基于EthernetIP远程十字路口交通灯控制(工业控制网络--蔡林志).doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 工业控制网络工业控制网络 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 基于基于Ethernet IPEthernet IP远程十字路口交通灯控制远程十字路口交通灯控制 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 自动化自动化091091 学学 号 号 090302020090302020 学生姓名 学生姓名 蔡林志蔡林志 指导教师 指导教师 签字 起止时间 起止时间 2013 1 2 2013 1 112013 1 2 2013 1 11 本科生课程设计 论文 III 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电气工程学院 教研室 自动化 本科生课程设计 论文 IV 学 号090302020学生姓名蔡林志专业班级自动化091 课程设计 论文 题目 基于Ethernet IP远程十字路口交通灯控制 课程设计 论文 任务 课题完成的功能 设计任务及要求 技术参数课题完成的功能 设计任务及要求 技术参数 实现功能实现功能 以 Netlinx 网络控制平台为基础 设计十字路口交通灯控制系统 网络选择 Ethernet IP 通过 FlexI O 模块 实现基于远程十字路口交通灯控制 1 北红灯亮维持 30 秒 在南北红灯亮的同时 东西绿灯也亮 并维持 25 秒 到 25 秒时 东西方向绿灯闪 闪亮 3 秒后 绿灯灭 在东西绿灯熄灭的同时 东西黄灯 亮 并维持 2 秒 到 2 秒时 东西黄灯灭 东西红灯亮 同时 南北红灯熄灭 南北绿 灯亮 2 西红灯亮维持 30 秒 南北绿灯亮维持 25 秒 然后闪亮 3 秒 再熄灭 同时南 北黄灯亮 并维持 2 秒后熄灭 这时南北红灯亮 东西绿灯亮 到停止按钮被按下为 止 设计任务及要求设计任务及要求 1 确定系统设计方案 画出 Ethernet IP 远程 FlexI O 的结构图 2 Ethernet IP 远程 FlexI O 交通灯控制硬件设计 包括介质 模块及器件等选择 3 Ethernet IP 远程 FlexI O 硬件组态及软件组态 4 要求认真独立完成所规定的全部内容 所设计的内容要求正确 合理 5 使用 Factory talk view 软件设计显示画面 6 按学校规定的格式 撰写 打印设计说明书一份 设计说明书应在4000字以 上 技术参数技术参数 Ethernet IP 传输速率 10Mbps 进度计划 1 布置任务 查阅资料 确定系统设计方案 1 天 2 对系统功能进行分析 构建 Ethernet IP 远程 FlexI O 网络 1 天 3 系统硬件组态及模块选择 3 天 4 系统软件组态及编写功能程序及调试 3 天 5 撰写 打印设计说明书 1 天 6 验收及答辩 1 天 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 本科生课程设计 论文 V 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 本科生课程设计 论文 VI 摘 要 Ethernet IP 是工业以太网协议的缩写 它是一种开放的工业网络标准 以太 网具有传输速度高 低耗 易于安装和兼容性好等方面的优势 应用支持技术成 熟以及能够实现远程控制 目前它已经在工业企业综合自动化系统中的信息层与 控制层得到了广泛应用 本设计基于 Ethernet IP 利用罗克韦尔公司的 ControlLogix5000 系列的可编 程控制器来实现交通信号灯的自动控制 采用 Rockwell Automation 的 ControlLogix 控制器和软件 对十字路口交通灯控制进行设计实现 设计方法基 于网络设计 可对交通灯进行远程监控 能够适应任何环境下的控制 监测 通 过分析对交通信号灯的控制要求对 PLC 控制系统进行了软件 