基于MCGS的十字路口交通信号灯PLC控制实训

1.MCGS 组态软件概述
1.1 MCGS 组态软件的简要介绍
MCGS （Monitor and Control Generated System,通用监控系统）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。

MCGS 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、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
MCGS 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、农业自动化和航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。

1.2 MCGS 组态软件系统的构成 1.
2.1 MCGS 组态软件的整体结构
MCGS 软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。

组态环境相当于一套完整的工具软件，用来帮助用户设计和构造自己的应用系统。

运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。

组态环境和运行环境的关系如图1-1所示。

图1-1 组态环境与运行环境的关系图
两部分相互独立，有紧密相关。

由MCGS 生成的用户系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，如图1—2所示。

在MCGS
单机版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口，但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中有多个数据对象。

ＭＣＧＳ用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面、组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可对实时数据进行可视化处理。

多任务多线程：
图1-2组态环境与运行环境各自的控制工作
1.2.2MCGS组态软件的五大组成部分
用MCGS组态软件建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，如图1-3所示。

每一部分分别进行组态操作，可完成不同的工作，且具有不同的特性。

图1-3 MCGS用户应用系统结构框图
1.3MCGS组态软件功能和特点
MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用及开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。

MCGS的主要特点和基本功能如下：
（1）简单灵活的可视化操作界面
（2）实时性强、良好的并行处理性能
（3）丰富、生动的多媒体画面
（4）开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能（5）完善的安全体制
（6）强大的网络功能
（7）多样化的报警功能
（8）实时数据库为用户分步组态提供极大方便
（9）支持多种硬件设备，实现“设备无关”
（10）控制方便复杂的运行流程
（11）良好的可维护性和可扩展性
（12）用数据库来管理数据存储，系统可靠性高
（13）设立对象元件库，组态工作简单方便
（14）实现对工控系统的分布式控制和管理
2. 控制系统的设计
2.1控制要求
2.1.1 控制要求
信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。

到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。

在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。

到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。

东西红灯亮维持30秒。

南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。

同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

周而复始。

2.1.2 工作过程
当启动开关SD合上时，I0.0触点接通，Q0.2得电，南北红灯亮；同时Q0.2的动合触点闭合，Q0.3线圈得电，东西绿灯亮。

1秒后，T49的动合触点闭合，Q0.7线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。

维持到20秒，T43的动合触点接通，与该触点串联的T59动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。

又过3秒，T44的动断触点断开，Q0.3线圈失电，东西绿灯灭；此时T44的动合触点闭合、T47的动断触点断开，Q0.4线圈得电，东西黄灯亮，Q0.7线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。

再过2秒后，T42的动断触点断开，Q0.4线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达25秒，T37的动断触点断开，Q0.2线圈失电，南北红灯灭，T37的动合触点闭合，Q0.5线圈得电，东西红灯亮，Q0.5的动合触点闭合，Q0.0线圈得电，南北绿灯亮。

1秒后，T50的动合触点闭合，Q0.6线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。

又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T38动合触点闭合，与该触点串联的T59的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁；闪烁3秒，T39动断触点断开，Q0.0线圈失电，南北绿灯灭；此时T39的动合触点闭合、T48的动断触点断开，Q0.1线圈得电，南北黄灯亮，Q0.6线圈失电，模拟南北向行驶车的灯灭。

维持2秒后，T40动断触点断开，Q0.1线圈失电，南北黄灯灭。

这时起动累计时间达5秒钟，T41的动断触点断开，T37复位，Q0.3线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭。

上述是一个工作过程，然后再周而复始地进行。

2.2 输入输出分配表：
I0.0 Q0.0
I0.1 Q0.1
I0.2 Q0.2
I0.3 Q0.3
I0.4 Q0.4
I0.5 Q0.5
I0.6 Q0.6
I0.7 Q0.7 SD I1.0 Q1.0
I1.1 Q1.1
I1.2 Q1.2
I1.3 Q1.3
I1.4 Q1.4
I1.5 Q1.5
I1.6 Q1.6
I1.7 Q1.7
1M 1L
_ +
24V CPU 226 CN
图2—1 电气图
2.4系统程序设计2.4.1PLC程序
2.5 MCGS组态过程
2.5.1 建立工程
双击桌面“MCGS组态环境”图标，进入MCGS组态环境，如图2—2所示。

图2—2 MCGS组态环境
在菜单“文件”中选择“新建工程”菜单项，在“D：＼MCGS＼WORK＼”自动生成新建工程，将工程保存为“交通灯.MCG”。

2.5.2 设计监控画面
在MCGS组态平台上单击“用户窗口”，“新建窗口”，在“用户窗口”中新建一个“窗口0”，选中“窗口0”，点击“窗口属性”按钮，进入窗口属性设置界面，如图2—3所示。

将“窗口名称”和“窗口标题”选项中的内容改为“交通灯”，按“确认”按钮确认。

图2—3 “用户窗口属性设置”对话框按“动画组态”按钮，进入画面编辑窗口，如图2—4所示。

图2—4 动画制作窗口
在窗口中利用工具箱中的绘图工具，单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱。

