专利名称：基于触摸屏和plc的交通实验系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种基于触摸屏和PLC (可编程逻辑控制器)的交通实验系统及其控 制方法，属于电气与机电技术领域。
背景技术：
目前，许多高校在电气与机电类专业都开设了PLC (可编程逻辑控制器)课程，一 般仍以书本教学为主。虽然有的通过多媒体课件来辅助教学，但是学生仍然感到内容抽象， 难以理解，尤其在联系实际的应用性环节中，PLC教学更是困难重重，更没让学生达到学以 致用的目的。控制红绿灯是PLC的典型应用，有些学校的课程设计用PLC控制发光二极管 来模拟交通灯的简单工作方式，少了一些形象逼真的效果，而且实现的功能固定单一，不能 多功能、多模式的实时控制发光二极管的工作方式，没能达到激发学生的兴趣和创造力。为 此，学生需要一种新的交通实验系统，使学生设计和验证自己的PLC课题，从而变被动枯燥 学习为积极主动地创造性学。
而且，近几年车辆数量迅速增加，而城镇道路建设和交通管理相对滞后，人车争 路、道路拥挤、阻塞现象、交通事故等时常发生，城市交通问题越来越引起人们的关注。目 前，我国城市交通灯系统比较单一，十字路口交通灯基本上都是固定配时的，交通部门根据 统计人员的道路车流量统计数值，确定一个固定值作为红绿灯的工作时长，而不能有效的 多功能、多模式的实时控制交通灯的工作方式。根据现有的PLC交通实验系统不能激励学 生对交通灯控制的兴趣和对交通智能管理的思考与探索。
如今，触摸屏是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面产品，适用于 现场控制，可靠性高，编程简单，使用维护方便。在工艺参数较多又需要人机交互时使用触 摸屏，可使整个生产的自动化控制的功能得到大大的加强。在工业和一些电器设备中已经 很好地应用了，而在实际的交通控制和PLC交通实验中却还未得到应用。发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于触摸屏和PLC 的交通实验系统，帮助学生深刻理解PLC的工作原理和应用方法，激发学生的兴趣和创造 力，激励学生对交通智能管理的思考与探索，协助教师更好地完成教学任务。
技术方案一种基于触摸屏和PLC的交通实验系统，其特征在于所述交通实验系 统由触摸屏、PLC、交通灯灯具、串口通讯线以及直流电源组成，所述PLC通过串口通讯线与 触摸屏连接，PLC与交通灯灯具电连接，触摸屏、PLC、交通灯灯具和串口通讯线均由直流电 源供电。
所述触摸屏是TPC7062K。
所述PLC是西门子的S7-200系列的PLC。
所述交通灯灯具有12个工业信号灯组成，红灯、绿灯、黄灯各4个，与实际交通灯 分布排列相同。
所述串口通讯线是RS-485通信总线。
所述直流电源为直流电源24V。
一种基于触摸屏和PLC的交通实验系统的控制方法，包括以下步骤步骤(I):初始化，在触摸屏中设置红绿灯时间和时钟时间；步骤(2)-主方法根据时钟时间自动选择白天模式和夜间模式，白天模式下，红灯、绿 灯、黄灯根据设定时间正常轮流显示；夜间模式下，只有黄灯闪烁，红灯和绿灯不工作。
如果有急车要迅速通过红绿灯，还包括步骤(3)-急车通行子方法如果有急车要 迅速通过红绿灯，通过触摸屏的按键调用急车通行子方法，控制红绿灯的工作方式，达到急 车先行的目的。
所述步骤(2 )-主方法具体是指2a):通过触摸屏上的输入框控件，设定时钟时间和红绿灯时间，正常工作后，时钟时间 实时传输到PLC中的寄存器，设定的红绿灯时间数据传输到PLC方法中的控制红绿黄灯运 行时间的定时器上；2b) :PLC根据寄存器中的时钟时间判断是否在5点到22点之间，如果是，运行交通灯 白天模式；如果否，跳转到运行交通灯夜间模式；2c):根据触摸屏上急车通行按键是否按下，判断是否进行急车通行，如果否，继续运行 主方法；如果是，调用急车通行子方法；2d):如果否，再判断步骤是否结束；如果否，转到2b)处；如果是，结束。
所述步骤(3)-急车通行子方法具体是指3a):根据触摸屏上按键的操作，判断是否南北道通行，如果是，进入南北道通行的方 法；如果否，转到东西道通行的方法；3b):判断否返回到主方法，如果否，继续运行子方法的下一步；如果是，返回到主方法 的2b)处；3c):根据触摸屏上按键的操作，判断是否东西道通行，如果是，进入东西道通行的方 法；如果否，转到南北道通行的方法；3d):判断是否返回到主方法；如果否，转到3a)处；如果是，返回到主方法的2b)处。
