毕业设计（论文）基于工业以太网（EPA）现场总线控制系统的组态控制设计

1、20112011 届届 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 设计（论文）题目设计（论文）题目 : : 基于工业以太网（基于工业以太网（epaepa）现场总线控制系统的组态控制设计）现场总线控制系统的组态控制设计 子课题题目子课题题目: : 模拟交通灯的控制模拟交通灯的控制 姓姓 名名 学学 号号 所所 属属 系系 自动控制与机械工程自动控制与机械工程 专业年级专业年级 电气自动化技术电气自动化技术 20082008 级级 指导教师指导教师 20112011 年年 0505 月月 摘要摘要 经济需要科技的支撑，科技的发展也需要有经济做后盾，近年来，科技的 发展体现在各个领域:航空，机械，工程

2、，电子，计算机，汽车，网络。我们进 入了数字化的时代，epa 技术在成熟的环境中应运而生。通过工业现场设备开 放的网络平台，不仅可以使工业现场设备实现基于以太网的通讯，而且可以使 工业现场设备层网络不游离于主流通讯技术之外，并与主流通讯技术同步发展， 同时，用以太网现场设备层到控制层、管理层等所有层次网络的“e 网到底”, 实现工业综合自动化系统各层次的信息高度耦合与集成，推动工业各个领域的 技术革新。本文主要通过使用目前国内唯一一个拥有自主知识产权的 epa 协议， 运用其“与、或、非、定时器、调用子程序”等功能块语言进行编程。实现对 模拟交通灯的控制，同时运用北京力控组态软件对控制过程进行

3、组态。实现了 通过以太网对实时交通灯的控制。 关键词：交通灯关键词：交通灯;epa;epa；编程；组态；控制；编程；组态；控制 abstract economy needs the support of science and technology, technological development also need to have financial backing in recent years, the development of technology embodied in the various fields: aviation, machinery, engineering,

4、 electronics, computer, automotive, networking. we enter the digital era, epa technology came into being in a mature environment. industrial field device through the open network platform, not only the industrial field devices can be ethernet-based communication, but also the industrial field device

5、 level network is not divorced from the mainstream of communications technologies, and the simultaneous development of communication technologies with the mainstream, while field devices using the ethernet layer to control layer, network management and all levels e network in the end, integrated aut

6、omation system of industrial information at various levels coupled with a high degree of integration, the promotion of industrial technology innovation in various fields. in this paper, by using the currently the only epa with independent intellectual property rights agreements, the use of its and,

7、or, not, timer, call the subroutine and function block programming language. to achieve control of the simulation of traffic lights, while the use of force beijing control configuration software configuration control process. achieve real-time ethernet control of traffic lights. key words:traffic li

8、ght； epa ；programming control； configuration 目目 录录 摘要摘要.1 第一章第一章 绪论绪论.5 1.11.1 简述简述 epaepa .5 1.1.1 epa 背景.5 1.1.2 所取成果.5 1.21.2 epaepa 研究现状研究现状 .5 1.31.3 epaepa 的特点的特点 .6 1.41.4 epaepa 的国际地位和发展动态的国际地位和发展动态 .8 第二章第二章 epaepa 及力控的开发平台及力控的开发平台 .9 2.12.1 epaepa 产品介绍产品介绍 .9 2.22.2 plc_configplc_config 编程

9、软件：编程软件： .10 2.32.3 编程指令介绍编程指令介绍 .11 2.42.4 硬件安装硬件安装 .12 2.4.1 电源连接：.12 2.4.2 通讯线连接：.13 2.52.5 力控组态软件：力控组态软件： .14 2.62.6 力控软件的应用：力控软件的应用： .16 第三章第三章 编程设计编程设计.17 3.13.1 设计要求：对模块写入程序，实现对交通灯的实时控制。设计要求：对模块写入程序，实现对交通灯的实时控制。 .17 3.1.1 设计目的：.17 3.1.2 设计要求：.17 3.1.3 现场总线系统的三级控制模式：.18 3.1.4 控制要求：.18 3.23.2 p

