【正文】 0 通信網(wǎng)絡(luò) ....................................................10 控制器硬件組態(tài) ..............................................12 監(jiān)控畫面組態(tài) ................................................17第 5 章 系統(tǒng)測(cè)試與試驗(yàn)結(jié)果 ...........................................19第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .................................................22參考文獻(xiàn) ............................................................23本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 緒論目前，隨著控制、計(jì)算機(jī)、通信以及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)從傳統(tǒng)的基于模擬信號(hào)的傳輸系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)字化、分散化、智能化的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，給工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)一場(chǎng)革命。但長(zhǎng)期以來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的多樣性和互不兼容阻礙了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也使得系統(tǒng)集成與信息集成面臨著諸多困難。而以太網(wǎng)作為目前最流行的局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，它具有開(kāi)放性、低成本、廣泛應(yīng)用的軟硬件支持等優(yōu)勢(shì)。另外，Inter 等信息技術(shù)的飛速發(fā)展要求企業(yè)從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到管理層能夠?qū)崿F(xiàn)全面的無(wú)縫信息集成，并提供一個(gè)開(kāi)放的基礎(chǔ)構(gòu)架，這使得以太網(wǎng)全面應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域成為可能。因此，對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的研究十分必要。 各種現(xiàn)場(chǎng)總線被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工業(yè)控制系統(tǒng)，而工業(yè)以太網(wǎng)則開(kāi)始被用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工業(yè)控制系統(tǒng)與企業(yè)管理級(jí)系統(tǒng)的信息交互。工業(yè)自動(dòng)化體系的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究及相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)成為了研究熱點(diǎn)。本論文通過(guò)對(duì)羅克韋爾自動(dòng)化的NetLinx 三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并重點(diǎn)結(jié)合基于 Ether/IP 遠(yuǎn)程交通燈的控制實(shí)例，探討了基于現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。羅克韋爾網(wǎng)絡(luò)是一種新型的基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式的滿足工業(yè)實(shí)時(shí)性的高速總線網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)控制體系相比，Rockwell 自動(dòng)化系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加高效、開(kāi)放，它將工業(yè)系統(tǒng)分化為信息層（Ether/IP 工業(yè)以太網(wǎng)）、控制層（ControlNet 控制網(wǎng)）、設(shè)備層（DeviceNet 設(shè)備網(wǎng)）的三層結(jié)構(gòu)。它是搭建Rockwell 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的核心，其各層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 所示。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2 圖 羅克韋爾的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最底層是連接傳感器開(kāi)關(guān)和設(shè)備級(jí)的網(wǎng)絡(luò)（DeviceNet），與其上兩層相比，設(shè)備層需要傳送的數(shù)據(jù)零散，只需要安裝方便，經(jīng)濟(jì)合理。中間的一層是控制層，是過(guò)程控制的關(guān)鍵層，該層常常需要傳送大量的 I/O 報(bào)文以及對(duì)等通訊信息，要有高確定性和可重復(fù)性，是連接控制器和 I/O 的網(wǎng)絡(luò)。大量的數(shù)據(jù)也對(duì)ControlNet 提出了的高速性、準(zhǔn)確性要求，它除了要可以對(duì) I/O 隱性報(bào)文進(jìn)行傳輸外，對(duì)于顯性報(bào)文也必須很好的傳輸，可以說(shuō)它是當(dāng)前工業(yè)控制層最可靠的協(xié)議。最上層是信息層，一般情況都下都是使用以太網(wǎng)（Ether/IP），使用TCP/IP 協(xié)議。以太網(wǎng)可以傳遞大量信息，并且通訊距離很遠(yuǎn)，通用性也很好。在本體系中，以太網(wǎng)上可設(shè)有系統(tǒng)主控設(shè)備。系統(tǒng)管理員可在這層網(wǎng)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)控制器中的程序進(jìn)行修改，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，并提供對(duì)可編程控制器的支持?？刂凭W(wǎng)完成智能化的高速實(shí)時(shí)控制，并共享數(shù)據(jù)和信息。設(shè)備網(wǎng)主要用于控制和監(jiān)視設(shè)備的協(xié)調(diào)，操作員接口、遠(yuǎn)程設(shè)備的組態(tài)，編程和故障處理。