基于PLC和力控的地鐵自動售票系統設計

溫娟

（江蘇聯合職業技術學院南京分院電氣工程系，江蘇南京，210019）

在傳統的城市交通系統中，售票員以及檢票員工作繁瑣，耗費大量的人力財力，而自動售票系統可以完成他們的售票檢票工作，同時還能自動完成統計以及審計工作，在此過程中會對各種數據進行采集，對相關的各種狀態進行監控，從而實現地鐵的售票、檢票、統計、管理等自動化。隨著我國城市現代化、城市化的進程加快，一線二線城市的地鐵建設也隨著快速發展，而且越來越多乘客也感受到傳統的售票系統的不方便，他們提出了越來越高的要求。地鐵自動售票機的出現發展使整個城市軌道交通系統更加自動化，對乘客更加方便，節省大量時間和人力，對整個城市的建設也有非常重要的作用。

為了實現自動售票機控制的精準度以及操作維護的方便，選擇了工作可靠性高的PLC和穩定方便操作的力控組態軟件，便于購票人的操作，且一旦出現問題，可及時通過修改后臺程序解決問題。

1 系統整體結構及思路設計

在整個地鐵自動售票系統中，自動售票機是主要設備，通常位于車站的入口大廳，乘客可以自行通過自動售票機購票。為了方便乘客，自動售票機可以接受一元硬幣、紙幣、支付寶、微信等所有常用的支付方式并且正確找零，只要改變參數設置即可。此外，為了方便統計與控制，自動售票機需與外部的計算機能夠進行通信，并根據車站的計算機發出指令來完成各種文件的上傳以及下載。

自動售票機內部的各個模塊是由工控機統一控制的,為適應乘客需求，自動售票機必須具有基本的硬幣支付、紙幣支付、硬幣找零、車票處理、觸摸顯示屏以及LED指示器等功能模塊，本文設計的自動售票機系統還涉及到紙幣找零模塊。本設計主要針對售票系統中的售票過程控制進行設計，硬件選擇便于維護的PLC，監控軟件選擇方便直觀的力控組態軟件，注重以下幾方面的功能：第一、可以正確的選擇及讀取目標站點；第二、正確選擇及讀取購票數量；第三、購票出票；第四、找零。具體系統流程圖如圖1所示。

圖1 系統流程圖

2 系統硬件設計

2.1 PLC的選型

高可靠性是所有電氣設備的一個關鍵性能。因為采用了現代的大規模集成電路技術，采用了嚴格的工藝制造，內部電路也采取了較為先進的抗干擾的技術，所以PLC具有非常高的可靠性。另外，基于PLC的控制系統，與同等規模能量的繼電接觸器控制系統相比，關接點與電氣接線都能減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。地鐵售票機屬于地鐵站的基建工程，在使用要求方面要比普通的工業產品要求更高，地鐵自動售票機是長期而且頻繁使用的，時間長了后就比較容易出現各種故障。國產品牌的PLC售價較低，但還不是很穩定，綜合考慮到國產品牌的PLC目前市場價值較低，所以本設計選用了國際知名品牌三菱FX系列PLC，控制穩定，平均的無故障時間可高達30萬小時，那些使用冗余CPU的PLC的則更長，而且后期維護方便，編程簡單，并且價格并不昂貴。再結合前期對地鐵售票機的詳細調查與整體分析，共需要6個輸入點，13個輸出點，考慮后期的升級改造，選型時需留有一定的備用點余量，本設計使用共32個輸入輸出點的FX5U-64MT/ES,完全能滿足本設計的需求。

