交通信號(hào)燈plc控制設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目： 交通信號(hào)燈PLC控制設(shè)計(jì) </p><p>　　院 系： 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　班

2、 級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　論文提交日期： 2012 年 06 月 21 日</p><p>　　論文答辯日期： 2012 年

3、 06 月 26 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。人、車(chē)、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門(mén)需要解決的重要問(wèn)題之一。在正常的工作中，為了保證交通燈系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，一般選用PLC來(lái)控制交通燈系統(tǒng)。</p&g

4、t;<p>　　可編程控制器（PLC）以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置。它普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程容易、功能擴(kuò)展方便、修改靈活,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)。城市交通燈系統(tǒng)控制使用的可編程控制器（PLC）要有可靠性高、維護(hù)方便、用法簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。西門(mén)子可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的

5、特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合交通燈控制系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。</p><p>　　本文選擇西門(mén)子可編程控制器S7-200為核心部件，著重進(jìn)行硬件線路設(shè)計(jì)、采用起保停電路的順序控制梯形圖和語(yǔ)句表進(jìn)行編程設(shè)計(jì)以及使用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行工程組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)這三方面的設(shè)計(jì)?？刂品椒ㄊ遣捎梦鏖T(mén)子的S7-200系列CPU224型號(hào)PLC對(duì)東西南北的紅、黃、綠燈實(shí)現(xiàn)有規(guī)律的循環(huán)閃亮，以達(dá)到對(duì)

6、交通信號(hào)燈的控制。給出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，最終經(jīng)過(guò)多次調(diào)試達(dá)到了所需的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。</p><p>　　本文介紹S7-200系列PLC交通燈控制系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì),關(guān)鍵是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì),核心則是控制程序設(shè)計(jì)。重點(diǎn)要掌握PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和設(shè)計(jì)的一般流程,要有一個(gè)整體的概念。在滿足控制要求、環(huán)境要求和性價(jià)比等條件下，合理選擇PLC的機(jī)型和硬件配置，正確地

7、進(jìn)行估算，合理選擇輸入/輸出模塊，完成PLC的硬件與軟件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 西門(mén)子S7-200；交通燈控制；PLC；梯形圖</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As social and economic development, urban transport problem is g

8、etting the attention of the people. The coordination of the relationship of people, vehicles, roads, has become one of the important issues that need to be addressed by the traffic management department. In order to ensu

9、re the reliability of the traffic light system’s running in normal operation, we use PLC to control the traffic light system generally. Programmable logic controller (PLC), microprocessor-based, integrated comput<

10、/p><p>　　Key words： Siemens S7-200；traffic light control；PLC；ladder-diagram</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景

11、1</b></p><p>　　1.2研究目的和意義1</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)分析4</p><p><b>　　2.1控制要求4</b></p><p>　　2.2交通信號(hào)燈工作界面4</p><p>　　2.3設(shè)計(jì)方案分析5</p><

12、p>　　第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1可編程控制器7</p><p><b>　　3.2硬件選型9</b></p><p>　　3.3 PLC的地址分配12</p><p>　　3.4 PLC的接線形式12</p><p>　　第四章 控制系統(tǒng)下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

13、13</p><p>　　4.1 STEP7-Micro/WIN編程軟件簡(jiǎn)介13</p><p>　　4.2順序功能圖(SFC)14</p><p>　　4.3梯形圖程序16</p><p>　　4.4下位機(jī)程序分析20</p><p>　　4.5下位機(jī)程序調(diào)試21</p><p>

14、　　第五章 控制系統(tǒng)上位機(jī)程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.1 MCGS組態(tài)軟件介紹23</p><p>　　5.2 交通燈組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)23</p><p>　　第六章 控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試25</p><p>　　6.1 準(zhǔn)備工作25</p><p>　　6.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試25</p>&

15、lt;p>　　6.3 調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題26</p><p><b>　　第七章 總結(jié)27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p>　　附錄１ S7-200PLC的CPU的I/O規(guī)范3

16、1</p><p>　　附錄２ S7-200PLC的CPU的輸入規(guī)范32</p><p>　　附錄３ S7-200PLC的CPU的輸出規(guī)范33</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　185

17、8年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅、藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車(chē)通行，這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械師德·哈特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈，它由以旋轉(zhuǎn)式方形的紅綠兩種顏色玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，煤氣紅綠燈遂被取消。1914年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓

18、形的投光器組成，安裝在紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車(chē)輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車(chē)放行，以免發(fā)生交通事故。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交

19、通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力、減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》</p><p>　　1.2研究目的和意義</p><p>　　在十字路口設(shè)置交通燈可以對(duì)交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)

20、在的交通狀況，成為研究的課題。 </p><p>　　隨著汽車(chē)進(jìn)入家庭步伐的加快和城市汽車(chē)數(shù)量的增多，城市道路交通問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。馬路上經(jīng)常會(huì)看到這種現(xiàn)象：一旦整個(gè)路口的交通信號(hào)燈出現(xiàn)故障，若沒(méi)有交警的及時(shí)疏導(dǎo)，該路口就會(huì)塞得一塌糊涂，甚至造成嚴(yán)重的交通事故。原交通信號(hào)燈控制大多采用繼電器或單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，存在著功能少、可靠性差、維護(hù)量大等缺點(diǎn),越來(lái)越不能適應(yīng)城市道路交通路口高速發(fā)展的要求

