天煌交通灯课程设计报告

1、单束戏2大学工业控制装置与系统课程设计201到201学年第学期系别专业班级姓名学号指导教师华东理工大学信息科学与工程学院自动化系201年 月教师评语教师签名:1 内容概述 11.1 被控对象介绍 11.2 控制要求 21.3 本设计控制系统结构与控制设备 31.4 本设计目标与内容 42 系统设计方案 42.1 端口分配及接线图 43 控制系统软件开发与调试 63.1 主要软件应用 63.2 PLC程序设计与调试 63.2.1 技术路线 63.2.2 PLC 程序流程图 73.2.3 PLC 程序设计 83.2.4 程序分析 133.3 PLC程序测试 133.3.1 PLC 程序的调试 13

2、3.3.2 PLC 程序下载 143.4 人机界面设计与调试 143.4.1 人机界面的设计 143.4.2 人机地址设置 143.4.3 人机输入按钮及输出显示设置 153.4.4 人机通讯 164 系统连机调试及其运行结果 185 总结与展望 19参考文献 201工业控制装置与系统课程设计(自动化13级)1内容概述1.1 被控对象介绍交通灯系统组成:本实验模型控制系统主要包括十字路口交通灯实物模型、输入输出接口区、可编程模型区控制器、上位计算机等构件输入输出接口区THFJT-迎 十字路口交通灯实物教学模型(1)十字路口交通灯实物模型由仿真实物建筑模型、车辆实物模型、道路模型及交通指挥灯等部

3、件组成；具有指 示和控制、启/停按钮、手/自动按钮、行人呼叫按钮、四方向红/黄/绿灯指示模块等， 为系统的被控对象。(2)输入输出接口区安装有输入输出接口端子及电源输入端子，用于系统信号的输入输出接线及电源供 给。整套系统供电电源为 DC24V(3)可编程控制器本系统采用可编程控制器(PLC作为控制机构元器件，它负责整个系统输入、输 出信息的处理和储存、控制。它验证不同的系统控制信息(启动 /停止、手动/自动等) 从而使系统以不同的控制模式运行；另外，它还接受系统各种请求信息(例如：行人呼 叫等)，并根据不同方向的请求信息进行不同的响应等。(4)上位计算机安装有PLC编程软件的计算机作为上位编

4、程工具，对PLC进行不同类型的编程，使 PLC实现不同的控制功能。1.2 控制要求基于PLC控制的红绿灯系统的控制要求如下:1、自动模式:东西红灯点亮2。秒南北绿灯点亮20秒东西红灯点亮3秒南北端灯闪爆3秒东西红灯点亮2秒南北黄灯点亮2秒东西黄灯点亮2秒南北红灯点亮2秒东西绿灯闪烁3秒南北红灯点亮3秒东西绿灯点亮20秒南北红灯点亮2。钟(1)初始状态：东西红灯点亮，南北绿灯点亮，手自动模式为自动。(2)东西红灯点亮20秒，南北绿灯点亮20秒。(3)东西红灯点亮3秒，南北绿灯闪烁3秒。(4)东西红灯点亮2秒，南北黄灯点亮2秒。(5)东西绿灯点亮20秒，南北红灯点亮20秒。(6)东西绿灯闪烁3秒，

5、南北红灯点亮3秒。(7)东西黄灯点亮2秒，南北黄灯点亮2秒。1、手动模式:择动行态选手运状(1)初始状态：东西红灯点亮，南北绿灯点亮，手自动模式为自动。(2)东西红灯点亮20秒，南北绿灯点亮20秒。(3)东西红灯点亮3秒，南北绿灯闪烁3秒。(4)东西红灯点亮2秒，南北黄灯点亮2秒。(5)东西绿灯点亮20秒，南北红灯点亮20秒。(6)东西绿灯闪烁3秒，南北红灯点亮3秒。(7)东西黄灯点亮2秒，南北黄灯点亮2秒。1.3 本设计控制系统结构与控制设备触璋屏图1、i控制系统拓扑图(1)、系统中设备IP地址分配。PLC IP 地址：192.168.0.100(2)研华触摸屏IP地址：192.168.0.

