开放性实验报告示例3new

1、 课程实训09-10学年（）开放性实验项目题目: 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 王伟生 教师职称： 副教授 实训地点： 创新实验室 地 点： 莲31-520 指导教师评语签名： 年 月 日 摘要 在科学技术迅猛发展的今天，交通设施建设也越来越被人们所重视，十字路口交通灯控制就是人们常见到的一种交通设施。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、EDA技术、单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要一定硬件设备的支持，设计的仿真效果也不是很令人满意，因此本实训采用PLC+组态监控的方式，自动监控交通灯的运行情况。通常，十字路口交通信号灯通设

2、置红、绿和黄三种颜色，还配专门的人形通道等等，但是有的路口为了满足实际需要仅设置红、绿两种交通灯。本实训就是采用西门子PLC（S7-200）控制该系统安全、可靠的运行，并且用Intouch组态通过MODBUS协议实现计算机自动监控。关键词 交通灯 西门子PLC Intouch组态 MODBUS协议 自动监控目录0 实训任务书41 控制目的52 控制工程原理及要求52.1 PLC控制系统的构成52.2 工作过程62.3 控制要求63 总体方案设计74 硬件设计85 软件设计95.2 程序编写96 Intouch组态设计106.1 Intouch 与PLC的通信106.2 I/O分配表126.3

3、Intouch组态画面设计137 调试过程137.1 软件调试过程137.1.1 程序分析137.1.2 程序编制中定时器的选择147.2 硬件调试过程147.2.1 通讯参数设置147.2.2 无组态监控调试147.2.3 组态实时监控148 测试结果分析169 本系统设计主要调试问题及解决16总结与心得体会16参考文献17附录 PLC源程序18 自动控制系统 课程实训任务书学生姓名徐 立 荣专业班级自动化0301学 号20034280128题 目十字路口交通灯PLC控制课题性质其 它课题来源自 拟指导教师王艳芳、任胜杰、郑维主要内容（参数）根据十字路口交通信号灯控制系统要求，设计一个特殊十

4、字路口交通灯控制系统，路口仅设置红、绿两种灯，采用西门子PLC控制该系统应保证安全、可靠运行的情况，并且用Intouch组态实现计算机自动监控。任务要求（进度）1月1日-3日依据课题，到图书馆查阅资料；1月4日-5日根据查阅的资料确定电路图，总体控制图，并详细得出参数； 1月6日教师中期检查，每组成员必须到位，由负责人讲解，教师点评；1月7日-11日组态界面设计，编写程序，完成调试；1月12日收交报告主要参考资料1 殷洪义编著 可编程序控制器选择设计与维护 机械工业出版社，2005.062 马正午、周德兴著 过程可视化组态软件Intouch应用技术 电力出版社，2006.06 3 钟肇新、王灏

5、等编著 可编程控制器入门教程：SIMATIC S7-200 华南理工大学出版社，2000.84 胡学林主编著 可编程控制器教程实训篇电子工业出版社，2004审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 1 控制目的根据十字路口交通信号灯控制系统要求，设计一个特殊十字路口交通灯控制系统，该系统应保证安全、可靠运行的情况，实现计算机自动监控。 2 控制工程原理及要求2.1 PLC控制系统的构成十字路口交通信号灯通常设置红、绿和黄三种颜色，但是有的路口仅设置红、绿两种，如果采用PLC控制则可少用两个控制点。现有一个十字路口，东西和南北方向每个路口都设有红色和绿色指挥信号灯，其示意图1-1所示：图2-1

6、 交通灯示意图2.2 工作过程（1） 接通启动开关后，信号灯系统开始工作，且以南北方向红灯先亮、东西方向绿灯才亮作为初始状态。当断开启动开关时，全部信号灯熄灭。（2） 南北绿灯东西不能同时亮，否则系统自动熄灭信号灯并报警。（3） 南北红灯持续25s，与此同时东西绿灯亮维持20s，然后闪烁5s后熄灭。接着东西红灯亮，南北绿灯亮。（4） 东西红灯持续亮30s，同时南北绿灯亮25s，然后闪亮5s后熄灭。接着南北红灯又亮，东西绿灯也亮。南北和东西的信号灯，就这样按控制要求周而复始的进行工作。2.3 控制要求要求采用PLC作为控制中心，实现十字路口交通信号灯按照其工作过程的控制。其信号灯的工作时序图2-

7、1所示：图2-1 信号灯时序图3 总体方案设计本系统设计主要选择SIEMENS公司的S7-200系列中的CPU224CN作为控制器，PLC编程软件采用V4.0 STEP7-Micro/Win sp3,组态设计采用WONDERWARE公司的Intouch 组态软件。上位机监控使用Intouch软件实现，控制器用数字输入输出点数为24的S7-200型PLC;上位机与下位机通信使用MODBUS协议；总体方框图如图3-1所示。S7-200 CN 系列PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 CN 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因