數(shù)據(jù)可以雙向流通，也可以在層與層之間交換，涉及具體應(yīng)用時(shí)，根據(jù)需要可以采用其中的某一層或某幾層實(shí)現(xiàn)用戶所需要的控制功能。NetLinx 三層網(wǎng)絡(luò)分為信息層、控制層和設(shè)備層，它們的任務(wù)分別對(duì)應(yīng)為信息的采集、控制的操作和 I/O 數(shù)據(jù)的交換。Rockwell 自動(dòng)化將 CIP（Common Industrial Protocol 通用工業(yè)協(xié)議）作為 NetLinx 網(wǎng)絡(luò)頂層公共規(guī)范，它是高于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的面向?qū)ο髤f(xié)議，由對(duì)象建模、協(xié)議、通信對(duì)象、對(duì)象庫(kù)、設(shè)備描述、設(shè)備配置和數(shù)據(jù)管理等組成，使用該 CIP 可以實(shí)現(xiàn)三層網(wǎng)絡(luò)的互相連接。該協(xié)議支持多處理器協(xié)同工作，網(wǎng)絡(luò)上任何一個(gè)處理器都有屬于自己的輸入輸出，但又同時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上所有其它處理器的輸入輸出狀態(tài)。這樣網(wǎng)絡(luò)上所有的設(shè)備能本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3夠更好的完成實(shí)時(shí)互鎖，進(jìn)行報(bào)文傳送時(shí)更具有實(shí)時(shí)性。在 Ether/IP 方面，國(guó)際上有許多組織從事 Ether/IP 的研究工作，對(duì)其進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化。在國(guó)內(nèi)，科技部也制定了工業(yè)以太網(wǎng) Ether/IP 研究目標(biāo)：攻克工業(yè)以太網(wǎng) Ether/IP 的一系列關(guān)鍵技術(shù)，其中包括攻克網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、一致性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等難題，同時(shí)開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)支持 Ether/IP 的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、系統(tǒng)集成和應(yīng)用系統(tǒng)軟件。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 概述我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市化的步伐正在加快，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，從而導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車擁有量的持續(xù)增加，交通問(wèn)題日趨復(fù)雜。因此，改善與提高現(xiàn)有的交通系統(tǒng)的效率已成為當(dāng)務(wù)之急，而提高交通控制系統(tǒng)的效率更是重中之重。本設(shè)計(jì)由控制器，遠(yuǎn)程 I/O 模塊，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，輸入模塊和輸出模塊組成，啟動(dòng)和停止按鈕接入輸入模塊，交通燈接入輸出模塊。通過(guò)程序的編寫，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，交通燈按照設(shè)計(jì)要求亮滅，并由定時(shí)器控制亮滅時(shí)間，重復(fù)循環(huán)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)目的。當(dāng)按下停止按鈕后，所有燈全部熄滅。 方案設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能較為容易實(shí)現(xiàn)，但是其可靠性不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)交通的控制；而且，它的智能化程度不高，缺乏實(shí)時(shí)控制效果，可拓展性不強(qiáng)。為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于 Rockwell 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的交通燈監(jiān)控系統(tǒng)，總體框圖如圖 所示。 圖 控制系統(tǒng)框圖 Ether/IP 控制網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)按鈕指示燈 1指示燈 2指示燈 3指示燈 4指示燈 5指示燈 6停止按鈕本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5通過(guò)對(duì) Rockwell 控制系統(tǒng)和交通燈控制策略的介紹，其 Ether/IP 控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 所示。當(dāng)整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，交通燈監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)常規(guī)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)各交通燈的控制，按照交通規(guī)則對(duì)交通燈進(jìn)行切換，保障各路口通行的安全和暢通。 圖 Ether/IP 控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)完成的功能本設(shè)計(jì)的交通燈監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)十字路口的交通燈進(jìn)行優(yōu)化控制，通過(guò)對(duì)交通規(guī)則和基本交通控制策略的了解，以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際觀察，制定的控制策略如下：北紅燈亮維持 30 秒，在南北紅燈亮的同時(shí)，東西綠燈也亮，并維持 25秒，到 25 秒時(shí)，東西方向綠燈閃，閃亮 3 秒后，綠燈滅。在東西綠燈熄滅的同時(shí)，東西黃燈亮，并維持 2 秒，到 2 秒時(shí)，東西黃燈滅，東西紅燈亮。同時(shí)，南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。 西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒，然后閃亮 3 秒，再熄滅。同時(shí)南北黃燈亮，并維持 2 秒后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮。 到停止按鈕被按下為止。Ether/IP 網(wǎng)絡(luò) E