21、。另外，根據(jù)人車(chē)流量的多少，可能隨時(shí)增加路口的交通信號(hào)，比如增加轉(zhuǎn)彎或人行道交通信號(hào)，原有系統(tǒng)的制約性就更加明顯了。為了彌補(bǔ)原交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，我們引入了基于PLC控制的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。</p><p>　　本文針對(duì)十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，運(yùn)用可編程邏輯器件PLC做了軟件與硬件的設(shè)計(jì)，基本能達(dá)到控制要求。系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了小型PLC系統(tǒng)的一個(gè)雛形，在完善各項(xiàng)功能方面都還需要進(jìn)一步的分析、研究和調(diào)試工

22、作。如果進(jìn)一步結(jié)合工業(yè)控制的要求，形成一個(gè)較為成型的產(chǎn)品，則需要作更多、更深入的研究。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，原有的交通燈裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。可編程控制器交通燈控制系統(tǒng)是集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中式控制系統(tǒng)

23、的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。</p><p>　　可編程控制器交通燈控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：</p><p><b>　　脫機(jī)手動(dòng)工作；</b></p><p><b>　　聯(lián)機(jī)自動(dòng)工作；</b></p><p>　　上位機(jī)控制的單周期運(yùn)行方式；</p><

24、;p>　　由上位機(jī)通過(guò)串口向下位機(jī)送入設(shè)定配方參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；</p><p>　　自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停止的控制方式。</p><p>　　近年來(lái)PLC的性能價(jià)格比有較大幅度的提高，使得實(shí)際應(yīng)用成為可能。</p><p>　　本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個(gè)原因[1]：</p><p>　　PLC具有很高的可靠性，通常的平均無(wú)故障時(shí)間都在3

25、0萬(wàn)小時(shí)以上；</p><p>　　編程能力強(qiáng)，可編程控制器指令豐富；</p><p>　　③ 抗干擾能力強(qiáng)，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC。</p><p>　　根據(jù)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)，我們采用了德國(guó)西門(mén)子公司S7-200型PLC。西門(mén)子PLC有小型化、高速度、高性能等特點(diǎn)

26、，是S7-200系列中最高檔次的超小型程序裝置。西門(mén)子可編程控制器指令豐富，可以連接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器（PLC）對(duì)十字路口交通信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)控制。</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)分析</p><p><b>　　2.1控制要求</b></p&

27、gt;<p>　　交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下：</p><p>　　① 信號(hào)燈受兩個(gè)按鈕控制，當(dāng)啟動(dòng)按鈕動(dòng)作時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開(kāi)始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)停止按鈕動(dòng)作時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。</p><p>　?、?南北綠燈和東西綠燈不能同時(shí)亮，如果同時(shí)亮?xí)r應(yīng)關(guān)閉信號(hào)燈系統(tǒng)，并報(bào)警。</p><p>　?、?南北紅燈亮維持25S。在南北紅燈亮的

28、同時(shí)東西綠燈也亮，并維持20S。到20S時(shí)，東西綠燈閃爍，閃爍3S后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持2S。到2S時(shí)，東西黃燈熄，東西紅燈亮。同時(shí)，南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。</p><p>　?、?東西紅燈亮維持30S。南北綠燈亮維持25S。然后閃爍3S，熄滅。同時(shí)南北黃燈亮，維持2S后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮。</p><p>　?、?回到①，循環(huán)執(zhí)行。 <

29、/p><p>　　2.2交通信號(hào)燈工作界面</p><p>　　交通信號(hào)燈工作界面見(jiàn)圖2-1。</p><p>　　圖2-1 交通信號(hào)燈工作界面</p><p><b>　　2.3設(shè)計(jì)方案分析</b></p><p>　　按照交通燈系統(tǒng)控制的要求，結(jié)合西門(mén)子S7-200系列可編程控制器的特性（見(jiàn)附錄

30、），設(shè)計(jì)思想分析如下：給一個(gè)啟動(dòng)的輸入信號(hào)，要配合一個(gè)SB1的按鈕，當(dāng)SB1啟動(dòng)按鈕動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)工作；同樣，給一個(gè)停止的輸入型號(hào)，要配合一個(gè)SB2的按鈕，當(dāng)SB2停止按鈕動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)停止工作。</p><p>　　首先，南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。</p><p>　　南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過(guò)程中，南北紅燈亮25S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)25S秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一

31、狀態(tài)南北綠燈亮；同時(shí)，東西方向道路的綠燈也一起亮20S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)20S，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍；東西綠燈閃爍3S，需脈沖源（秒/次）動(dòng)作使東西綠燈閃爍，還要需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)3S，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮；東西黃燈亮2S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)2S，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。</p><p>　　其次，東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，南北方向道路處于允許通行的狀態(tài)。</p><p>

32、　　東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過(guò)程中，東西紅燈亮30S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)30S，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮；同時(shí)，南北方向道路綠燈也一起亮25S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)25S，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍；南北綠燈閃爍3S，需脈沖源（秒/次）動(dòng)作使南北綠燈閃爍，還要需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)3S，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮；南北黃燈亮2S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)2S，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。</p><p><b>　　如此循環(huán)

