基于PLC和力控的地铁自动售票系统设计

温娟

（江苏联合职业技术学院南京分院电气工程系，江苏南京，210019）

在传统的城市交通系统中，售票员以及检票员工作繁琐，耗费大量的人力财力，而自动售票系统可以完成他们的售票检票工作，同时还能自动完成统计以及审计工作，在此过程中会对各种数据进行采集，对相关的各种状态进行监控，从而实现地铁的售票、检票、统计、管理等自动化。随着我国城市现代化、城市化的进程加快，一线二线城市的地铁建设也随着快速发展，而且越来越多乘客也感受到传统的售票系统的不方便，他们提出了越来越高的要求。地铁自动售票机的出现发展使整个城市轨道交通系统更加自动化，对乘客更加方便，节省大量时间和人力，对整个城市的建设也有非常重要的作用。

为了实现自动售票机控制的精准度以及操作维护的方便，选择了工作可靠性高的PLC和稳定方便操作的力控组态软件，便于购票人的操作，且一旦出现问题，可及时通过修改后台程序解决问题。

在整个地铁自动售票系统中，自动售票机是主要设备，通常位于车站的入口大厅，乘客可以自行通过自动售票机购票。为了方便乘客，自动售票机可以接受一元硬币、纸币、支付宝、微信等所有常用的支付方式并且正确找零，只要改变参数设置即可。此外，为了方便统计与控制，自动售票机需与外部的计算机能够进行通信，并根据车站的计算机发出指令来完成各种文件的上传以及下载。

自动售票机内部的各个模块是由工控机统一控制的,为适应乘客需求，自动售票机必须具有基本的硬币支付、纸币支付、硬币找零、车票处理、触摸显示屏以及LED指示器等功能模块，本文设计的自动售票机系统还涉及到纸币找零模块。本设计主要针对售票系统中的售票过程控制进行设计，硬件选择便于维护的PLC，监控软件选择方便直观的力控组态软件，注重以下几方面的功能：第一、可以正确的选择及读取目标站点；第二、正确选择及读取购票数量；第三、购票出票；第四、找零。具体系统流程图如图1所示。

图1 系统流程图

高可靠性是所有电气设备的一个关键性能。因为采用了现代的大规模集成电路技术，采用了严格的工艺制造，内部电路也采取了较为先进的抗干扰的技术，所以PLC具有非常高的可靠性。另外，基于PLC的控制系统，与同等规模能量的继电接触器控制系统相比，关接点与电气接线都能减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。地铁售票机属于地铁站的基建工程，在使用要求方面要比普通的工业产品要求更高，地铁自动售票机是长期而且频繁使用的，时间长了后就比较容易出现各种故障。国产品牌的PLC售价较低，但还不是很稳定，综合考虑到国产品牌的PLC目前市场价值较低，所以本设计选用了国际知名品牌三菱FX系列PLC，控制稳定，平均的无故障时间可高达30万小时，那些使用冗余CPU的PLC的则更长，而且后期维护方便，编程简单，并且价格并不昂贵。再结合前期对地铁售票机的详细调查与整体分析，共需要6个输入点，13个输出点，考虑后期的升级改造，选型时需留有一定的备用点余量，本设计使用共32个输入输出点的FX5U-64MT/ES,完全能满足本设计的需求。

地铁售票系统采用了PLC和力控组态软件联合控制的方式。本设计以南京兴隆大街站为例，并选取2条地铁线（1号线，2号线），1号线包含27个站点，2好像包含24个站点。购票者可以选择出发站以及目的站，系统自动计算站数并给出票价；购票者还可以点击选择购买车票数量。本设计的地铁自动售票机系统可出售2-7元几种不同价格的车票。自动售票机设有两种投币口，纸币口可接收并识别“5元”、“10元”、“20元”的纸币；硬币口只能识别“1元”的硬币。本系统还设有一个退币口，找零或退币时，通过该口送出零钱。四个投币按钮有一个被按下时，直流电机正转一秒，停止后可进行下次投币操作。退币时，步进电机正传，转的周数为退币的金额数。指示灯1-6来显示金额数，投币1元，指示灯1亮；投币两元，指示灯2亮；六元及以上时，指示灯6亮。当投币的数额不足以购买车票时，报警灯闪烁1秒。照明灯在6点-21点时点亮。根据其功能要求选择三菱FX系列PLC的FX5U-64MT作为硬件控制器并设计I/O分配如表1所示。

表1 PLC I/O分配表

PLC用存储逻辑代替了传统的接线逻辑，从而大大减少了控制设备的外部接线，本设计中的地铁自动售票控制系统中，主接线采用的是220V电源供电，PLC 模块的输出信号端采用24V供电。输入X0-X5，功能分别为1元投币，5元纸币，10元纸币，20元纸币，确认，取消，使用按钮来模拟实际的投币功能。输出X0-X13，对应的设备是步进电机，指示灯1-6，报警灯，照明灯，直流电机，接入接触器线圈及对应的指示灯。

本设计的地铁自动售票系统的控制及监测是需要触摸屏、PLC以及力控的通信，上位机上通过对PLC编程进行部分功能的处理与实现，力控软件可以和PLC进行通信，通过力控组态画面进行点击控制运行，而力控组态的整个控制工程下发给触摸屏，这样用户就可以很方便的操作整个售票系统。

根据地铁自动售票机的功能要求和操作流程，将PLC控制程序分为初始化与复位、目标站点选取与识别、投币与识别、退币找零、指示灯/照明灯等五个模块。模块化的程序设计方便维护。以退币找零模块为例介绍，对应梯形图如图2所示。在付款界面时即M101得电，按下确认按钮X4,计算所投币钱数（D0）与购票所需钱数（D1）的差（D2）。当D2>0时，驱动步进电机转动，退出硬币；当D2

图2 退币找零模块梯形图

考虑到力控组态软件具有开放性好、适应性强、开发周期短、经济等优点，本设计采用力控软件。地铁自动售票系统软件是一个由不同功能模块搭建而成的，本设计采用了化整为零的模块化设计，将整个控制运行过程细化为多个功能模块，各个功能模块之间通过适当的设计安排连接成一个整体，这样我们在功能设计、程序编写、程序调试、程序修改以及后期的维护等方面都很方便。在力控Forcecontrol平台上，地铁自动售票机的界面是通过不同的窗口按照不同层次在程序的引导下呈现给用户的。组态软件流程图如图3所示。

图3 组态软件流程图

下面简单介绍一个窗口的实现。用户进入地铁自动售票系统后，主界面窗口如图4所示（默认本站为南京兴隆大街站）界面分为3个可操作区块，线路选择区块，快速购票区块和购票须知，同时上方设置滚动字幕和时间显示，实现方式如图5所示。

图4 系统主界面

图5 滚动字幕实现脚本

通过点1号线和2号线可查看各线路对应站点，点击要到达的站点自动计算出所需费用，并弹出购票通道，以南京兴隆大街站到新街口站为例，如图6所示。

图6 购票界面

本设计从地铁自动售票机的用户需求出发并以之为根本导向，较为全面和系统的研究设计了地铁自动售票机控制系统，包括系统的软硬件，如操作界面及其开发、PLC的选择及I/O分配、控制程序设计等，经过反复模拟运行和实际操作，发现该基于PLC和力控组态软件的地铁自动售票系统运行稳定，便于维护，能满足用户的基本功能需求。

电子制作2021年23期