專利名稱：基于觸摸屏和plc的交通實驗系統及其控制方法
技術領域：
本發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，尤其在聯系實際的應用性環節中，PLC教學更是困難重重，更沒讓學生達到學以 致用的目的。控制紅綠燈是PLC的典型應用，有些學校的課程設計用PLC控制發光二極管 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光二極管的工作方式，沒能達到激發學生的興趣和創造力。為 此，學生需要一種新的交通實驗系統，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造性學。
而且，近幾年車輛數量迅速增加，而城鎮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 統計人員的道路車流量統計數值，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。發明內容
發明目的為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于觸摸屏和PLC 的交通實驗系統，幫助學生深刻理解PLC的工作原理和應用方法，激發學生的興趣和創造 力，激勵學生對交通智能管理的思考與探索，協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，其特征在于所述交通實驗系 統由觸摸屏、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。
有益效果是本發明提供的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統及其控制方法，與 實際交通系統原理基本相同，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的設計與接線 訓練、PLC控制系統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軟硬件 的調試訓練，激發學生的興趣和創造力，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是本發明的結構示意圖；圖2是本發明的控制方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發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，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。
在PC機上安裝所述觸摸屏的組態軟件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 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，進行實驗系統的軟硬件統一調試。根據交通燈的工作狀態、 STEP7編程軟件的監控和觸摸屏的顯示數據與效果，進行硬件系統的檢查與修改、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。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，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，其特征在于所述交通實驗系統由觸摸屏、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，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，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，其特征在于所述交通燈燈具有12個工業信號燈組成，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，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，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
本發明公開了一種基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統，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，系統各部分由直流電源供電。本發明的基于觸摸屏和PLC的交通實驗系統，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；該系統可以使學習者能夠創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 優先權日2012年11月7日
發明者苗紅霞, 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