有益效果是本发明提供的基于触摸屏和PLC的交通实验系统及其控制方法，与 实际交通系统原理基本相同，采用触摸屏和PLC控制技术，制作友好的人机界面，对红绿灯 进行监控，实现了对红绿灯时间设定、白天模式、夜间模式和急车通行的功能，让学生感受 到PLC对交通控制的实际应用；对学生进行全面训练，包括交通灯实验系统的设计与接线 训练、PLC控制系统的设计与硬件接线训练、PLC编程训练、触摸屏界面设计和系统软硬件 的调试训练，激发学生的兴趣和创造力，激励学生对交通灯控制的兴趣和对交通智能管理 的思考与探索，积极主动地去学习PLC有关知识。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，为一种基于触摸屏和PLC的交通实验系统，由触摸屏1、PLC2、交通灯 灯具3、串口通讯线4以及直流电源5组成，所述PLC2通过串口通讯线4与触摸屏I连接， PLC2与交通灯灯具3电连接，触摸屏1、PLC2、交通灯灯具3和串口通讯线4均由直流电源 5供电；所述触摸屏I是TPC7062K ;所述PLC2是西门子的S7-200系列的PLC ;所述交通灯 灯具3有12个工业信号灯组成，红灯、绿灯、黄灯各4个，与实际交通灯分布排列相同；所述 串口通讯线4是RS-485通信总线；所述直流电源5为直流电源24V。
进一步的，所述PLC的COM2 口接直流电源24V的负极，所述PLC的PORTl 口通过 串口通讯线RS-485连接到触摸屏的串口(DB9)上，所述PLC的输出端口 YO接交通灯灯具 的LO和L6的一端，所述PLC的输出端口 Yl接交通灯灯具的LI和L7的一端，所述PLC的 输出端口 Y2接交通灯灯具的L2和L8的一端，所述PLC的输出端口 Y3接交通灯灯具的L3 和L9的一端，所述PLC的输出端口 Y4接交通灯灯具的L4和LlO的一端，所述PLC的输出 端口 Y5接交通灯灯具的L5和Lll的一端。所述交通灯灯具L0、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、 L8、L9、L10、Lll的另一端接直流电源24V的正极。
如图2所示，为一种基于触摸屏和PLC的交通实验系统的控制方法，包括以下步 骤步骤(I):初始化，在触摸屏中设置红绿灯时间和时钟时间；步骤(2)-主方法根据时钟时间自动选择白天模式和夜间模式，白天模式下，红灯、绿 灯、黄灯根据设定时间正常轮流显示；夜间模式下，只有黄灯闪烁，红灯和绿灯不工作。
如果有急车要迅速通过红绿灯，还包括步骤(3)-急车通行子方法如果有急车要 迅速通过红绿灯，通过触摸屏的按键调用急车通行子方法，控制红绿灯的工作方式，达到急 车先行的目的。
所述步骤(2 )-主方法具体是指2a):通过触摸屏上的输入框控件，设定时钟时间和红绿灯时间，正常工作后，时钟时间 实时传输到PLC中的寄存器，设定的红绿灯时间数据传输到PLC方法中的控制红绿黄灯运 行时间的定时器上；2b) :PLC根据寄存器中的时钟时间判断是否在5点到22点之间，如果是，运行交通灯 白天模式；如果否，跳转到运行交通灯夜间模式；2c):根据触摸屏上急车通行按键是否按下，判断是否进行急车通行，如果否，继续运行 主方法；如果是，调用急车通行子方法；2d):如果否，再判断步骤是否结束；如果否，转到2b)处；如果是，结束。
所述步骤(3)-急车通行子方法具体是指3a):根据触摸屏上按键的操作，判断是否南北道通行，如果是，进入南北道通行的方 法；如果否，转到东西道通行的方法；3b):判断否返回到主方法；如果否，继续运行子方法的下一步；如果是，返回到主方法 的2b)处；3c):根据触摸屏上按键的操作，判断是否东西道通行，如果是，进入东西道通行的方 法；如果否，转到南北道通行的方法；3d):判断是否返回到主方法，如果否，转到3a)处；如果是，返回到主方法的2b)处。
为完成本发明，具体准备工作和设置如下在PC机上安装所述PLC的编程软件STEP 7 - MicroWIN，安装成功后，打开该软件，设 置通讯参数，PC/PPI的通讯地址设为0，接口使用C0M1，传输波特率用9. 6Kbps。根据要实 现的功能，画程序流程图，再编写梯形图，最后通过串口通讯线下载到PLC，设置PLC到RUN 状态。
在PC机上安装所述触摸屏的组态软件MCGS，安装成功后，打开该软件，新建工程， 根据所选触摸屏选择TPC的类型为TPC7062K，在设备窗口下，添加通用串口父设备，再添加 子设备即西门子S7-200PPI，并且修改串口端口号，以实现数据的正常传输，添加实验系统 用到的变量名，以及设置变量对应的类型，变量的端口和类型与PLC程序中的变量类型一 致。在用户窗口下，根据PLC的梯形图，在组态工具箱中选择合适的控件，经过不断的修改 和完善，可以实现界面形象逼真，功能强大完美的效果。最后通过专用数据线下载到触摸 屏。