8、此S7-200 CN 系列具有极高的性能/价格比。S7-200 CN 系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；富的扩展模块。开 关 量模 拟 量 光 电 隔 离 电平转换开 关 量D/AA/D S7-200 PLC 光 电 隔 离 驱动 执 行 机 构 PC 机图 3-1 系统总体方框图S7-200 CN 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用

9、设施、环境保护设备等等。S7-200 CN 系列PLC 可提供4 个不同的基本型号的8种CPU 供使用。本系统设计所采用的CPU 224 CN，集成14 输入10 输出共24 个数字量I/O 点。可连接7 个扩展模块，最大扩展至168 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点。16K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。1 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。 Intouch是美国WONDERWAR

10、E公司的，该组态堪称鼻祖，率先推出的16位Windows环境下的组态软件，在国际上得到了较高的市场占有率。最新的Intouch9.5版将世界领先的HMI软件与卓越的先进图形技术相集合，从而使客户获得运行和生产效率上的显著提高。Intouch9.5软件构建与划时代的ArchertrA架构之上，结合ArchestrA其他软件，使得用户获得一个统一的环境来集成多个不同数据源信息，同时提供了一个通用的基础架构和服务套件。4 硬件设计 根据控制要求，主控设备选用PLC（S7-200），信号灯采用红、黄灯泡（各4个），启动采用单刀开关实现。采用PLC控制的输入输出装配接线图如下页图4-1所示,详细电路图如

11、图4-2所所示。图4-1 装配接线图图4-2 电路图5 软件设计 5.2 程序编写接通启动开关后，信号灯开始工作，且以南北红灯亮、东西亮作为初始状态。当断开电源开关时，全部信号灯熄灭。南北红灯亮25s的同时，东西绿灯维持20s，然后绿灯闪烁5s熄灭，作报警判别，有报警则显示报警，无报警则继续执行程序，东西红灯持续亮30s，同时南北绿灯亮25s，然后绿灯闪烁5s熄灭，再进行报警判别，然后反复执行程序。程序流程图如图5-1所示。YN系统初始化 电 源 控 制 东 西 红 灯25s 东 西 绿 灯20s 东西绿灯5s闪烁 报警 判别 报 警 Y开 始 南北绿灯5s闪烁闪烁南 北 红 灯25s 南 北

12、 绿 灯20s 报警 判别 N图5-1 程序流程图图图6 Intouch组态设计6.1 Intouch 与PLC的通信 STEP 7-Micro/WIN指令库包含有专门为Modbus通讯设计的预先定义的子程序和中断服务程序，使得与Modbus主站的通讯简单易行。使用Modbus从站协议指令可以将S7-200组态作为Modbus RTU从站，与Modbus主站通讯。在STEP 7-Micro/WIN指令树中找到这些指令。Intouch与PLC的通信方框图如图6-1所示，Intouch与PLC的项目对应关系图6-2所示。访问名Intouch项目名TOPIC名称MODBUS地址S7-200地址图6-

13、2Intouch与PLC项目对应关系图图 6-1 Intouch组态与PLC通信方框图MBUS_INIT指令用于使能和初始化或禁止Modbus通讯。MBUS_INIT指令必须无错误的执行，然后才能够使用MBUS_SLAVE 指令。在继续执行下一条指令前，MBUS_INIT指令必须执行完并且Done位被立即置位。当EN输入接通时，该指令在每一循环周期内执行。MBUS_INIT指令应该在每次通讯状态改变时只执行一次。因此，EN输入端应使用边沿检测元素以脉冲触发，或者只在第一个循环周期内执行一次。Mode值选择通讯协议：输入1值将Port0定义为Modbus协议并使能该协议，输入值为0将Port0定

14、义为PPI并禁止Modbus协议。参数Baud设置波特率为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或115200。 MBUS_SLAVE指令用于服务来自Modbus主站的请求，必须在每个循环周期都执行，以便检查和响应Modbus请求。当EN输入接通时，该指令在每一循环周期内执行。MBUS_SLAVE指令无输入参数。当MBUS_SLAVE指令响应Modbus请求时Done输出接通。如果没有服务的请求，Done输出会断开。Error输出包含该指令的执行结果。该输出只有Done接通时才有效。如果Done断开，错误代码不会改变。图6-3 MBUS_INIT指令图6-3

15、 MBUS_SLAVE指令6.2 I/O分配表 根据系统设计要求，I/O分配表如表1所示。Intouch标记名S7-200指示灯访问名Intouch项目变量类型Modbus地址S7-200地址redNB南红灯北红灯xulirong000001I/O离散000001Q0.0redDX东红灯西红灯xulirong000002I/O离散000002Q0.1greenDX东绿灯西绿灯xulirong000003I/O离散000003Q0.2greenNB南绿灯北绿灯xulirong000004I/O离散000004Q0.3power电源xulirong010001I/O离散010001I0.0P05报

