交通灯组态课程设计.docx

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交通灯组态课程设计

MCGS组态课程设计

题目基于MCGS组态软件的交通灯控制系统的设计

学号

姓名

同组人

专业班级

学院

指导教师

成绩

基于MCGS组态软件的交通灯控制系统的设计

专业：

电气工程及其自动化姓名：

耿英会指导教师：

王彩霞老师

摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

交通灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。

人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。

所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。

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和急车强通运行情况通过并利用组态软件MCGS制作控制系统动态监控画面。

关键词：

交通灯,MCGS

ABSTRACT

Associalandeconomicdevelopment,urbantransportproblemisgettingtheattentionofthepeople.Thecoordinationoftherelationshipofpeople,vehicles,roads,hasbecomeoneoftheimportantissuesthatneedtobeaddressedbythetrafficmanagementdepartment.Theemergenceoftrafficlights,traffictotheeffectivecontrolandeasethetrafficflow,increaseroadcapacity,reducetrafficaccidentshaveademonstrableeffect.Socialdevelopment,people'sconsumptionlevelscontinuetoincrease,theincreaseofprivatevehicles.Manypeople,carsandmoreroadsandlessroadtrafficsituationisalreadyevident.Therefore,aneffectivemethodtocontrolthetrafficlightsisimperative.Crossroadstrafficlightscontrolsystem,forexample,describedindetailthenormaloperationoftrafficlightsandemergencyvehicleoperationbyconfigurationsoftwareMCGSproductioncontrolsystemfordynamicmonitoringscreen

Keywords：

TrafficlightMCGS

1.绪论

1.1课题来源及研究意义

在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。

因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。

交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。

有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。

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。

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。

由此可见，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。

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MCGS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,进行虚拟控制以达到测试分析的结果。

1.2本论文研究的主要内容

模拟的十字路口交通灯组态图，用一个开关控制交通灯的运行与停止，当开关为开时，先南北右转绿灯亮、东西右转绿灯亮此时东西方向的车辆运行，延时15秒东西绿灯后跳到黄灯闪烁，此时东西方向的车辆停止运行，东西黄灯闪烁3秒后，变为东西红灯、南北绿灯，则南北方向车辆运行，延时15秒南北绿灯后跳到南北黄灯，则南北方向的车辆停止运行，南北黄灯闪烁3秒后，再回到南北红灯、东西绿灯的状态，循环下去。

无论运行到那个状态当开关由开变为关闭时，所有的灯都处于不亮状态。

2.软件介绍

2.1MCGS简介

MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。

为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，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。

使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能成熟，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。

具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠

主控窗口是工程的主窗口或主框架。

在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。

主要的组态操作包括：

定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。

设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。

在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。

用户脚本程序是由用户编制的、用来完成特定操作和处理的程序，脚本程序的编程语法非常类似于普通的Basic语言，但在概念和使用上更简单直观，力求做到使大多数普通用户都能正确、快速地掌握和使用。

对于大多数简单的应用系统，MCGS的简单组态就可完成。

只有比较复杂的系统，才需要使用脚本程序，但正确地编写脚本程序，可简化组态过程，大大提高工作效率，优化控制过程。

用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：

生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。

实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。

在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。

运行策略主要完成工程运行流程的控制。

包括编写控制程序（if…then脚本程序），选用各种功能构件，如：

数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。

3.交通灯控制的设计仿真

3.1交通灯控制的要求

对系统的要求：

系统工作受开关控制，起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF则系统停止工作。

控制对象有八个：

东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个，

东西方向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个，

东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个，

东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。

3.2设计总述

绘制一个模拟的十字路口交通灯组态图，用一个开关控制交通灯的运行与停止，当开关为开时，先南北红灯、东西绿灯亮此时东西方向的车辆运行，延时15秒东西绿灯后跳到黄灯亮，此时东西方向的车辆停止运行，东西黄灯闪烁3秒后，变为东西红灯、南北绿灯，则南北方向车辆运行，延时15秒南北绿灯后跳到南北黄灯，则南北方向的车辆停止运行，南北黄灯闪烁3秒后，再回到南北红灯、东西绿灯的状态，循环下去。

