工业控制装置与系统课程设计-交通灯课程设计报告

《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

教师评语成绩：教师签名：目录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 63.2PLC程序设计与调试 53.2.1技术路线 63.2.2PLC程序流程图 73.2.3PLC程序设计 83.2.4程序分析 133.3PLC程序测试 133.3.1PLC程序的调试 133.3.2PLC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 20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、可编程控制器、上位计算机等构件。（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：（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。手动模式：（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图1、1控制系统拓扑图（1）、系统中设备IP地址分配。PLCIP地址：00研华触摸屏IP地址：0本系统利用西门子S7-300可编程序控制器，介绍所用的PLC型号及模块配置。 电源（PS）：PS3075A中央处理器（CPU）：315-2DP通讯处理器（CP）：CP343-1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

Designer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地址序号PLC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”电源正端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。图2-2PLC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）STEP7STEP7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工业软件的重要组成部分。其版本Step7——S7-300/400的编程软件，编程方式仅局限于LAD，STL，FBD。（2）人机界面WebOPDesignerWebOPDesigner是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。WebOPDesigner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。WebOPDesigner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，此外，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WebOPDesigner组态软件的良好设计，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。3.2PLC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。图3-1总体技术框架3.2.2PLC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。图3-2交通灯PLC程序流程图3.2.3PLC程序设计红绿灯程序图如图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能块。图3-3PLC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秒之后，交通灯恢复自动初始状态。3.3PLC程序测试3.3.1PLC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相应的变化。3.3.2PLC程序下载程序编译完之后，STEP7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。STEP7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WebOPDesigner软件进行设计绘制，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WebOPDesigner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WebOPDesigner软件的标签里易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。图3-5交通灯系统人机界面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”2个状态的显示。“1”表示总开关为开的时候，显示则为绿色按钮按下去的状态；“0”表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“启动”的地址M2.0，所以“启动”按钮所要监视的地址就是M2.0。图3-6人机标签表图3-7“启动”按钮设置行人呼叫指示灯有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。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0，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。

5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命令行检验电脑和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，当收到信号后再显示，没有信号时就不显示，这样把几种不同状态的灯重叠放在一起，就可以实现三种状态的灯的效果。本次课程设计和以往的不同，本次课程设计难度更大，需要的专业知识更多更广，需要实际的动手操作更多，在自主研究学习中，收获更大。本次实验虽然实现了要求的实验效果，但是功能还不够强大，很多预想的控制方案，都因为自己的专业知识不够而不得不放弃，因此我还得不断学习，如果以后还有机会，可以运用自己的专业知识做的更好。

参考