XX交通燈課程設(shè)計(jì)報(bào)告

《工業(yè)控制裝置與系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)201到201學(xué)年第學(xué)期系別專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師 華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院自動(dòng)化系201年月

教師評(píng)語(yǔ)成績(jī)：教師簽名：目錄1內(nèi)容概述 11.1被控對(duì)象介紹 11.2控制要求 21.3本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制設(shè)備 31.4本設(shè)計(jì)目標(biāo)與內(nèi)容 42系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 42.1端口分配及接線圖 43控制系統(tǒng)軟件開發(fā)與調(diào)試 63.1主要軟件應(yīng)用 63.2PLC程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 53.2.1技術(shù)路線 63.2.2PLC程序流程圖 73.2.3PLC程序設(shè)計(jì) 83.2.4程序分析 133.3PLC程序測(cè)試 133.3.1PLC程序的調(diào)試 133.3.2PLC程序下載 143.4人機(jī)界面設(shè)計(jì)與調(diào)試 143.4.1人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 143.4.2人機(jī)地址設(shè)置 143.4.3人機(jī)輸入按鈕及輸出顯示設(shè)置 153.4.4人機(jī)通訊 164系統(tǒng)連機(jī)調(diào)試及其運(yùn)行結(jié)果 185總結(jié)與展望 19參考文獻(xiàn) 201內(nèi)容概述1.1被控對(duì)象介紹交通燈系統(tǒng)組成：本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂刂葡到y(tǒng)主要包括十字路口交通燈實(shí)物模型、輸入輸出接口區(qū)、可編程控制器、上位計(jì)算機(jī)等構(gòu)件。（1）十字路口交通燈實(shí)物模型由仿真實(shí)物建筑模型、車輛實(shí)物模型、道路模型及交通指揮燈等部件組成；具有指示和控制、啟/停按鈕、手/自動(dòng)按鈕、行人呼叫按鈕、四方向紅/黃/綠燈指示模塊等，為系統(tǒng)的被控對(duì)象。（2）輸入輸出接口區(qū)安裝有輸入輸出接口端子及電源輸入端子，用于系統(tǒng)信號(hào)的輸入輸出接線及電源供給。整套系統(tǒng)供電電源為DC24V。（3）可編程控制器本系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）作為控制機(jī)構(gòu)元器件，它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)輸入、輸出信息的處理和儲(chǔ)存、控制。它驗(yàn)證不同的系統(tǒng)控制信息（啟動(dòng)/停止、手動(dòng)/自動(dòng)等）從而使系統(tǒng)以不同的控制模式運(yùn)行；另外，它還接受系統(tǒng)各種請(qǐng)求信息（例如：行人呼叫等），并根據(jù)不同方向的請(qǐng)求信息進(jìn)行不同的響應(yīng)等。（4）上位計(jì)算機(jī)安裝有PLC編程軟件的計(jì)算機(jī)作為上位編程工具，對(duì)PLC進(jìn)行不同類型的編程，使PLC實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。1.2控制要求基于PLC控制的紅綠燈系統(tǒng)的控制要求如下：1、自動(dòng)模式：（1）初始狀態(tài)：東西紅燈點(diǎn)亮，南北綠燈點(diǎn)亮，手自動(dòng)模式為自動(dòng)。（2）東西紅燈點(diǎn)亮20秒，南北綠燈點(diǎn)亮20秒。（3）東西紅燈點(diǎn)亮3秒，南北綠燈閃爍3秒。（4）東西紅燈點(diǎn)亮2秒，南北黃燈點(diǎn)亮2秒。（5）東西綠燈點(diǎn)亮20秒，南北紅燈點(diǎn)亮20秒。（6）東西綠燈閃爍3秒，南北紅燈點(diǎn)亮3秒。（7）東西黃燈點(diǎn)亮2秒，南北黃燈點(diǎn)亮2秒。手動(dòng)模式：（1）初始狀態(tài)：東西紅燈點(diǎn)亮，南北綠燈點(diǎn)亮，手自動(dòng)模式為自動(dòng)。（2）東西紅燈點(diǎn)亮20秒，南北綠燈點(diǎn)亮20秒。（3）東西紅燈點(diǎn)亮3秒，南北綠燈閃爍3秒。（4）東西紅燈點(diǎn)亮2秒，南北黃燈點(diǎn)亮2秒。（5）東西綠燈點(diǎn)亮20秒，南北紅燈點(diǎn)亮20秒。（6）東西綠燈閃爍3秒，南北紅燈點(diǎn)亮3秒。（7）東西黃燈點(diǎn)亮2秒，南北黃燈點(diǎn)亮2秒。1.3本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制設(shè)備圖1、1控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D（1）、系統(tǒng)中設(shè)備IP地址分配。PLCIP地址：00研華觸摸屏IP地址：0本系統(tǒng)利用西門子S7-300可編程序控制器，介紹所用的PLC型號(hào)及模塊配置。 電源（PS）：PS3075A中央處理器（CPU）：315-2DP通訊處理器（CP）：CP343-1本系統(tǒng)的觸摸屏是研華觸摸屏，10.1寸WebOP-2100T采用ARM9-based