33、下去。</b></p><p>　　另外，當(dāng)斷開(kāi)系統(tǒng)時(shí)，所有信號(hào)燈熄滅，需要按鈕SB2動(dòng)作斷開(kāi)系統(tǒng)，使可編程控制器停止動(dòng)作，那么肯定無(wú)信號(hào)輸出。</p><p>　　如果出現(xiàn)南北、東西綠燈同時(shí)亮的情況，系統(tǒng)報(bào)警?？删幊炭刂破饕敵鲆粋€(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)報(bào)警燈。</p><p>　　綜上所述，可編程控制器要滿足兩個(gè)信號(hào)輸入（分別起系統(tǒng)啟動(dòng)、停止作用），七個(gè)信號(hào)

34、輸出，即十字路口有十二個(gè)交通信號(hào)燈，但南北、東西兩個(gè)為一組用一個(gè)輸出信號(hào)控制，也就是六個(gè)輸出信號(hào)，再加上一個(gè)報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)的報(bào)警燈輸出。通過(guò)將如下的十字路口交通燈狀態(tài)分析表見(jiàn)表2-1、十字路口交通燈時(shí)序圖見(jiàn)圖2-2、程序流程圖見(jiàn)圖2-3一一展開(kāi)，將十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路逐漸理清。</p><p>　　表2-1 十字路口交通燈狀態(tài)分析表</p><p>　　圖2-2 時(shí)序圖

35、</p><p>　　圖2-3 流程圖</p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1可編程控制器</b></p><p><b>　?、?PLC結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　從結(jié)構(gòu)上，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式

36、PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置[2]。其結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，見(jiàn)圖3-1[3]。</p><p>　　圖3-1 PLC的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　中央處理單元(CPU)是PLC 的控制中樞，它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的

37、功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲(chǔ)器I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出

38、裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。</p><p>　　⑵ PLC的工作原理</p><p>　　PLC的CPU采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。</p><p>　　考慮到繼電器控制裝置各類(lèi)觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描

39、用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式—掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。</p><p>　　當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段[4]，完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。<

40、;/p><p><b>　　輸入采樣階段</b></p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描

41、周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。</p><p><b>　　用戶程序執(zhí)行階段</b></p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈

42、在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。</p><p><b>　　輸出刷新階段</b></p><p>　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部設(shè)備。</p&

43、gt;<p>　　PLC的掃描工作過(guò)程見(jiàn)圖3-2，掃描周期見(jiàn)圖3-3。 </p><p>　　圖3-2 PLC的掃描工作過(guò)程圖</p><p>　　圖3-3 PLC的掃描周期圖</p><p><b>　　3.2硬件選型</b></p><p>　　隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類(lèi)也越來(lái)越

44、多。不同型號(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。</p><p>　　PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。 </p><p>　　PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維

45、護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　?、?合理的結(jié)構(gòu)型式[5]</p><p>　　PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。</p><p>　　整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小，一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出

46、點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類(lèi)等方面選擇余地大，且維修方便，一般用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。</p><p>　?、?安裝方式的選擇</p><p>　　PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和

47、遠(yuǎn)程I/O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。</p><p><b>　?、?相應(yīng)的功能要求</b></p><p>　　一般小型（低檔）PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。</p><p>　　對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量

48、模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。</p><p>　　對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。</p><p><b>　　④ 響應(yīng)速度要求</b><

49、;/p><p>　　PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I(mǎi)/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。</p><p>　　⑤ 系統(tǒng)可靠性的要求</p><p>　　對(duì)于一般系統(tǒng)P

50、LC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。</p><p><b>　?、?機(jī)型盡量統(tǒng)一</b></p><p>　　主要考慮到以下三方面問(wèn)題：</p><p>　?、駲C(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理。</p><p>　　Ⅱ機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類(lèi)似，有利

51、于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。</p><p>　?、髾C(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。</p><p>　　從上章的分析可以知道，系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)2個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)7個(gè)，如果選用CPU222 / PLC，也需要擴(kuò)展單元 PLC，參照西門(mén)子S7-200系列特性（見(jiàn)附錄），選用主機(jī)為CPU224（14 輸入/10繼電器

52、輸出）。其外形見(jiàn)圖3-4。</p><p>　　圖3-4 CPU224外形圖</p><p>　　輸入電路采用了雙向光電耦合器，24V DC極性可任意選擇， 1M、2M為輸入端子的公共端。1L、2L為輸出公共端。</p><p>　　CPU224另有24V、280mA電源供PLC輸入點(diǎn)使用。其它配置見(jiàn)表3-1。</p><p>　　表3

53、-1 硬件配置表</p><p>　　3.3 PLC的地址分配</p><p>　　PLC的輸入/輸出分配見(jiàn)表3-2。</p><p>　　表3-2 交通信號(hào)燈PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配表</p><p>　　3.4 PLC的接線形式</p><p>　　根據(jù)I/O表及PLC的配置圖很容易就可以得到PLC端子

54、接線圖見(jiàn)圖3-5[6]。</p><p>　　圖3-5 PLC控制接線圖</p><p>　　第四章 控制系統(tǒng)下位機(jī)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 STEP7-Micro/WIN編程軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　STEP7-Micro/WIN編程軟件是專(zhuān)門(mén)為S7-200設(shè)計(jì)的、在個(gè)人計(jì)算機(jī)的Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行的編程軟件，

