复杂交通指示灯PLC控制系统设计制作毕业设计.pdf
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目录目录第第 1 1 章章 引引言言.1 11.1 设计概述.11.2 设计目标与意义.11.3 章节安排.3第第 2 2 章章 方案论证与原型方案论证与原型.4 42.1 设计任务分析.42.2 方案论证与选择.42.2.1 方案一.42.2.2 方案二.42.3 方案确定.5第第 3 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计.6 63.1 PLC 基础知识.63.1.1 PLC 结构.63.1.2 PLC 工作原理.73.1.3 PLC 的应用.73.1.4 西门子 S7-200 系列 PLC 组成.93.2 复杂交通指示灯总体框图.11第第 4 4 章章 软件设软件设计计.12124.1 复杂交通灯指示功能图.124.2 复杂交通指示灯 I/O 分配表.134.3 交通灯控制要求与实现功能.134.4 MCGS 组态软件的整体介绍.134.5 MCGS 组态功能特点.144.6 MCGS 工作方式.144.7 MCGS 组态模拟交通灯动画设计.16第第 5 5 章章 产品调试产品调试.19195.1 调试的设备.195.2 调试步骤.195.3 故障分析.19第第 6 6 章章 产品使用说明产品使用说明.20206.1 功能描述.206.2 使用说明.20第第 7 7 章章 心得体会心得体会.2121致谢.22参考文献.23附 录.24摘摘要要传统的交通灯控制系统大多是由数字电路来实现的,交通灯控制系统稳定性可靠性与抗干扰能力较差,随着社会经济的发展,数字电路交通灯越来越不能满足日益增长的交通压力,因此须寻求一种新的方法来取代这种复杂而工作不稳定的控制系统。随着科技的发展,可编程控制器(PLC)的功能日益完善,可编程制器已作为一种以微电脑技术为核心的自动控制装置,已被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源等各种行业。它可靠性高、功能完善、抗干扰能力强,具有结构简单、重量轻等优点,是一种用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统。采用 PLC 控制交通信号灯,主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别是方便地实现多岔路口的控制。由于 PLC 本身具有通信联网功能可将同一条道路上的信号灯组成一局域通行等候时间,实现科学化管理。MCGS 软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件,用来帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程,以用户的制定方式运行,并进行各种处理,完成用户组态用户设计的目标和功能。MCGS 生成的用户应用系统,其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分组成。关键字:交通灯,可编程控制器,MCGS 组态张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书1第第 1 1 章章引引言言1.11.1设计概述设计概述随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化。本文以可编程控制器实现交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状,结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理,给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 PLC 设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业。随着科技的发展,可编程控制器的功能日益完善,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工业中的作用更加突出。1.21.2设计目标与意义设计目标与意义交通问题是我国社会经济发展的一个大问题,尤其随着国家优良的政策不断的实施,国家经济发展也越发迅猛,我国是各人口大国,生活密度比较大,尤其在大中城市,交通拥挤的现状日益影响了社会发展的脚步,交通是否发达衡量是衡量一个省市盛会水平与投资环境的重要指标。如果知识一味的建设地铁或轻轨需要大量的资金与时间,这对大多数城市来讲都不台现实。随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加,许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况,因此,自 80 年代后期,这些城市纷纷修建城市高速道路,在高速道路建设完成的初期,它们也曾有效地改善了交通状况。然而,随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制,高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点,也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以,如何采用合适的控制张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书2方法,最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路,缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。因此解决交通问题在考虑到经济环境等等问题时,那么提高交通控制系统的效率是重中之重。而这也是解决当务之急最有效的办法之一。城市路口交通信号控制系统大体上分为三种类型:定周期的信号机、多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适应多相位智能型信号机。具体采用哪种类型,应根据其应用场合及特点加以确定。其中,第一种类型以其成本低,设计简单,安装及维护方便等特点得到了广泛应用。交通灯在我们日常生活中,随处可见,马路,车库,火车轨道等等地方我吗都可以见到,他们的型式也是多样的,组成也主要是红、黄、绿三色灯,它们显示的型式也是多样的,有的是以数字型式呈现,有点则是以条形块等等型式显示。