的，这取决于中国的经济水平和高速公路的复杂程度。

目前我国的高速公路收费情况如下：

一、半自动收费

1.计算机管理通行券（条形码）收费

这种收费方式由计算机控制票据打印，对过往车辆进行人工识别，由人工操作向计算机输入车辆判别信息打印通行券，人工收取现金，计算机进行统计。

条形码收费是指采用二维条形码存储车辆及收费信息，并用专用打印机打印通行券的收费方式。

对于封闭式收费，将在入口发票，出口验票、收费；而开放式收费在入口一次性收取所缴纳的费用。

这种收费方式减少了一定的人为性漏收。

2.磁卡（IC卡）收费

这也是一种计算机管理的人工收费方式，其主要靠专用磁性卡片（磁券）或智能IC卡作为车辆信息的载体，较适用于封闭式公路收费。

在入口车道发卡或磁券，出口处验卡（磁券）或智能IC卡作为车辆信息的载体，较适用于封闭公路收费。

采用磁卡（磁券）收费的缺点是，磁卡（磁券）消耗量大，对外部环境要求高，机器故障常发生卡死，误读或因磁卡磨损而信息丢失现象。

采用接触式IC收费，虽然可以回收，但也存在上诉问题。

若采用非接触式IC卡则减少了卡的磨损，且不存在因灰尘或油污而导致接触不良的问题，这是目前较为理想的一种收费方式。

二、全自动收费

全自动收费又叫做不停车电子收费。

它利用电子通信和计算机技术实现收费功能，在整个过程中操作者不直接介入收费环节，只需对设备进行管理监督以及处理特别事件。

每辆车都有其唯一的标识卡，安装在汽车前挡风玻璃上。

但由于技术方面和路况方面的原因，国内的全自动收费系统并没有广泛使用，只是在少数地方试点运行。

但全自动收费系统是高速公路建设的一个重要标志，在今后的建设过程中，它必然会得到广泛的使用。

1.3研究的主要内容

我们小组研究的基于PLC的高速公路收费系统，对高速公路收费站做出了一个系统规划。

利用传感器检测到车辆的经过，PLC控制栏杆的起降，同时通过组态软件监控整个收费过程，并同时通过组态软件中自带的数据报表用来记录车辆收费信息。

与传统的高速公路收费系统相比较，我们小组所研究的基于PLC的高速公路收费系统有如下优势：

（1）PLC可编程控制器具有的良好的可靠性，从而使得整个系统更加可靠；

（2）通过组态软件MCGS对收费系统进行实时监控，并能实时记录收费信息，避免人工收费过程中的漏收和不公平收费现象；

（3）提高了整个收费过程的收费效率，从而提高了整个高速公路的通行速率

第二章系统需求分析

2.1功能分析

由于我国高速公路路况复杂，车流量多，完全靠全自动收费系统来实现车辆收费，不能应付特殊情况的发生，而且一些紧急情况发生时，也需要专用车道来进行运输。

考虑到上诉情况，我们小组决定设计三个车道来单独进行收费，分别是自动收费车道，人工收费车道和绿色车道：

（1）在正常情况下，具有自动收费资格的车辆通过自动收费通道来实现收费。

当车辆驶近收费站时，传感器检测到车辆的到来，自动读入车辆信息，并通过电子钱包等技术自动扣除相应的费用，收费成功后，指示灯变成绿色，车辆得以通过；

（2）有一些不具备自动收费的车辆，或由于特殊情况，不能进行自动收费的车辆，就通过人工收费车道来实现收费；

（3）对于一些需要紧急通过的车辆，例如救护车、警车等，需要一个专门的车道来使它们通过，因此我们就设计了一个绿色通道来预备紧急情况。

2.2结构分析

由于设备仪器的限制，我们小组不可能做出一个真正的高速公路收费系统，因此，我们小组做了基于MCGS的PLC高速公路收费系统仿真。

整个系统包括一个MCGS组态软件，西门子PLC可控制编程器和电机：

（1）在组态软件MCGS上，我们利用图形用户界面设计出一个高速公路车辆运行和收费及界面。

通过其，我们可以便利地看到车辆运行和通过情况，并通过触摸频上的按钮来控制PLC，从而控制电机的转动。

