【導讀】1．調研了解目前交通燈控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題。Step7-Micro/Win32編程軟件的使用。3．學習組態(tài)網監(jiān)控軟件的使用。包括PLC的選型，系統(tǒng)電器接線圖的設計。態(tài)畫面的設計，并完成兩者之間的通訊。制要求，表明作者已掌握了PLC控制技術。論文觀點正確，寫作認真，達到了。畢業(yè)設計的基本要求，同意進行答辯。選用北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王軟件作為上位機監(jiān)控軟。全文共分為七章。首先闡明了課題的研究意義及主要研究內容。第三章著重組態(tài)軟件的一些基本知識。第五章主要是上位機監(jiān)控軟件的設計實現(xiàn)。第七章是對全文的總結。

　　

【正文】 2SIEMENS S7200 CPU224CN系統(tǒng)啟/ 停按鈕南北強制通行按鈕夜晚黃燈閃爍按鈕東西強制通行按鈕南北紅南北黃南北綠東西紅東西黃東西綠南北人行道紅南北人行道綠東西人行道紅東西人行道綠to DC PWR西安交通大學網絡教育學院論文 18 Q1PE12 LNGLNPEQ0X012LLNNQ2PE12 LNGLNPLCDC PWRQ3PE12 LNGSOCKETS7200 CPU 224CONTROL VOLTAGE 24VDC24VDC24VDC+ 220VAC SocketUse for Equipment Debugging 圖 43 系統(tǒng)電氣圖 系統(tǒng)采用 220VAC 供電。控制箱內主要有 PLC， 24V 電源，插座，空氣開關等設備。 24V 電源可為交通燈供電，插座方便調試時為筆記本電 腦等供電。 西安交通大學網絡教育學院論文 19 控制系統(tǒng)軟件設計基本原則 軟件設計就是編寫能夠滿足控制要求的梯形圖或助記符程序，設計原則及基本要求如下： 1） 建立 PLC 輸入和輸出量的接線表和接線圖； 2） 分析 PLC 存儲器的分配； 3） 推導每一個輸出、中間量和指令的動作和停止條件； 4） 盡量減少掃描時間，方法是減少指令和內存的使用； 5） 對每個梯形圖梯級給予注釋； 6） 要求邏輯關系明確，輸出、中間量和指令的名字易懂好記 [ 17 ]。 系統(tǒng)控制軟件的實現(xiàn) 本設計的控制系統(tǒng)采用 SIMATIC S7200系列 PLC可編程序控制器編 程實現(xiàn)控制功能。 整個控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)是在西門子公司專為 SIMATIC S7200 系列PLC 研制開發(fā)的編程軟件 STEP7Micro/WIN32 上進行的。 STEP7Micro/WIN32是基于 Windows 的應用軟件，功能強大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 Micro/WIN32 不僅 簡單易學， 而且 能解決復雜的工業(yè)自動化任務 ， 可以快速進入，節(jié)省編程時間 。 系統(tǒng)控制程序設計 根據(jù)本章第二節(jié)中 交通燈控制系統(tǒng)的設計要求以及工作過程，設計程序流程圖如圖 4 45 所示。 梯形圖程 序見附錄。 西安交通大學網絡教育學院論文 20 系 統(tǒng) 啟 動正 常 時 序南 北 強 制 通 行南 北 強 制 通 行按 鈕 操 作東 西 強 制 通 行東 西 強 制 通 行按 鈕 操 作黃 燈 閃 爍黃 燈 閃 爍按 鈕 操 作YYYNNN 圖 44 系統(tǒng)控制總流程圖 系 統(tǒng) 啟 動南 北 綠東 西 紅南 北 人 行 道 綠東 西 人 行 道 紅南 北 綠 閃 爍東 西 紅南 北 人 行 道 綠 閃 爍東 西 人 行 道 紅南 北 黃東 西 紅 + 黃南 北 人 行 道 綠 閃 爍東 西 人 行 道 紅南 北 紅東 西 綠南 北 人 行 道 紅東 西 人 行 道 綠南 北 紅東 西 綠 閃 爍南 北 人 行 道 紅東 西 人 行 道 綠 閃 爍南 北 紅 + 黃東 西 黃南 北 人 行 道 紅東 西 人 行 道 綠 閃 爍4 s4 s2 0 s4 s4 s2 0 s 圖 44 正常情況流程圖 西安交通大學網絡教育學院論文 21 5 組態(tài)軟件監(jiān)控的設計實現(xiàn) 組態(tài)王工程的建立 通常情況下，建立一個應用工程大致可分為以下幾個步驟： 1） 創(chuàng)建新工程 為工程創(chuàng)建一個目錄用來存放與工程相關的文件。 