信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。一般十字路口的交通灯都是最基本的交通信号灯,只是起到定时转换通行方向的作用,它的工作过程如下:1.系统工作后,首先南北红灯亮并维持 25s;与此同时,东西绿灯亮,并维持 20s 时间,到 20s 时,东西绿灯闪亮,闪亮 3s 后熄灭。2.在东西绿灯熄灭时,东西黄灯亮并维持 2s,然后东西黄灯熄灭,东西红灯亮,同时南北红灯熄灭,南北绿灯亮。3.东西红灯亮并维持 30s;与此同时,南北绿灯亮并维持 25s;然后,南北绿灯闪亮 3s 后熄灭。4.南北绿灯熄灭时,南北黄灯亮维持 2s 后熄灭;同时南北红灯亮,东西绿灯亮。至此,结束一个工作循环。在这最基本的交通灯上,可以增加一些特殊的控制,如:1.在每个路口安装传感器,传感器收到的信息传递至 PLC。当车辆进入路口经过第一个传感器时,使统计数加 1;经过第二个传感器 2 出路口时,使统计数减 1,其差值就是该路口某个方向上车辆的滞留量(动态值),可以与其它方向的值进行比较,据此作为调整红绿灯时长的依据。这是智能的控制,也可以在编程的时候给这个时间定值,通过开关按钮来进行人工控制。当某个方向汽车滞留量大时,可人工控制绿灯延长亮的时间,尽可能使滞留的车都能通过该路口,避免造成交通阻塞。2.在较大的十字路口,车行方向的交通信号灯一般都对应着人行道上的信号灯。一般人行道上的交通灯只有红绿两种,当东西车行道红灯亮时,南北人行道绿灯,行人可以通过。同理,南北方向车行道红灯亮时,东西人行道绿灯亮。在人行道交通灯控制系统中,可以增加盲人强过的智能控制。就是说有盲人要过马路时,按下特殊开关,强制使该方向变绿灯,相对应的车行道交通灯时序也要相张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书3应改变。一旦盲人通过马路,交通灯又恢复之前的正常的工作状态。3.还可以增加急车强通的功能。所谓急车,就是指警车、救护车、消防车等特殊的车辆。当这些车执行任务,需强制通过路口时,就应该相应接通特殊开关,使急车方向一律绿灯,让急车通过。一旦急车通过,开关马上断开,信号灯有变为急车来时的正常时序控制。一旦两个方向同时来急车时,应先响应先来的一方。我的毕业设计结合任务设计书的要求,设计采用 MCGS 组态技术,仿真复杂交通指示灯效果,并结合 PLC 运行,能很直观的演示复杂交通指示灯的程序功能,不需要复杂的开关操作。这样既直观又明了,以复杂交通指示灯为研究对象,采用了西门子 S7-200 系列 PLC。1.31.3章节安排章节安排本次设计报告大致可分为三个部分:第一部分包括第一章和第二章,主要概括的内容有(复杂交通灯研究背景及方案论证);第二部分包含第三章至第六章,主要是根据第一部分所确定的编写方案给出该设计的一些硬件介绍(包括S7-200PLC、M,CGS 组态),以及产品调试和产品说明书;第三部分主要包括了第七章,是对该实际的总结以及心得体会。设计成果概述,具体的内容安排如下:第一章:研究背景、研究目标与意义;第二章:方案论证与选择;第三章:硬件设备简介及 MCGS 的基础知识;第四章:控制系统软件设计;第五章:产品调试以及故障分析;第六章:产品的使用说明;第七章:心得体会。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书4第第 2 2 章章方案论证与原型方案论证与原型2.12.1设计任务分析设计任务分析为实现十字路口交通灯最优控制,更大程度上的缓解交通压力,我们进行 了实地考察,并在原有的交通控制系统上经行了充分的改造,使其达到最优控 制,从而确保车辆正常顺利的运行。本系统是一个多时段十字路口交通灯的 PLC 控制系统,利用西门子公司的 S7-200 可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制。本系统具有一定的 智能性,即它可以对交通灯按日间及晚间几个时段进行分段控制。2.22.2方案论证与选择方案论证与选择经过对该设计任务的总体分析,我总结出了有 2 套设计方案可以实现本课题的设计任务要求。2.2.1 方案一采用西门子 PLC 作为控制元件。优点:德国西门子(SIEMENS)公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛,在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子(SIEMENS)公司的 PLC 产品包括 LOGO,S7-200,S7-300,S7-400,工业网络,HMI 人机界面,工业软件等。西门子 S7 系列 PLC 体积小、速度快、标准化,具有网络通信能力,功能更强,可靠性更高。S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC(如 S7-200),小规模性能要求的 PLC(如 S7-300)和中、高性能要求的 PLC(如 S7-400)等,西门子和别的牌子比内部对数据处理,浮点运算要方便,子程序和主程序是分开的方便调用,易读。在做大工程项目中应用广泛,质量和功能都很完善。2.2.2 方案二采用三菱 PLC 作为控制元件。优点:三菱 PLC 控制逻辑的建立是程序,用程序代替硬件接线。相对传统的控制方式而言,编程序比接线,更改程序比更改接线,当然要方便得多!其次三菱 PLC 的硬件是高度集成化的,已集成为种种小型化的箱体或模块。而且,这些箱体或模块是配套的,已实现了系列化与规格化。三菱 PLC 厂家多有现货供应。正因如此,用可编程序控制器才有这个“可”字。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书5对软件讲,它的程序可编,也有办法编。对硬件讲,它的配置可变,而且也易于变。2.32.3方案确定方案确定经过综合考虑,在本课题中主要选用的是方案一,选择方案一是因为西门子S7 系列 PLC 体积小、速度快、标准化,具有网络通信能力,功能更强,可靠性更高。S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC(如 S7-200),小规模性能要求的 PLC(如S7-300)和中、高性能要求的 PLC(如 S7-400)等,西门子和别的牌子比内部对数据处理,浮点运算要方便,子程序和主程序是分开的方便调用,易读。