无论运行到那个状态当开关由开变为关闭时，所有的灯都处于不亮状态。

图1总设计效果图

图2控制界面效果图

图3夜间模式效果图

图4紧急情况效果图

3.3流程图

启动交通灯系统，流程图如下所示，南北绿灯亮，这里设置为绿灯15秒，同时只用绿灯来说明周期流程，红灯和黄灯在后面会进行详细说明。

南北绿灯亮15秒，然后东西直行黄灯闪烁亮15秒，然后东西绿灯亮15秒，最后东西左转的黄灯闪烁3秒，这是一个周期的红绿灯情况，一直循环，直到按下停止按钮，系统停止工作。

图5交通灯控制流程图

3.4交通灯控制的变量设置

MCGS用数据对象来表述系统中的实时数据，用对象变量代替传统意义的值变量。

把用数据库技术管理的所有数据对象的集合称为实时数据库。

实时数据库是MCGS的核心，是应用系统的数据处理中心，如下图所示，系统各个部分均以实时数据库为公用区交换数据，实现各个部分协调动作。

设备窗口通过设备构件驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库；由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库中的数据对象建立连接关系，以动画形式实现数据的可视化；运行策略通过策略构件，对数据进行操作和处理。

实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。

数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据变量的过程。

定义数据变量的过程主要包括：

制定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量相关的参数，如存盘周期、存盘的时间范围和保存期限等。

变量类型可以是开关量、数值量、字符、数据组。

有了图形模拟的机械设备、控制对象，这些图形还需要动态显示，而过程需要对这些图形对象进行动画设计真实地描述，以达到对外界对象的状态变化达到过程实时监控的目的。

MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置响应的动画属性。

在系统运行过程中图形动画的外观和状态特征由数据对象的实时采集值驱动从而实现了图形的动画效果。

MCGS为用户制订了许多动画属性如直线运动、闪烁、颜色变化、可见度等等。

利用软件提供的这些动画属性很容易设计出仿真生产现场的各种动态界面。

但是有些动画需要在运行策略中编写脚本程序来实现。

本次设计中的数据链接如下图所示：

图6实时数据库图7运行策略

4.交通灯控制系统的各部分的控制设计

4.1东西路口的交通灯控制

根据交通运行的实际情况可知东西运行的情况相同，即车辆都是同时运行及停止的所以交通灯的可见度情况一致。

在紧急情况模式下，所以的车停止运行，所以红灯亮。

在夜间模式下，所以的黄灯亮，而且夜间车辆变少。

在正常模式下，所以灯按照程序要求规律的运行。

（1）东西绿灯直行的运行情况大致如下：

0-15s东西绿灯亮，其设置如图4

图8东西绿灯直行在组态中的设置

（2）东西黄灯是在绿灯闪烁开始亮的，闪烁3s，其在组态中的具体设置如下图10，其中可见度的命令式为：

图10东西黄灯在组态中的设置

（3）东西红灯是在黄灯灭后开始亮的，亮30s，其在组态中的设置如下图11

图11东西红灯在组态中的设置

4.2.南北路口的交通灯控制

（1）南北红灯在东西绿灯及黄灯亮时是亮的，其在组态中的设置如图12.

图12南北红灯在组态中的设置

（2）南北绿灯在红灯亮后运行，亮15s，绿灯闪烁其在组态中的设置如下图13.