2） 定義硬件設備并添加工程變量 添加工程中需要的硬件設備和工程中使用的變量，包括內存變量和 I/O變量。 3） 制作圖形畫面并定義動畫連接 按照實際工程要求 繪制監(jiān)控畫面并使靜態(tài)畫面隨控制對象產生動態(tài)效果。 4） 編寫命令語言 通過腳本程序的編寫以完成較復雜的操作上位控制。 5） 進行運行系統(tǒng)的配置 對運行系統(tǒng)、報警、歷史數(shù)據(jù)記錄、網絡、用戶等進行設置，是系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場前的必備工作。 6） 保存工程并運行 完成以上步驟后，一個可以拿到現(xiàn)場運行的工程就制作完成了。 交通燈組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)的設計 創(chuàng)建工程 圖 51 創(chuàng)建組態(tài)王工程 西安交通大學網絡教育學院論文 22 定義硬件設備并添加工程變量 (a) (b) (c) 西安交通大學網絡教育學院論文 23 (d) (e) (f) 圖 52 定義硬件設備 西安交通大學網絡教育學院論文 24 (a) (b) 圖 53 添加工程變量 制作圖形畫面并定義動畫連接 西安交通大學網絡教育學院論文 25 圖 54 制作圖形畫面 圖 55 定義動畫連接 進行運行系統(tǒng)的配置 西安交通大學網絡教育學院論文 26 (a) (b) 圖 56 進行運行系統(tǒng)的配置 此設計相對比較簡單，沒有復雜的顯示、控制等，不需要編寫比較復雜的命令語言。經過以上步驟，交通燈監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)王程序基本完成，能達到預期的要求，調試過程中可能做些微小的改動 西安交通大學網絡教育學院論文 27 6 系統(tǒng)調試 設計 工作完成后， 則 進行現(xiàn)場調試 工作 。現(xiàn)場調試主要是根據(jù)特定工業(yè)應用環(huán)境中可能出現(xiàn)的情 況對 PLC程序 ，組態(tài)王程序，以及組態(tài)王與下位 PLC的通訊，硬件的輸入輸出 進行調試， 檢驗 是否與預期 的 設計目標相吻合。 硬件調試 硬件調試主要是測試硬件的功能是否正常，這部分的調試內容主要包括： 1） 供電線路的設置和檢驗，主要用萬用表檢測電路的連通是否正確，以及保證接線的正確性，防止 220V與 24V線路的錯位接線發(fā)生等； 2） 輸入輸出接線是否正確； 3） 系統(tǒng)上電，檢測各設備是否正常運行。 整體調試 1） 系統(tǒng)上電，各設備運行正常； 2） 用 PC/PPI電纜將 PC與 PLC連接，通信設置，進行 PG/PC接口設置，如下圖所示： 圖 61 PLC 通信設置 西安交通大學網絡教育學院論文 28 圖 62 PG/PC 接口設置 圖 63 PG/PC 接口屬性 PPI 圖 64 PG/PC 接口屬性 本地連接 西安交通大學網絡教育學院論文 29 3） 將程序下載到 PLC中； 4） 進行程序狀態(tài)監(jiān)控，模擬給定輸入信號，檢測程序邏輯順序，按照交通燈控制系統(tǒng)的設計要求中的時序，檢測輸出，結果正確； 5） 運行組態(tài)王，檢測組態(tài)王和 PLC通訊，正常； 6） 在組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)中進行“系統(tǒng)啟動”、“南北方向強制通行”、“東西方向強制通行”、“夜間黃燈閃爍”、“系統(tǒng)停止”等 各項操作，查看各個狀態(tài)，并用萬用表檢測各個狀態(tài)時 PLC的輸出，結果正確。 調試結果 經過以上步驟的調試， 交通燈控制系統(tǒng)的運行于設計要求一致，完全達到了預期的要求，運行穩(wěn)定。只要把交通燈接到 PLC 的輸出端，即可現(xiàn)場運行。 調試中遇到的問題 及其解決 在開始運行組態(tài)王時，組態(tài)王于 PLC通訊失敗，不能讀到 PLC的數(shù)據(jù)，經過分析與查找， 發(fā)現(xiàn) PLC程序 正處在“程序狀態(tài)監(jiān)控”狀態(tài)，此時占 用 COM1端口，而組態(tài)王運行時也要占用 COM1口，關閉 PLC程序 “程序狀態(tài)監(jiān)控”，重新運行組態(tài)王，通信正常，問題解決 。 