根据本专业的课程安排,学校所学的就是西门子的 PLC,其特点是编程方法简单 易学、功能完善、应用领域广,而且学校有现成的西门子 PLC,便于测试。MCGS组态软件便于操作,使用方便,能与西门子 S7-200PLC 很好的结合。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书6第第 3 3 章章硬件电路设计硬件电路设计3.13.1PLCPLC 基础知识基础知识可编程序控制器,英文称 Programmable Controller,简称 PC。但由于 PC容易和个人计算机(Personal Computer)混淆,故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字 式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机 技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中 的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是 PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继 电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。用户在购到所需的 PLC 后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序的编制工作,就可灵活方便地将 PLC 应用于生产。3.1.1 PLC 结构1.主机主机部分包括中央处理器(CPU)、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU 是 PLC 的核心,它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理,即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作,将结果送到输出端,并响应外部设备(如电脑、打印机等)的请求以及进行各种内部判断等。PLC 的内部存储器有两类,一类是系统程序存储器,主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序,系统程序已由厂家固定,用户不能更改;另一类是用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。2.输入/输出(I/O)接口I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备(如按钮、传感器、触点、行程开关等)的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备(如接触器、电磁阀、指示灯等)。I/O 接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰,从而提高了可靠性。I/O 点数即输入/输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标,通常小型机有几十个点,中型机有几张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书7百个点,大型机将超过千点。3.电源图中电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源,通常也为输入设备提供直流电源。4.编程编程是 PLC 利用外部设备,用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC 的工作情况。通过专用的 PC/PPI 电缆线将 PLC 与电脑联接,并利用专用的软件进行电脑编程和监控。5.输入/输出扩展单元I/O 扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元(即主机)连接在一起。3.1.2PLC 工作原理PLC 是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC 运行时,CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC 在输入采样阶段:首先以按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入。随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。PLC 在程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段:当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出,驱动相应输出设备工作。3.1.3 PLC 的应用自动化系统中所使用的各种类型 PLC,有的是集中安装在控制室,有的是分散安装在生产现场的各单机设备上,虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中,但 PLC 是专门为工业生产环境而设计的控制装置,在设计张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书8和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施,故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性,因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说,使用 PLC 构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC 带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。