基于PLC交通燈設(shè)計(jì).doc

學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 系 別： 專 業(yè)： 班 號(hào)： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于PLC交通燈設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn)： 起 迄 日 期： 2013.10.01-2014.6.03 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書專業(yè) 班級(jí) 姓名 一、課題名稱：基于PLC交通燈設(shè)計(jì) 二、主要技術(shù)指標(biāo)（或基本要求）：1、采用西門子的S7-300PLC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2、采用了順序控制設(shè)計(jì)法用了六個(gè)計(jì)數(shù)器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)八個(gè)控制對(duì)象的控制 3、采用了組態(tài)軟件對(duì)交通燈進(jìn)行仿真 三、主要工作內(nèi)容：1、熟悉題目要求，通過查閱相關(guān)科技文獻(xiàn)，初步擬定的方案； 2、對(duì)所選方案論證與確定，并分析其可行性； 3、通過計(jì)算，初步完成交通燈方案設(shè)計(jì)； 4、對(duì)交通燈進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)； 5 完成軟件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真； 6、整理資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文； 7、準(zhǔn)備答辯。 四、主要參考文獻(xiàn)：1廖常初.PLC編程及應(yīng)用（第三版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010 2田淑珍.S7-300 PLC原理及應(yīng)用 M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 3張運(yùn)剛等.PLC技術(shù)與應(yīng)用 M.北京：人民郵電出版社，2011 4蘇昆哲.深入淺出西門子WINCCV6M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012. 學(xué) 生 （簽名） 2013年9月 30日 指 導(dǎo) 教 師(簽名) 2012年9月 30日 教研室主任（簽名） 2013年9月 30日 系 主 任（簽名） 2013年9月 30日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目基于PLC交通燈設(shè)計(jì)一選題的背景和意義：PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性,同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富,可對(duì)目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制,特別對(duì)多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。同時(shí),PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,將同一條道路上的信號(hào)燈組成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理,可縮短車輛通行等候時(shí)間,實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理.2 課題研究的主要內(nèi)容：1、 PLC控制交通燈與其他軟件控制相比較的優(yōu)勢；2、PLC控制交通燈的整體設(shè)計(jì)方案；3、硬件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；4、軟件設(shè)計(jì)：交通燈梯形圖程序設(shè)計(jì)； 5、方案驗(yàn)證：利用組態(tài)仿真軟件驗(yàn)證方案的正確性三主要研究（設(shè)計(jì)）方法論述：1、文獻(xiàn)研究法：在開題初期，通過網(wǎng)絡(luò)，圖書，期刊收集資料；2、市場調(diào)查法：在設(shè)計(jì)前，對(duì)各種交通燈進(jìn)行市場調(diào)查；3、對(duì)比法：對(duì)各種交通燈設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；4、軟件仿真法：利用組態(tài)仿真軟件驗(yàn)證方案的正確性、合理性和有效性四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：時(shí)間（迄止日期）工 作 內(nèi) 容2013.10.012012.10.05確立研究課題，初擬畢業(yè)設(shè)計(jì)綱要2013.10.052013.10.08查閱相關(guān)資料并進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)2013.10.082013.10.15認(rèn)真研究課題，確定設(shè)計(jì)方案2013.10.152013.10.16撰寫中期檢查報(bào)告2013.10.162013.10.23完成交通燈硬件設(shè)計(jì) 2013.10.232013.10.25編譯程序并進(jìn)行時(shí)序仿真 2013.10.252013.11.17撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2013.11.182014.05.31修改論文完成初稿，并提交電子稿于老師審閱2014.05.312013.06.03準(zhǔn)備畢業(yè)答辯五、指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日 基于PLC交通燈設(shè)計(jì) 目 錄 摘 要Abstract第1章 前言1第2章 可編程程序控制器（PLC）22.