55、它的功能強(qiáng)大、使用方便、簡(jiǎn)單易學(xué)。CPU通過(guò)PC/PPI電纜或插在計(jì)算機(jī)中的CP 5511、CP5611等通信卡通信。</p><p>　　STEP7-Micro/WIN的用戶程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，即通過(guò)一個(gè)主程序調(diào)用一個(gè)子程序，在中斷事件出現(xiàn)時(shí)調(diào)用中斷程序，可以用數(shù)據(jù)塊進(jìn)行變量的初始化設(shè)置。用戶可以用語(yǔ)句表、梯形圖和功能塊編程，不同的編程語(yǔ)言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換，可以用符號(hào)表來(lái)定義程序中使用的變量地址對(duì)應(yīng)的符號(hào)，

56、例如，指定符號(hào)“啟動(dòng)按鈕”對(duì)應(yīng)地址I0.0，是程序便于設(shè)計(jì)和理解。</p><p>　　STEP7-Micro/WIN為用戶提供了兩套指令庫(kù)，即SIMATIC指令集和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)指令集。SIMATIC是專(zhuān)為S7-200PLC設(shè)計(jì)的，專(zhuān)用性強(qiáng)，采用SIMATIC指令編寫(xiě)的程序執(zhí)行時(shí)間短，可以使用LAD、STL、FBD三種編輯器。IEC1131-3指令集是按國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）PLC編程標(biāo)準(zhǔn)提供的指令系統(tǒng)，作為不同P

57、LC廠商的指令標(biāo)準(zhǔn)，集中指令較少。有些SIMATIC所包含的指令，在IEC 1131-3中不是標(biāo)準(zhǔn)指令。IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)指令集適用于不同廠家PLC，可以使用LAD和FBD兩種編輯器。通過(guò)調(diào)制解調(diào)器可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程，可以用單次掃描和強(qiáng)制輸出等方式來(lái)調(diào)試程序和進(jìn)行故障診斷[2]。</p><p>　　STEP7-Micro/WIN的主界面一般可以分為以下幾個(gè)部分：菜單條、工具條、瀏覽條、指令樹(shù)、用戶窗口、輸出窗

58、口和狀態(tài)條。除菜單條外，用戶可以根據(jù)需要通過(guò)檢視菜單和窗口菜單決定其它窗口的取舍和樣式的設(shè)置，除菜單條外，用戶可以根據(jù)需要通過(guò)檢視菜單和窗口菜單決定其它窗口的取舍和樣式的設(shè)置。主菜單包括：文件、編輯、檢視、PLC、調(diào)試、工具、窗口、幫助8個(gè)主菜單項(xiàng)。見(jiàn)圖4-1[3]。</p><p>　　圖4-1 STEP7-Micro/WIN的主界面</p><p>　　4.2順序功能圖(SFC)

59、</p><p>　　順序功能圖(SFC)又叫做狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或功能表圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計(jì)可編程序控制器的順序控制程序的有力工具。這是一種位于其他編程語(yǔ)言之上的圖形語(yǔ)言，用來(lái)編制順序控制程序。SFC提供了一種組織程序的圖形方法，在SFC中可以用別的語(yǔ)言嵌套編程。步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作(Action)是SFC中的3種主要元件。步是一種邏輯塊，即對(duì)應(yīng)于特定的控制任務(wù)的編程邏輯，動(dòng)作是控制

60、任務(wù)的獨(dú)立部分，轉(zhuǎn)換是從一個(gè)任務(wù)到另一個(gè)任務(wù)的原因。</p><p>　　對(duì)于目前大多數(shù)可編程序控制器來(lái)說(shuō)，SFC還僅僅作為組織編程的工具使用，尚需用其他編程語(yǔ)言(如梯形圖)將它轉(zhuǎn)換為可編程序控制器可執(zhí)行的程序。因此，通常只是將SFC作為可編程序控制器的輔助編程工具，而不是一種獨(dú)立的編程語(yǔ)言。</p><p><b>　　順序功能圖的特點(diǎn)：</b></p>

61、<p>　?、?以功能為主線，條理清楚，便于對(duì)程序操作；</p><p>　?、?對(duì)大型的程序，可分工設(shè)計(jì)，采用較為靈活的程序結(jié)構(gòu)，可節(jié)省程序設(shè)計(jì)時(shí)間；</p><p>　?、?常用于系統(tǒng)規(guī)模較大、程序關(guān)系比較復(fù)雜的場(chǎng)合；</p><p>　　④ 只有在活動(dòng)步的命令和操作被執(zhí)行，對(duì)活動(dòng)步后的轉(zhuǎn)換進(jìn)行掃描，因此，整個(gè)程序的掃描時(shí)間較其他其程序編制的程序掃

62、描時(shí)間要大大縮短[8]。</p><p>　　十字路口交通燈狀態(tài)的分析：</p><p>　　這12個(gè)交通燈共有七個(gè)狀態(tài)：</p><p>　　狀態(tài)1：南北紅燈（H11、H 12）亮，東西綠燈（H 1、H 2）亮；</p><p>　　狀態(tài)2：南北紅燈（H 11、H 12）繼續(xù)亮，東西綠燈（H 1、H2）閃；</p><p

63、>　　狀態(tài)3：南北紅燈（H 11、H12）繼續(xù)亮，東西黃燈（H 3、H 4）亮；</p><p>　　狀態(tài)4：東西紅燈（H 5、H 6）亮，南北綠燈（H 7、H 8）亮；</p><p>　　狀態(tài)5：東西紅燈（H5、H 6）繼續(xù)亮，南北綠燈（H7、H 8）閃；</p><p>　　狀態(tài)6：東西紅燈（H 5、H 7）繼續(xù)亮，南北黃燈（H9、H10）亮；</

