南京工程学院 工 业 中 心
本科毕业设计（论文）开题报告
题目：基于PLC S7-400交通灯监测系统设计
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 级： D数加工103 学 号：231100320 学生姓名： 胡文高 指导教师： 张 瑶
2014年 3月 4日
本科毕业设计(论文)开题报告
学生姓名 指导教师姓名 课题来源 课题名称 胡文高 张瑶 学 号 职 称 自拟课题 231100320 实验师 专 业 所在院系 课题性质 机械设计制造及其自动化 工业中心 工程设计类 基于PLC400交通灯监测系统设计 采用西门子S7-400plc，进行交通灯监测系统的设计。毕业设计的具体内容： 1、调研并熟悉课题及有关资料，写出开题报告 2、S7-400 PLC的梯形图设计 3、交通灯监控系统的硬件结构设计 4、人机界面的编写 5、撰写毕业设计说明书（论文） 本课题研究的意义： 本课题对交通灯进行了设计，其意义如下： 1、随着社会经济的发展,城市交通问题引起越来越多的人的关注,交通问题成为制约我我国经济发展的一个大问题,因为我国人口较多。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢?考的就是交通信号灯的自动控制系统。 目前交通信号灯的控制方式有很多。可以用标准逻辑器件，可编程序逻辑控制器PLC，单片机等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等影响，调试工作极为不易，而单片机编程复杂不容易掌毕业设计的 内容和意义 握，因此，我们选择了用西门子S7-400PLC来实现系统功能的设计。 2、组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如：DCS(集散控制系统）组态、PLC（可编程控制器）梯形图组态；人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，Photo Shop等。不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。 3、目前，可编程控制器已广泛应用于工业控制的各个领域，成为现代工业自动化三大支柱之一。随着组态软件及其技术的发展，把PLC与组态控制结合在一起，组成监控系统。将现代化仿真技术有机地融入课堂教学中，不仅解决了学生在单独的plc教学上遇到的困难，比如plc这门课应用性广、实践性强，对学生的逻辑性、抽象性较高等等。还能填补plc教学的空白，对培养高素质高职人才，提高人才培养档次起到积极作用。 文献综述 可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）是一种新型的工业控制仪表，它继承了继电器系统与微型计算机的特点，能实现顺序控制、过程控制和数据处理，可靠性高、功能强大。分布式控制系统（DCS，Distributed Control System）集计算机技术、控制技术、网络通信技术和图形显示技术于一体，和常规的集中式控制系统相比，能进行分散控制、集中监视、操作和管理、网络通信等功能。随着技术的发展，PLC 网络通信能力得到了显著地提高，可以较为容易地和其它各种计算机系统和设备实现互联，以组成大型的控制系统。于是PLC控制系统具备了DCS的特征，基于PLC的D C S 系统在工业控制领域开始得到推广[1]。 PLC运行时是采用循环扫描的工作方式，在执行程序前，PLC应完成内部处理和通信服务的工作。在内部处理阶段，PLC对CPU模块内部硬件进行检查，并完成对定时器的复位和其他内部处理工作。在通信服务阶段，PLC主要实现与带微处理器智能模块的通信工作，响应编程器的输入命令，并实时更新其显示内容。在PLC处于停止运行(STOP)状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC处于运行(烈心)状态时，除完成上述操作外，还要完成输入处理、程序执行、输出处理工作。 在PLC出现之前，监控系统多采用Visual C++和单片机来实现，整个设计工作繁琐，开发周期长，界面单调，实现功能也较少。随着工业自动化程度的日益提高，可编程控制器(PLC)的使用越来越普遍。PLC使用简单方便，故障率低，对现场环境要求不高，因而倍受青睐。在现在的很多自控系统中，常常选用PLC作为现场级的控制设备，用于数据采集和控制；而在系统上位机(通常为工控机)上利用工控组态软件来完成工业流程及控制参数的显示，实现生产监控和管理等功能用[3]。 可编程控制器以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，现已广泛应用于生产工艺等过程。在目前的很多自控系统中，常用PLC作为现场的控制设备，用于数据采集、状态控制和输出控制，而在系统上位机上利用组态软件来完成作业流程及控制参数的显示，以实现监控与管理功能。这种控制系统充分利用了计算机和PLC的各自的特点，实现了优势互补，得到了广泛的应用[4]。 