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)22.2 PLC的工作原理2第3章 方案設(shè)計(jì)4 3.1 設(shè)計(jì)要求43.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析4 3.3 PLC選型6第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7 4.1 設(shè)計(jì)原則74.2 PLC外部連接設(shè)計(jì)74.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)8第5章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)105.1系統(tǒng)程序分析105.2 梯形圖軟件設(shè)計(jì)105.3梯形圖所對(duì)應(yīng)的語句表15第6章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試176.1 組態(tài)軟件的介紹176.2 組態(tài)畫面的建立186.3 變量的定義186.4仿真并調(diào)試196.5 調(diào)試要點(diǎn)及注意事項(xiàng)22第7章 結(jié)束語24參考文獻(xiàn)25答謝辭26摘 要 PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(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)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。本設(shè)計(jì)是用PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通信號(hào)燈的控制，其控制方法是采用西門子的S7-300PLC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^程中采用了順序控制設(shè)計(jì)法用了六個(gè)計(jì)數(shù)器分時(shí)段分頻率自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)八個(gè)控制對(duì)象的控制?？刂瞥绦虬ㄓ许樞蚬δ軋D（SFC）、梯形圖(LAD)、指令表(STL)。系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行是用組態(tài)軟件進(jìn)行仿真的，最終經(jīng)過多次調(diào)試實(shí)現(xiàn)了我們所需的全部設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵字：PLC、交通燈、控制系統(tǒng)、組態(tài)設(shè)計(jì)Abstract PLC programmable logic controller is a microprocessor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology evolved a new type of industrial control devices. It has a simple structure, convenient programming, high reliability, has been widely used in industrial processes and automatic control of the position.This design is realizes with PLC to the intersection street-traffic control lights control, its control method is uses Simenss S7-300 PLC to the East, West, South and North red, yellow, green, the left green light to realize the orderly circulation to glisten, achieves to street-traffic control lights control. In the controlled process used the sequential control design law to use eight timer six counters to divide the time interval frequency division rate to realize automatically to eight controlled member control. The control procedure includes the smooth functional diagram (SFC), trapezoidal chart (LAD), instruction list (STL). System commissioning is configuration software simulation, finally after several debugging all we need to achieve the design requirements.Keywords: PLC, traffic lights, control systems, configuration design 第1章 前言 可變程序控制器（PLC）是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自60年代問世以來，PLC得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，尤其在數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信及與DCS等集散系統(tǒng)融合方面有了很大的進(jìn)展，可變程序控制器已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化強(qiáng)有力的工具，得到了廣泛的普及和推廣應(yīng)用。交通十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊?？