基于S7-300程序与WinCC组态站前路与北新西道交叉口交通灯毕业设计论文.doc

精品文档毕 业 设 计 报 告学 校： 河北能源职业技术学院班 级： 12电气自动化一班 姓 名： 陈宇林学 号： 2012580200226 指导教师 ： 周冬莉日 期： 2014 年10月13日 至 2015年1月2日目 录第1章 绪 论.31.1 课题的背景.31.2 课题研究的目的和意义.61.3 交通信号系统的历史、现状和发展.7第2章 站前路口交通信号灯设计要求及其相关.82.1交通灯控制系统的设计要求和工作过程.82.2北新道站前路口交通信号灯要求图表与时序图.9第三章 S7-300可编程控制器的介绍.103.1 S7-300系列PLC基本结构.103.2 S7-300系列PLC的工作原理.153.3 S7-300PLC CPU的运行模式.163.4 S7-300PLC I/O模块地址的确定.173.5 S7-300PLC硬件模块的安装和接线.17第四章Windows Control Center （WinCC）仿真软件介绍.184.1 WinCC的概述.184.2 WinCC的性能特点.214.3 WinCC的编辑工具简介.22第五章 交通灯S7-300程序与WinCC组态画面.245.1 交通灯S7-300程序及其相关.245.2 交通灯WINCC组态画面.32 致谢.39参考文献.40第一章 绪 论1.1 选题背景 交通信号系统的执行终端就是交通信号灯，所以交通信号系统的发展历史也 就是交通信号灯的发展历史。 19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中穿红装的女人表示我已结婚，而穿绿装的女人则是未婚者。后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通 信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心 所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面 有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。 从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率 先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、 黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。 黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。 现今交通灯信号系统主要采取的是电子定时监控，也就是预先设定固定的长然后红绿灯轮流亮以此来对交通进行指挥。也就是定时控制。这种控制方式以历史的交通流的统计值为依据，找出每个日/周和时/日不同交通流变化规律，用人工方法和计算机仿真方法预先准备好不同日/周不同时间区间（时段）所使用的配时方案（即一组周期长、绿信比和相位差所组成的控制参数组合），采用程序存储方式将这些配时方案存储在信号控制器或中心计算机中。在实施信号控制时可以用不同的方式调用这些配时方案。通常可用日历钟在规定的时间表的控制下选用对应的方案。这只是自动控制离智能控制还有很长的路要走。 交通信号控制系统的主要发展方向就是向着计算机智能化控制进行。 发展比较迅速的是基于感应控制的交通系统智能化控制。感应控制的原理是根据车辆检测器测量的交通流数据调整相应的绿灯时间的长短和时间顺序，以适应交通的随机变化。这种方式比定时控制有更大的灵活性。感应控制源于单个交叉路口的车辆感应（“VA”）控制，后经发展，干线和交通网络也利用了类似的控制方法。这样可以很好的对单个路口的交通进行智能化控制，然后再通过计算机系统的联网对每个路口的路况进行数据采集、归纳、计算，然后得出各个路口的佳红绿灯时长情况，反馈会各个路口的交通灯进行针对各个不同车流量的应变， 实现交通车流的智能化实时控制。当今城市的交通状况不容乐观，城市中拥堵的情况时有发生，其主要原因有：（1）道路容量严重不足。