RISC高效能處理器，自帶內(nèi)存和閃存。并配有10.1"

LED背光模式的LCD顯示屏，本身自帶的即時(shí)操作系統(tǒng)及研華最新推出的WebOP

Designer的組態(tài)軟件，使得WebOP-2100T不僅可與PLCs，運(yùn)動(dòng)/熱控制器，變頻器和傳感器等多種工業(yè)設(shè)備無(wú)縫相連，完美協(xié)作，還可借助多種通訊接口與其它設(shè)備輕松相連，并可通過(guò)串口、以太網(wǎng)、USB下載運(yùn)行數(shù)據(jù)。WebOP-2100T人機(jī)界面可與300多種PLC產(chǎn)品無(wú)縫兼容。支持RTC，RAM電池備份和WVGA

操作面板，確保在PLC偶爾出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)文件依然安全。在與傳統(tǒng)操作面板/人機(jī)界面小型SCADA系統(tǒng)/人機(jī)界面+通訊網(wǎng)關(guān)等產(chǎn)品進(jìn)行比較時(shí)，帶

WebOP

Designer的WebOP-2100T兼具優(yōu)異性價(jià)比和完美性能，是多元化產(chǎn)品市場(chǎng)中理想的應(yīng)用選擇。1.4本設(shè)計(jì)目標(biāo)與內(nèi)容開發(fā)PLC控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈對(duì)象的控制，同時(shí)，編寫觸摸屏程序，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)觸摸屏對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。因此，本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：（1）熟悉被控對(duì)象，了解其控制要求（2）系統(tǒng)硬件接線（3）進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)硬件配置與組態(tài)（4）控制系統(tǒng)PLC軟件開發(fā)（5）觸摸屏人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)（6）系統(tǒng)調(diào)試2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案端口分配及接線圖在此次設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)占用13個(gè)PLC的I/O端口，分別是6個(gè)輸入端口和6個(gè)輸出端口，具體的I/O分配如表2.1所示。表2.1自動(dòng)送料裝置系統(tǒng)I/O地址序號(hào)PLC地址電氣符號(hào)功能說(shuō)明1I0.0SB1總開關(guān)2I0.1SB2手/自動(dòng)3I0.2SB3A-B、B-A呼叫4I0.3SB4C-D、D-C呼叫5I0.4SB5B-C、C-B呼叫6I0.5SB6A-D、D-A呼叫7Q0.1L1南北紅燈8Q0.2L2東西綠燈9Q0.3L3東西黃燈10Q0.4L4東西紅燈11Q0.5L5南北綠燈12Q0.6L6南北黃燈13PLC輸入端1M、2M等公共端接本模型電源輸入“+24V”電源正端14PLC輸出端1L、2L、3L等公共端接本模型電源輸入“COM”端電源地端PLCI/O接線圖如圖2-2所示。圖2-2PLC端子外部接線圖3控制系統(tǒng)軟件開發(fā)與調(diào)試3.1主要軟件應(yīng)用紅綠燈系統(tǒng)主要應(yīng)用軟件：（1）STEP7STEP7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC

S7、M7、C7和基于PC的WinAC的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。其版本Step7——S7-300/400的編程軟件，編程方式僅局限于LAD，STL，F(xiàn)BD。（2）人機(jī)界面WebOPDesignerWebOPDesigner是一款功能強(qiáng)大且直觀的軟件，可為WebOP系列人機(jī)界面產(chǎn)品建立完整的解決方案。WebOPDesigner已經(jīng)得到很多應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)可，是一款簡(jiǎn)便應(yīng)用的集成可發(fā)工具?？蓭椭褂谜邚慕鉀Q方案角度直接在屏幕上進(jìn)行編程和高端矢量繪圖。WebOPDesigner具備多種語(yǔ)言版本的Windows字體、菜單、警報(bào)、數(shù)據(jù)記錄和操作日志記錄，此外，還擁有在線和離線仿真、數(shù)據(jù)傳輸助手(DTH)，菜單編輯器和文本編輯器等功能，為使用者進(jìn)行編程提供極大的便利。WebOP系列人機(jī)界面在運(yùn)行時(shí)，得益于WebOPDesigner組態(tài)軟件的良好設(shè)計(jì)，確保了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和WebOP系列人機(jī)界面的良好性能，實(shí)現(xiàn)壓秒級(jí)屏幕切換，真正實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)間斷運(yùn)轉(zhuǎn)。3.2PLC程序設(shè)計(jì)與調(diào)試根據(jù)可編過(guò)程控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求，在軟件規(guī)格說(shuō)明書的基礎(chǔ)上，用相應(yīng)的編程語(yǔ)言指令，編制實(shí)際應(yīng)用程序并形成程序說(shuō)明書的過(guò)程就是程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)要對(duì)做一些必要的準(zhǔn)備工作，首先要了解系統(tǒng)的概況形成整體概念。其次熟悉被控對(duì)象、編出高質(zhì)量的程序。再次，充分利用已有的硬件和軟件工具。如果是利用計(jì)算機(jī)編程，可以大大提高編程的效率和質(zhì)量。3.2.1技術(shù)路線本文主要研究用PLC控制紅綠燈系統(tǒng)的應(yīng)用?？傮w技術(shù)框架如圖3-1所示。圖3-1總體技術(shù)框架3.2.2PLC程序流程圖PLC采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，其程序設(shè)計(jì)同樣可遵循軟件工程設(shè)計(jì)方法，程序工作過(guò)程可用流程圖3-2表示。由于PLC的程序執(zhí)行為循環(huán)掃描工作方式，因而與計(jì)算機(jī)程序框圖不同點(diǎn)是，PLC程序框圖在進(jìn)行輸出刷新后，再重新開始輸入掃描，循環(huán)執(zhí)行。因此用程序流程圖來(lái)分析問(wèn)題，可大大減少問(wèn)題的難度，同時(shí)也可以縮短編程的時(shí)間。圖3-2交通燈PLC程序流程圖3.2.3PLC程序設(shè)計(jì)紅綠燈程序圖如圖3-3所示。本實(shí)驗(yàn)用到一個(gè)組織塊，除了定時(shí)器以外沒(méi)有用到功能塊。圖3-3PLC程序梯形圖3.2.4程序分析1、自動(dòng)狀態(tài)（1）初始狀態(tài)：南北紅的燈亮25秒，東西綠燈亮20秒。（2）東西綠燈閃爍3秒，之后東西黃燈亮2秒。（3）東西紅燈亮25秒，南北綠燈亮20秒。（4）南北綠燈閃爍3秒，南北黃燈亮2秒。（5）恢復(fù)初始狀態(tài)，如此循環(huán)。2、手動(dòng)狀態(tài)交通燈停止當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，如果東西方向呼叫，東西綠燈亮10秒，南北紅燈亮10秒，如果南北方向呼叫，南北綠燈亮10秒，東西紅燈亮10秒。10秒之后，交通燈恢復(fù)自動(dòng)初始狀態(tài)。3.3PLC程序測(cè)試3.3.1PLC程序的調(diào)試將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，首先要對(duì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仔細(xì)檢查，并改正寫入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號(hào)可以用按鈕來(lái)模擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來(lái)顯示?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開關(guān)或按鈕來(lái)模擬實(shí)際的反饋信號(hào)，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。對(duì)于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時(shí)，是否發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步是否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步，以及各步，被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。3.3.2PLC程序下載程序編譯完之后，STEP7及PLC之間的通信關(guān)系也成功建立，此時(shí)可向PLC下載程序，然后收集狀態(tài)監(jiān)控或調(diào)試程序，進(jìn)一步排查程序的對(duì)錯(cuò)。STEP7提供了一套工具來(lái)調(diào)試和監(jiān)控程序。。3.4人機(jī)界面設(shè)計(jì)與調(diào)試人機(jī)界面是由WebOPDesigner軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制，并通訊傳送到PLC對(duì)應(yīng)的觸摸屏上進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的控制。3.4.1人機(jī)界面的設(shè)計(jì)根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，在WebOPDesigner軟件中繪制界面，并進(jìn)行美化。如圖3-5所示。3.4.2人機(jī)地址設(shè)置根據(jù)自動(dòng)送料裝車系統(tǒng)的PLC程序，將對(duì)應(yīng)的地址錄入在WebOPDesigner軟件的標(biāo)簽里易于在人機(jī)畫面里編輯。輸入和輸出應(yīng)和程序里的相對(duì)應(yīng)，這樣人機(jī)才能達(dá)到監(jiān)控和控制的目的。地址標(biāo)簽如圖3-6所示。圖3-5交通燈系統(tǒng)人機(jī)界面3.4.3人機(jī)輸入按鈕及輸出顯示設(shè)置在人機(jī)界面設(shè)置中，每個(gè)輸入和輸出都有對(duì)應(yīng)的顯示，例如“啟動(dòng)”按鈕的設(shè)置，如圖3-7所示，首先先要設(shè)置按鈕的外觀，然后從圖庫(kù)導(dǎo)入圖片。其次要修改“1”和“0”2個(gè)狀態(tài)的顯示。“1”表示總開關(guān)為開的時(shí)候，顯示則為綠色按鈕按下去的狀態(tài)；“0”表示總開關(guān)為關(guān)的時(shí)候，顯示為紅色按鈕未按下去的狀態(tài)。然后設(shè)置按鈕的功能，為設(shè)“1”或者設(shè)“1”脈沖。最后更改按鈕所監(jiān)視的地址，從而達(dá)到控制的效果，比如“啟動(dòng)”的地址M2.0，所以“啟動(dòng)”按鈕所要監(jiān)視的地址就是M2.0。圖3-6人機(jī)標(biāo)簽表圖3-7“啟動(dòng)”按鈕設(shè)置行人呼叫指示燈有3種狀態(tài)，分別為紅、綠、黑，人機(jī)界面的位指示燈，只有0、1兩種狀態(tài)，為了使行人呼叫指示燈更加真實(shí)，我們采用指示燈受位控制，如圖3-8所示，比如，當(dāng)紅燈信號(hào)為1時(shí)，此等才顯示，信號(hào)為0時(shí)不顯示。把這種受位控制的紅、綠、黑燈疊放在一起，就實(shí)現(xiàn)了類似3種狀態(tài)的位指示燈功能。圖3-8行人呼叫位指示燈3.4.4人機(jī)通訊當(dāng)?shù)刂泛彤嬅娑荚O(shè)計(jì)好之后，就可以將成品上傳到與PLC匹配的觸摸屏上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求就可以進(jìn)行控制。根據(jù)觸摸屏IP地址0，用乙太網(wǎng)進(jìn)行鏈接，人機(jī)下載設(shè)置方法如圖3-9所示。傳輸?shù)饺藱C(jī)界面后，人機(jī)界面運(yùn)行的界面如圖3-10所示。圖3-9人機(jī)下載界面圖3-10人機(jī)運(yùn)行界面4系統(tǒng)連機(jī)調(diào)試及其運(yùn)行結(jié)果這里寫連機(jī)調(diào)試結(jié)果聯(lián)機(jī)調(diào)試結(jié)果和預(yù)期一致。