10、lc_configplc_config 工作过程工作过程 .19 3.33.3 交通灯硬件电路图：交通灯硬件电路图： .20 3.43.4 编程方案的确定：编程方案的确定： .21 3.4.1 顺序功能图 3-4：.22 3.53.5 控制程序：控制程序： .22 3.5.1 主程序：.22 3.5.2 自动子程序：.23 3.5.3 手动子程序：.26 3.63.6 程序调试：程序调试： .28 第四章第四章 组组 态态.28 4.14.1 参数设置：参数设置： .29 4.1.1 设置 i/o 点的地址并保存：.29 4.1.2 设置本机 ip 地址.29 4.1.3 对设备（pec800

11、0）进行配置：.30 4.24.2 绘图并定义变量：绘图并定义变量： .32 4.2.1 学习力控组态软件，绘图并定义相关变量。.32 4.3 组态调试：组态调试： .33 参考文献参考文献: :.34 附录：附录：.35 pec8000pec8000 设置参数设置参数.35 特殊寄存器特殊寄存器.35 pec8000pec8000 默认参数默认参数.36 致致 謝謝.37 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 简述简述 epaepa epa(ethernet for plant automation ).一种全新的适用于工业以太网现 场设备的开放性实时以太网标准。能够运用 etherne、t

12、cp/ip 等协议进行工业 现场设备间的通信，并在此基础上建立应用于工业现场设备间通信的开放的网 络通信平台，将大量成熟的 it 技术应用于工业控制系统，利用高效、稳定、 标准的以太网和 udp/ip 协议的确定性通信调度策略，为适用于现场设备的 实时工作建立了一种全新的标准。 值得一提的是：它是我国第一个拥有自主 知识产权的现场总线控制系统。 .1 epaepa 背景背景 为了改变我国高端科技领域跟踪西方国家研究的现状，在国家“863”计划 的支持下，由大连理工大学，清华大学，浙大中控，重庆邮电大学，浙江大学 和中国科学院沈阳研究所等十多家单位的科技人员共同制定，并研发的 e

13、pa,完 善和规范了现场总线控制系统的通信协议。 .2 所取成果所取成果 2003 年通过了以中科院自动化领域首席院士孙家广院士为首的专家验收. epa 原理样机 epa 标准制定”入选“2004 年度工控及自动化领域十大新闻 1.21.2 epaepa 研究现状研究现状 制定了国家标准用于工业测量与控制系统的 epa 通信标准 ，在此基础上 形成的 65c/357/np 正式成为国际标准 pas 文件 iec/pas 62409，专家认为 “epa 标准”是我国第一个具有自主知识产权的现场总线标准，改变了我国现 场总线技术和产品开发一直所处的跟踪研究现状，实现了我国在自动控制

14、领域 国际标准零的突破。 1.31.3 epaepa 的特点的特点 确定性通信确定性通信 epa 系统中，根据通信关系，将控制现场划分为若干个控制区域，每个区 域通过一个 epa 网桥互相分隔，将本区域内设备间的通信流量限制在本区域内； 不同控制区域间的通信由 epa 网桥进行转发；在一个控制区域内，每个 epa 设 备按事先组态的分时发送原则向网络上发送数据，由此避免了碰撞，保证了 epa 设备间通信的确定性和实时性。 “e”网到底网到底 epa 是应用于工业现场设备间通信的开放网络技术，采用分段化系统结构 和确定性通信调度控制策略，解决了以太网通信的不确定性问题，使以太网、 无线局域网、蓝

15、牙等广泛应用于工业企业管理层、过程监控层网络的 cots（commercial off-the-shelf）技术直接应用于变送器、执行机构、远程 i/o、现场控制器等现场设备间的通信。 采用 epa 网络，可以实现工业企业综合自动化智能工厂系统中从底层的现 场设备层到上层的控制层、管理层的通信网络平台基于以太网技术的统一，即 所谓的e（ethernet）网到底。 采用 epa，可实现工业企业智能工厂中垂直和水平两个方向的信息无缝集 成： 通过 epa 网络通信平台提供的实时数据通信服务，来自不同厂商的现场智 能设备和应用程序可以实现信息透明互访和互可操作。 采用 epa 网络，可以实现智能工厂