64、p><p>　　狀態(tài)7：所有的燈全部熄滅。</p><p>　　根據(jù)第二章交通燈的控制要求可以畫(huà)出順序功能圖[9]：</p><p>　　設(shè)啟動(dòng)按鈕用I0.0表示, 七個(gè)工作狀態(tài)分別用順序控制繼電器位S0.0、S0.1、S0.2、S0.3、S0.4、S0.5、S0.6表示,分別用T0、T1、T2、T3、T4、T5表示定時(shí)器.</p><p>　　

65、當(dāng)I0.0啟動(dòng)按鈕得電時(shí),將激活S0.0,進(jìn)入第一步狀態(tài),在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈亮,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T1, T1定時(shí)時(shí)間到時(shí),轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.0激活S0.1進(jìn)入下一個(gè)工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈閃.同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T2, T2定時(shí)時(shí)間到時(shí),轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.1激活S0.2進(jìn)入下一個(gè)工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西黃燈亮,依次激活S0.3、S0.4、S0.5,當(dāng)定時(shí)器T6時(shí)間到時(shí)再次激活S0.0,不斷循環(huán)執(zhí)

66、行。</p><p>　　順序功能圖見(jiàn)圖4-2。</p><p>　　圖4-2 交通燈順序功能圖</p><p><b>　　4.3梯形圖程序</b></p><p>　　程序梯形圖見(jiàn)圖4-3。 </p><p>　　圖4-3 梯形圖</p><p>　　4.4

67、下位機(jī)程序分析</p><p>　　當(dāng)啟動(dòng)按鈕SB1按下時(shí)，I0.0常開(kāi)觸點(diǎn)接通，T37通電待25秒后動(dòng)作（南北紅燈熄滅），T42通電待20秒后動(dòng)作（東西綠燈閃爍），Q0.6得電，南北紅燈亮；同時(shí)Q0.1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Q0.1線圈得電，東西綠燈亮。</p><p>　　維持到20秒，T42的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，T43通電待3秒后動(dòng)作（東西黃燈亮），與T97觸點(diǎn)串聯(lián)的T33常開(kāi)觸點(diǎn)每隔0.5秒導(dǎo)

68、通0.5秒，從而使東西綠燈閃爍。</p><p>　　又過(guò)3秒，T44通電待2秒后動(dòng)作（東西黃燈熄滅），T43的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Q0.1線圈失電，東西綠燈滅；此時(shí)T44的常閉觸點(diǎn)閉合，Q0.2線圈得電，東西黃燈亮。</p><p>　　再過(guò)2秒后，T44的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Q0.2線圈失電，東西黃燈滅。</p><p>　　此時(shí)自啟動(dòng)按鈕按下南北紅燈亮起累計(jì)時(shí)間達(dá)25秒，

69、T37的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Q0.6線圈失電，南北紅燈滅；T37的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，T41通電待30秒后動(dòng)作（東西紅燈熄滅），T38通電待25秒后動(dòng)作（南北綠燈閃爍），Q0.3線圈得電，東西紅燈亮，Q0.3的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Q0.4線圈得電，南北綠燈亮。</p><p>　　又經(jīng)過(guò)20秒，T38常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，T39通電待3秒后動(dòng)作（南北黃燈亮），與T97觸點(diǎn)串聯(lián)的T33的觸點(diǎn)每隔0.5秒導(dǎo)通0.5秒，從而使南北綠燈閃爍。&l

70、t;/p><p>　　閃爍3秒，T39常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Q0.4線圈失電，南北綠燈滅；此時(shí)T39的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， T40通電待2秒后動(dòng)作（南北黃燈熄滅），Q0.5線圈得電，南北黃燈亮。</p><p>　　維持2秒后，T40常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Q0.5線圈失電，南北黃燈滅。</p><p>　　自南北紅燈熄滅及東西紅燈亮累計(jì)時(shí)間達(dá)30秒鐘時(shí)，T37的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)， Q0.3線圈失

71、電，即維持了30秒的東西紅燈滅，T37常閉觸點(diǎn)接通，Q0.6得電，南北紅燈亮…。只要停止按鈕SB2不動(dòng)作，系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)下去。</p><p>　　4.5下位機(jī)程序調(diào)試</p><p><b>　?、?下載</b></p><p><b>　　下載步驟如下：</b></p><p>　　① 下載之前，

72、 PLC必須位于“停止”的工作方式。檢查PLC上的工作方式指示燈，如果PLC沒(méi)有在“停止”，單擊工具條中的“停止”按鈕，將PLC至于停止方式。</p><p>　?、?單擊工具條中的“下載”按鈕，或用菜單命令“文件”→“下載”。出現(xiàn)“下載”對(duì)話框。</p><p>　?、?根據(jù)默認(rèn)值，在初次發(fā)出下載命令時(shí)，“程序代碼塊”、“數(shù)據(jù)塊”和“CPU配置”（系統(tǒng)塊）復(fù)選框都被選中。如果不需要下載某