截至2013年底，我国城市人均道路面积为10.3平方米，这虽然比2012年增加了0.79平方米，但和发达国家相比仍处于较低水平。同时城市中心地区的过量交通，往往使道路超负荷运载。（2）机动车增长速度过快。近几年，大城市机动车的年均增幅在15%以上。天津市2013年新增轿车6万辆，总量超过30万辆，增速为20%。目前北京市汽车拥有量为200多万辆，预计2020年将是现在的2.5倍。广州市近10多年来机动车的年增长速度为17%。2013年全国汽车拥有量达4000多万辆，其中城市约占60%，造成城市平面交通负荷的快速增加。（3）交通管理技术水平低。目前，我国大城市中交通控制管理和交通安全的现代化设施很少。就北京市与日本的东京相比，同样都是交通控制中心，但北京市控制的交叉路口数只有东京的3%；人行天桥是东京的4.8%；地下人行道只是东京的5%；每公里交通标志只有东京的15%。由于基础设施明显不足使交通事故居高不下。此外，国际上开始使用的信息化、智能化管理系统，在我国基本上还是空白。（4）缺乏整体的交通发展战略。城市交通建设是一项决策性很强的系统工程，当前城市交通出现的问题，一个重要原因是缺乏科学的整体交通战略和规划，治理工作往往顾此失彼，前后失调，投入不小，而收益不大。为了解决这些发展而带来的问题现在各个国家都在积极研究对策。除了限制 汽车数量，积极发展道路，大力发展公共交通事业这些之外，现在比较流行的就 是进行交通智能控制系统的建立。这样可以在现有道路资源的基础上大程度的 挖掘道路的潜力，提高道路资源的利用率。我国城市十字路口的交通灯控制系统基本上都采用定时控制方式。这样必然产生如下弊端：当某条道路的车流量很大却要等待红灯，而此时另一条空道或车流量相对少得多的道路却依然按原定时间亮着绿灯，这种现象是未对道路的实际情况进行实时监控所造成的。这样的交通控制系统效率低，容易造成交通拥挤，而且也浪费人力、物力。因此，我们有必要寻求一种具有智能通控制系统。这种智能交通控制系统能够根据车流量的变化自动调节红绿灯的时间长度，大限度地减少十字路口的车辆滞流现象，缓解交通拥挤、实现交通控制系统的优控制，大大的提高了交通控制系统的效率。此种交通信号灯的控制系统就是接下来要研究的方向。1.2课题研究的目的和意义集计算、信息、电子及通讯等众多高新科技手段于一体的智能交通指挥中心控制系统安装及使用,大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力,减少了驾驶员违章的次数,抑制了交通事故的发生,同时对减轻车辆尾气排放,从而降低环境污染都起到了不可低估的作用。智能交通(1TS)是集计算机、信息、电子及通讯等众多高新科技手段于一体的交通控制系统,是二十一世纪交通的重要发展向.ITS通过对有关交通信息的实时采集、传输和处理,借助各种手段和设备,对各种交通情况进行协调和处理,有效提高交通效率和安全,从而使交通设施得以充分利用,实现交通运输的集约式发展，采用ITS系统可缩短旅行时间和行程,从而节约能源并降低车辆尾气排放总量。国外实践证明,一旦ITS投入使用,至少可以把城市中的交通堵塞减少一半,交通事故甚至可以减少80%。发展智能交通已经被写入中国十五综合交通体系发展规划。智能交通依据系统工程学的原理,结合城市通的控制理论,利用现代的通讯技术、计算机技术多媒体技术,并充分考虑到了将来城市发展的需要它不但能迅速、有效的疏导交通流,提高了交警在通管理、交通指挥、综合协调方面的效率,还增强交警的指挥自动化水平，对干线和控制区域进行面协调控制,极大限度地提高车辆的通行能力起了不可替代的作用。智能交通指挥中心控制系统主要由信号控制机、光端机或调制解调器、通信 主机、监控主机等组成,具有单点固定时制控制、多时段控制、多方案选择控制、感应控制、无缆线控功能。它将多个信号控制机通过光端机或调制解调器连成通信信号控制网络。智能交通控制系统的主要子系统包括:车流与行人流监测处理、交通信号(优化)控制、车辆导航(地区性或全球性)、紧急事件处理、交通分流显 示牌与媒体传播、道路桥梁自动收费、路况监控与维护、公路公共交通管理与协调、公共交通优先运行管理、交通流量与旅行时间预测、自动停车与服务、立体交通一体(优化)化协调与管理等。 