摘 要本文在全面讨论车道控制机技术的基础上，深入研究了其中的控制系统结构。从系统设计的角度出发，提出了基于plc的控制系统解决方案。通过组态软件“wincc”，设计讨论了车道控制机的软件和硬件及其组态，并建立了控制机内外控制部分的集成监控系统。在分析车道控制系统功能的基础上，确定了系统的整体结构。本文重点对车道收费流程控制方案进行了深入而详细的讨论，并提出了基于PLC的车道控制组态设计。通过组态软件与PLC的实时通信，实现了系统的实时监测、自动控制和运行诊断。本文方案满足了系统可靠性、稳定性和时效性要求功能，体现了先进性和实用性的统一。关键词 车道控制，WinCC，PLCAbstract On the basis of the comprehensive discussion of roadway controller technology,this paper presents a thorough study of the control system structure.From the Angle of system design,one scheme is proposed based on PLC.We discussed the design of the roadway controller system and its software and hardware configuration through the configuration software “WinCC”.And an integrated monitoring system to monitor the systems internal and external components is established.The overall structure of the system is determined based on the analysis of the roadway controller systems function. To PLC as a tool,in-depth discussion of the driveway charging process plan has been taken.Focus on the configuration of the system,a PLC-based configuration design is proposed.The system could achieve its real-time monitoring, controlling and operation diagnosis by means of the real-time communication between the configuration software and the PLC.This scheme could meet the system reliability and stability and time-effectiveness demand function, embodies the unity of advancement and practicability.Key Words Roadway controller , WinCC , PLC目 录摘 要IAbstractI1 绪 论11.1车道控制机技术11.2车道控制系统11.3 WinCC的性能特点21.4论文的主要研究内容32 车道控制机基本设备及其控制32.1 车辆检测器及自动栏杆32.2 图像采集设备与称重模块4 2.3 操作员键盘与费额显示屏72.5 报警系统122.6系统电气图及系统集成123 纯软件车道控制机综合系统的设计143.1 组态软件简介143.2 WinCC Flexible系统的结构163.3 车辆通过监控仿真183.4 车辆收费仿真263.5 外部设备仿真293.6 车辆计数及费用统计仿真313.7 报警仿真353.8 警报鸣笛仿真414 基于组态软件和PLC的车道控制仿真系统设计424.1 可编程控制器的组成424.2 可编程控制器的工作原理434.3 虚拟车道控制机系统的硬件结构454.4 WinCC flexible与PLC的集成454.5 触摸屏的通信连接 485 结论515.1 本课题的研究成果515.2 车道控制机的发展趋势51谢 辞52参考文献52附录1：外文资料翻译54A1.1：PLC和电气工程技术概述（译文） 54A1.2: PLC and Electrical Engineering (原文)55附录2：车道控制系统主画面58附录3：车道控制运行组态主画面59附录4：车型判断组态主画面60附录5：外部设备控制组态主画面61附录6：计数统计组态主画面62附录7：报警主画面63附录8：警报鸣笛主画面64附录9：车道控制机主电气图65 1 绪 论1.1车道控制机技术在高速公路车道收费设备中，车道控制机是最重要的核心部分，向上与收费站计算机系统通信，往下控制所有外部设备，如：车辆检测器、通行信号灯、天棚信号灯、雾灯、自动栏杆、费额显示器、操作员键盘、视频数据采集器等。据此，车道控制机应具有如下基本功能：1 车道控制机与上位机通信可达到控制车辆通行2 车道控制机可依靠自身逻辑控制达到对通行车辆称重、计价、费额显示，并与上位机通信完成收费3 车道控制机通过视频数据采集设备自动采集通行车辆信息，将车辆图像信息上传至上位机4 在自动控制得基础上，操作员可手动操控外围设备的运行1.2车道控制系统车道控制系统一般包括上位机、车道控制机和外部设备三大部分。