16、警xulirong000006I/O离散000006Q0.5表1 I/O分配表6.3 Intouch组态画面设计 本系统中，所涉及到的Intouch组态标记名有南北红灯（redNB）、东西红灯（redDX）、南北绿灯（redNB）、南北绿灯、电源开关显示（power）、报警显示(P05).根据设计要求设计出红绿灯控制组态画面，定义标记名，配置访问名,添加访问名xulirong，应用程序MODBUS，使用DDE协议,在根据I/O分配表设置标记名，然后设置每个图形所对应的表达式。组态画面设计如下图所示：7 调试过程7.1 软件调试过程 7.1.1 程序分析 根据时序图的要求，由定时器 T101、T

17、102、T103、T104组成25s、20s、30s、20s延时，程序开始 ，开关导通（I0.0=1）,M0.0导通，信号灯开始工作，南北红灯程序25s，这段由M0.0和T101的非相与实现（Q0.0=1），与此同时东西绿灯维持20s(Q0.2=1)，然后绿灯闪烁5s后熄灭（Q0.2=0）;东西红灯亮30s，这段由M0.0和T101来实现（Q0.1=1）,同时南北绿灯亮25s（Q0.3=1）,然后闪烁5s后熄灭。然后程序就这样按控制要求周而复始的进行工作。 7.1.2 程序编制中定时器的选择 本系统设计中是精确的交通灯定时控制，应该选择接通延时定时器。接通延时定时器是用来精确定时的，定时基准的

18、选择尤为重要。1090ms的定时，选择时基为10ms的定时器（T33T36或T97T100），100ms以上的定时，选择时基为100ms的定时器（T37T63或T101T255）。 7.2 硬件调试过程 7.2.1 通讯参数设置 STEP 7-Micro/WIN设置通讯参数，在项目中使用STEP 7-Micro/WiN和RS-232/PPI多主站电缆的缺省设置。设置如图7-1所示，设置如下：（1） PC/PPI电缆的通讯地址设为0。（2） 接口使用COM。（3） 传输波特率用9600bps。图 7-1 通讯框图7.2.2 无组态监控调试组态画面和程序软件调试完成后进入硬件连接调试。关闭所有电源

19、，连接好PLC和电脑COM1口的电缆线，进入无组态画面调试程序，选择PLC类型，本系统设计中采用CPU 224CN REL 02.01，读取PLC，若出现通信超时则检查是否有是电缆线为插好或是PLC处于关闭状态，检查调试，运行程序无错后下载程序到PLC，对程序进行监控，进入运行（Run）状态，观察程序运行是否满足时序要求，在进行调试。 7.2.3 组态实时监控调试组态画面对系统运行进行实时监控，PLC程序，加入MODBUS通信设置部分程序然后运行程序，此时容易出现莫名的错误，该错误通常是数量巨大，而只需要在程序块里进行“建议地址的设置”即可解决该问题。程序调试完成，开启MODBUS进行访问名和

20、地址的选择设置，检查Intouch标记名配置及访问名配置，配置无误，开始系统运行并且通过组态画面进行实时监控。该过程常出现监控画面和系统实际运行不一致，此时需要检查访问，标记名及MODBUS配置，并进行相应修改。该过程也是系统设计中最容易出现问题的一个环节，应该引起足够多的重视。调试组态监控画如图7-2、图7-3、图7-4、图7-5所示。图7-2 图7-3图7-4 图7-58 测试结果分析该系统设计功能基本实现，但也存在很多不足之处，一些很多主客观的原因，主要要有以下不足：首先系统功能单一，系统只是实现了只有红绿灯的十字路口交通灯控制，相对实际生活中的控制系统还是有很大差距，我们应该把目光看远

21、一些；其次，设计时间相对较短，对一个基础工程技术水平学生来说要在很短的时间内完成功能完善的系统设计困难相对较大，特别是组态画面设计就显得很不符合实际感官效果。再次，对实际工程项目考虑不足，应该多加强工程实践项目的设计，在实际中不断提供理论和实际相结合的水平，仅有理论知识还是很不够的。第四，设备熟练程度有待提高，这样在实际设计中会省下很多宝贵的时间。9 本系统设计主要调试问题及解决 在安装和拆卸过程中应保证设备的电源已经断开，以及和该设备相连的设备也要断开电源。因粗心输入的非法指令无法被系统识别，颜色显示稍有不同，一般为红色。定时器定时参数和定时时间选择不正确也影响系统正常运行，程序有时会中途停

22、止执行而无法完成既定功能要求。接线松动或是不正确，系统无法运行，常见为系统通信超时或无响应等等。有时间，程序下载异常或运行异常，输出被强制，此时应该检查CPU是否有被强制的I/O点。总结与心得体会通过本次实训，充分将平时学习的理论知识与实践操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步稳固和提高自己理论知识结构，通过将所学知识应用于实际中去，在实际中发现问题、分析问题、解决问题，提高分析和解决问题能力。本次实训的题目是特殊十字路口交通灯控制系统，虽然是第一次接触，可以说是一头雾水，但通过指导老师细心辅导和同学们的大力支持和帮助下，基本完成既定任务，功能实现完整。此次实训使我更加深入地了解到科学的严谨性，自己从中受益匪浅，不但扩大了我的视野，提高了我的认识和认知能力，同时，我也让我深刻的认识到，作为一个本科生，我们是受过高等教育的人，我