ITS即智能交通的最终执行段便是各个路口上的交通信号灯，所以要实现智能交通一个很重要的方面就是实现各个路口上交通灯控制系统的智能化。换句话剧话说，ITS与交通灯的智能化是分不开的，实现了交通灯的智能控制就为实现ITS打下了一个基础。 1.3交通信号系统的历史、现状和发展在我国现在的国情基础上交通信号灯自动控制是在固定配时方式下实现单点自动控制。这种方式在交通流量不大的情况下作用比较明显，随着交通流量的增加,单一方式已不能满足客观需要。比较发达一点得地区会根据车流量在一天之中周期性的不同而制订相应的信号灯响应方案，而适应不同时段的需要。但是随着车辆的持续增长，车流状况的不可预见性也随之增长，并且一些突发事件的产生也会影响到车流的变化。这样单点配时的交通信号灯控制已经越来越赶不上时代的需要了。现在需要的是能根据不同的车况实时调整的交通信号灯的智能交通信号灯控制。 为了解决上述的问题，本次论文的研究就是把现有的单点配时交通信号灯改造成为可以根据路面不同方向的车流的变化而自动进行调整的智能化交通控制系统。并且还能够把各个交通节点的车流变化信息采集起来，传送给一个中心的 指挥系统来进行全局的协调。从而实现整个交通网络的智能化控制。这个研究就涉及到了路况信息的采集、对路况信息做出判断、自主做出选择、把信息传送给上级机构，并且可以根据上级机构的指令进行调整。 本次论文所要研究以及实现的主要内容就是使交通信号灯的管理随着道路状况的变化而变化，从而自动、智能化地提高科学管理交通信号灯的作用与效果。为了实现这个研究的目的主要是要进行交通信号灯智能控制系统的设计，这个包括了总体的设计方案说明，技术路线、开发手段、系统组成与功能。还要进行交通信号灯智能控制系统组成与硬件系统的设计与选择，包括控制系统的电路组成、性能特点、设计要点。还要进行有关道路判别的研究以及智能控制模式的研究。然后还要进行交通信号灯智能控制系统软件的研究，设计出程序组成、功能、设计要点与使用方法。第二章 站前路口交通信号灯设计要求2.1交通灯控制系统的设计要求和工作过程站前路与北新西道交叉口南行紧邻唐山西客运站，与唐山新火车站相距一个路口，北行就丁家屯公交停车场。此路口白天和夜晚车流量悬殊大，应在不同的时段选用不同的控制方案，根据现场的实地观察与统计设计出以下方案交通信号灯白天和夜晚工作状态不同，由选择开换SA控制。(1) 交通信号灯在白天工作的具体要求是：开关SA选在白天位置时，信号灯按预先规定的时序循环往复的工作。首先，南北方向道路处于禁止通行的状态，东西方向处于允许的状态。南北方向道路亮红灯状态过程中，西方道路绿灯亮30S，黄灯亮2秒，红灯亮23s，黄灯亮2秒，左行灯31s，共88s,右行灯一直亮88秒。东方道路绿灯亮50s,黄灯2S,左行灯34s，黄灯2秒，右行灯一直亮88s。南北方向道路亮红灯88s，其次东西方向道路处于禁止通行，南北方向处于允许通行的状态。东西方向道路亮红灯状态过程中，南方道路绿灯亮25s，黄灯亮2s，红灯亮28s，黄灯亮2秒，左行灯20s，共77s,右行灯一直亮77秒。东方道路绿灯亮50s,黄灯2S,左行灯28s，黄灯2秒，右行灯一直亮77s。南北方向道路亮红灯77s。具体要求如表4-1-1白天控制要求(2) 交通信号等在夜晚工作时的具体要求是：选择开关SA选在夜晚位置时，红灯绿灯停止工作，只有黄灯一直闪烁，闪烁频率为1次/s。2.2北新道站前路口交通信号灯要求图表与时序图表2-1白天控制要求南信号灯红灯绿灯黄灯红灯黄灯左转信号时间88s25s2s282s20s北信号灯红灯绿灯黄灯左转黄灯信号时间88s502232东信号灯绿灯黄灯左转黄灯红灯信号时间50s2s34s2s77s西信号灯绿灯黄灯红灯黄灯左转红灯信号时间30s2s232s3177s2.3 交通灯的时序波形图如图2-3所示图2-2信号灯白天工作时的控制时序图第三章 S7-300可编程控制器的介绍3.1 S7-300系列PLC基本结构 S7-300系列PLC采用紧凑的、无槽位限制的模块结构，电源模块（PS）、CPU、 信号模块（SM）、功能模块（FM）、接口模块（IM）和通信处理（CP）都安装 在导轨上，用背板总线将除电源模块以外的各个模块连接起来。背板总线集成在模块上，模块通过U形总线连接器相连，每个模块都有一个总线连接器，总线连接器插在各模块的背后。