2.2 PLC的I/O分配設計

地鐵售票系統采用了PLC和力控組態軟件聯合控制的方式。本設計以南京興隆大街站為例，并選取2條地鐵線（1號線，2號線），1號線包含27個站點，2好像包含24個站點。購票者可以選擇出發站以及目的站，系統自動計算站數并給出票價；購票者還可以點擊選擇購買車票數量。本設計的地鐵自動售票機系統可出售2-7元幾種不同價格的車票。自動售票機設有兩種投幣口，紙幣口可接收并識別“5元”、“10元”、“20元”的紙幣；硬幣口只能識別“1元”的硬幣。本系統還設有一個退幣口，找零或退幣時，通過該口送出零錢。四個投幣按鈕有一個被按下時，直流電機正轉一秒，停止后可進行下次投幣操作。退幣時，步進電機正傳，轉的周數為退幣的金額數。指示燈1-6來顯示金額數，投幣1元，指示燈1亮；投幣兩元，指示燈2亮；六元及以上時，指示燈6亮。當投幣的數額不足以購買車票時，報警燈閃爍1秒。照明燈在6點-21點時點亮。根據其功能要求選擇三菱FX系列PLC的FX5U-64MT作為硬件控制器并設計I/O分配如表1所示。

表1 PLC I/O分配表

2.3 PLC外部接線

PLC用存儲邏輯代替了傳統的接線邏輯，從而大大減少了控制設備的外部接線，本設計中的地鐵自動售票控制系統中，主接線采用的是220V電源供電，PLC 模塊的輸出信號端采用24V供電。輸入X0-X5，功能分別為1元投幣，5元紙幣，10元紙幣，20元紙幣，確認，取消，使用按鈕來模擬實際的投幣功能。輸出X0-X13，對應的設備是步進電機，指示燈1-6，報警燈，照明燈，直流電機，接入接觸器線圈及對應的指示燈。

3 系統軟件設計

本設計的地鐵自動售票系統的控制及監測是需要觸摸屏、PLC以及力控的通信，上位機上通過對PLC編程進行部分功能的處理與實現，力控軟件可以和PLC進行通信，通過力控組態畫面進行點擊控制運行，而力控組態的整個控制工程下發給觸摸屏，這樣用戶就可以很方便的操作整個售票系統。

3.1 PLC編程設計

根據地鐵自動售票機的功能要求和操作流程，將PLC控制程序分為初始化與復位、目標站點選取與識別、投幣與識別、退幣找零、指示燈/照明燈等五個模塊。模塊化的程序設計方便維護。以退幣找零模塊為例介紹，對應梯形圖如圖2所示。在付款界面時即M101得電，按下確認按鈕X4,計算所投幣錢數（D0）與購票所需錢數（D1）的差（D2）。當D2>0時，驅動步進電機轉動，退出硬幣；當D2<0時，報警器進行1秒的報警。

圖2 退幣找零模塊梯形圖

3.2 力控監控系統設計

考慮到力控組態軟件具有開放性好、適應性強、開發周期短、經濟等優點，本設計采用力控軟件。地鐵自動售票系統軟件是一個由不同功能模塊搭建而成的，本設計采用了化整為零的模塊化設計，將整個控制運行過程細化為多個功能模塊，各個功能模塊之間通過適當的設計安排連接成一個整體，這樣我們在功能設計、程序編寫、程序調試、程序修改以及后期的維護等方面都很方便。在力控Forcecontrol平臺上，地鐵自動售票機的界面是通過不同的窗口按照不同層次在程序的引導下呈現給用戶的。組態軟件流程圖如圖3所示。

圖3 組態軟件流程圖

下面簡單介紹一個窗口的實現。用戶進入地鐵自動售票系統后，主界面窗口如圖4所示（默認本站為南京興隆大街站）界面分為3個可操作區塊，線路選擇區塊，快速購票區塊和購票須知，同時上方設置滾動字幕和時間顯示，實現方式如圖5所示。

圖4 系統主界面

圖5 滾動字幕實現腳本

通過點1號線和2號線可查看各線路對應站點，點擊要到達的站點自動計算出所需費用，并彈出購票通道，以南京興隆大街站到新街口站為例，如圖6所示。

圖6 購票界面

4 結語

本設計從地鐵自動售票機的用戶需求出發并以之為根本導向，較為全面和系統的研究設計了地鐵自動售票機控制系統，包括系統的軟硬件，如操作界面及其開發、PLC的選擇及I/O分配、控制程序設計等，經過反復模擬運行和實際操作，發現該基于PLC和力控組態軟件的地鐵自動售票系統運行穩定，便于維護，能滿足用戶的基本功能需求。