基于PLC的城市交通控制系统设计 二

基于PLC的城市交通控制系统设计

摘  要：目前，国家经济飞速发展，随之而来的我国城市交通问题也日趋严重，传统的监控模式已经不能满足当代城市交通控制系统的要求，必须要有一种更加合理，更加简便的城市交通控制系统出现，以保证城市道路的安全畅通。而基于PROFIBUS现场总线的城市交通控制系统正是这样一种系统。本文首先介绍了几类比较流行的现场总线及其特点，其中重点介绍了PROFIBUS的特点和发展前景，并阐述了本课题的意义和发展趋势；接着对硬件进行了设计，给出了拓扑结构图，选出了所需的硬件部件并详细介绍了其功能，还给出了交通灯硬件接线图及硬件配置表；然后提出了基于PROFIBUS现场总线网络的通信网络方案和通信原理，介绍了PROFIBUS的协议结构和存储协议，详细阐述了帧的结构、系统行为、数据通信及扩展功能等；最后详述了系统工作方式，并设计出系统的主要程序。

关键词：PROFIBUS；城市交通；PLC

目   录

摘  要 ………………………………………………………………………………………...Ⅰ

Abstract………………………………………………………………………………………...Ⅱ

第1章 绪论……………………………………………………………………………………1

1.1交通灯控制系统的研究意义…………………………………………………………1

1.2交通控制系统的历史、现状与前景展望……………………………………………1

1.2.1交通控制系统的形成………………………………………………………….1

1.2.2传统的交通控制方法………………………………………………………….1

1.2.3基于人工智能的交通控制方法……………………………………………….2

1.2.4课题展望……………………………………………………………………….2

1.3现场总线简介…………………………………………………………………………3

1.3.1引言…………………………………………………………………………….3

1.3.2现场总线控制系统的组成…………………………………………………….3

1.3.3现场总线控制系统体系结构………………………………………………….4

1.3.4典型现场总线………………………………………………………………….4

1.3.5现场总线的特点…………………………………………………………….....6

第2章 PROFIBUS总线技术………………………………………………………………....8

2.1 PROFIBUS的主要构成……………………………………………………………....8

2.2PROFIBUS的基本特征…………………………………………………………….....9

2.2.1协议结构………………………………………………………………….……9

2.2.2 传输技术………………………………………………………………….…...9

2.2.3总线存取协议………………………………………………………………...10

2.2.4其他特征……………………………………………………………………...10

2.3 PROFIBUS的实现…………………………………………………………………..11

2.4 PROFIBUS的技术优势……………………………………………………………..13

第3章 PROFIBUS的通信原理……………………………………………………………..14

3.1PROFIBUS简介……………………………………………………………………...14

3.2PROFIBUS的协议结构……………………………………………………………...14

3.3PROFIBUS总线存取协议…………………………………………………………...15

3.3.1 令牌的传递…………………………………………………………………..16

3.3.2逻辑环的建立………………………………………………………………...17

3.3.3站的增减……………………………………………………………………...17

3.3.4主从方式的优先级调度……………………………………………………...17

3.4FDL帧的结构………………………………………………………………………..18

3.5主站与从站之间的数据通信…………………………………………………….….20

第4章 系统硬件设计……………………………………………………………………..…22

4.1系统网络拓扑结构图……………………………………………………………..…22

4.2西门子工业以太网………………………………………………………………..…23

4.2.1 SIEMENS工业以太网的硬件结构……………………………………….…23

4.2.2SIEMENS工业以太网的软件支持…………………………………………..24

4.2.3关于OPC…………………………………………………………………..…24

4.3Profibus-DP…………………………………………………………………………...24

4.3.1DP总述……………………………………………………………………..…24

4.3.2 DP拓扑结构………………………………………………………………….25

4.3.3关于S7400、S7300的DP支持……………………………………………..26

4.4 S7-400可编程序控制器…………………………………………………………….27

4.4.1 PS407电源（4A）…………………………………………………………...27

4.4.2 CPU412-2DP………………………………………………………………….28

4.4.3 UR2机架……………………………………………………………………...28

4.4.4 CP443-1工业以太网通讯处理器……………………………………………28

4.4.5 其他元件………………………………………………………………...…...29

4.5 网线电缆及部件…………………………………………………………………….29

4.5.1 PROFIBUS-DP网总线电缆……………………………………………….…29

4.5.2 总线连接器…………………………………………………………………..29

4.6监控软件《组态王》………………………………………………………………..30

4.7控制对象-交通灯…………………………………………………………………….30

4.8系统外围电路………………………………………………………………………..31

4.8.1外围电路器件明细表………………………………………………………...31

4.8.2外围电路图…………………………………………………………………...31

第5章 系统软件设计………………………………………………………………………..32

5.1系统控制要求………………………………………………………………………..32

5.1.1十字路口交通灯布置图……………………………………………………...32

5.1.2控制要求……………………………………………………………………...33

5.2PLC I/O地址分配……………………………………………………………….……36

5.3源程序………………………………………………………………………………..37

第6章 系统的设计、安装和调试…………………………………………………………..43

6.1系统设计的基本步骤………………………………………………………………..43

6.2系统的安装和调试…………………………………………………………………..44

6.2.1控制系统安装应注意的问题………………………………………………...44

6.2.2控制系统的调试…………………………………………………………...…45

6.3自动控制装置的抗干扰问题………………………………………………………..45

6.3.1供电系统抗干扰……………………………………………………………...45

6.3.2输入、输出抗干扰…………………………………………………………...46

6.3.3电缆选型与敷设……………………………………………………………...47

第7章 设计总结……………………………………………………………………………..49

结束语……………………………………………………………………………………..…..50

参考文献……………………………………………………………………………………....51

致  谢……………………………………………………………………………………..…..52

附录A  系统网络拓扑结构图……………………………………………………………….53

附录B   外部接线图………………………………………………………………………..54

附录C  1#交通灯接线图……………………………………………………………………55