渴裁磥韺?shí)現(xiàn)這井然秩序呢?靠的是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。那么控制系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)紅、綠、黃三種顏色信號(hào)燈有條不紊工作的呢?交通信號(hào)燈控制方式很多，可以用電子電路來實(shí)現(xiàn)，也可以用單片機(jī)編程控制來實(shí)現(xiàn)。本文主要介紹如何利用PLC來實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈的控制。1第2章 可編程程序控制器（PLC） 2.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式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。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 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)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。如圖2-1 PLC的結(jié)構(gòu)圖： 圖2-1 PLC的結(jié)構(gòu)圖 2.2 PLC的工作原理 它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源、編程器擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2-2所示：圖2-2 PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。 PLC的掃描一個(gè)周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段.PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，執(zhí)行的結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。第3章 方案設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)要求 交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下：1:信號(hào)燈受一個(gè)起動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)起動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)起動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。 2: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。 3:南北紅燈亮維持25S。在南北紅燈亮的同時(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。 4: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。 5：周而復(fù)始。如圖3-1所示：圖3-1 交通信號(hào)圖 3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析十字路口交通燈狀態(tài)的分析： 十字路口交通燈如下圖3-1所示，將12個(gè)交通燈進(jìn)行編號(hào) 這12個(gè)交通燈共有四個(gè)狀態(tài)： 狀態(tài)1：南北紅燈（1、7）亮，東西綠燈（6、12）亮。狀態(tài)2：南北紅燈（1、7）繼續(xù)亮，東西綠燈（6、12）閃。狀態(tài)3：南北紅燈（1、7）繼續(xù)亮，東西黃燈（5、11）亮。 狀態(tài)4：東西紅燈（4、10）亮，南北綠燈（3、9）亮。狀態(tài)5：東西紅燈（4、10）繼續(xù)亮，南北綠燈（3、9）閃。 狀態(tài)6：東西紅燈（1、7）繼續(xù)亮，南北黃燈（2、8）亮。 如圖3-2所示 :圖3-2 交通紅綠燈分布圖 交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)工作時(shí)，對(duì)指揮燈的控制要求按一定時(shí)序進(jìn)行，如圖3-3所示:啟動(dòng)/停止南北紅燈東西綠燈東西黃燈東西紅燈南北綠燈南北黃燈圖3-3 交通信號(hào)燈時(shí)序狀態(tài)示意圖3.3 PLC選型S7-300 PLC的選型原則是據(jù)生產(chǎn)工藝所需的功能和容量進(jìn)行選型，并考慮維護(hù)的方便性、備件的通用性，以及是否易于擴(kuò)展和有無特殊功能等要求。選型時(shí)具體注意以下幾方面：(1)有關(guān)參數(shù)確定。一是輸入/輸出點(diǎn)數(shù)(I/O點(diǎn)數(shù))確定。這是確定PLC規(guī)模的一個(gè)重要依據(jù)，一定要根據(jù)實(shí)際情況留出適當(dāng)余量和擴(kuò)展余地。二是PLC存儲(chǔ)容量確定。注意當(dāng)系統(tǒng)有模擬量信號(hào)存在或要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理時(shí)，其存儲(chǔ)容量應(yīng)選大一些。(2)系統(tǒng)軟硬件選擇。一是擴(kuò)展方式選擇，S7-300 PLC有多種擴(kuò)展方式，實(shí)際選用時(shí)，可通過控制系統(tǒng)接口模塊擴(kuò)展機(jī)架、Profibus-DP現(xiàn)場總線、通信模塊、運(yùn)程I/O及PLC子站等多種方式來擴(kuò)展PLC或預(yù)留擴(kuò)展口；二是PLC的聯(lián)網(wǎng)，包括PLC與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和PLC之間相互聯(lián)網(wǎng)兩種方式。因S7-300 PLC的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)淡化了PLC與DCS的界限，聯(lián)網(wǎng)的解決方案很多，用戶可根據(jù)企業(yè)的要求選用；三是CPU的選擇，CPU的選型是合理配置系統(tǒng)資源的關(guān)鍵，選擇時(shí)必須根據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)CPU的要求包括系統(tǒng)集成功能、程序塊數(shù)量限制、各種位資源、MPI接口能力等。 （3）PROFIBUS-DP主從接口、RAM容量、溫度范圍等，并最好在西門子公司的技術(shù)支持下進(jìn)行，以獲得合理的選型；四是編程軟件的選擇，這主要考慮對(duì)CPU的支持狀況，我們的體會(huì)是：STEP7 V4.0對(duì)有些型號(hào)的CPU不支持，硬件組態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生故障出錯(cuò)，而STEP7V5.0則不存在這種問題。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)原則 (1) 滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求； (2) 在滿足控制要求的前提下，力求簡單、經(jīng)濟(jì)，操作方便； (3) 保證控制系統(tǒng)工作安全可靠； (4) 考慮到今后的發(fā)展改進(jìn)，應(yīng)適當(dāng)留有進(jìn)一步擴(kuò)展的余地。4.2 PLC外部連接設(shè)計(jì) 交通燈的硬件設(shè)計(jì)包括輸入/輸出PLC地址編號(hào)、輸入/輸出分配。根據(jù)交通燈的控制要求，該系統(tǒng)要求有一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)，1個(gè)停止開關(guān)，共兩個(gè)輸入點(diǎn)，12盞燈，東西方向、南北方向的同一類燈可以共用1個(gè)點(diǎn)，故用6個(gè)輸出就可以。交通輸入/輸出信號(hào)與PLC地址編號(hào)對(duì)照表如3-4所示，輸入/輸出分配線圖如圖3-5所示。表4-1 輸入/輸出信號(hào)與PLC地址編號(hào)對(duì)照表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱編號(hào)南北綠燈Q0.0啟動(dòng)開關(guān)M2.0南北紅燈Q0.1停止開關(guān)M2.1南北黃燈Q0.2東西綠燈Q1.0東西紅燈Q1.1東西黃燈Q1.2圖4-2 交通燈輸入/輸出接線圖4.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)1. 設(shè)計(jì)要點(diǎn) (1)抗干擾設(shè)計(jì)。來自電源線的雜波，能造成系統(tǒng)電壓畸變，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備的過電壓、過負(fù)荷、過熱甚至燒毀元器件，造成PLC等控制設(shè)備誤動(dòng)作。所以，在電源入口處最好應(yīng)設(shè)置屏蔽變壓器或電源濾波等防干擾設(shè)施。其中，電源濾波器的地要以最短線路接到中央保護(hù)地。對(duì)于直流電源，則可加裝微分電容加以干擾抑制。 應(yīng)合理配置PLC的使用環(huán)境，提高系統(tǒng)抗干擾能力。具體采取的措施有：遠(yuǎn)離高壓柜、高頻設(shè)備、動(dòng)力屏以及高壓線或大電流動(dòng)力裝置；通信電纜和模擬信號(hào)電纜盡量不與其他屏(盤)或設(shè)備共用電纜溝；PLC柜內(nèi)不用熒光燈等。另外，PLC雖適合工業(yè)現(xiàn)場，但使用中也應(yīng)盡量避免直接震動(dòng)和沖擊、陽光直射、油霧、雨淋等；不要在有腐蝕性氣體、灰塵過多、發(fā)熱體附近應(yīng)用；避免導(dǎo)電性雜物進(jìn)入控制器。 (2)保護(hù)接地設(shè)計(jì)?？刹扇∮貌恍∮?0mm2的保護(hù)導(dǎo)線接好配電板的保護(hù)地；相鄰的控制柜也應(yīng)良好接觸并與地可靠連接。同時(shí)要做好防雷保護(hù)接地，通?？刹扇】偩€電纜使用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地，或模擬信號(hào)電纜采取兩層屏蔽，外層屏蔽兩端接地等措施。另外，為防止感應(yīng)雷進(jìn)入系統(tǒng)，可采用浪涌吸收器。 (3)信號(hào)屏蔽設(shè)計(jì)。信號(hào)的屏蔽非常關(guān)鍵，一般可采取屏蔽電纜傳送模擬信號(hào)。注意對(duì)多個(gè)模擬信號(hào)共用一根多芯屏蔽電纜或用兩種屏蔽電纜傳送時(shí)，信號(hào)間一定要做好屏蔽。而且電纜的屏蔽層一端(一般在控制柜端)要可靠接地。當(dāng)現(xiàn)場沒有或無法設(shè)置硬點(diǎn)時(shí)，可在操作界面上采取軟按鍵的方法解決走向選擇或控制方式選擇等問題。此外，與變頻器、智能儀表等的連接，最好還是采用信號(hào)線直接相連的方式。 2. 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)(1)PLC輸出電路中沒有保護(hù)，因此在外部電路中應(yīng)設(shè)置串聯(lián)熔斷器等保護(hù)裝置，以防止負(fù)載短路造成PLC損壞。熔斷器容量一般為0.5A。(2)PLC存在I/O響應(yīng)延遲問題，因此在快速響應(yīng)設(shè)備中應(yīng)加以注意。MPI通信協(xié)議雖簡單易行，但響應(yīng)速度較慢。(3)編制控制程序時(shí)，最好用模塊式結(jié)構(gòu)程序。這樣既可增強(qiáng)程序的可讀性，方便調(diào)試和維護(hù)工作；又能使數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，方便WinCC組態(tài)時(shí)變量標(biāo)簽的統(tǒng)一編制和設(shè)備狀態(tài)的統(tǒng)一顯示。(4)硬件資源。要合理配置硬件資源，以提高系統(tǒng)可靠性。如PLC電源配電系統(tǒng)要配備冗余的UPS不間斷電源，以排除停電對(duì)全線運(yùn)行的不利影響。又如對(duì)電機(jī)的控制回路要進(jìn)行繼電器隔離，以消除外部負(fù)載對(duì)I/O模塊的可能損壞。另外，系統(tǒng)設(shè)備要采用獨(dú)立的接地系統(tǒng)，以減少雜波干擾。