6、50(3)本系统利用西门子S7-300可编程序控制器，介绍所用的 PLC型号及模块配电源(PS) : PS 307 5A中央处理器(CPU) : 315-2 DP通讯处理器(CP) : CP 343-1(4)本系统的触摸屏是研华触摸屏，10.1寸WebOP-2100T采用ARM9-based RISC高效能处理器，自带内存和闪存。并配 有10.1 LED背光模式的LCD显示屏，本身自带的即时操作系统及研华最新推出的 WebOP Designer的组态软件，使得 WebOP-2100T不仅可与PLCs,运动/热控制器， 变频器和传感器等多种工业设备无缝相连，完美协作，还可借助多种通讯接口与其 它

7、设备轻松相连，并可通过串口、以太网、USB下载运行数据。WebOP-2100T人机界面可与300多种PLC产品无缝兼容。支持 RTC, RAM电池备份和WVGA操 作面板，确保在PLC偶尔出现故障时，系统文件依然安全。在与传统操作面板/人机界面小型SCADA系统/人机界面+通讯网关等产品进行比较时，带WebOP Designe的WebOP-2100T兼具优异性价比和完美性能，是多元化产品市 场中理想的应用选择。1.4 本设计目标与内容开发PLC控制程序，实现对交通灯对象的控制，同时，编写触摸屏程序，实现在 现场通过触摸屏对被控对象进行控制。因此，本设计的主要内容包括：(1)熟悉被控对象，了解其

8、控制要求(2)系统硬件接线(3)进行PLC控制系统硬件配置与组态(4)控制系统PLC软件开发(5)触摸屏人机界面程序设计(6)系统调试2系统设计方案端口分配及接线图在此次设计中，系统占用13个PLC的I/O端口，分别是6个输入端口和6个输出 端口 ,具体的I/O分配如表2.1所示。表2.1自动送料装置系统I/O地址厅PPLC地址电气符号功能说明1I0.0SB1总开关2I0.1SB2手/自动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南北红灯8Q0.2L2东西绿灯9Q0.3L3东西黄

9、灯10Q0.4L4东西红灯11Q0.5L5南北绿灯12Q0.6L6南北黄灯13PLC输入端1M 2M等公共端接本模型电 源输入“ +24V电源止端3工业控制装置与系统课程设计（自动化13级）14PLC输出端1L、2L、3L等公共端接本模 型电源输入“ COM端电源地端PLCI/O接线图如图2-2所示* OC3WV模型输入输出接口区图2-2 PLC端子外部接线图3控制系统软件开发与调试3.1 主要软件应用红绿灯系统主要应用软件：(1) STEP 7STEP 7编程软件用于西门子系列工控产品包括 SIMATIC S7、M7、C7和基于PC 的WinAC的编程、监控和参数设置，是 SIMATIC工业

10、软件的重要组成部分。其版本 Step7S7-300/400的编程软件，编程方式仅局限于 LAD, STL, FBD。(2)人机界面 WebOP DesignerWebOP Designe误一款功能强大且直观的软件，可为 WebOP系列人机界面产品建 立完整的解决方案。WebOP Designer已经得到很多应用领域的认可，是一款简便应用 的集成可发工具。可帮助使用者从解决方案角度直接在屏幕上进行编程和高端矢量绘 图。WebOP Designer具备多种语言版本的 Windows字体、菜单、警报、数据记录和操 作日志记录，止匕外，还拥有在线和离线仿真、数据传输助手(DTH),菜单编辑器和文本编辑