73、個(gè)塊，可以清除該復(fù)選框。</p><p>　?、?單擊“確定”，開(kāi)始下載程序。如果下載成功，將出現(xiàn)一個(gè)確認(rèn)框會(huì)顯示以下信息：下載成功。</p><p>　　⑤ 如果STEP 7-Micro/WIN中的CPU類(lèi)型與實(shí)際的PLC不匹配，會(huì)顯示以下警告信息：“為項(xiàng)目所選的PLC類(lèi)型與遠(yuǎn)程PLC類(lèi)型不匹配。繼續(xù)下載嗎？”</p><p>　　⑥ 此時(shí)應(yīng)糾正PLC類(lèi)型選項(xiàng)，選

74、擇“否”，終止下載程序。</p><p>　?、?用菜單命令“ PLC” →“類(lèi)型”，調(diào)出“ PLC類(lèi)型”對(duì)話框。單擊“讀取PLC”按鈕，由STEP 7-Micro/WIN自動(dòng)讀取正確的數(shù)值。單擊“確定”，確認(rèn)PLC類(lèi)型。</p><p>　　⑧ 單擊工具條中的“下載”按鈕，重新開(kāi)始下載程序，或用菜單命令“文件”→“下載”。</p><p>　　下載成功后，單擊工具

75、條中的“運(yùn)行”按鈕，或“ PLC” →“運(yùn)行”， PLC進(jìn)入RUN（運(yùn)行）工作方式。</p><p>　?、?程序的調(diào)試與監(jiān)控</p><p>　　在運(yùn)行STEP 7-Micro/WIN編程設(shè)備和PLC之間建立通信并向PLC下載程序后，便可運(yùn)行程序，收集狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試程序。</p><p>　　PLC有運(yùn)行和停止兩種工作方式。在不同的工作方式下，PLC進(jìn)行調(diào)試的

76、操作方法不同。 單擊工具欄中的“運(yùn)行”按鈕或“停止”按鈕可以進(jìn)入相應(yīng)的工作方式。</p><p>　?、?選擇STOP工作方式</p><p>　　在STOP（停止）工作方式中，可以創(chuàng)建和編輯程序，PLC處于半空閑狀態(tài)：停止用戶程序執(zhí)行；執(zhí)行輸入更新；用戶中斷條件被禁用。PLC操作系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控PLC，將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞給STEP 7-Micro/WIN 32，并執(zhí)行所有的“強(qiáng)制”或“取消強(qiáng)制”

77、命令。當(dāng)PLC位于STOP（停止）工作方式可以進(jìn)行下列操作：</p><p>　?、?使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)檢視操作數(shù)的當(dāng)前值。（因?yàn)槌绦蛭磮?zhí)行，這一步驟等同于執(zhí)行“單次讀取”）</p><p>　?、?可以使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)強(qiáng)制數(shù)值。使用圖狀態(tài)寫(xiě)入數(shù)值。</p><p>　　③ 寫(xiě)入或強(qiáng)制輸出。</p><p>　?、?執(zhí)行有限次掃

78、描，并通過(guò)狀態(tài)圖或程序狀態(tài)觀察結(jié)果。</p><p>　?、?選擇運(yùn)行工作方式</p><p>　　當(dāng)PLC位于RUN（運(yùn)行）工作方式時(shí)，不能使用“首次掃描”或“多次掃描”功能。可以在狀態(tài)圖表中寫(xiě)入和強(qiáng)制數(shù)值，或使用LAD或FBD程序編輯器強(qiáng)制數(shù)值，方法與在STOP（停止）工作方式中強(qiáng)制數(shù)值相同。還可以執(zhí)行下列操作（不能在STOP工作方式使用）：</p><p>　

79、?、?使用圖狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新。如果希望使用單次更新，圖狀態(tài)必須關(guān)閉，才能使用“單次讀取”命令。</p><p>　?、?使用程序狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新。</p><p>　?、?使用RUN工作方式中的“程序編輯”編輯程序，并將改動(dòng)下載至PLC。</p><p>　　第五章 控制系統(tǒng)上位機(jī)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　

80、5.1 MCGS組態(tài)軟件介紹</p><p>　　MCGS（Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）是一套基于Windows平臺(tái)的、用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS具

81、有操作簡(jiǎn)單、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)。</p><p>　　MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，用來(lái)幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境的關(guān)系見(jiàn)圖5-1[10]。</p><p>　　圖5-1 組

82、態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境的關(guān)系圖</p><p>　　5.2 交通燈組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)</p><p>　　MCGS組態(tài)軟件安裝在計(jì)算機(jī)中，雙擊桌面“組態(tài)環(huán)境”圖標(biāo)，進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境，單擊“用戶窗口”、“新建窗口”后，在“用戶窗口”中新建一個(gè)“窗口0”，選中窗口0，點(diǎn)擊“窗口屬性”按鈕，進(jìn)入窗口屬性設(shè)置界面，將窗口名稱(chēng)和窗口標(biāo)題選項(xiàng)中的內(nèi)容改為“交通信號(hào)燈”，按“確認(rèn)”按鈕確認(rèn)。按“動(dòng)畫(huà)組態(tài)”按