图13南北绿灯在组态中的设置

（3）南北黄灯在组态中的设置如下图14

图14南北黄灯在组态中的设置

4.3车辆的控制

本设计中设计了十辆车其中东西方向上有四辆南北方向五辆，绿灯亮时其对应方向的汽车开动，红灯亮或黄灯亮时则停止其控制具体过程见附录的车辆控制的程序

图15

4.4主控台中道路通行示意图的控制

本设计中为了使设计界面更为简洁，明朗，特意在主控台上设计了道路运行示意图，借图中箭头的颜色及运动状况来表示道路的通行状况，绿色移动即表示该段道路允许通过，反之则禁止通行，东西方向箭头路程为s南北方向则为s2在每一处都设计了两个大小相同颜色不同图15主控台中道路通行示意图（上面的的为红色）重叠放置，通过控制箭头的可见度来使箭头显示不同的颜色。

绿色箭头有水平移动的过程即s的变化其组态设置如图11其中左图为左边的箭头的设置，另一个为右面的绿色箭头的设置。

上下箭头的设置和左右箭头设置雷同只需将变量s变成s1即可。

其具体控制见附录中的箭头运动程序。

图16车11组态动画属性图17车111组态动画属性

4.5封面的建立

（1）在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”

图18封面主体

（2）选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。

（3）将窗口名称改为：

封面；窗口标题改为：

十字路口交通灯演示；窗口位置选中“最大化显示”、“固定边”，其他不变，单击“确定”。

（4）选中“窗口1”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。

（5）将窗口名称改为：

封面；窗口标题改为：

封面。

窗口位置选中“屏幕中间显示”，窗口边界选择“固定边”，单击“确认”。

（6）在“用户窗口”中，选中“窗口属性”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。

4.6主界面设计

主界面效果图见图1，图中主要包括3部分即交通运行图，主控台图及署名图块。

界面制作过程如下

（1）选中“控制窗口”的窗口标题，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。

（2）单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。

选择“工具箱”内的“矩形”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口中拖拽鼠标，绘制出同样大小的矩形4个分别置于画面的左上方,右上方,左下方,右下方，在选择填充颜色做出四块草坪。

（3）单击工具箱中插入元件，向界面中插入树、汽车。

交通灯等元件同时利用工具箱中工具画出各种元件最终生成主界面图形，封面设计类似

5课程设计中出现的问题

在本次设计过程中出现了一些问题，王老师及时给与了指正与建议。

在我们的设计过程中，将循环策略中的循环时间从1000ms改为100ms后，出现的问题为：

交通信号灯循环周期变短，循环速度变快，但是车辆及认得行驶仍按原来的速度运行，结果车辆出现了碰撞，如下图所示

原因：

运行策略中的循环策略在策略调用时只将交通灯的程序调用，而没有将车的程序调用。

图未调用车的程序图图调用全部策略图

修改之后，车与交通灯相关联，都正常运行。

6结论与展望

在组态文件的制作过程中，除了系统提供一些元件和背景，还可以自己制作自己需要的元件。

在调试系统的制作中，我需要的元件在元件库里没有，在上网搜索了资料后，知道元件可以自己通过系统提供的工具自己制作。

于是我通过工具箱，自己画出了所需元件的形状，然后自己设定看颜色，再通过属性设置了元件的动作值，填充颜色和动作表达式。

通过运行达到了预计的要求。

组态软件的运行调试，实际上就是数据库的设定，只要设定好输入、输出的变量和运行的条件，（运行条件的编辑和VBasic语言很相似）就可以实现预定的动作。

通过这次课程设计，我掌握了通过MCGS实现现场信息采集、控制。

掌握了系统设计、组态设计和现场监控一整套MCGS设计过程。

本次课程设计设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。

既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

致谢

经过查资料，整理资料，设计，今天终于完成论文。

在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在王老师和同学的帮助下度过了。

尤其要强烈感谢我的论文指导老师王老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。

另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。

在此向帮助和指导我的老师表示最中心的感谢！

感谢这篇论文所涉及到的各位学者。

本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。

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

[5]梁慧冰孙炳达《现代控制理论》2011机械工业出版社

附录