16、中从管理层、控制层直至现场设备层等 所有网络层基于以太网的信息无缝集成，用户可以在世界的任何地方通过其访 问权限，直接通过常用的工具或软件（而不是专用软件）访问智能工厂中的任 何一个设备。 利用 epa 开放网络平台，可以实现传统控制系统（如 dcs、plc）与基于 epa 的现场总线控制系统 fcs 之间的信息无缝集成，使得工业现场设备中的大 量控制和非控制信息能够无缝地传递到制造执行层和企业管理层系统，通过信 息集成创新技术、数据综合利用技术、数据增值挖掘技术等，对工业企业生产 全过程实现高效智能化管理。 互可操作互可操作 与传统的 4-20ma 标准不同，工业数据通信网络不仅要解决信号的

17、互通和互 连，更需要解决信息的互通问题，即信息的互相识别、互相理解和互可操作。 所谓信号的互通，即两个需要互相通信的设备所采用的通信介质、信号类 型、信号大小、信号的输入/输出匹配等几方面的参数符合同一标准，即物理层 标准。在此基础上，采用统一的数据链路层协议，不同的设备就能连接在同一 网络上实现互连。 开放性开放性 epa 标准完全兼容 ieee802.3、ieee802.10、ieee802.11、ieee802.15 以及 udp（tcp）/ip 等协议，采用 udp 协议传输 epa 协议报文，以减少协议处 理时间，提高报文传输的实时性。 为确保 epa 系统运行的可靠性，epa 标准

18、中还针对工业现场应用环境， 增加了媒体接口选择规范与线缆安装导则。 商用通信线缆（如五类双绞线、同轴线缆、光纤等）均可应用于 epa 系统 中，但必须满足工业现场应用环境的可靠性要求，如使用屏蔽双绞线代替非屏 蔽双绞线。 epa 网络支持其他以太网/无线局域网/蓝牙上的其他协议（如 ftp、http、soap，以及 modbus、profinet、ethernet/ip 协议）报文的并行传 输。这样，it 领域的一切适用技术、资源和优势均可以在 epa 系统中得以继承。 分层的安全策略分层的安全策略 对于采用以太网等技术所带来的网络安全问题，epa 标准规定了从企 业信息管理层、过程监控层和现

19、场设备层三个层次，采用分层化的网络安全管 理措施。 epa 现场设备采用特定的网络安全管理功能块，对其接收到的任何报文进 行访问权限、访问密码等的检测，使只有合法的报文才能得到处理，其他非法 报文将直接予以丢弃，避免了非法报文的干扰。 在过程监控层，采用 epa 网络对不同微网段进行逻辑隔离，以防止非法报 文流量干扰 epa 网络的正常通信，占用网络带宽资源。 对于来自于互联网上的远程访问，则采用 epa 代理服务器以及各种可用的 信息网络安全管理措施，以防止远程非法访问。 冗余 epa 支持网络冗余、链路冗余和设备冗余，并规定了相应的故障检测和故障恢 复措施，如设备冗余信息的发布、冗余状态的

20、管理、备份的自动切换等。 1.41.4 epaepa 的国际地位和发展动态的国际地位和发展动态 由中国科技人员提出的 epa 标准日前经 iec/sc65c(国际电工理事会) 具有投票权的国家成员投票，95.8%的国家赞成 epa 作为公共可用规范(iec)发 布，这就意味着 epa 将以 iec 官方文件的形式由 iec 中央办公室正式发布。同 时，这也标志着 epa 标准化工作已正式得到国际承认。 公共可用规范 pas 是一种标准化文本，它代表了 iec 标准化专家们的一致 意见，只需得到简单多数(50%)的投票国家同意，即可发布。pas 是 iec 为了响 应市场对该标准化文本的紧急需求

21、而设计的一种标准形式，以便将工业领域相 关组织的工作引入到 iec。 根据 iec/sc65c 工作计划，为了使现场总线国际标准能够反应实时以太网 技术的发展，iec/sc65c 已决定于 2005 年启动 iec61158(第四版)的修订，此次 修订将从结构和内容两方面着手，在现有十种类型的基础上，增加已接收的 epa 等实时以太网协议。该修订工作将于 2007 年 8 月形成 fdis(国际标准最终 草案)，epa 工作组下一步工作将致力于完成 iec61784 cpf14 的补充工作，最 终目标是使 epa 成为 iec61158 标准. 工业以太网技术是当今自动化领域发展的热点之一。它