工具箱中的图标用于从对象元件库中读取存盘的图形对象；图标用于把当前用户窗口中的图形对象存入对象元件库中，如图2—5所示。

图2—5 “对象元件库管理”对话框
从“对象元件库管理”中的“指示灯”中选取中意的灯，单击“确认”，则所选中的灯在桌面的左上角，可以改变其大小及位置。

从“对象元件库管理”中的“开关”中选取个开关。

用工具箱中的图标，可对图形对象进行文字注释。

通过图形组合，最后生成的画面如图2—6所示。

选择菜单项“文件”中的“保存窗口”，则完成了画面的保存。

图2—6 交通灯控制系统整体画面
2.5.3建立数据库变量
（1）首先定义数据变量。

在MCGS中，数据对象有开关型数值型字符型事件型和组对象等五种类型。

不同类型的数据对象，属性不同，用途也
不同。

根据此次控制要求，监控画面中十二个交通灯和两个开关灯均
为开关量。

（2）设定实时数据库。

单击工作台的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口。

按“成组增加”按钮，弹出成组增加窗口，根据工程需
要进行设置结果如图2—7所示。

（3）设定数据对象属性。

选中变量，按“对象属性”按钮，则打开“数据对象属性设置”对话框。

图2—7 “实时数据库”选项卡
2.6参数的设置
2.6.1对灯的参数设置
以东路绿灯为例说明。

在属性选项卡中，需要对灯的颜色进行设置，如图2－8所示。

在填充选项卡中，需要对表达式进行相应的数据连接（Data12），填充颜色的连接，分段点0对应黑色，分段点1对应绿色。

分别表示对应交通灯的亮和熄灭如图2－9所示。

图2－8交通灯的颜色设置图2－9交通灯的参数设置
其余的各路交通灯都以上述设定，只是需要改变颜色和连接表达式的值。

表达式表如下所示（表2－3 交通灯参数设置对应数据对象与输入输出端子对应表和表2－4 对应数据对象与交通灯输出端子对应表）：
表2－3 交通灯参数设置对应数据对象与输入输出端子对应表
表2－4 对应数据对象与交通灯输出端子对应表
在组态工作台界面中，用鼠标单击“设备窗口”选项，出现设备窗口图标并双击设备组态窗口；在此窗口中通过设备工具箱，完成设备组态，如图2—10所示。

图2—10 设备组态窗口
设备组态完成后，双击“通用串口父设备0”，进入通用串口父设备属性编辑界面，根据设备通讯要求和连接情况，完成通用串口父设备属性编辑界面中相关的参数设置，具体设置如图2—11 所示，按“确认”完成设置。

图2—11 通用串口父设备属性编辑窗口
返回设备组态窗口，双击“设备1—[西门子S7—200PPI]”进入设备属性设置窗口，在此窗口中有“基本属性”、“通道连接”、“设备调试”、“数据处理”选项卡。

在交通灯控制中，不涉及“数据处理”。

其余三项设置如图2-12、表2-5、2-6所示。

在设备调试窗口中，如果“通讯状态标志”栏中，显示“0”则表示通讯正常，若显示“—1”则表示通讯不正常。

图2－12设备1—[西门子S7—200PPI]
通道连接依照下表进行连接：
表2－5 交通灯参数设置对应数据对象与输入输出端子对应表
对应数据对象输入输出接口端子
Data 01 I 000.1
Data 02 I 000.2
Data 03 I 000.3
Data 04 I 000.4
Data 05 I 000.5
Data 06 I 000.6
Data 07 I 000.7
Data 08 Q 000.0
Data 09 Q 000.1
设备调试：
依照下表进行连接：
表2－6交通灯设备联系表
3交通灯监控界面
3.1 交通灯监控界面
通过以上设置，并配合做一些美化设计就得到了如图3－1的交通灯监控界面工作时的状态。

图3－1交通灯监控界面
3.2运行时状态
东西方向车辆通行状态如图3—2，南北方向车辆通行如图3—3，东西方向红灯南北方向黄灯闪烁如图3—4，南北方向红灯东西方向黄灯闪烁如图3—5
图3—2东西方向车辆通行
图3—3南北方向车辆通行
图3—4东西方向红灯南北方向黄灯闪烁
图3—5南北方向红灯东西方向黄灯闪烁
题目要求：
南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。

到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。

在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。

到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。

东西红灯亮维持30秒。

南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。

同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

周而复始
经测试符合题目要求。

4 结束语
随着科学技术发展的日新月异，PLC及工控组态技术已经成为我们生活中的一部分，几乎可以说是无处不在。

对于学习PLC及工控组态技术知识的我，此次实训培养了我综合运用所学知识、发现问题和解决问题及锻炼实践的能力。

实践是检验自我学习能力的一个重要方法，通过这次的课题设计知道自己在PLC学习的不足，希望亡羊补牢为时不晚。

希望自己以后能更加的用心完成类似的任务。

花时间和精力没有什么做不好的。

在实验过程中也出现了一些突发问题，例如“通讯的建立与连接参数的设置”，把文件复制出来之后出现“工程文件不存在”，“连接线的问题”在老师的耐心讲解之下最终使问题得到了解决。

回顾此次实训，时间虽然不长，但是在此实训中学到了很多有用的东西。

我的题目是基于MCGS的十字路口交通灯的设计，经过老师的讲解和自己在书上查找资料，逐步了解了自己要设计的是什么、该设计的工作原理及该出现的运行结果，并且掌握了怎样使MCGS与PLC进行通讯及设置MCGS的组态过程。

通过这次写课程论文，我感觉有很大的收获：首先，通过学习使自己这学期对课本上的专业知识可以应用于实际，使得理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时也锻炼了自己个人的动手能力；能够充分利用图书馆、网络资源去查阅相关资料，增加了许多课本以外的知识，慢慢地能达到学以致用。

对我们学生来说，理论与实际同样重要！
恳请老师指出不足之处！
5 参考文献
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