安装时先将总线连接器插在CPU模块上，固定在导轨上后依次装入各模块。 外部接线接在信号模块和功能模块的前连接器的端子上，前连接器用插接方式安装在模块前门后面的凹槽中。 机架的左边是1号槽，右边是11号槽，电源模块总是在1号槽的位置。中央机架（0号机架）的2号槽是CPU模块，3号槽式接口模块，这3个槽号被固定占 用，信号模块、功能模块和通信处理器使用4-11号槽。每个机架多只能安装8个信号模块、功能模块或通信处理器。如果系统任务需要的这些模块超过8块， 则可以增加扩展机架，接口模块的作用就是负责中央机架与其他扩展机架自动地 进行数据通信。除了带CPU的中央机架（CR）外，多可以增加3个扩展机架（ER）， 每个机架可以插8个模块（不包括电源模块、CPU模块和接口模块）。各个机架通 过3号槽中的接口模块进行数据通信。 1.S7-300系列CPU （1）S7-300CPU的分类。 S7-300系列PLC具有多种不同型号的CPU，按性能等级划分，主要包括以下几 种型号： 六种紧凑型CPU：主要包括 CPU312C,CPU313C,CPU313C-2PtP,CPU313C-2DP,CPU314C-2DP,CPU314C-2PtP等。 这些CPU都带有集成的数字量输入和输出或兼有模拟量的输入和输出，运行时需 微存储卡，适用于有较高要求的系统。型号中带“PtP”的CPU带有点对点通信接 口：型号中带“2DP”的CPU带有PROFIBUS-DP主站/从站接口。 b.三种重新定义的标准型CPU：包括CPU312、CPU314、CPU315-2DP、CPU-312 适用于对处理速度有中等要求的小规模应用。CPU314和CPU315-2DP分别适用于对程序量中等要求和大规模要求的场合，对二进制和浮点数都有较强的处理能力。CPU315-2DP还带有PROFIBUS-DP 主站/从站接口，可用于大规模的I/O配置，运行时需微存储器卡。 c.五种标准CPU：主要CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP、CPU316-2DP。 于第二类类似。适用于中、大规模的应用，运行时需要微存储卡。 d.四种户外型CPU：主要包括CPU312IFM、CPU314IFM、CPU314和CPU315-2DP。 这些CPU适用于恶劣的环境。CPU312IFM和CPU314IFM也是紧凑型CPU，集成了数字量输入/输出，前者适用于小系统，后者适用于响应时间和特殊功能有较高要求的系统。 e.高端CPU：主要包括CPU317-2DP和CPU318-2DP，这些CPU具有大容量程序存储器以及PROFIBUS-2DP主/从接口，可用于大规模I/O配置，建立分布式结构。 f.故障安全型CPU：CPU315F带有PROFIBUS-2DP主/从接口，可以组态为故障 安全型自动化系统，满足安全运行的要求，不需要对故障I/O进行额外的布线， 使用PROFIsave协议的PROFIBUS-2DP即可实现与安全有关的通信。 模式选择开关 CPU的模式选择开关是一种钥匙开关，操作时需要插入钥匙，用来设置CPU 当前的运行方式。钥匙拔出后，就不能改变操作方式。这样可防止未经授权员非法删除或改写程序。钥匙开关各个位置的含义如下： a.RUN-P位置：CPU不仅执行用户程序，在运行时还可以通过编程软件读出和修改用户程序，以及改变运行方式，但这个位置不能拔出钥匙开关。 b.RUN位置：CPU执行用户程序，可以通过编程软件读出用户程序，但是不能 写该用户程序，在这个位置可以取出钥匙开关。 c.STOP位置：不执行用户程序，通过编程软件可以读出和修改用户程序，在 这个位置可以取出钥匙开关。 d.MRES：MRES位置不能保持，在这个位置松手时开关将自动返回STOP位置。 将钥匙开关从STOP状态扳倒MRES位置，可复位存储器，使CPU回到初始状态。复位存储器按下述顺序操作：PLC通电后钥匙开关从STOP位置扳倒MRES位置，STOP LED熄灭1s，亮1s，再熄灭1s后保持亮。放开开关，使它回到STOP位置，然后又回到MRES，STOP LED以2HZ的频率至少闪动3s，表示正在执行复位，STOP LED一直亮，可以松开模式开关。 