最初人们在开发工业上位监控件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须 修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的软件又由于每个 控制项目的不同而使其重复使用率降低，导致它的价格非常昂贵；在修改软件 的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或 新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。组态软件的出现为解决上述实际 工程问题提供了一种崭新的方法，使用户能根据自己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[5]。 [2] 橡胶坝是一种随着高分子合成材料和现代橡胶工业的高速发展而出现的一种新型水工建筑物, 它具有节省材料、结构简单、投入少、成本回收周期短、运用管理方便灵活等优点。橡胶坝具有蓄水发电、灌溉、防洪等功能。为了提高橡胶坝的安全运行和优化运行程度, 进一步发挥水电站的经济效益, 采用西门子PLC 为现场控制器和WinCC为监控软件,开发了橡胶坝远程自动控制系统。该系统具有远程控制功能, 这为以后扩展网络实时控制打下了基础[6]。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能[7]。 组态王软件由画面开发系统(TouchMak)、运行系统(TouchVew)、工程管理器(ProjManager)和工程浏览器(Touch Explorer)组成。画面的开发和运行是通过调用工程浏览器的画面制作和工程运行系统完成的。工程管理器具有创建新的工程和管理已有的工程功能，其内嵌画面管理系统。开发人员可在工程浏览器中查看工程的各个组成部分，完成定义外部设备、构造数据库的操作[8]。 随着工业企业运行规模的不断扩大，仅依靠PLC构成的监控系统不能满足当前控 制系统的要求。计算机监控系统已经逐渐成为现代工业监控系统的宠儿。由于组态软件功能强大、易学易掌握、具有良好的人机界面和完善的网络功能等特点，可以降低成本、提高效率，而且运行安全。越来越多的工业现场采用组态软件实现监控功能，基于组态软件的PLC监控系统在国内外很多工业控制领域的企业得到了广泛的应用[9]。 基于工业组态软件的PLC远程监控系统是以计算机为核心，结合工业自动化技术、组态技术和网络技术的一种监控网络系统，其优点主要表现在实时性和远程监控。远程监控系统能够通过计算机网络，获得PLC的现场数据和信息，从而实现与信息管理系统的融合，能够更好的为管理服务，提高生产的管理水平和工作效率[10]。 远程监控层是将上位监控的计算机同时作为系统的Web服务器，利用组态王软件的Web功能，完成在组态王中系统工程的Web发布，使操作人员能够通过Internet／Intranet和IE浏览器随时随地对现场设备实施远程监控[11]。 现场控制层是由多台PLC构成的基于RS一485的1：N(1个主站，N个从站，N≤7)网络系统。主从站通过RS．485网络实现通信，PLC对现场设备直接控制。监控管理层做了系列PLC虚拟控制系统的设计。上位机在组态王的开发环境中，制作监控画面。为节省成本，其现场单元(如被控对象、执行机构、传感器以及主令元件等)全部组态王软件进行仿真，与PLC运行相配合，真实地仿真现场运行过程，具有很好的可视性。在系统运行时，上位机通过串行编程电缆与PLC相连，实现采集数据、过程监控、异常报警、仿真现场设备等功能，对整个系统进行监控[12]。 1、宋超,申飞, 沈春山.基于S7-300PLC与WinCC的DCS控制实验系统设计[J]. 自动化与仪器仪表,2009,(4):11-14. 2、王登贵．PLC模块化设备计算机监控系统设计与研究[D]．硕士论文，2007． 3、吴劲松．可编程控制器简介[J]．鄂钢科技，2006(2)：31～33 4、黄聪月; 高锋阳; 郭佑民; 基于组态王和PLC的混凝土搅拌站监控系统的设计[J].自动化与仪器仪表,2009（4）:21-24. 5、张守祥，曹景安，张秀萍.基于现场总线的组态技术的研究与应用[J].煤矿开采，2004，9（2）：4～7 6、颜文俊,毛雪珍.基于PLC与WinCC的电站远程自动监控系统设计[J]. 机电工程,2005,22(3)。 7、赵维佺，冼钊龙.监控组态软件的研究与应用[J].东莞理工学院计算机系。 8、李杰，高卫．人机界面在70t电炉的应用与实现[J]．新疆钢铁，2004，1：37-39+42． 9、欧金成，欧式乐，林德杰等．组态软件的现状与发展[J]．工业控制计算机， 2002，1 5(4)：1～5 10、王登贵.PLC模块化设备计算机监控系统设计与研究[D].硕士论文，2007. 11、Yuji Tanaka．A Friendly Remote Monitoring System．Elevator．Vol30．2001．10：59～71． 12、Van der Hoek．A Configurable software architecture in support of configuration management and software deployment．Software Engineering．1 999．Proceedings of the 1 999 International Conference on，1 6-22 May 1999：732-733．