目前,PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类:开关量的逻辑控制:这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等;模拟量控制:在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制;运动控制:PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合;过程控制:过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC 能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块,目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用;数据处理:现代 PLC 具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书9及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统;通信及联网:PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各 PLC 厂商都十分重视 PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口,通信非常方便。3.1.4 西门子 S7-200 系列 PLC 组成1.基本单元S7-200 系列 PLC 中可提供 4 种不同的基本型号的 8 种 CPU 供选择使用.扩展单元S7-200 系列 PLC 主要有 6 种扩展单元,它本身没有 CPU,只能与基本单元相连接使用,用于扩展 I/O 点数.2.编程器PLC 在正式运行时,不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等,并将用户程序送入 PLC 中,在调试过程中,进行监控和故障检测。S7-200 系列 PLC 可采用多种编程器,一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的,简单实用,价格低廉,是一种很好的现场编程及监测工具,但显示功能较差,只能用指令表方式输入,使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作,将专用的编程软件装入计算机内,可直接采用梯形图语言编程,实现在线监测,非常直观,且功能强大,S7-200 系列 PLC 的专用编程软件为 STEP7-Micro/WIN。3.程序存储卡为了保证程序及重要参数的安全,一般小型 PLC 设有外接 EEPROM 卡盒接口,通过该接口可以将卡盒的内容写入 PLC,也可将 PLC 内的程序及重要参数传到外接 EEPROM 卡盒内作为备份。程序存储卡 EEPROM 有 6ES7291-8GC00-0XA0 和 6ES 7291-8GD00-0XA0 两种,程序容量分别为 8K 和 16K程序步。4.写入器写入器的功能是实现 PLC 和 EPROM 之间的程序传送,是将 PLC 中 RAM 区的程序通过写入器固化到程序存储卡中,或将 PLC 中程序存储卡中的程序通过写入器传送到 RAM 区。5.文本显示器张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书10文本显示器 TD200 不仅是一个用于显示系统信息的显示设备,还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改,或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法,最多可显示 80 条信息,每条信息最多 4 个变量的状态。过程参数可在显示器上显示,并可以随时修改。TD200 面板上的 8 个可编程序的功能键,每个都分配了一个存储器位,这些功能键在启动和测试系统时,可以进行参数设置和诊断。图 3-1西门子 S7-200 可编程控制器硬件图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书113.23.2复杂交通指示灯总体框图复杂交通指示灯总体框图图 3-2 复杂交通指示灯构成图复杂交通指示灯构成:由东西及南北方向交通灯各一组,每一组有红、黄、绿灯各一个组成;同时,包含人行道的 LED 数码显示及启停按钮。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书12第第 4 4 章章软件设软件设计计4.14.1复杂交通灯指示功能图复杂交通灯指示功能图图 4-1 复杂交通灯指示功能图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书134.24.2复杂交通指示灯复杂交通指示灯 I/OI/O 分配表分配表表 4-1I/O 地址分配输入输出名称功能地址名称功能地址SD启停I0.0东西红灯 R东西停止Q0.0南北绿灯 G南北通车Q0.1南北黄灯 Y南北警示Q0.2南北红灯 R南北停止Q0.3东西绿灯 G东西通车Q0.4东西黄灯 Y东西警示Q0.54.34.3交通灯控制要求与实现功能交通灯控制要求与实现功能绘制一个模拟的十字路口交通灯组态图,用一个启停开关控制交通灯的运行与停止,当开关为开时,首先实现东西红灯点亮 5S,南北绿灯点亮 5S、东西红灯点亮 3S,南北绿灯闪烁 3S、东西红灯点亮 2S,南北黄灯点亮 2S、南北红灯点亮 5S,东西绿灯点亮 5S、南北红灯点亮 3S,东西绿灯闪烁 3S、南北红灯点亮2S,东西黄灯点亮 2S:,以此为规律类推,循环显示交通灯。无论运行到哪个状态当启停开关由开变为关时,所有的灯都处于不亮状态。4.44.4MCGSMCGS 组态软件的整体介绍组态软件的整体介绍随着工业自动化水平的迅速提高,计算机在工业领域的广泛应用,人们对工业自动化的要求越来越高,种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。MCGS 工控组态软件的出现为解决一些实际工程问题提供了一种崭新的方法,因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题,使用户能根据自己实际的控制对象和控制目的任意组态,完成最终的自动化控制工程。MCGS全中文工业自动化控制组态软件(以下简称MCGS工控组态软件或MCGS)是一套 32 位工控组态软件,可稳定运行于 windows95/98/Me/NT/2000 等多种操作系统,集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身,并支持国内外众多数据采集与输出设备,广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书14环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。