存储器卡被取掉或插入时，CPU发出系统复位请求，STOP LED以0.5HZ的频率闪动，此时应该模式选择开关扳倒MRES位置，执行复位操作。(2)信号模块（SM） 信号模块是数字量输入/输出和模拟量输入/输出的总称，它们使不同的过程电平和PLC的内部信号电平相匹配。信号模块主要有SM321（数字量输入模块）、SM322（数字输出模块）、SM323（数字量输入/输出模块）、SM331（模拟量输入 模块）、SM322（模拟输出模块）、SM334和SM335（模拟量输入/输出模块）。每一模块都带有一个背板总线连接器，用于与CPU和其他模板间的数据通信；还可匹配一个螺紧型前连接器、通过它外部过程信号可方便地连接到信号模块。模拟量输入模块可以输入热电阻、热电偶、DC 42mA和DC 010V等多种不同类型和不同量程的模拟信号。 数字量输入/输出模块 数字量输入模块用于采集现场过程的数字信号电平，并把它转换为PLC内部 的信号电平：一般数字量输入模块连接外部的机械触电和电子数字式传感器。数字量模块的输入/输出电缆大长度为1000m（屏蔽电缆）或600m(非屏蔽电缆)。 对于用户来说，数字量输入模块SM321有四种型号的模块可供选择，分别是：DC16 点输入；DC32点输入；AC16点输入；AC8点输入模块。 数字量输出模块将PLC内部信号电平转换成外部过程所需的信号电平，同时具有隔离和功率放大的作用。SM322数字量输出模块能连接继电器、电磁阀、接触器、小功率电动机、指示灯和电动机软启动器等负载。按输出开关器件的种类不同，可分为晶体管输出方式，晶闸管输出方式和继电器触电输出方式。其中，晶体管输出方式的模块只能带直流负载，属于直流输出模块；晶闸管输出方式的模块属于交流输出模块；继电器触电输出方式的模块属于交、直流两用输出模块。 模拟量输入/输出模块 在生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、速度、旋转速度、pH 值等，为了实现自动控制，这些模拟信号需要被PLC处理，与S7-200类似，模拟量输入模块SM331用于连接电压和电流传感器、热电偶、电阻器和电阻式温度计，将扩展过程中的模拟信号转化为S7-300内部处理用的数字信号。模拟量输出模块SM332用于将S7-300与执行元件相连，将数字输出值转换为模拟信号。模拟量输入/输出模块SM334兼有模拟输入和模拟输出的功能。 模拟量输入模块的输入信号种类用安装在模块侧面的量程卡来设置。配有量程卡的模拟量模块(在供货时已插入模块一侧)，如果需要更改量程的话，必须重新调整量程卡，以更改测量方法和测量范围，设定模块测量 方法和测量范围主要使用STEP7和量程卡。 量程卡可以设定以下位置：“A”、“B”、“C”、“D”，其中“A”为热 电阻、热电偶；“B”为电压；“C”为四线制电流；“D”为二线制电流。采用以下步骤调整量程卡： a.使用螺丝刀将量程卡从模拟量输入模块中松开。b.将量程卡插入模拟量输入模块中。所选测量范围为指向模块上标记点的测 量范围。 模拟量输出模块SM332用于将CPU送给它的数字信号转换为成比例的电流信号或电压信号，对执行机构进行调节和控制，其主要组成部分是D/A转换器，可用传送指令“TPQW.”向模拟量模块写入要转换的数值。 3.2 S7-300 PLC的工作原理 与S7-200类似，S7-300 PLC同样采用循环执行用户程序的工作方式，在循环执行 用户程序的过程中CPU并不直接访问输入地址区和输出地址区，而是访问输入过程映像区和输出过程映像区，用于循环处理的组织块OB1，它可以调用其他子程 序或被中断程序中断。下面介绍循环处理各个阶段的任务。 (1)操作系统启动循环时间监控。(2)CPU将输出过程映像区的数据写到输出模块。 (3)CPU读取输入模块的输入状态，并存入输入过程映像区。(4)CPU处理用户程序，执行用户程序的命令。 (5)在循环结束时，操作系统执行所有挂起的任务，例如，下载和删除块，接收和发送全局数据 (6)CPU返回第一阶段，重新启动循环和时间监控。3.3 S7-300 CPU的运行模式 S7-300CPU有4种运行模式：STOP(停机)、STARTUP(启动)、RUN（运行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通过MPI接口与其他设备通信。