11、器等功能，为使用者进行编程提供极大的便利。WebOP系列人机界面在运行时，得益于WebOP Designe却态软件的良好设计，确保了系统运行的稳定性和 WebOP系列 人机界面的良好性能，实现压秒级屏幕切换，真正实现全天候无间断运转。3.2 PLC程序设计与调试根据可编过程控制器系统硬件结构和生产工艺要求，在软件规格说明书的基础上，用相应的编程语言指令，编制实际应用程序并形成程序说明书的过程就是程序设计。程序设计要对做一些必要的准备工作，首先要了解系统的概况形成整体概念。其次熟悉被 控对象、编出高质量的程序。再次，充分利用已有的硬件和软件工具。如果是利用计算 机编程，可以大大提高编程的效率和质

12、量。3.2.1 技术路线本文主要研究用PLC控制红绿灯系统的应用。总体技术框架如图3-1所示总开关手/自动A-B 呼叫C-D DC呼叫BY、C-B呼叫A-Ds D-A呼叫图3-1总体技术框架3.2.2 PLC程序流程图PLC采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，程序工作过程可用流程图3-2表示。由于PLC的程序执行为循环扫描工作方式，因而与计算机程 序框图不同点是，PLC程序框图在进行输出刷新后，再重新开始输入扫描，循环执行。 因此用程序流程图来分析问题，可大大减少问题的难度，同时也可以缩短编程的时间。7工业控制装置与系统课程设计（自动化13级）13图3-2交通灯PLC程序

13、流程图3.2.3 PLC程序设计红绿灯程序图如图能块3-3所示。本实验用到一个组织块，除了定时器以外没有用到功id*;0B1 ：江程；肛底匚鲂于千程序铲左兄0E1运诙标=.剧熊IK二局也灯城邮Ml*. ULI用苧黄G闾支焉，M2Q为总开美士售交；，T箝方定时器拄制寄居七二先二一 一10.0MLO44T33）IS5T#25SHLL总开关19T_I I_I/HMZ0I I_程序用2：东西红灯设定弱3三开*打开后25卷T湾产触点Tg,观匚秀,计的器m：开/计时25种.1L0Ml. 1T331974/1L11 IW-IS57#25S程序段3 ：东西绿灯设定2g注释：主开美打开JfiT制计时3Q秒10.

14、0K1.0K1.1总开关T33T90-WL/|_I I_L/|（融I12c551*203_|_想排翻：W隼灯同原设定居东后需匚死左巾，计父：口齿.开空，占闭合.取叶3匕,球匚瓦第三号.ltl,0ML 1798T9S4/1/1 I（印 IS5Tt3S程序周6 ：东西黄灯设定常程序鼻6 :西北端灯20s二：三域匚工9工*三上=三二=-ZZ* ：*2 t .Tig(如IS6TS2Sa 鼻打过匚变空号=止平空与1方用哈，马H最盯强加呼.ILOWL1T33TW一MM1 I（即 IS5TI2OS程序段T :南北飘I闪现设定弱雪混灯亮20秒后,震开歌aT34团合,南1汨灯闪嫌3杼，定时箜135开端计时.程奔

15、国 ：国北黄灯设定芬节松维灯闪烁三件看管芝点135闭合.带北黄=先：亨. T斯开显计时范甘.11.0Fit. 1T3ST3SH/IM1 If)I351#25程序用9：的力囱灯工作注韩：ML0力总开美的0间重盘.MLU-MLl为手勘行人呼叫QfM支置，号，开关闭合，马九缸灯点狸.10,000Il.O H1.1冏主开关”.燕业厂VIMKI I()IM2.0I IVI. 0程库段10 ：东西红灯工作翎：当宣开怛点T笳田合归三吉丈E百更，行大呼叫是上1用合，缸灯点亮*事MHl.lT33东西红灯4/H1 I1()Iiri,iT I程序段12：来西黄灯工作注辞：定H迳旧 A 厅正自云层堂：事瓦黄不自至皿3