（2）我们是利用西门子的PLC来进行编程，从而带动电动机的正反转。

电动机正转，代表栏杆上升，车辆可以通过，电动机反转，代表栏杆落下，禁止车辆通过。

第三章系统的结构设计及实现

3.1MCGS的界面设计

3.1.1登录界面

如图3-1所示，在登录界面，我们设计了登录账号和登录密码，只有两者都输入正确，才会出现登录按钮。

这样设计是为了信息的保密性，只有具有登录资格的人才有权限查看系统。

图3-1

3.1.2使用说明界面

如图3-2所示，使用说明界面是一个人性化设计，这是为了那些第一次使用系统的人而准备的。

通过阅读使用说明，可以知道整个系统的作用和用法，为使用者带来便利。

图3-2

3.1.3主界面

从图3-3主运行界面上，可以看出整个系统分成三个车道，分别是ETC、MTC和绿色车道。

图3-3

（1）ETC

当按下ETC按钮时，ETC车道上的车开始移动，走到收费站时，传感器开始闪烁，当车辆收费成功后，指示灯变绿，表示车辆可以通过。

其运行过程如图3-4表示：

图3-4

（2）MTC

当按下MTC按钮，人工收费车道上的车辆开始运行。

当车辆运行到栏杆前时停下，当收费员收费成功并按下放行按钮后，栏杆抬起，即此时电机正转，指示灯变绿，车辆通过。

车辆通过后，收费员按下拦截按钮，栏杆落下，即此时电机反转，指示灯变红，等待下一辆车的来临。

其运行过程如图3-5表示：

图3-5

（3）绿色通道

由于绿色车道是应对紧急车辆通过而设计的，因此，当特殊车辆通过时，直接放行。

栏杆抬起，指示灯变绿。

其运行过程如图3-6所示：

图3-6

3.1.4信息记录界面

当车辆通过时，自动记录下车辆信息，如图3-7所示：

图3-7

3.2西门子PLC程序设计

我们小组设计的系统中，只用到PLC来控制电机的正反转：

图3-8电动机正转

图3-9电动机反转

第四章总结和展望

4.1总结

4.1.1总体设计总结

我们小组设计的系统实现了我们预期的系统功能。

通过MCGS来监控车辆收费状态，通过PLC控制电机的起降，即控制栏杆的升降。

针对不同的车辆，设计了三个车道，从而提高了高速公路的运行速率。

4.1.2调试总结

在调试过程中，软件调试基本没有出现很棘手的情况。

但硬件调试过程却颇为坎坷，也就是电动机怎么也无法转动。

后来在其他同学的帮助下，才明白我们的错误所在。

原来我们并没有很好的了解西门子编程器的特性，有些线圈是可读的，而有些线圈是可读可写，由于一开始并不了解，把这些性质弄反了，后来改过来之后，就成功了。

由此，我们明白了，实践是检验真理的唯一标准。

正如老师所说，如果一味地做仿真，是不会遇到什么情况。

而一旦进行硬件调试，问题就出来了，因为硬件的不确定性因素太大。

而这往往更能让我们学到知识。

4.2展望

尽管我们这次课设成功地完成了我们预期的效果，但整个系统还是存在不足之处。

由于我们做的是高速公路收费系统的仿真，并没有做一个真正的系统，因此很多实际情况我们小组并没有认真考虑。

例如在自动收费通道，如果一个具备自动收费资格的车辆，由于特殊情况，没有能够能收费成功，怎么将其拦截？

等等一系列实际问题，在此系统中，我们还欠缺考虑。

如果要做成一个真正的切实可行的系统，我们还要进一步考虑一系列问题，综合一系列的技术。

参考文献

[1]汪卓.基于PLC的高速公路收费系统仿真研究.哈尔滨工业大学工学硕士学位论文.2008年6月

[2]李辉.S7-200PLC编程原理与工程实训.北京：

北京航空航天大学出版社.2008

[3]廖常初.西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术.北京：

机械工业出版社.2009

[4]孟晓芳,李董,王玮.西门子系列变频器及其工程应用.北京：

机械工业出版社.2009