上位机即车道收费站计算机，采用可满足数据通信要求的计算机。车道控制机则可由不同种类的控制器或控制设备完成，例如PLC、工控机、单片机等。其他辅助设备有电源、托架等。本文采用西门子STEP7-300 PLC为逻辑控制器构成车道控制机。外部设备包括：车辆检测器、挡车器、通行信号灯、天棚信号灯、雾灯、自动栏杆、费额显示器、操作员键盘、视频数据采集器、通信线缆、车辆称重模块、报警灯等。我国目前尚未对车道控制机出台专项国家标准，但车道控制机作为高速公路收费系统的核心设备，必须以可靠、稳定、高效的系统要求为设计准则，从而达到精确管理车辆的目的。1.3 WinCC的性能特点WinCC是西门子公司开发的组态技术软件。西门子公司的HMI/SCADA软件系统WinCC在中国乃至全球有着广泛应用，凭籍西门子在工业自动化领域的雄厚技术实力和广泛采用创新和开放的软件技术，WinCC在各个工业领域的应用已经硕果累累。 西门子公司的WinCC 是 Windows Control Conter （视窗控制中心）的简称。它集成了SCADA、组态、脚本（Script）语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统（Windows 2000 或XP）环境下使用各种通用软件的功能。WinCC继承了西门子公司的全集成自动化（TIA）产品的技术先进和无缝集成的特点。作为SIMATIC全集成自动化系统的重要组成部分，WinCC确保与SIMATIC S5,S7和505系列的PLC连接的方便和通讯的高效；WinCC与STEP7编程软件的紧密结合缩短了项目开发的周期。此外WinCC还有对SIMATIC PLC进行系统诊断的选项，给硬件维护提供了方便。WinCC的主要性能特点：1 创新软件技术的使用。WinCC是基于最新发展的软件技术。西门子公司于Microsoft公司的密切合作保证了用户不断创新的技术。2 包括所有SCADA功能在内的客户机/服务器系统。3 可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务。4 众多的选件和附加件扩展了基本功能。5 使用Microsoft SQL Sever 2000作为其作为其组态数据和归档数据的存储数据库，可以使用ODBC,DAO,OLE-DB,WinCC-DB 和ADO方便地访问归档数据。6 强大的标准接口（如OLE,ActiveX和OPC）。WinCC提供了OLE,DDE,ActiveX，OPC服务器和客户机等接口或控件，可以很方便地与其他应用程序交换数据。7 全集成自动化TIA（Totally Integrated Automation）的部件。TIA集成了西门子公司的各种产品包括WinCC。TIA意味着在组态、编程、数据存储和通讯方面的一致性。11.4论文的主要研究内容本课题是利用组态软件“WinCC”作为软件开发平台，将车道控制机的各控制子系统作为对象，设计监视控制画面，研究基于PLC的车道控制组态设计；通过组态软件与PLC的实时通信，实现对PLC控制的车道收费系统的模拟。主要研究内容包括：1设计组态软件画面，实现对各控制子系统运行情况的控制与监视。其中包括：车辆通行计数，车辆称重，收费器费额显示，车道信号灯，自动栏杆，棚灯，雾灯，报警器，挡车器、操作员键盘等2用组态软件实现对车道控制及收费的模拟，包括：车辆通过演示，车辆计数演示，费额显示，车辆称重演示，信号灯，自动栏杆起落演示，棚雾灯开关演示。通过组态软件中命令语言编写的程序，使虚拟车道控制机完成相应的运动，用画面上的窗口来显示来自PLC的各种状态信息，编写PLC控制程序，通过计算机与PLC串行通信交换信息和组软件接收和执行PLC对车道控制机发出的各种命令，用PLC来控制“虚拟”车道控制机。 2 车道控制机基本设备及其控制2.1 车辆检测器及自动栏杆一车辆检测器控制功能综述 车辆检测器是在每条收费车道出口处的路面下埋设环形线圈检测器，用于统计驶出车道的车辆数和控制自动栏杆。当车道处于关闭状态时，检测器仍处于工作状态，以检测在车道关闭时的违章车辆。车辆检测器已发展到可自动识别车型，其广泛应用于ETC中。本文中使用的是只具有计数，栏杆控制功能的线圈检测器。1检测车辆通过完成并计数车辆检测器主要通过线圈检测车辆压过，完成车辆通过次数计数，将感应线圈放置在车道上，每当一辆车经过记一次数。并将计数统计所得数据上传至上位机保存，上位机即收集到统计数据保存以备查看。2检测车辆位置并连接视频图像采集设备捕捉车辆图像信息 车辆检测器线圈感应到车辆经过时，向车道控制机发出信号，车道控制机接收到该信号即刻发出指令，调动视频数据采集装置，即摄像机，抓拍下车辆信息。包括车牌，车身照。该图像信息将自动上传保存至上位计算机。计算机通过自动分析车牌软件可获取该车车牌号码，并与系统联网，保存该数据入数据库，以备查看。3 控制自动栏杆联动 当线圈检测器感应到车辆驶出收费车道时，检测器即刻向车道控制机发出信号，车道控制机接收该信号时，发出指令，将自动栏杆落下，以示意车辆停车缴费。4车辆检测器的正常运行过程当车辆即将进站，车辆检测器通过线圈感应到车辆，即刻发出信号，车道控制机接收到该信号，分别向数据图像采集设备、自动栏杆发出指令，由此摄像机即刻抓拍车辆图像，包括车身以及车牌图像；自动栏杆落下，车辆进站完成。 上位机同时记录下一次车辆通过，并将接收到的图像信息，统计数据，分析完成得到的车辆信息保存至计算机，并在一定的时间内上传至联网数据库，以备查看。由此车辆