16、M1.0IL 1T99TL00东西蕾灯”1/11 I1/1)I程序段13 :南有灯工作，闪惊法释：笫一行卷事实现寿灯塔完，第二行程于安江奉三国短.第三行程序，头观南北行人早用的翻00.4如 *50 ML1苏西红江T34-Ifrl房灯.4.1/11 Ikl0-IKl.OHL 1T34T35T32H/11/11 I1/11 IN1.11 I卷序於14:南北餐灯H作定冕蒙Tg均及r需于电苴T封闭合，受正氮匚声W.40.6HEOUklT35T3S南北蓄灯”H/11/11 IM0I程奔梅15 :=生1谢神脉尸：通过遂行扫擂运行方式关现1静脓苻10.0TD.0T”NL,I*息开关*196T32 I1/1(

17、SD)IH2.0S5TP5WJE理拜F5 iti ;标题:注释通过速行扫描逐行方或买班1秒陈冲N1.04/F-H1.T324卜TD54 中J1SFTV日口崛科拜段m手目中明丽M2.1为手自勘切锻开关的0间变量,M23 M2J方亲:不叫的总间交景，Ml C漫.贵?:因的ML0耳闭岭占断开.，日入行人孑要三.H1.00T79阿I35T210510.1手洎动10.2 乩邛、B 际丁10, J “0力、tr- C呼叫“工业控制装置与系统课程设计（自动化13级）17群再畏10：手自动切换M2.1/号自组用餐开关的二回五=，M2 4. W2.5内需无阡眼的间交,，会厨ML1芨口.10.433 C-晔TIB

18、I I（却）IE粗仃10. GA-D.加 施叫 I I-N3 5I及差苜的ML 1其闭粒声.1t开，注入行人呼叫NM.hkl“手眉动广 M1.0比I IA1/K2. 1I I图3-3 PLC程序梯形图3.2.4程序分析1、自动状态(1)初始状态：南北红的灯亮25秒，东西绿灯亮20秒。(2)东西绿灯闪烁3秒，之后东西黄灯亮2秒。(3)东西红灯亮25秒，南北绿灯亮20秒。(4)南北绿灯闪烁3秒，南北黄灯亮2秒。(5)恢复初始状态，如此循环。2、手动状态交通灯停止当前的运行状态，如果东西方向呼叫，东西绿灯亮 10秒，南北红 灯亮10秒，如果南北方向呼叫，南北绿灯亮 10秒，东西红灯亮10秒。10秒之

19、后，交 通灯恢复自动初始状态。3.3 PLC程序测试3.3.1 PLC程序的调试将设计好的程序写入PLC后，首先要对每个网络进行仔细检查，并改正写入时出现的错误。然后在实验室进行模拟调试， 实际的输入信号可以用按钮来模拟，各输出量的通/断状态用PLC上有关的发光二极管来显示。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序， 调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步， 所有的后续步是否变为活动步，以及各步，被驱动的负载是否发生

20、相应的变化。3.3.2 PLC程序下载程序编译完之后，STEP 7及PLC之间的通信关系也成功建立，此时可向PLC下载 程序，然后收集状态监控或调试程序，进一步排查程序的对错。STEP 7提供了一套工具来调试和监控程序。3.4 人机界面设计与调试人机界面是由WebOP Designe歆件进行设计绘制，并通讯传送到 PLC对应的触摸 屏上进行对系统的控制。3.4.1 人机界面的设计根据本设计的要求，在 WebOP Designer软件中绘制界面，并进行美化。如图 3-5 所示。3.4.2 人机地址设置根据自动送料装车系统的PLC程序，将对应的地址录入在 WebOP Designe软件的标 签里易