它的主要特点有:延续性和可扩充性,使用 MCGS 工控组态软件开发的应用程序,当现场(包括硬件设备或系统结构)或用户需求发生改变时,不需要做很多修改而方便地完成软件的更新和升级;封装性(易学易用),MCGS 工控组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来,对于用户,不需要掌握太多的编程语言技术(甚至不需要编程技术),就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能;通用性,每个用户根据工程实际情况,利用 MCGS 工控组态软件提供的底层设备(PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等)的设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具,就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有网络功能的工程、不受行业限制。4.54.5MCGSMCGS 组态功能特点组态功能特点1.简单的可视化操作界面MCGS 采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面,以窗口为单位,构造用户运行系统的图形界面,使得 MCGS 的组态工作即简单直观,又灵活多变符合中国人的使用习惯和要求。用户可以使用系统的默认构架,也可以根据自己的需要,生成各种各类型和风格的图形界面,包括 DOS 风格和标准 Windows 风格的图形界面并且带有动画效果的工具条和状态条等。2.实时性强、良好的并行处理性能MCGS 是真正的 32 位系统充分利用了 32 位 Windows 操作品台的多任务、按优先级分时操作的功能,以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理,使 PC 机广泛应用于工程测控领域成为可能。3.丰富、生动的多媒体画面MCGS 以图像、图符报表和曲线等多种形式,为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报。4.64.6MCGSMCGS 工作方式工作方式MCGS 如何与设备进行通讯:MCGS 通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由 VB、VC 程序设计语言编写的 DLL(动态连接库)文件,设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序,将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS 负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序,将数据传送到工程中的各个部分,完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程,达到互不干扰的目地。MCGS 如何产张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书15生动画效果:MCGS 为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性,如:一个长方形的动画属性有可见度,大小变化,水平移动等,每一种动画属性都会产生一定的动画效果。所谓动画属性,实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。然而,我们在组态环境中生成的画面都是静止的,如何在工程运行中产生动画效果呢?方法是:图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏,在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量,连接到实时数据库中,以此建立相应的对应关系,MCGS 称之为动画连接。详细情况请参阅后面第四讲中的动画连接。MCGS 如何实施远程多机监控:MCGS 提供了一套完善的网络机制,可通过 TCP/IP 网、Modem 网和串口网将多台计算机连接在一起,构成分布式网络监控系统,实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。同时,可利用 MCGS 提供的网络功能,在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套 MCGS 工控组态软件。MCGS 把各种网络形式,以父设备构件和子设备构件的形式,供用户调用,并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。如何对工程运行流程实施有效控制:MCGS 开辟了专用的“运行策略”窗口,建立用户运行策略。MCGS 提供了丰富的功能构件,供用户选用,通过构件配置和属性设置两项组态操作,生成各种功能模块(称为“用户策略”),使系统能够按照设定的顺序和条件,操作实时数据库,实现对动画窗口的任意切换,控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式,避免了烦琐的编程工作。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书164.74.7MCGSMCGS 组态模拟交通灯动画设计组态模拟交通灯动画设计1.创建用户窗口,如图 4-2图 4-2 创建用户窗口2.建立实时数据库(1)单击工作台中的“实时数据库”窗口标签,进入实时数据库窗口页。(2)单击“新增对象”按钮在窗口的数据对象列表中,增加了一个名为“Data1”的对象,进入“Data1”的属性栏,把“Data1”改名为东西红灯,类型为开关型。(3)重复上述步骤,设置其它变量,并正确设置其属性,如图 4-3。图 4-3 实时数据库3.用户窗口动画组态设计(1)先确定控制界面的整体布局,然后点击工具栏中的“工具箱”,在工具箱中,选择相应的元器件箭头,圆等。如图 4-4张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书17图 4-4 工具箱(2)最后在微调各元件的位置,做到合理布局。