22、的出现，标志着工 业控制技术领域又一新时代的开始。epa标准作为我国的工业以太网标准，也是 我国迄今为止首个被国际标准化组织接收和发布的工业自动化标准，实现了我 国工业自动化领域国际标准零的突破。考虑到epa控制网络是未来的应用方向， 而当前这项技术还没得到真正的成熟应用，所以研究epa通信的相关技术具有重 要的现实意义。 基于工业以太网（epa）现场总线控制系统从技术上，证明了以太网应用于 工业控制现场设备级通信的可行性； epa 系统应用行业广泛，具有广阔的推广 应用前景； 促进了我国工业数据通信方面的研究，改变了跟踪研究的现状;改 变了现场总线技术开发难度大、技术要求高、难以产业化的局面

23、，推动了我国 工业自动化仪表与控制系统产品的研究开发。 工业以太网（epa）现场总线控制系统基于工业以太网技术，拥有我国自主 知识产权工业标准“用于工业测量与控制系统的 epa 系统结构与通信规范” （gb/t20171-2006） 。 epa 将以太网、无线局域网、蓝牙、xml 等信息技术成功应用于工业控制领 域现场设备间的通信，为工业企业综合自动化信息集成提供了开放的网络平台， 通过该平台，不仅可以使工业现场设备（如现场控制器、变送器、执行机构等） 实现基于以太网的通信，而且可以使工业现场设备层网络不游离于主流通信技 术之外，并与主流通信技术同步发展，同时，用以太网现场设备层到控制层、 管

24、理层等所有层次网络的e 网到底，实现工业企业综合自动化系统各层次的 信息无缝集成，推动工业企业的技术改造和提升、加快信息化改造进程。 第二章第二章 epaepa 及力控的开发平台及力控的开发平台 2.12.1 epaepa 产品产品介绍介绍 以太网可编程控制器 pec8000，具有 1 个以太网接口，2 个 rs485 接口，可 以通过以太网组成控制系统，也可以通过 rs485 接口连接 modbus 设备。 pec8000 支持 iec61131-3 功能块和梯形图编程，自主开发的编程软件 plc_config 可以对 epa 网络设备和 modbus 网络设备进行统一的编程和管理。 pec

25、7000 也同时支持 modbus/tcp 和 modbus/udp 协议，与现有的人机界面软件 可以直接相连。自主开发的可编程控制器 dio3000，具有 2 个 rs485 接口，支 持 iec61131-3 功能块和梯形图编程。dio3000 同时支持 modbus rtu/ascii 协 议，具有 24 路 di（2 路高速 di） 、16 路 do（2 路高速 do） 、2 路 ao。温度控制 模块 tac6000，具有 8 路 ai、3 路 di 和 9 路 do 以及 1 个 rs485 接口；能够以 pwm 方式实现多路控温，具有 pid 和模糊控温方式，并具有控制参数自整定功

26、 能；支持 iec61499 功能块组态编程。dio2000 是可编程序开关量控制器，具有 23 路 di、12 路 do 和 1 个 rs485 接口，支持 iec61131-3 功能块方式编程 epa 系列可编程控制器基于 iec61131-3 编程标准，可以应用于各种自动化 控制系统。该系列产品结构紧凑，可扩展性强，指令集丰富，既可以单独进行 工作，也可以同其他产品配合组成控制系统，灵活的配置可为各种自动化控制 系统提供理想的解决方案。 技术指标和特点 ： 本控制器是一种集工业以太网、mb+高速总线、modbus标准总线、无线 zigbee通讯为一体的产品，具备如下特点： 支持基于epa

27、标准的高速工业以太网，同时支持modbus tcp/udp协议，具有 开放性，可与各种组态软件互联 支持速率高达1m bits/s的mb+总线，网络通讯具有毫秒级响应速度 支持基于rs485接口的标准modbus协议，可以与第三方设备连接 epa、mb+、modbus、zigbee网络自由组合，轻松实现无限点i/o自由组 态 编程软件plc_config支持功能块，可对网络中设备统一编程，实现分布 式控制 模入模出、开入开出组合模块化设计，每个模块既可单独工作，也可通过网 络互互连组成控制系统，现场应用方便灵活。 2.22.2 plc_configplc_config 编程软件：编程软件： p