硬件设计 对启动 停止按钮进行控制 用定时器设定交通灯亮灭的时间间隔 循环实现控制要求 从而达到对十字路口交通灯的远程监控目的 交通灯控制系统主要由以太网模块 ENB 电源模块 1794 P513 适配器模块 1794 AENT 输入模块 1794 IB16 输出模块 1794 OW8 交通灯显示模块组成 关键词 Ethernet IP ControLogixPLC 远程监控 交通灯 本科生课程设计 论文 VII 目 录 第 1 章 绪论 1 第 2 章 课程设计的方案 2 2 1 概述 2 2 2 方案选择 2 2 3 系统组成总体结构 2 第 3 章 硬件设计 4 3 1 器件的选择 4 3 2 系统 I O 地址 5 第 4 章 软件设计 6 4 1 组态模块 6 4 2 程序设计 8 第 5 章 系统调试 11 第 6 章 课程设计总结 12 参考文献 13 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 近几年来 随着互联网技术的普及与推广 以太网也得到了飞速的发展 特 别是以太网通信速率的提高 以太网交换技术的发展 给解决以太网的非确定性 问题带来了新的契机 首先 以太网的通信速率一再提高 从 10Mpbs 到 100Mpbs 1000Mpbs 甚至 10Gpbs 在相同通信质量的条件下 通信速率的提高 意味着网络负荷的减轻和碰撞的减少 也就意味着确定性的提高 其次 以太网 交换机为连接在其端口上的每个网络节点提供了独立的带宽 连接在同一个交换 机上的不同设备不存在资源争夺 这就相当于每个设备独占一个网段 再次 全 双工通信技术为每一个设备与交换机端口之间提供了发送与接收的专用通道 大 大降低了 半双工交换式以太网 或完全避免 全双工交换式以太网 了不同以 太网设备之间的冲突 因此 以太网成为 确定性 网络 为它应用于工业自动 化控制消除了主要障碍 工业以太网协议有多种 如 HSE PROFINET Ethernet IP MODBUS TCP 等 他们在本质上仍基于以太网技术 对应 ISO OSI 通信参考模型 工业以太网 协议在物理层和数据链路层采用了 IEEE802 3 标准 Ethernet IP 通信模型是以太网 TCP IP 及 CIP 的集成 其中应用层使用 CIP 是 Ethernet IP 和其他工业以太网的主要区别 由于在应用层使用了 CIP Ethernet IP 也具备了 CIP 网络所共有的一些特点 1 可以传输多种不同数据 包括 I O 数据 配置和故障诊断 程序上下载 等 2 面向连接 通信之间必须建立连接 3 用不同的方式传输不同类型的报文 4 基于生产者 消费者模型 提供对多播通信的支持 5 支持多种 I O 数据触发方式 轮询 选通 周期或状态改变 6 用对象模型来描述应用层的协议 方便开发者编程实现 7 为各种类型的 Ethernet IP 设备提供描述 以保证互操作性和互换性 其中 用不同的方式传输不同类型的报文 具体到 Ethernet IP 用 TCP 来发 送显示报文 用 UDP 来发送隐式报文 另外 Ethernet IP 规范规定仅可选择 10Mpbs 或 100Mpbs 以太网 为了能够 在工业现场恶劣的环境中工作 Ethernet IP 设备选用的物理部件要能够经得起考 验 根据具体场合的不同 它们可能要忍受高温或低温 高湿度 强震动 强电 本科生课程设计 论文 2 磁干扰等恶劣条件 本科生课程设计 论文 3 第 2 章 课程设计的方案 2 1 概述 本设计要求 信号灯收一个启动开关控制 当启动开关接通时 信号灯系统 开始正常工作 南北红灯亮的同时 东西绿灯亮 当按下停止按钮时 所有信号 灯熄灭 通过以太网模块控制 由适配器模块连接输入输出模块 启动和停止按钮接 入输入模块 交通灯接入输出模块 通过程序的编写 当按下启动按钮时 交通 灯按照设计要求亮灭 并由定时器控制亮灭时间 重复循环 从而达到设计目的 当按下停止按钮后 所有灯全部熄灭 2 2 方案选择 方案一 交通灯的设计 可采用 PLC 作为主控器 从而能提高交通灯控制系 统的稳定性 可靠性与抗干扰的能力 采用顺序控制技术的设计方法 