組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)實際運行截圖 以下圖片 為系統(tǒng)運行時，上位機監(jiān)控程序運行情況 的截圖 。 下載 程序狀態(tài)監(jiān)控 西安交通大學網絡教育學院論文 30 圖 65 運行組態(tài)王 圖 66 南北通行 西安交通大學網絡教育學院論文 31 圖 67 南北通行即將結束 圖 68 東西通行 西安交通大學網絡教育學院論文 32 圖 69 東西通行即將結束 圖 610 南北方向強制通行 西安交通大學網絡教育學院論文 33 圖 611 東西方向強制通行 圖 612 黃燈閃爍 西安交通大學網絡教育學院論文 34 7 結論 與展望 本文主要闡述了 交通燈控制系統(tǒng)的 設計過程，達到了預期的設計目標。利用PLC 和上位監(jiān)控軟件實現(xiàn)了對交通燈的控制與監(jiān)視，通過合理的設備選型、參數(shù)設置、硬件和軟件設計， 提高了交通燈系統(tǒng)運行的可靠性。 通過本次設計，更加深入地學習和掌握了西門子 S7200 系列 PLC 的原理、編程語言及其應用，并能熟練的運用 S7200 系列 PLC 的編程軟件STEP7Micro/WIN32 。我的知識領域得到進一步擴展，專業(yè)技能得到進一步提高，同時增強了分析和解決工程實際的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風。 根據(jù)路口的實際交通情況以及對自動化程度的要求并且考慮經濟性， 交通燈控制系統(tǒng) 可以更智能化，比如在各個方向的路面安裝車輛流量傳感器，檢測出實際流量，傳 送到 PLC，然后編程，根據(jù)車輛流量情況進行各個方向通行時間的設定，等等。此為后話，根據(jù)本設計的要求及任務，以上設計達到了預期的設計目標，故此部分不再詳述。 當然，本設計還存在一些不足之處，如對于抗干擾措施 、系統(tǒng)保護與系統(tǒng)維護等 沒有提及。設計中肯定還有其他不足和疏漏之處，請各位專家和老師批評指正。 致 謝 35 致 謝 在論文即將完成之際，謹向所有關心我學業(yè)的老師、朋友 、同事 表示衷心的感謝 ！ 本論文是在 陳國聯(lián) 老師 的悉心指導下完成的， 陳 老師 淵博的學識、遠見的目光、嚴謹?shù)闹螌W作風、豐富的實踐經驗、誨人不倦的學者風范和寬 厚的胸懷使 學生 終生受益。從 陳 老師 那里，我學到了如何分析問題、研究問題和解決問題的方法。在此， 謹向陳老師致以 衷心的感謝！感謝他解我困惑、傳我知識、教我做 事 。 感謝單位領導對我的關心以及提供的便利。 感謝 關心我的 同事在 研究工作中提出建議和提供幫助 。 最后，對各位專家、老師審閱我的論文深表感謝，并渴望給予批評指正。 參考文獻 36 參考文獻 [1] 吳中俊 ， 黃永紅主編 ． 可編程序控制器原理及應用 [M]． 北京 ： 機械工業(yè)出版社 ， 2020． 4 [2] 姚福來，張艷芳等編著．電氣自動化工程師速成教材． 北京 ： 機械工業(yè)出版社 ， 2020． 3 [3] 溫照方主編 ． SIMATIC S7200 可編程序控制器教程 ． 北京 ： 北京理工大學出版社 ， 2020． 9 [4] 西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團 ． 深入淺出西門子 S7200PLC． 北京 ： 北京航 空航天大學出版社 ， 2020． 12 [5] 俞潔 ， 李旭芳 ． 西門子 S7200 系列 PLC 的軟件特點 ． 機械工業(yè)自動化 ， 1998， 20（ 6） [6] SIEMENS STEP7Micro/WIN32 使用入門 (電子版 ) [7] 西門子公司 ． SIMATIC S7200 可編程控制器產品手冊 ． 2020 [8] [9] 組態(tài)王 使用手冊 [10] [11] Yourdon E． amp。 Argila C． , Case studies in object oriented analysis amp。 