83、鈕進(jìn)入畫(huà)面編輯窗口，在此窗口中利用工具箱中的繪圖工具，完成交通信號(hào)燈監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。交通燈監(jiān)控界面見(jiàn)圖5-2。</p><p>　　圖5-2 交通信號(hào)燈監(jiān)控界面</p><p>　　交通信號(hào)燈畫(huà)面中構(gòu)件比較簡(jiǎn)單，只有紅燈、黃燈、綠燈、報(bào)警燈和按鈕。首先定義數(shù)據(jù)變量，根據(jù)控制要求，監(jiān)控界面中對(duì)燈進(jìn)行定義，均為開(kāi)關(guān)量和顏色填充。在“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”選項(xiàng)卡中，通過(guò)使用“新增對(duì)象”和“對(duì)象屬性”按

84、鈕，對(duì)數(shù)據(jù)變量進(jìn)行定義。</p><p>　　在組臺(tái)工作臺(tái)界面中，用鼠標(biāo)單擊“設(shè)備串窗口”選項(xiàng)，雙擊出現(xiàn)的設(shè)備窗口圖標(biāo)進(jìn)入設(shè)備組態(tài)窗口，在此窗口中通過(guò)設(shè)備工具箱，完成設(shè)備組態(tài)。設(shè)備組態(tài)完成后，雙擊“通用串口父設(shè)備0”，進(jìn)入通用串口父設(shè)備屬性編輯界面，根據(jù)設(shè)備通訊要求和連接情況，完成通用串口父設(shè)備屬性編輯界面中相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，按“確認(rèn)”設(shè)置。返回設(shè)備組態(tài)窗口，雙擊“設(shè)備0—[西門(mén)子S7-200PPI]”進(jìn)入設(shè)備屬性

85、設(shè)置窗口，完成相關(guān)屬性參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　通過(guò)設(shè)備調(diào)試，使MCGS與PLC通訊正常，即設(shè)備調(diào)試窗口中“通訊狀態(tài)標(biāo)志”顯示為“0”，按確認(rèn)即可?；氐焦ぷ髋_(tái)界面，選擇主控窗口并單擊界面右側(cè)“系統(tǒng)屬性”按鈕，在彈出的“主控窗口屬性設(shè)置”對(duì)話框中選擇“內(nèi)存屬性”選項(xiàng)卡，在用戶窗口列表中選中“交通信號(hào)燈”，按“增加”按鈕，則“交通信號(hào)燈”移入“裝入內(nèi)存窗口”，按“確認(rèn)”鍵即可。</p><p

86、>　　第六章 控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試</p><p><b>　　6.1 準(zhǔn)備工作</b></p><p>　　聯(lián)機(jī)調(diào)試是最后一個(gè)設(shè)計(jì)步驟。下位機(jī)軟件程序部分在聯(lián)機(jī)調(diào)試前需要進(jìn)行模擬調(diào)試，模擬調(diào)試主要借助于強(qiáng)制輸入和PLC輸出端的輸出指示燈進(jìn)行。調(diào)試時(shí)，觀察PLC的輸出邏輯是否正確。如果有錯(cuò)誤則修改后反復(fù)調(diào)試，直到滿足要求為止。</p><p>

87、;<b>　　6.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　打開(kāi)STEP 7-Micro/WIN編程設(shè)備，將下位機(jī)程序下載到PLC中，并將PLC設(shè)置為RUN狀態(tài)，關(guān)閉STEP 7-Micro/WIN編程設(shè)備。</p><p>　　在MCGS組態(tài)環(huán)境中單擊主菜單中的“進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境”按鈕，進(jìn)入監(jiān)控運(yùn)行界面。</p><p>　　最終的聯(lián)機(jī)運(yùn)行結(jié)果正

88、確，部分結(jié)果圖見(jiàn)圖6-1。</p><p>　　圖6-1 效果圖</p><p>　　6.3 調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題</p><p>　　經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了的錯(cuò)誤。剛開(kāi)始的時(shí)候把程序?qū)戇M(jìn)去，在運(yùn)行時(shí)卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來(lái)而且完成了一個(gè)不正確的狀態(tài)流程。</p><p>　　當(dāng)時(shí)不知道從哪里入手，只好一條一條

89、地檢查，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)接通延時(shí)定時(shí)器的時(shí)間設(shè)置出現(xiàn)了差錯(cuò)。修改過(guò)后，PLC輸出信號(hào)的燈按照正常的狀態(tài)流程循環(huán)亮起來(lái)。</p><p>　　在進(jìn)行上下位機(jī)的聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，需要在PLC運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，于是在程序下載到PLC之前，通過(guò)中間繼電器代替輸入，這樣可以與PLC的輸出和組態(tài)監(jiān)控的外部變量正確連接起來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)交通燈的監(jiān)控。</p><p>　　監(jiān)控過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了上位機(jī)界面中有個(gè)外部變

90、量不變化，最后發(fā)現(xiàn)原來(lái)是上位機(jī)設(shè)計(jì)中變量連接出現(xiàn)了漏洞，后來(lái)連接改善之后，監(jiān)控界面也達(dá)到了預(yù)想的要求。</p><p>　　雖然找錯(cuò)誤是一個(gè)枯燥無(wú)味的工作，但只要耐心去做的話，肯定能學(xué)到有用的東西。</p><p><b>　　第七章 總結(jié)</b></p><p>　　我設(shè)計(jì)的課題是《交通信號(hào)燈PLC控制設(shè)計(jì)》，雖然這個(gè)課題和生活聯(lián)系很緊密、且