28、lc_config 编程软件为您管理控制器及其从设备、开发程序、监视变量等 提供了良好的环境，目前 plc_config 可以通过以太网或 rs485 两种通讯方式和 本系列产品相连接。 plc_config 界面如下图 2-1 所示： 图 2-1plc_config 界面 plc_config软件包是基于windows的应用软件，它支持32位的 windows2000、windows xp和windows nt等使用环境。使用plc_config时，应至 少具有以下的条件： 1.一台pc机，cpu为pentium iii或更高的处理器，128m内存； 2.vga显示器，或microsof 1

29、024x768及以上）t windows支持的其他显示 器（分辨率 3.至少50m的硬盘空间 4.windows 2000 、windows nt或windows xp系列操作系统 5.鼠标 2.32.3 编程指令介绍编程指令介绍 在编程过程中主要用到了以下功能块： “与”功能块：当两个输入同时为真时输出为真，否则为假。 “或”功能块：当两个输入同时为假时输出为假，否则为真。 “输出 ”功能块： 当输入为真时输出也为真。 置位功能块：当输入为真时将置位从初始位开始的后 n 位。 复位功能块：当输入为真时将复位从初始位开始的后 n 位。 调用子程序功能块：当 en 的输入为真时将调用 sbr-n

30、 前面序 号所对应的子程序。 定时器功能块：等。 定时器说明： （1） 所有定时器(t0t127)均可以配置为以下3种定时器，通过标号区 分。 （2） 所有定时器均以100ms为时基，其中t80t119可以通过配置smw59为 1将时基缩短为10ms。 （3） t124、t125、t126、t127支持定时器中断。 （4） 定时器符号t在位操作时为定时器到达标志位，字操作时为当前计 时数值，使用时会自动进行区分。 2.42.4 硬件安装硬件安装 .1 电源连接电源连接： 图2-2电源连接 在设备底端侧面的v+和v-接入930v内合适的直流电源，上电后即可完成 对设备的供电。 2

31、. 通讯线连接通讯线连接： 编程线缆分为以太网和串口两种方式进行连接。 （1） 如果您使用以太网 方式对本产品编程，则使用随产品附带的以太网通讯线缆即可，一头连接产品 的以太网接口，另一头连接以太网交换机或pc机的网络接口如图2-3： 连接产品一端 连接 交换机或pc机 图2-3网络接口 以太网编程线缆您也可以自行制作，水晶头一端按照 eia/tia 568b 标准制 作，从左到右线序如图 2-4： 图 2-4 以太网编程线缆从左到右线序 另一端按照下图 2-5 所示的颜色和端子标识连接即可 图 2-5 以太网编程线缆的颜色和端子标识 2.52.5 力控组态软件力控组态软件：

32、从 1993 年至今，力控监控组态软件为国家经济建设做出了应有贡献，在石 油、石化、化工、国防、铁路（含城铁或地铁） 、冶金、煤矿、配电、发电、制 药、热网、电信、能源管理、水利、公路交通（含隧道） 、机电制造、楼宇等行 业均有力控软件的成功应用，在国外，力控的多国语言版在荷兰、苏丹、埃及、 印度尼西亚、香港、马来西亚、孟加拉国、缅甸、台湾也都有应用实例，力控 监控组态软件已经成为民族工业软件的一棵璀璨明星。 力控系列软件以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提 供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统，在过程监 控中发挥了核心作用，可以帮助企业消除信息孤岛，

33、降低运作成本，提高生产 效率，加快市场反应速度。 主要特点主要特点： forcecontrol6.1 监控组态软件是力控科技根据当前的自动化技术的发展 趋势，总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端产品， 是力控科技全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端自动 化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台,产品面向. net 开发技术， 开发过程采用了先进软件工程方法，与力控早期产品相比，forcecontrol6.1 产品在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃 方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式 （bmp、gif、

34、jpg、jpeg、cad 等）的图片，方便画面制作，大大降低了组态开 发的工作量。支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显 示与隐藏；强大的 activex 控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了 通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性；全 新的、灵活的报表设计工具：提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制， 包括：脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板， 报表文件格式兼容 excel 工作表文件，支持图表显示自动刷新，可输出多种文 件格式： excel、txt、pdf、html、csv 等。 互联网时代的骄傲： 提供在