（1）STOP模式：CPU模块通电后自动进入STOP模式，在该模式不执行用户程序，可以接受全局数据的检查系统。 (2)RUN模式：执行用户程序，刷新输入和输出，处理中断和故障信息服 务。 (3)HOLD模式：在启动和RUN模式执行程序时遇到调试程序用的断点，用户程序的执行被挂起（暂停），定时器被冻结。 (4)STARTUP模式：启动模式，可以用钥匙开关或编程软件启动CPU。如果钥匙开关在RUN或RUN-P位置，通电时自动进入启动模式。3.4 S7-300 I/O模块地址的确定 S7-300的I/O模块的字节地址与模块所在的机架号和槽号有关，数字量I/O模块的模拟量I/O模块具有不同的起始地址。 S7-300的开关量地址由地址标识符、地址的字节部分和位部分组成，一个字节由07这8位组成。地址标识符I表示输入，Q表示输出，M表示存储位。例如， I0.1表示0号字节中的第1位。开关量除了按位寻址外，还可以按字节（B）、字 （W）和双字（D）寻址。例如，输入量I0.0I0.7组成输入字节IB0，字节IB0 和IB1组成一个输入字IW0,IB0IB3组成一个输入双字ID0. 对于数字量模块，从0号机架的4号槽开始，每个槽位分配4B（4字节）的地址，相当于32个I/O点。数字量I/O模块内低的位地址（如I4.0）对应的端子位置高，高的位地址（如16点输入模块的I5.7）对应的端子的位置低。 一个模拟量模块多有8个通道，每个通道占用1个字（2字节），模块的起始地址为IB256，其他通道的地址是基于各槽位中的起始地址向上编址的。 3.5 S7-300 PLC硬件模块的安装和接线 (1)硬件模块的安装 a安装导轨：DIN导轨是S7-300 PLC的机械安装铝质机架，用钉紧固安装在墙上或机柜中，S7-300的所有模块均直接用螺钉紧固在导轨上。即使在有可能发生机械问题的场合，有了DIN导轨也可以使用SIMATIC S7-300PLC。 b安装模块：除CPU模块外，每个信号模块都带有背板总线连接器，安装时先将总线连接器装在CPU模板的背板上，并固定在导轨上，然后依次按同样的方法将其他模板固定在导轨上。 (2)硬件模块的接线 a电源模块的连接：电源模块为系统提供了稳定的DC 24V工作电压源。将市电接入电源模块上的三个端子（L1、N、接地）上，再将通过两个端子（L+和M）输出的DC 24V电源线引出，为其他模块供电。 b信号模块的接线：前连接器用于将系统中的传感器和执行元件连接至S7-300 PLC。模块由插入前连接器与执行器接线，接好后插入模块（推荐使用这种顺序）。第一次插入连接器时，有一个编码元件与之啮合，该连接器以后就只能插入同样类型的模块中。更换模块时，前连接器的接线状况无须改变就可用于同样类型的新模块。 系统提供两种端子数量的前连接器：20针和40针，分别用于具有16点和32 点的模块。这两种前连接器插入模块的方法不同：20针前连接器上带有一个开启 机构，40针前连接器插入时只需将其上的固定螺钉拧紧即可。端子的分配可参考用户手册中信号模块的部分。在使用SM模块前，必须先给模块供电，否则将不能正常使用。以输入模块SM321 DI32*DC 24V为例，需要把电源模块的L+和M与模块相应的两个接线端子连接好。第四章Windows Control Center （WinCC）介绍4.1 WinCC的概述WinCC是西门子公司在自动化领域采用最先进的技术与微软公司在共同开发的居于世界领先地位的工控软件。WinCC即WINDOWS CONTROL CENTER（视窗控制中心）。WinCC是一个功能强大的全面开放的监控系统，既可以用来完成小规模的简单的过程监控应用，也可以用来完成复杂的应用。在任何情况下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人机对话接口，使操作员能够清晰地管理和优化生产过程。 WINCC几乎拥有先进人机界面产品的所有功能，其集成的功能已包括： 1. 图形系统用于自由地组态画面，并完全通过图形对象进行操作，图形对象具有动态属性并可对属性进行在线组态。 2. 报警信息系统记录和存储事件并予以显示，可自由选择信息分类、信息显示和报表，操作非常简便。 3. 变量存档接收、记录和压缩测量值，用于曲线和图表显示及进一步的编辑功能。 