软硬件各自完成后，进行实验系统的软硬件统一调试。根据交通灯的工作状态、 STEP7编程软件的监控和触摸屏的显示数据与效果，进行硬件系统的检查与修改、梯形图程 序的检查与修改和触摸屏控件的检查与修改，最后完成本实验系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于触摸屏和PLC的交通实验系统，其特征在于所述交通实验系统由触摸屏、PLC、交通灯灯具、串口通讯线以及直流电源组成，所述PLC通过串口通讯线与触摸屏连接，PLC与交通灯灯具电连接，触摸屏、PLC、交通灯灯具和串口通讯线均由直流电源供电。
2.根据权利要求1所述的基于触摸屏和PLC的交通实验系统，其特征在于所述触摸屏是 TPC7062K。
3.根据权利要求1所述的基于触摸屏和PLC的交通实验系统，其特征在于所述PLC是西门子的S7-200系列的PLC。
4.根据权利要求1所述的基于触摸屏和PLC的交通实验系统，其特征在于所述交通灯灯具有12个工业信号灯组成，红灯、绿灯、黄灯各4个，与实际交通灯分布排列相同。
5.根据权利要求1所述的基于触摸屏和PLC的交通实验系统，其特征在于所述串口通讯线是RS-485通信总线。
6.根据权利要求1所述的基于触摸屏和PLC的交通实验系统，其特征在于所述直流电源为直流电源24V。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于触摸屏和PLC的交通实验系统的控制方法，包括以下步骤 步骤(I):初始化，在触摸屏中设置红绿灯时间和时钟时间； 步骤(2)-主方法根据时钟时间自动选择白天模式和夜间模式，白天模式下，红灯、绿灯、黄灯根据设定时间正常轮流显示；夜间模式下，只有黄灯闪烁，红灯和绿灯不工作。
8.根据权利要求7所述的基于触摸屏和PLC的交通实验系统的控制方法，其特征在于如果有急车要迅速通过红绿灯，还包括步骤(3)-急车通行子方法如果有急车要迅速通过红绿灯，通过触摸屏的按键调用急车通行子方法，控制红绿灯的工作方式，达到急车先行的目的。
9.根据权利要求8所述的基于触摸屏和PLC的交通实验系统的控制方法，其特征在于所述步骤(2)-主方法具体是指 2a):通过触摸屏上的输入框控件，设定时钟时间和红绿灯时间，正常工作后，时钟时间实时传输到PLC中的寄存器，设定的红绿灯时间数据传输到PLC方法中的控制红绿黄灯运行时间的定时器上； 2b) :PLC根据寄存器中的时钟时间判断是否在5点到22点之间，如果是，运行交通灯白天模式；如果否，跳转到运行交通灯夜间模式； 2c):根据触摸屏上急车通行按键是否按下，判断是否进行急车通行，如果否，继续运行主方法；如果是，调用急车通行子方法； 2d):如果否，再判断步骤是否结束；如果否，转到2b)处；如果是，结束。
10.根据权利要求9所述的基于触摸屏和PLC的交通实验系统的控制方法，其特征在于所述步骤(3)-急车通行子方法具体是指 3a):根据触摸屏上按键的操作，判断是否南北道通行，如果是，进入南北道通行的方法；如果否，转到东西道通行的方法； 3b):判断否返回到主方法，如果否，继续运行子方法的下一步；如果是，返回到主方法的2b)处； 3c):根据触摸屏上按键的操作，判断是否东西道通行，如果是，进入东西道通行的方法；如果否，转到南北道通行的方法； 3d):判断是否返回到主方法；如果否，转到3a)处；如果是，返回到主方法的2b)处。
全文摘要
本发明公开了一种基于触摸屏和PLC的交通实验系统，包括触摸屏、PLC(可编程逻辑控制器)、交通灯灯具、串口通讯线以及直流电源，PLC通过串口通讯线与触摸屏连接，PLC与交通灯灯具电连接，系统各部分由直流电源供电。本发明的基于触摸屏和PLC的交通实验系统，PLC的运行数据通过电线表现在交通灯灯具上，同时通过串口通讯线将运行数据和交通灯的状态反映到触摸屏上，学习者在触摸屏上输入的指令也可以通过串口通讯线传递给PLC，以控制其运行方式，指令包括红绿灯时间设定、白天模式、夜间模式和急车通行；该系统可以使学习者能够创造性地设计触摸屏界面和梯形图方法，效果形象，功能强大，拓展实验内容，改善教学效果，也可激发学生学习PLC控制器的乐趣。
文档编号G09B19/14GK103021228SQ20121043908
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者苗红霞, 段蓉, 李潇, 王鹏彰, 王安琪, 张恒, 申晋晋 申请人:河海大学常州校区