design． The publishing house of electronics industry， 1998 [12] Germany Profibus Interface Center/Lab． Manfred Popp The Rapid To PROFIBUSDP [M],1997： 167169 [12] Karl HeinzJohn， Michael Tiegelkamp． IEC611313: Programming Industrial Automation Systems． SpringerVerlag Benlin Heidelberg， 2020 [14] Aramaki N． Shimokawa Y． Kuno S． Saitoh T． Hashimoto H． New architecture for highperformance programmable logic controller Industrial Electronics ． Control and Instrumentation, 1997 [15] 武惠杰 ． PLC 程序的編寫 ． 電氣時代 ， 2020， 4 [16] 何鴻鯤 ， 唐瑞尹 等． 基于 PLC 交通信號燈控制系統(tǒng)在組態(tài)王中的實現(xiàn) ． 微計算機信息 ． 2020 年 ， 第 21 卷 ， 第 121 期 [17] 李生明，楊紅 ． 利用 PLC 實現(xiàn)十字路口交通燈的控制 ． 長江工程職業(yè)技術學院學 報． 2020年 9 月 ， 第 24 卷 ， 第 3 期 [18] 葛玻 ， 趙旎 ． 工控組態(tài)軟件的對比及應用 ． 計算機測量與 控制 ． 2020． 10（ 8） [19] 楊東 ， 黃永紅 ． 室內游泳池水處理 PLC 控制系統(tǒng)的設計 [J]． 電氣自動化 ， 2020 年 ， 第29 卷 ， 第 2 期 ： 60－ 62． [20] 孫洪亮 ，． JQ100t/35m 架橋機電氣設計 [J]． 電氣自動化 ， 2020 年 ， 第 28卷 ， 第 5期 ：75－ 77． [21] 王東云等 ． PLC 控制 的 油田污水處理系統(tǒng) 的 設計 ． 電氣自動化 ， 2020 年 ， 第 29 卷 ， 第1 期 ： 69－ 71． 攻讀學位期間取得的研究成果 37 附 錄 交通燈控制系統(tǒng) 的梯形圖程序： 符號表： 程序塊： 交通燈控制系統(tǒng) 程序由主程序和五個子程序組成。 主 程序 攻讀學位期間取得的研究成果 38 攻讀學位期間取得的研究成果 39 攻讀學位期間取得的研究成果 40 攻讀學位期間取得的研究成果 41 子程序 0_正常秩序 攻讀學位期間取得的研究成果 42 攻讀學位期間取得的研究成果 43 攻讀學位期間取得的研究成果 44 子程序 1_南北強制通行 攻讀學位期間取得的研究成果 45 子程序 2_東西強制通行 攻讀學位期間取得的研究成果 46 子程序 3_黃燈閃爍 攻讀學位期間取得的研究成果 47 子程序 4_STOP 48 附件： 網絡學院畢業(yè)論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的畢業(yè)論文系在指導老師的指導下本人獨立完成的研究成果。論文中依法引用他人的成果，均已做出明確標注或得到許可。論文內容未包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果，如果本論文有摘抄他人的研究成果， 被他人追究責任，則本人負全部責任，與指導老師和學校無關。 本人如違反上述聲明，愿意承擔以下責任和后果： 1. 交回學校授予的畢業(yè)證書； 2. 學?？梢栽谙嚓P媒體上對作者本人的行為進行通報； 3. 本人按照學校規(guī)定的方式，對因不當取得證書給學校造成的名譽損害，進行公開道歉； 4. 本人負責因論文成果不實產生的法律糾紛。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文知識產權權屬聲明 本人在導師指導下所完成的論文及相關的職務作品，知識產權歸屬學校 。學校享有以任何方式發(fā)表、復制、公開閱讀、借閱以及申請專利等權利。本人離校后發(fā)表或使用畢業(yè)論文或與論文直接相關的學術論文或成果時，署名單位仍然為西安交通大學。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 導 師 簽 名： 日期： 年 月 日 注：本聲明的版權歸西安交通大學所有，未經許可，任何單位及個人不得擅自使