4. 报表系统用户自由选择一定的报表格式，按时间顺序或事件触发来对信息操作、文档当前数据进行用户报表输出。 5. 数据处理 对图形对象的动作使用C语言及C编译器进行编辑。 6. 标准接口 通过ODBC和SQL访问用于组态和过程数据的SYBASE数据库。 7. 应用程序接口 允许用户编写可用于扩展WinCC基本功能的标准应用程序。另外，WinCC还提供多种可选软件包。如，通讯开发工具CDK，允许用户开发用于连接数据管理器与任何目标系统的通讯软件。 WINCC的组态及归档数据存放在关系型数据库中，数据可用标准工具如ODBC和SQL等读出。很多标准的应用如Microsoft Excel等可以和WinCC并行运行，同时可通过DDE装载过程数据。操作员站软件允许通用的OCX、ActiveX链接。更进一步，集成的OPC(OLE for process control)服务器使得过程数据可由其它应用程序(OPC客户机)访问。 WinCC是PCS7系统操作站采用的监控软件(HMI)。它是一个32位的基于Windows的监控软件。在PCS7中，它被集成在SIMATIC程序管理器中。 西门子视窗控制中心SIMATIC WinCC(Windows Control Center)是HMI/SCADA软件中的后起之秀，1996年进入世界工控组态软件市场.当年就被美国Control Engineering杂志评为最佳HMI软件，以最短的时间发展成第三个在世界范围内成功的SCADA系统；而在欧洲，它无可争议地成为第一。在设计思想上，SIMATIC WinCC秉承西门子公司博大精深的企业文化理念，性能最全面、技术最先进、系统最开放的HMI/SCADA软件是WinCC开发者的追求。WinCC是按世界范闱内使用的系统进行设计的，因此从一开始就适合于世界上各主要制造商生产的控制系统。如A-B,Modicon,GE等，并且通讯驱动程序的种类还在不断地增加。通过OPC的方式WinCC还可以与更多的第三方控制器进行通汛。WinCC V6.0采用标准Microsoft SQL Server2000(WinCC V6.0以前版本采用Sybase)数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，可使经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好地调度指挥生产，是工业企业中从MES和ERP系统首选的生产实时数据平台软件。作为SIMATIC WinCC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性能特点4.2 WinCC的性能特点WinCC具有以下性能特点：1.创新软件技术的使用。WinCC是基于最新发展的软件技术。西门子公司与Microsoft公司的密切合作保证了用户获得不断创新的技术。2.包括所有SCADA功能在内的客户机/服务器系统。即使最基本的WinCC系统仍能够提供生成复杂可视化任务的组件和函数，并且生成画面、脚本、报警、趋势和报表的编辑器也是最基本的WinCC系统组件。3.灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务。WinCC是一个模块化的自动化组件，既可以灵活地进行扩展，从简单的工程到复杂的多用户应用，又可以应用到工业和机械制造工艺的多珉务器分布式系统中。4.众多的选件和附加件扩展了基本功能。已开发的、应用范围广泛的、不同的WinCC选件和附加件，均基于开放式编程接口，覆盖了不同工业分支的需求。5.使用Microsoft SQL Server2000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 OLE-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.使用方便的脚本语言。WinCC可编写ANSI-C和Visual Basic化脚本程序。8.开放API编程接口可以访问WinCC的模块。所存的WinCC模块都有一个开放的C编程接口（C-API）。这意味着可以在用户程序中集成WinCC的部分功能。9.