如图 4-5图 4-5 十字路口交通灯张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书18(3)红绿灯属性设置,相同的步骤设置其余方向的红绿灯。如图 4-6图 4-6 动画组态属性设置(4)开关属性设置,如图 4-7图 4-7 开关属性设置张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书19第第 5 5 章章产品调试产品调试5.15.1调试的设备调试的设备表 5-1 调试的设备名称型号数量电脑一台PLC西门子 S7-200一个PPI/PPT一根5.25.2调试步骤调试步骤1.东西红灯点亮 5S,南北绿灯点亮 5S;2.东西红灯点亮 3S,南北绿灯闪烁 3S;3.东西红灯点亮 2S,南北黄灯点亮 2S;4.南北红灯点亮 5S,东西绿灯点亮 5S;5.南北红灯点亮 3S,东西绿灯闪烁 3S;6.南北红灯点亮 2S,东西黄灯点亮 2S。5.35.3故障分析故障分析测试中出现通用串口父设备 0 口属性编辑调整端口 COM3。就可以通讯了,如图 5-1图 5-1 通用串口属性编辑张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书20第第 6 6 章章产品使用说明产品使用说明6.16.1功能描述功能描述复杂交通指示灯启停按钮按下后,交通灯按顺序依次实现东西红灯点亮 5S,南北绿灯点亮 5S;东西红灯点亮 3S,南北绿灯闪烁 3S;东西红灯点亮 2S,南北黄灯点亮 2S;南北红灯点亮 5S,东西绿灯点亮 5S;南北红灯点亮 3S,东西绿灯闪烁 3S;南北红灯点亮 2S,东西黄灯点亮 2S。6.26.2使用说明使用说明1.选择“启停按钮”按下起停按钮后,东西红灯和南北绿灯同时点亮5S,然后东西红灯点亮 3S,南北绿灯闪烁 3S;其次东西红灯点亮 2 S,南北黄灯点亮 2S;相反,南北红灯和东西绿灯同时点亮 5S,然后南北红灯点亮 3S,东西绿灯闪烁 3S;其次南北红灯点亮 2 S,东西黄灯点亮 2S。2.不论在什么工作方式,再次按下启停按钮,复杂交通指示灯停止工作,所有时间继电器、存储器均复位。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书21第第 7 7 章章心得体会心得体会经过了为期两个多月的学习与研究,我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计之前我觉得毕业设计很容易,但是通过这次做毕业设计我发现自己的想法有些天真。毕业设计不仅是对之前所学知识的一种复习,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己所学的知识还比较欠缺。自己将要学习的东西也还太多,以前总是觉得自己懂得很多,但其实不然。通过这次毕业设计,使我明白了学习是一个艰难而漫长的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自身知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我懂得了团队力量的强大,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,通过不断的摸索,最终解决了问题,顺利完成了此次毕业设计。在此我要感谢我的指导老师李老师对我悉心的指导,感谢老师给予我的帮助。在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然只是一个小小的毕业设计,但是在设计过程中所学到的东西却是一笔巨大的财富,使我受益终生。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书22致致谢谢时光荏苒,大学生活即将结束,三年的学习生活使我受益匪浅。经历了两个多月的学习与研究,毕业论文最后完稿,回想两个多月来来收集、整理、摸索、停请教、修改直至最终完成的过程,我得到了许多的帮助,此刻我要向他们表达我最诚挚的谢意。首先,我要深深感谢我的指导老师李老师。李老师为人谦和,平易近人。在论文的选题、搜集资料和写作阶段,李老师都给予了我极大的关怀和鼓励。在论文的写作过程中,每当我有所疑问,去向李老师请教,他都会不厌其烦的为我讲解。他严谨的教学态度和对工作的一丝不苟是我今后学习的榜样。借此机会,我谨向李老师致以深深地谢意。其次,我还要感谢我的同学,正是因为有他们的陪伴,使我开心快乐的度过了美好的大学时光。最后,我要感谢我的父母,谢谢他们这一路走来的陪伴,给予了我无私的爱。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书23参 考 文 献1西门子公司.SIMATICS7-200 可编程序控制器系统手册.2004.62李文华.王红梅.可编程控制器3谢剑英.微型计算机控制技术M.国防工业出版社.2001.64沈鸿星.LED 交通信号灯系统的硬件设计J.电子工程师,2004.5北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS 工控组态软件参考手册.6张文明,刘志军.组态软件控制技术M.北京:电子工业出版社,2006.7李宁,边娟鸽,张芬.组态控制技术及应用M.北京:清华大学出版社,2015.8袁秀英.组态控制技术M.北京:电子工业出版社,2006张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书24附附 录录附件一:附件一:MCGSMCGS 组态模拟交通灯图组态模拟交通灯图:张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书25张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书26张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书27附件二硬件接线图附件三脚本程序IFIF 东西红灯东西红灯=1 1 THENTHENdxhdxh=dxhdxh+1 1ELSEELSEdxhdxh=0 0ENDIFENDIFIFIF 东西黄灯东西黄灯=1 1 THENTHENdxhudxhu=dxhudxhu+1 1ELSEELSEdxhudxhu=0 0张家界航空工业职业技术- 配套讲稿:
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