能较好地 完成交通灯控制性能要求 但这种设计方法只能进行近距离的控制 不能适应任 何环境下的控制 方案二 基于 Ethernet IP 协议 采用 Rockwell Automation 的 ControlLogix 控 制器和软件 对十字路口交通灯控制进行设计实现 这种设计方法基于网络设计 可对交通灯进行远程监控 能够适应任何环境下的控制 监测 以上两种方案比较 方案二在应用上比较方便 简单 也更能适应现代化社 会的需求 因此 选择方案二较好 2 3 系统组成总体结构 交通灯控制系统主要由以太网模块 ENB 电源模块 1794 P513 适配器 模块 1794 AENT 输入模块 1794 IB16 输出模块 1794 OW8 交通灯显 示模块 系统框图如图 2 1 所示 本科生课程设计 论文 4 CPUCNBENBDNB 1794 AENT 1794 IB16 1794 OW8 启动 停止 南北红灯南北绿灯东西红灯东西绿灯东西黄灯南北黄灯 Ethernet IP 1794 P513 图 2 1 系统框图 本科生课程设计 论文 5 第 3 章 硬件设计 3 1 器件的选择 1 网桥模块 1756 ENBT 为 ControlLogix 控制器通过 Ethernet IP 网络与其他设备通信 或 作为 Ethernet IP 网络 1756I O 模块适配器模块 1788 ENBT 为 FlexLogix 和 DriveLogix 控制器通过 Ethernet IP 网络与其他设备通信 2 适配器模块 1794 AENT 作为 Ethernet IP 网络 FLEX I O 模块适配器模块 1734 AENT 作 为 Ethernet IP 网络 POINT I O 模块适配器模块 3 I O 设备 I O 设备包括传感器 执行机构 数字量输入 输出单元 模拟量输入 输出单 元 产品有罗克韦尔自动化公司 1791D 系列输入 输出模块 1794 Flex I O 系列 900 光电开关系列 855 T D 塔灯系列 Point I O 系列 SMC 公司的 Valve Manifold SIU EX230 SDNI CKD Corporation 公司的 OPP I O 系列 Ailes Electronics 公司的 DeviceNet I O Tetminal Block ADT TY01 ADT TY02 ADT TY03 及 Daniel Woodhead 公司的 DeviceNet 输入 输出模块 TDN 系列等 根据设计要求及实验室条件 选用 Rockwell Automation 公司 ControlLogix 系 列 PLC 及相关软件 主要设备有以太网模块 ENB 电源模块 1794 P513 适配器 1756 ENBT Logix5561 控制器 CPU Ethernet IP 模块 输入模块 1756 IB16 FlexI O 输出模块 1756 OW8 FlexI O 接线端子 以及电缆和导线 等 如图 3 1 所示 从左到右依次为电源模块 适配器模块 输入模块 输出模 块 图 3 1 系统模块 本科生课程设计 论文 6 3 2 系统 I O 地址 交通灯控制系统共有两个输入点 启动按钮 停止按钮 输出信号有东西方 向 南北方向个两组指示灯驱动信号 由于每一个方向的指示灯中 同种颜色的 指示灯运行情况相同 为节省输出点数 采用并联输出法 由此确定 系统所需 的输入点数为 2 输出点数为 6 全部为开关量 选用 Rockwell 公司 ControlLogix 系列 PLC 作为控制器可满足控制要求 系统的 I O 分配如表 1 所示 表 1 系统的 I O 分配表 输入单元输入地址输出单元输出地址 启动按钮yuan 0 I Data 0南北绿灯yuan 1 O Data 0 停止按钮yuan 0 I Data 1南北黄灯yuan 1 O Data 1 南北红灯yuan 1 O Data 2 东西绿灯yuan 1 O Data 3 东西黄灯yuan 1 O Data 4 东西红灯yuan 1 O Data 5 本科生课程设计 论文 7 第 4 章 软件设计 4 1 组态模块 1 