具有向导的简易(在线)組态。WinCC提供了大量的向导来简化组态工作。在调试阶段还可进行在线修改。10.可选择语言的组态软件和在线语言切换。WinCC软件是基于多语言设计的。这意味着可以在英语、德语、法语以及其他众多的亚洲语言之间进行选择，也可以在系统运行时选择所需要的语言。11.提供所有主要PLC系统的通讯通道。作为标准，WinCC支持所有连接SIMATIC S5/S7/505控制器的通讯通道，还包括PROFIBUS DP,DDE和OPC等非特定控制器的通讯通道。此外.更广泛的通讯通道可以由选件和附加件提供。 12.与基于PC的控制器SIMATIC WinAC紧密接口，软/插槽式PLC和操作、监控系统在一台PC机上相结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和WinAC实现了西门子公司基于PC的强大的自动化解决方案。13.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。WinCC是工程控制的窗口，是TIA的屮心部件。TIA意味着在组态、编程、数据存储和通汛等方面的一致性。14.SIMATIC PCS7过程控制系统中的SCADA部件，如SIMATIC PCS7是TIA中的过程控制系统;PCS7是结合了基于控制器的制造业自动化优点和基于PC的过程工业自动化优点的过程处理系统(PCS)。基于控制器的PCS7对过程可视化使用标准的SIMATIC部件。WinCC作为PCS7的操作员站。15.符合FDA21 CFR Part11的要求。16.集成到MES和ERP中。标准接口使SIMATIC WinCC成为在全公司范围IT环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程,将范围扩展到工厂监控级，为公司管理MES(制造执行系统)和ERP(企业资源管理)提供管理数据4.3 WinCC的编辑工具简介WinCC编辑器包含以下编辑工具：(1) WinCC浏览器。WinCC浏览器管理属于一个项目的所有数据，编辑数据所需要的工具由WinCC浏览器自行启动。(2)图形编辑器。图形编辑器是一种用于创建过程画面的面向矢量的作图程序。可以用包含在对象和样式选项板中众多的图形对象来创建复杂的过程画面，可以通过动作编程将动态添加到单个图形对象上，也可以在库中存储自己的图形对象。(3)报警记录。报警记录提供了显示和操作选项来获取和归档结果。可以任意地选择消息块、消息级别、消息类型、消息显示以及报表。 (4)变量记录。变量记录被用来从运行过程中采集数据并准备将它们显示和归档。可以自由地选择归档、采集和归档定时器的数据格式。可以通过WinCC在线趋势和表格控件显示过程值，并分别在趋势和表格形式下显示。(5)报表编辑器。报表编辑器是为消息、操作、归档内容和当前或已归档的数据的定时器或事件控制文档的集成的报表系统，可以自由选择用户报表或项目文档的形式。提供了舒适的带工具和图形选项板的用户界面，同时支持各种报表类型。具有多种标准的系统布局和打印作业。(6)全局脚本。全局脚本是C语言函数和动作的通称，根据其不同的类型，可用于一个给定的项目或众多项目中。脚本被用于给对象组态动作并通过系统内部C语言编译器来处理。全局脚本动作用于过程执行的运行中。一个触发可以开始动作的执行。 (7)用户管理器。用户管理器用于分配和控制用户的单个组态和运行系统编辑器的访问权限。每建立一个用户，就设置WinCC功能的访问权力并独立地分配给此用户。至多可分配999个不同的授权。第五章 交通灯S7-300程序与WinCC组态画面5.1 交通灯S7-300程序及其相关（1）I/O地址分配如表5-1所示。编成原件I/O端子电路器件作用输入继电器I0.1SA_1白天I0.2SA_2夜晚输出继电器Q0.0K1南红灯Q0.1K2南绿灯Q0.2K3南黄灯Q0.3K4南左转Q0.4K5南右转Q0.5K6北红灯Q0.6K7北绿灯Q0.7K8北黄灯Q1.0K9北左转Q1.1K10北右转Q1.2K11东红灯Q1.3K12东绿灯Q1.4K13东黄灯Q1.5K14东左转Q1.6K15东右转编成原件I/0端子电路器件作用输出继电器Q1.7K15西红灯Q2.0K16西绿灯Q2.1K17西黄灯Q