35、internet/intranet 上通过 ie 浏览器以“瘦”客户端方式来监控 工业现场的解决方案； 支持通过 pda 掌上终端在 internet 实时监控现场的生产数据，支持通过移 动 gprs、cdma 网络与控制设备或其它远程力控节点通讯； 面向国际化的设计，同步推出英文版和繁体版，保证对多国语言版的快速 支持与服务； 力控软件内嵌分布式实时数据库，数据库具备良好的开放性和互连功能， 可以与 mes、sis、pims 等信息化系统进行基于 xml、opc、odbc、ole db 等接 口方式进行互连，保证生产数据实时地传送到以上系统内。 强大的移动网络： 支持通过移动 gprs、cd

36、ma 网络与控制设备或其它远程力控节点通讯,力控 移动数据服务器与设备的通讯为并发处理、完全透明的解决方案，消除了一般 软件采用虚拟串口方式造成数据传输不稳定的隐患，有效的流量控制机制保证 了远程应用中节省通讯费用。 完整的网络冗余及软件容错解决方案： 作为民族产业的大型 scada、dcs 软件，力控软件支持控制设备冗余、控制 网络冗余、监控服务器（双机）冗余、监控网络冗余、监控客户端冗余等多种 系统冗余方式。 力控软件支持控制设备冗余如 siemens 公司的 s7400h,ge 的 ge9070 系列 plc 的冗余模式，支持普通的 232、485、以太网等控制网络的冗余，支持控制 硬件

37、的软冗余切换和硬冗余切换。 稳定的通讯处理： 支持通过 rs232、rs422、rs485、电台、电话轮循拨号、以太网、移动 gprs、cdma、gsm 网络等方式和设备进行通讯。 支持主流的 dcs、plc、ddc、现场总线、智能仪表等 1000 多种厂家设备的 通讯。 支持离线诊断，在开发环境下可以诊断是否正常通讯。 支持不同协议的设备在一条通讯链路进行通讯。 力控软件，每一个实际的应用案例称作工程。工程包含数据库、i/o 设备、 人机界面、网络应用等组态和运行数据。每个力控工程的数据文件都存放在不 同的目录下，这个目录又包含多个子目录和文件。 2.62.6 力控软件的应用力控软件的应用：

38、 使用力控，可能同时保存多个力控工程。力控工程管理器实现了对多个力 控工程的集中管理。工程管理器的主要功能包括：新建工程、删除工程，搜索 指定路径下的所有力控工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，切换到力控 开发系统或运行系统等。工程管理器还实现了力控常用工具软件的集中管理。 力控 web server 是力控软件产品家族中的成员之一，它是为企业在创建基 于 internet/intranet 的网络信息门户时提供软件解决方案，有了 web server，即使您远离现场，通过企业的 intranet 网络，您可以在任何一个科室 的工作站上用标准的浏览器浏览工厂的生产过程；而通过 interne

39、t，无论在世 界的任何地方，web server 都可以让您轻松地查看所有的生产信息。组织现场 调度会议，或对操作人员和工程师进行培训。 客户端工作站是一个完全的“瘦”客户端，客户端不需要特殊的驱动程序 或支持软件。只要您的客户端工作站已经连接到了 internet 或 intranet 上， 在浏览器上输入 web 服务器的网络地址，就可以开始实时地浏览现场生产过程。 运行 web server 的服务器即成为一台 web 服务器，并可以发布从 hmi 的过 程画面转换而来的 web 文档。企业用户可以利用企业现有的网络软、硬件资源， 无需增加其它的硬件成本，web server 支持公司内

40、部局域网、广域网、企业专 线和 modem 拨号等多种连接方式的网络结构。 第三章第三章 编程设计编程设计 3.13.1 设计要求设计要求：对模块写入程序，实现对交通灯的实时控制。：对模块写入程序，实现对交通灯的实时控制。 .1 设计目的设计目的： 基于工业以太网（epa）现场总线控制系统，使用组态设计，实现对模拟交 通灯的控制。 .2 设计要求设计要求： 1.基于工业以太网（epa）现场总线控制系统，构建如下图 3-1 所示 epa 现 场总线控制系统; 2.组态 ethernet/ip; 3 添加 i/o 模块及设备网络扫描系统； 4.离线/在线组态设备网；