91、比較簡(jiǎn)單，但對(duì)于我一個(gè)外專(zhuān)業(yè)的人來(lái)說(shuō)還是有一定的難度。</p><p>　　俗話說(shuō)萬(wàn)事開(kāi)頭難，一開(kāi)始我沒(méi)有頭緒，但是在徐老師的指導(dǎo)下，我慢慢的就理解了這個(gè)設(shè)計(jì)。首先我自己查找資料、學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，在了解透徹的情況下，老師又給我具體講解這次設(shè)計(jì)的思想，把具體的要求給我，然后又給我提出了一些在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能會(huì)遇到的問(wèn)題讓我加以注意。</p><p>　　分析這些問(wèn)題之后，就開(kāi)始做準(zhǔn)備工作。首先詳

92、細(xì)了解《交通信號(hào)燈PLC控制設(shè)計(jì)》的被控系統(tǒng)，明確控制要求。接著做硬件設(shè)計(jì)，先根據(jù)《交通信號(hào)燈PLC控制設(shè)計(jì)》控制要求確定PLC硬件選型及相關(guān)硬件配置，并根據(jù)選出的I/O模塊列出I/O分配表；再設(shè)計(jì)硬件接線圖。然后就是軟件的設(shè)計(jì)，在編寫(xiě)程序之前，我們先對(duì)基本的電路進(jìn)行了分析，明確工藝要求，設(shè)計(jì)梯形圖程序；開(kāi)始的程序出現(xiàn)了錯(cuò)誤，該亮的燈沒(méi)亮，該熄滅的等沒(méi)滅，在一次又一次的分析下，對(duì)程序進(jìn)行修改、試驗(yàn)，知道滿足要求。最后是組態(tài)監(jiān)控，利用利用

93、MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)（上位機(jī)調(diào)試），進(jìn)行上下位機(jī)的聯(lián)機(jī)測(cè)試并做相應(yīng)調(diào)試。</p><p>　　在忙碌中，學(xué)到了許多，雖然以前沒(méi)有學(xué)過(guò)PLC，這次設(shè)計(jì)正好加以學(xué)習(xí)，并且對(duì)于PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理有了了解。在老師、同學(xué)的幫助下，圓滿完成了設(shè)計(jì)，我認(rèn)為本次設(shè)計(jì)不僅僅學(xué)到了許多知識(shí)，也很好的鍛煉了我的意志。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通信號(hào)燈的控制，其

94、控制方法是采用西門(mén)子的S7-200系列CPU224型號(hào)PLC對(duì)東西南北的紅、黃、綠燈實(shí)現(xiàn)有規(guī)律的循環(huán)閃亮，以達(dá)到對(duì)交通信號(hào)燈的控制?？刂七^(guò)程中采用了順序控制設(shè)計(jì)法使用十個(gè)定時(shí)器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)七個(gè)控制對(duì)象的控制。控制程序包括有順序功能圖（SFC）、梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（STL）。組態(tài)監(jiān)控使用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，最終經(jīng)過(guò)多次調(diào)試實(shí)現(xiàn)了所需的全部設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　通過(guò)這次可編程控制器的課

95、程設(shè)計(jì)，終于發(fā)現(xiàn)腦海里有了工程的思想。以前單方面的學(xué)習(xí)了電子硬件知識(shí)和軟件知識(shí)。有人說(shuō)只懂硬件，那是一個(gè)技術(shù)員，只懂軟件的，那是程序員。系統(tǒng)結(jié)合，要軟硬兼施，才能具備一個(gè)工程師綜合素質(zhì)。</p><p>　　鑒于我的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單易于完成，望后來(lái)者能夠在以后的設(shè)計(jì)中完善設(shè)計(jì)中的控制要求，以更好的應(yīng)對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的交通狀況。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&l

96、t;/p><p>　　[1] 李輝.S7-200 PLC編程原理與工程實(shí)訓(xùn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.2：4-7．</p><p>　　[2] 廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.8：26-28．</p><p>　　[3] 王曙光.S7-200 PLC應(yīng)用基礎(chǔ)與實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2007.9

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100、指導(dǎo)老師徐承韜老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，在整個(gè)設(shè)計(jì)完成的過(guò)程中，從資料的獲取到核心設(shè)計(jì)、從論文的初稿完成到修改、再到完成定稿，徐老師給予了最大的幫助和支持。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)時(shí)刻激勵(lì)著我盡最大的努力去完成這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，并以深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神、刻苦拼搏的工作作風(fēng)告訴我做事要認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍，所以我要特別對(duì)徐老師表達(dá)真誠(chéng)的感謝。</p><p>　　其次我要感謝我的母校以

101、及母校的老師們，是母校給了我學(xué)習(xí)的平臺(tái)，讓我在科學(xué)的大道上得以自由馳騁，是老師們的殷切教導(dǎo)讓我獲得知識(shí)、學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí)知識(shí)的本領(lǐng)，使我能夠不斷地提高自己，逐步成長(zhǎng)。</p><p>　　最后我要衷心地感謝我的家人，感謝他們?cè)谖页砷L(zhǎng)中給予的教誨與鼓勵(lì)，以及無(wú)怨無(wú)私的關(guān)愛(ài)，并且含辛茹苦地把我送到大學(xué)讀書(shū)，讓我學(xué)知識(shí)，接受高等教育！他們的支持是促使我克服困難、不斷進(jìn)步的堅(jiān)強(qiáng)動(dòng)力，我今后將努力進(jìn)取，不斷進(jìn)步，來(lái)感謝你們的恩