5總結(jié)與展望通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)以前學(xué)的課本知識(shí)有了更深入的學(xué)習(xí)，通過(guò)自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，自己設(shè)計(jì)，在不斷的查閱資料，和老師同學(xué)的幫助下，成功的完成了實(shí)驗(yàn)。雖然過(guò)程比較艱辛，但是成功做出實(shí)驗(yàn)后卻很開心。這次實(shí)驗(yàn)讓我有機(jī)會(huì)把理論和實(shí)踐相結(jié)合，鍛煉了我用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在剛開始實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我是一頭霧水，雖然理論知識(shí)比較熟悉，但是實(shí)際運(yùn)用中卻很困難，讓我體會(huì)實(shí)際動(dòng)手解決問(wèn)題能力的重要性。自動(dòng)化專業(yè)不僅需要扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，在各方面都應(yīng)該有涉足。就像我們這次實(shí)驗(yàn)，如果對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信這方面知識(shí)不了解的話，就不會(huì)用DOS命令行檢驗(yàn)電腦和PLC的連接情況，實(shí)驗(yàn)中就會(huì)發(fā)現(xiàn)電腦老是和PLC連不上，就會(huì)經(jīng)常把PLC弄錯(cuò)誤，還得弄MPI總線刷。其實(shí)若果，知識(shí)面較廣，這些問(wèn)題就不會(huì)出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度也會(huì)加快。在這次設(shè)計(jì)中也遇到了一些問(wèn)題，比如在編寫組態(tài)畫面時(shí)遇見一個(gè)問(wèn)題，紅綠燈一般狀態(tài)是亮和滅，用位指示燈表示。但是行人呼叫燈有三種狀態(tài)，紅色、綠色和黑色。位指示燈只有兩種狀態(tài)，不能滿足需求，如果采用多狀態(tài)燈，監(jiān)控變量不好設(shè)置。如果這個(gè)問(wèn)題不能解決，就得在多花一倍的燈才能實(shí)現(xiàn)效果。最后在研究中發(fā)現(xiàn)位指示燈可以受位控制，當(dāng)收到信號(hào)后再顯示，沒(méi)有信號(hào)時(shí)就不顯示，這樣把幾種不同狀態(tài)的燈重疊放在一起，就可以實(shí)現(xiàn)三種狀態(tài)的燈的效果。本次課程設(shè)計(jì)和以往的不同，本次課程設(shè)計(jì)難度更大，需要的專業(yè)知識(shí)更多更廣，需要實(shí)際的動(dòng)手操作更多，在自主