21、于在人机画面里编辑。输入和输出应和程序里的相对应，这样人机才能达到监控 和控制的目的。地址标签如图3-6所示。3.4.3 人机输入按钮及输出显示设置在人机界面设置中，每个输入和输出都有对应的显示，例如 启动”按钮的设置，如 图3-7所示，首先先要设置按钮的外观，然后从图库导入图片。其次要修改“1和“0”个状态的显示。“1蓑示总开关为开的时候，显示则为绿色按钮按下去的状态；”0演示总开关为关的时候，显示为红色按钮未按下去的状态。然后设置按钮的功能，为设 “1或 者设“1脉冲。最后更改按钮所监视的地址，从而达到控制的效果，比如 宿动”的地址 M2.0,所以 启动”按钮所要监视的地址就是M2.0om

22、aHHiaHHIHHIIMHIIHMBMimiBl 西城 匹 现 州sJ-lDD他*奈型stf.iWll加归同电N庄1语mJ愧6*4T2钻皿但6?W.3T3但此通之T4曲匕灯灯位T5mtBJ值6侬6T6intMul但6?Q&.5T7七 佗“QT8子目动勿察值6iOrlT9*b也610JTIDc-d-d中61UJ5T13人机界M忌开关传EMM-614人机理置于帝的5陵林6M2.1T15人机界面u-b也6M2.2T图3-6人机标签表U 率 E 咕用 UHD 加3 R1O11他州避那他叫叫胆蛎市而收、4 亘 I i ?53 k 97 IZfl%呷|CE 月基夫看I -,3 中图3-7启动”按钮设置工

23、业控制装置与系统课程设计（自动化13级）行人呼叫指示灯有3种状态，分别为红、绿、黑，人机界面的位指示灯，只有0、1两种状态，为了使行人呼叫指示灯更加真实，我们采用指示灯受位控制，如图 3-8所 示，比如，当红灯信号为1时，此等才显示，信号为0时不显示。把这种受位控制的红、 绿、黑灯叠放在一起，就实现了类似 3种状态的位指示灯功能。卜口二d 包自庄套惠丁舱丽利.L一般I标示市阴M幅国国.*脸她FtMffi UEnam显娥态 a I图3-8行人呼叫位指示灯3.4.4 人机通讯当地址和画面都设计好之后，就可以将成品上传到与 PLC匹配的触摸屏上，根据设 计要求就可以进行控制。根据触摸屏IP地址192

24、.168.0.50,用乙太网进行链接，人机下载 设置方法如图3-9所示。传输到人机界面后，人机界面运行的界面如图 3-10所示。图3-9人机下载界面图3-10人机运行界面4系统连机调试及其运行结果这里写连机调试结果联机调试结果和预期一致。235总结与展望通过本次课程设计，对以前学的课本知识有了更深入的学习，通过自己动手实验， 自己设计，在不断的查阅资料，和老师同学的帮助下，成功的完成了实验。虽然过程比 较艰辛，但是成功做出实验后却很开心。 这次实验让我有机会把理论和实践相结合，锻 炼了我用所学知识解决实际问题的能力。在刚开始实验的时候，我是一头雾水，虽然理论知识比较熟悉，但是实际运用中却 很困

25、难，让我体会实际动手解决问题能力的重要性。自动化专业不仅需要扎实的专业知识，在各方面都应该有涉足。就像我们这次实验，如果对网络通信这方面知识不了解的 话，就不会用DOS命令行检当电脑和 PLC的连接情况，实验中就会发现电脑老是和 PLC连不上，就会经常把PLC弄错误，还得弄MPI总线刷。其实若果，知识面较广， 这些问题就不会出现，实验的进度也会加快。在这次设计中也遇到了 一些问题， 比如在编写组态画面时遇见一个问题， 红绿灯一 般状态是亮和灭，用位指示灯表示。但是行人呼叫灯有三种状态，红色、绿色和黑色。 位指示灯只有两种状态，不能满足需求，如果采用多状态灯，监控变量不好设置。如果 这个问题不能解决，就得在多花一倍的灯才能实现效果。 最后在研究中发现位指示灯可 以受位控制，当收到信