第5章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 5.1系統(tǒng)程序分析 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分析出交通燈的正常時(shí)序流程圖如圖5-1所示：啟 動(dòng)?xùn)|西綠燈亮20S南北紅燈亮25S東西綠燈閃亮3S東西黃燈亮2S東西紅燈亮30S南北綠燈亮25S南北綠燈閃亮3S南北黃燈亮2S 圖5-1 正常時(shí)序流程圖5.2 梯形圖軟件設(shè)計(jì)當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。交通燈控制系統(tǒng)的控制要根據(jù)程序分析，設(shè)計(jì)梯形圖程序如圖5-2所示： 圖5-2 交通燈程序梯形圖5.3梯形圖所對(duì)應(yīng)的語句表 下面對(duì)程序的器件號(hào)功能進(jìn)行描述，梯形圖對(duì)應(yīng)的語句表如表5-2所示：表5-2 梯形圖語句表步序器件號(hào)說明0M2.0啟動(dòng)按鈕1M2.1停止按鈕2M3.0介質(zhì)3T100.5s脈沖4T110.5s脈沖5Q0.0南北綠燈輸出6Q0.1南北黃燈輸出7Q0.2南北紅燈輸出8Q1.0東西綠燈輸出9Q1.1東西黃燈輸出11Q1.2東西紅燈輸出12T0南北紅燈東西綠燈時(shí)間定時(shí)器13T1南北綠燈東西紅燈時(shí)間定時(shí)器14T2東西黃燈時(shí)間定時(shí)器15T3南北黃燈時(shí)間定時(shí)器16（SD)通電延時(shí)定時(shí)器17（SE)斷電延時(shí)定時(shí)器18（P）上升沿脈沖19（N)下降沿脈沖第6章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試6.1 組態(tài)軟件的介紹 組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)的軟件平臺(tái)工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個(gè)組成部分。它具有豐富的設(shè)置項(xiàng)日，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。組態(tài)軟件由早先單一的人機(jī)界面向數(shù)據(jù)處理機(jī)方向發(fā)展，管理的數(shù)據(jù)量越來越大。隨著組態(tài)軟件自身以及控制系統(tǒng)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件部分地與硬件發(fā)生分離，為自動(dòng)化軟件的發(fā)展提供了充分發(fā)揮作用的舞臺(tái)。OPC(OLE for Process Control)的出現(xiàn)，以及現(xiàn)場總線尤其是工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，大大簡化了異種設(shè)備間互連，降低了開發(fā)I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件的工作量。I/O驅(qū)動(dòng)軟件也逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的作用進(jìn)一步加強(qiáng)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是SCADA系統(tǒng)的核心技術(shù)。從軟件技術(shù)上講，SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)可統(tǒng)一管理酌、支持變結(jié)構(gòu)的、支持實(shí)時(shí)計(jì)算的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)中，還有對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支持(如OPC規(guī)范等)，對(duì)分布式計(jì)算的支持和對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)冗余的支持，等等。組態(tài)軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結(jié)構(gòu)，并對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源(設(shè)備、標(biāo)簽量、畫面等)進(jìn)行配置和編輯；處理數(shù)據(jù)報(bào)警及系統(tǒng)報(bào)警；提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序；各類報(bào)表的生成和打印輸出；使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能；存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢，等等。西門子視窗控制中心SIMATIC WinCC( Windows Control Center）是HMISCADA軟件中的后起之秀，1996年進(jìn)入世界工控組態(tài)軟件市場，當(dāng)年就被美國Control Engnieering雜志評(píng)為最佳HMI軟件，以最短的時(shí)間發(fā)展成第三個(gè)在世界范圍內(nèi)成功的SCADA系統(tǒng)；而在歐洲，它無可爭議地成為第一。在設(shè)計(jì)思想上，SIMATIC WinCC秉承西門子公司博大精深的企業(yè)文化理念，性能最全面、技術(shù)最先進(jìn)、系統(tǒng)最開放的HMI/SCADA軟件是WinCC開發(fā)者的追求。Wincc是按世界范圍內(nèi)使用的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此從一開始就適合于世界上各主要制造商生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，如AB，Modicon，GE等，并且通訊驅(qū)動(dòng)程序的種類還在不斷地增加。通過OPE的方式，WinCC還可以與更多的第三方控制器進(jìn)行通訊。