组态 1756 ENBT 以太网适配器模块 右键单击 I O Configuration 在弹出 的菜单中选择 New Module 然后在弹出的菜单中选择 1756 ENBT B 以太网适 配器模块 如图 4 1 所示 图 4 1 组态 1756 ENBT 以太网适配器模块 2 在弹出的菜单中设置 1756 ENBT B 以太网适配器模块的 IP 地址 注意槽 号和 IP 地址一定要设置正确 Electronic 选择 Disable Keying 如图 4 2 所示 选择 完毕后点击 Finish 完成对 1756 ENBT B 以太网适配器模块的组态 图 4 2 设置 1756 ENBT B 以太网适配器模块的 IP 地址 3 组态 1794 FLEX I O Ethernet IP 适配器模块 本科生课程设计 论文 8 右键单击 I O Configuration 中的 1756 ENBT B ENET 在弹出的菜单中选择 New Module 然后在弹出的菜单中选择 1756 AENT A 以太网适配器模块 4 组态 1794 FLEX I O 输入输出模块 右键单击组太好的 1794 AENT A Subenet 在弹出的菜单中选择 New Module 然后在弹出的菜单中选择 1794 FLEX I O 输入输出模块 1794 IB16 A 和 1794 OB16 A 如图 4 3 所示 图 4 3 组态 1794 FLEX I O 输入输出模块 5 在弹出的菜单中分别设置 1756 IB16 A 和 1756 OW8 A 的属性 1794 FLEX I O Ethernet IP 适配器不占槽号 因此输入输出模块的槽号从 0 计数 Electronic 选择 Disable eying 完成对 1794 FLEX I O 输入输出组态 完成上述模块组态后 项目树如图 4 4 所示 图 4 4 设置 1794 IB16 A 和 1794 OB16 A 的属性 6 观察 RSLogix5000 自动创建的结构数据标签 在控制器资源管理器中 双击 Controller Tags 如图 4 5 所示 本科生课程设计 论文 9 图 4 5 RSLogix5000 结构数据标签 4 2 程序设计 1 系统运行状态流程图如图 4 6 所示 图 4 6 系统运行状态流程图 2 程序梯形图如下所示 启动 东西绿灯亮南北红灯亮 东西绿灯闪3次 东西黄灯亮 南北绿灯亮 南北绿灯闪3次 东西红灯亮南北黄灯亮 25s 3s 2s 30s 30s 25s 3s 2s 本科生课程设计 论文 10 本科生课程设计 论文 11 本科生课程设计 论文 12 第 5 章 系统调试 以下所示为实验室模拟交通灯的设备结构 通过程序设计 实现交通灯的模 拟演示 如图 5 1 所示 图 5 1 实验设备图 当按下启动按钮时 东西红灯亮 南北绿灯亮 如图 5 2 所示 25s 后南北绿灯闪 3 次 计时到 28s 时南北黄灯亮 如图 5 3 所示 图 5 2 东西红灯 南北绿灯 图 5 3 东西红灯 南北黄灯 2s 后 东西绿灯亮 南北红灯亮 如图 5 4 所示 25s 后 东西绿灯闪 3 次 计时到 28s 时东西黄灯亮 如图 5 5 所示 图 5 3 东西绿灯 南北红灯 图 5 5 东西黄灯 南北红灯 2s 后 返回如图 5 2 所示现象 如此循环 循环时间为 60s 本科生课程设计 论文 13 第 6 章 课程设计总结 在实际应用中 采用 PLC 控制城市交通信号灯 根据不同路况的要求 随时 修改控制程序 以改变各信号灯的工作时间和工作状况 与继电器或逻辑电路控 制系统相比 PLC 控制系统具有更高的可靠性 灵活性和经济实用性 本设计中将控制器 逻辑编程软件 远程监控软件及以太网技术的综合应用 到了交通路口的协调控制 使系统的可维护性 通用性和可移植性都得到进一步 的提高 本系统结构简单 操作方便 可实现自动控制 具有一定的智能性 对 优化城市交通具有一定的重要意义 根据设计要求 针对十字路口交通灯的控制 基于 Ethernet IP 通信模块 通 过实验室设备模拟了交通灯的运行情况 当按下启动按钮时 南北红灯亮 同时 东西绿灯亮 当