41、 5.实现对模拟交通灯的控制； 6.编写组态过程说明书。 图 3-1 以太网（epa）现场总线控制系统 .3 现场总线系统的三级控制模式现场总线系统的三级控制模式： 最底层为实时数据采集层：使用标准的 modbus 总线，主要负责对现场数据 的采集，产生一些必要的实时报表，逾限报警记录以及一些实时曲线记录。 中间层为监控层：过程监控层采用 epa 工业以太网，主要用于控制室仪表、 装置以及人机接口之间的连接。根据 epa 控制网络的拓扑结构及其特点，结合 过程监控层 epa 工业以太网网段和现场设备层 modbus 总线的连接对整个现场数 据进行监控，确保系统安全稳定高效运行。

42、 最顶层为管理层：主要是用于信息管理，通过以太网进行连接，便于管理 层对工业现场的实时数据进行了解，为管理层的决策提供实时数据。 .4 控制要求控制要求： 1. 模拟在十字路口交通信号灯控制，在实验模块内完成控制。 2. 交通灯分两组控制规律相同，工作时序如下表 1： 表 1 交通灯控制规律 启动开 绿 1亮亮 2020 秒秒闪烁闪烁 3 3 秒秒灭灭灭灭 黄 1灭灭亮亮 2 2 秒秒灭灭灭 红 1灭灭灭亮亮亮亮亮亮 绿 2灭灭灭亮亮 2020 秒秒闪烁闪烁 3 3 秒秒灭 黄 2灭灭灭灭灭亮亮 2 2 秒秒 红 2亮亮亮亮亮亮灭灭灭 3.23.2 plc_configplc_

43、config 工作过程工作过程 控制器将程序和物理输入输出点联系起来，通过您编写的逻辑程序来完成 相应的控制。控制器周而复始的执行一系列任务，任务循环执行一次称为一个 扫描周期，每个扫描周期包括如下任务： 图 3-2 扫描周期 扫描周期中执行的任务依赖于控制器操作的模式，控制器有三种操作模式： 停止模式、运行模式、调试模式。停止模式和运行模式的主要区别是停止模式 的时候不运行用户程序只执行 i/o 操作，而运行模式则运行用户程序且进行 i/o 操作。调试模式则是根据用户调试程序时的需要运行程序和 i/o 操作。 读输入：每次扫描周期开始时，先读控制器物理输入点（包括数字量和模 拟量）到当前输入

44、映像寄存器，然后把定时刷新从设备输入点（包括数字量和 模拟量）的值写入到本地的输入映像寄存器中，这些状态保存在控制器内部输 入映像寄存器的指定位置。 执行用户程序：在扫描周期的执行程序阶段里，控制器执行程序是从程序 第一条指令开始，直到程序的最后一条指令结束。在程序过程中，如果有立即 输出指令则对物理输出点直接输出。如果在程序中使用了中断程序或子程序， 中段程序或子程序将作为程序的一部分被存储，而不作为正常扫描周期的一部 分来执行，只有当中断事件触发或子程序调用时才执行相关的程序。 处理通讯请求：在扫描周期的信息处理阶段，控制器处理串行通讯从端口 或以太网接收到的信息， 并把通讯缓冲区中与扩展

45、设备的通信指令通过串行通 讯主端口发送出去。 控制器自诊断：当扫描周期执行到此阶段，控制器会自动侦查程序及通讯 运行的错误。 写输出：在每个扫描周期的结尾，控制器会把刷新后的输出映像寄存器 （包括数字量和模拟量），送给相应的物理输出点，并把扩展设备的输出映像 寄存器的值通过相应串行通讯通信主端口发送给扩展设备。 3.33.3 交通灯硬件电路图交通灯硬件电路图： 图 3-3 交通灯的系统的硬件电路图 3.43.4 编程方案的确定编程方案的确定： 由控制要求可知要实现手动和自动两种控制方式，可以通过一个主程序来 调用手动和自动的子程序。并且把手动按钮和自动按钮分别作为调用子程序的 使能端，从而调用