WinCC V6O采用標(biāo)準(zhǔn)Microsoft SQL Server 2000(WinCC V6.0以前版本采用Sybase)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔，同時(shí)具有web瀏覽器功能，可使經(jīng)理、廠長在辦公室內(nèi)看到生產(chǎn)流程的動(dòng)態(tài)畫面，從而更好地調(diào)度指揮生產(chǎn)，是工業(yè)企業(yè)中MES和ERP系統(tǒng)首選的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件。 作為SIMATIC全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成都分，WinCC確保與SIMATIC S5，S7和505系列的PLC連接的方便和通訊的高效；WinCC與STEP 7編程軟件的緊密結(jié)合縮短了項(xiàng)目開發(fā)的周期。此外，WinCC還有對(duì)SIMATIC PLC進(jìn)行系統(tǒng)診斷的選項(xiàng)，給硬件維護(hù)提供了方便。組態(tài)6.2 組態(tài)畫面的建立 系統(tǒng)的調(diào)試是采用組態(tài)進(jìn)行仿真的，首先打開組態(tài)軟件，建立以下畫面trffic.Pdl，如圖6-1所示：圖6-1 建立交通燈畫面6.3 變量的定義首先對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)變量進(jìn)行定義。各變量定義如表6-2所示：表6-2 變量名定義表變量名變量類型初始值注釋ng開關(guān)量0南北路綠燈信號(hào)ny開關(guān)量0南北路黃燈信號(hào)nr開關(guān)量0南北路紅燈信號(hào)eg開關(guān)量0東西路綠燈信號(hào)ey開關(guān)量0東西路黃燈信號(hào)er開關(guān)量0東西路紅燈信號(hào)tstart開關(guān)量0啟動(dòng)按鈕tstop開關(guān)量0停止按鈕nwtime數(shù)值量0南北方向倒計(jì)時(shí)ewtime數(shù)值量0東西方向倒計(jì)時(shí)雙擊trffic.Pdl，編輯下面十字路口交通圖，分別對(duì)各個(gè)圓屬性中背景顏色進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)，并連接好相應(yīng)的變量的圖6-3所示：圖6-3 組態(tài)編輯畫面6.4仿真并調(diào)試打開s7-300PLCSIM軟件，選中stop方框，如圖6-4所示，下載編寫梯形圖程序，如圖6-5所示。圖6-4 s7-300 plc仿真stop狀態(tài)圖6-5 程序下載程序下載完畢，選中run方框，畫面進(jìn)入運(yùn)行模式，如圖6-6所示：圖6-6 s7-300 plc仿真運(yùn)行狀態(tài) 啟動(dòng)trffic.Pdl畫面，按下調(diào)試按鈕，畫面運(yùn)行，按下start按鈕，南北紅燈亮，同時(shí)東西綠燈亮，如圖6-7所示：圖6-7南北紅燈亮，同時(shí)東西綠燈亮緊接著是南北黃燈亮，東西綠燈閃爍，維持時(shí)間一致，如圖6-8所示：圖6-8南北黃燈亮，東西綠燈閃爍，維持時(shí)間一致南北綠燈亮，同時(shí)東西紅燈亮，如圖6-9所示：圖6-9 南北綠燈亮，同時(shí)東西紅燈亮當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，交通燈熄滅，停止工作，狀況如圖6-10所示：圖6-10 交通燈停止工作6.5 調(diào)試要點(diǎn)及注意事項(xiàng) (1)常規(guī)檢查。在通電之前要耐心細(xì)致地作一系列的常規(guī)檢查(包括接線檢查、絕緣檢查、接地電阻檢查、保險(xiǎn)檢查等)，避免損壞PLC模塊(用STEP7的診斷程序?qū)λ心K進(jìn)行檢查)。 (2)系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試可按離線調(diào)試與在線調(diào)試兩階段進(jìn)行。其中離線調(diào)試主要是對(duì)程序的編制工作進(jìn)行檢查和調(diào)試，采用STEP7能對(duì)用戶編制程序進(jìn)行自動(dòng)診斷處理，用戶也可通過各種邏輯關(guān)系判斷編制程序的正誤。而在線調(diào)試是一個(gè)綜合調(diào)試過程，包括程序本身、外圍線路、外圍設(shè)備以及所控設(shè)備等的調(diào)試。在線調(diào)試過程中，系統(tǒng)在監(jiān)控狀態(tài)下運(yùn)行，可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、隨時(shí)解決問題，從而使系統(tǒng)逐步完善。因此，一般系統(tǒng)所存在的問題基本上可在此過程中得到解決。(3)在線調(diào)試設(shè)備開停時(shí)，必須先調(diào)試空開關(guān)的運(yùn)行情況；如果設(shè)備設(shè)有運(yùn)行監(jiān)視開關(guān)，則可把監(jiān)視開關(guān)強(qiáng)制為(正式運(yùn)行時(shí)，撤銷強(qiáng)制)。調(diào)試單臺(tái)設(shè)備時(shí)可針對(duì)性地建立該設(shè)備的變量表，對(duì)該設(shè)備及其與該設(shè)備相關(guān)的變量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。這樣既可判斷邏輯操作是否正確，對(duì)模擬量的變化也可一目了然。比如調(diào)試電動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，可建立一變量表，對(duì)執(zhí)行器的位置信號(hào)、限位信號(hào)、過力矩信號(hào)及輸出命令信號(hào)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，便可非常直觀地觀測執(zhí)行器的動(dòng)作情況。(4)S7-300 PLC模擬量模塊可通過變換信號(hào)類型卡支持各種類型信號(hào)。當(dāng)改造老生產(chǎn)工藝線時(shí)，不可避免地會(huì)遇到多類信號(hào)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)最好不把幾種信號(hào)接到同一模塊；同時(shí)必須先組態(tài)好模塊，再接信