46、各自的子程序。 并且手动程序可以采用立即输出，即当运行 到手动程序时，按任何一个键就立即输出它所对应的信号。 使用置位复位的编程方法： 我使用的 pec8000，它里面包含了置位和复位的功能块编程语言，使用起来也 方便。编程思路如下:当按下自动按钮时，主程序开始调用自动子程序，这时置 自动子程序第一步为活动步，同时定时器开始定时，定时时间到置下一步为活 动步同时复位上一步，这样顺序执行到最后一步，把最后一步做为第一步置位， 这样程序就自动循环工作。直到按下手动按钮再跳转到手动子程序。这种方法 简单明了，上下连接紧凑，并且 pec8000 提供了编程所需的所有功能块和实例。 系统输入分配表： 系

47、统输入分配 输入代号控制的交通灯地址说明 i0.00 手动开关 i0.1 g1、g3、g5 1 南北绿灯 i0.2 r1、r3、r5 2 南北红灯 i0.3 g2、g4、g6 3 东西绿灯 i0.4 r2、r4、r6 4 东西红灯 i0.55 自动开关 系统输出分配表： 系统输出分配 输出代号控制的交通灯地址说明 q0.0 g1、g3、g5 16705 南北绿灯 q0.1y116706 南北黄灯 q0.2r116707 南北红灯 q0.3 g2、g4、g6 16708 东西绿灯 q0.4y216709 东西黄灯 q0.5r216710 东西红灯 q0.6r4 r616711 南北人行红灯 q0

48、.7r3 r5 16712 东西人行红灯 表 3 .1 顺序功能图顺序功能图 3-43-4： 图 3-4 顺序功能图 3.53.5 控制程序控制程序： .1 主程序主程序： 首先选择“或”功能块和“与”功能块，其中 sm0.1 为初始化脉冲，中间 变量 m0.6 为调用子程序 1 即自动程序的使能端，系统启动 m0.6 就得电，程序 就自动跳转到自动子程序，i0.5 为自动按钮，按下它程序也立即跳转到自动子 程序。 程序段 3、4、5 属于手动控制转换程序，当按下 i0.0 时，采用立即复位指 令将自动程序的所有输出复位，同时指令跳转到手动子程序，程序段 4 中

49、的 m0.7 起到自锁的作用。m0.7 得电以后自动调用第 2 段，即手动程序。 .2 自动子程序自动子程序： 自动程序 1-18 段：sm0.1 为初始化脉冲，中间继电器 m0.0 得电后，t0 开 始计时，20 秒后，置位下一步 m0.1,复位 m0.0。t1 得电，开始计时 3 秒，再置 位 m0.2,复位 m0.1。之后 t2 的电，计时 2 秒，依次重复到 18 段。 程序 19-26 段：在中间变量 m0.0 得电时，南北绿灯亮，m0.1 的时间段内，给 秒脉冲 sm7.0,南北绿灯闪烁,m0.2 立即输出 q0.1(南北黄灯)：中间变量 m0.3- m0.4-m0

50、.5 输出 q0.2 和 q0.6(南北红灯和南北人行红灯)：m0.3 和 m0.4 得电时， 输出 q0.3,同时在 m0.4 的一步加上秒脉冲 sm7.0,东西绿灯闪烁 3 秒，m0.5 立 即输出 q0.4(东西黄灯)：m0.0-m0.1-m0.2 输出 q0.5 和 q0.7(东西红灯和东西 人行红灯)，两次绿灯闪烁时也输出 q0.6、q0.7。 .3 手动子程序手动子程序： 按下任何一颗键，都会有相应的输出，并会形成自锁。 3.63.6 程序调试：程序调试： 效果图 3-1 首先连接好硬件，对编写的程序进行校对，理清思路，然后通过编译没有 错再进行链接最后上载到 pec8000 进行运行。通过对程序的监视对运行过程进 行跟踪，检查程序运行结果和所有控制的时序是否一致。假如发现运行结果与 所要控制的不一致，首先检查硬件 i/o 口是否连接正确，确定无误再通过对程 序运行过程的监视进行分析程序的执行。通过不断地调试发现问题再解决。不 断完善程序，最终