1、 辽 宁 工 业 大 学工业控制网络 课程设计（论文）题目： 基于Ethernet/IP 远程交通灯控制 院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： 2016.1.42016.1.15 本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室： 本科生课程设计（论文）II学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论 文）题目基于Ethernet/IP远程交通灯控制课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能以 Netlinx 网络控制平台为基础，设计十字路口交通灯控制系统，网络选择Ethernet/IP，通过 FlexI/O 模
2、块，实现基于远程十字路口交通灯控制。1、北红灯亮维持 30 秒，在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，并维持 25 秒，到25 秒时，东西方向绿灯闪，闪亮 3 秒后，绿灯灭。在东西绿灯熄灭的同时，东西黄灯亮，并维持 2 秒，到 2 秒时，东西黄灯灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。 2、西红灯亮维持 30 秒。南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3 秒，再熄灭。同时南北黄灯亮，并维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。 到停止按钮被按下为止。设计任务及要求1、确定系统设计方案，画出 Ethernet/IP 远程 FlexI/O 的结构图。2、Ethernet/IP 远程 Fle
3、xI/O 交通灯控制硬件设计，包括介质、模块及器件等选择。3、Ethernet/IP 远程 FlexI/O 硬件组态及软件组态（梯形图程序）。4、使用 Factory talk view 软件设计显示画面。5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。6、按学校规定的格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数Ethernet/IP 传输速率 10Mbps；进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（1 天）2、对系统功能进行分析，构建 Ethernet/IP 远程 FlexI/O 网络（1 天）3、系统硬件组态及模块选择（3 天）4、系统软
4、件组态及编写功能程序及调试（3 天）5、撰写、打印设计说明书（1天）6、验收及答辩。（1天） 指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）III注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算本科生课程设计（论文）IV摘 要本设计运用 Roekwell 公司的 PLC、控制器、监控画面组态软件、编程软件和通讯软件，通过 EtherNet/IP 星型网络来构建一个交通灯控制系统，是一个具有现代标准、高可靠性、高自动化程度的一体化控制系统。本文采用罗克韦尔的 AB 可编程控制器 ControlLogix，其集电源、处理器、I
5、/O 及支持 Ethernet/IP 协议的通信接口于一体，经济实用；梯形图逻辑编程软件RSLogix 5000 及支持 ControlLogix 通信的 RSLinx，以及 Factory Talk View SE 组态软件进行远程监控，基于以太网协议设计并实现了交通灯智能控制，主要包括硬件结构、网络通讯、控制逻辑编程以及监控界面的设计与实现，具有较强的抗干扰能力，系统结构简单紧凑，可靠性高。关键词：交通灯；Ethernet/IP；罗克韦尔；Netlinx 网络本科生课程设计（论文）V目 录第 1 章 绪论 .1第 2 章 课程设计的方案 .32.1 概述 .32.2 方案设计 .32.3
6、设计完成的功能 .4第 3 章 硬件设计 .53.1 罗克韦尔控制系统 .53.2 控制器 .53.3 通信模块 .73.4 I/O 模块 .73.5 I/O 分配表 .8第 4 章 软件设计 .104.1 通信网络 .104.2 控制器硬件组态 .124.3 监控画面组态 .17第 5 章 系统测试与试验结果 .19第 6 章 课程设计总结 .22参考文献 .23本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论目前，随着控制、计算机、通信以及网络等技术的发展，工业网络从传统的基于模拟信号的传输系统发展到数字化、分散化、智能化的现场总线系统，给工业自动化带来一场革命。但长期以来现场总线标准的多样性和互
7、不兼容阻碍了现场总线技术的进一步发展，也使得系统集成与信息集成面临着诸多困难。而以太网作为目前最流行的局域网体系结构，它具有开放性、低成本、广泛应用的软硬件支持等优势。另外，Internet 等信息技术的飞速发展要求企业从现场设备到管理层能够实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，这使得以太网全面应用于工业控制领域成为可能。因此，对工业以太网应用系统的研究十分必要。各种现场总线被广泛应用于现场级工业控制系统，而工业以太网则开始被用于现场级工业控制系统与企业管理级系统的信息交互。工业自动化体系的网络架构研究及相关应用已经成为了研究热点。本论文通过对罗克韦尔自动化的NetLinx 三层网
8、络架构，并重点结合基于 Ethernet/IP 远程交通灯的控制实例，探讨了基于现场总线和工业以太网的控制系统的实现。罗克韦尔网络是一种新型的基于生产者/消费者模式的满足工业实时性的高速总线网络。与传统控制体系相比，Rockwell 自动化系统提供的网络结构更加高效、开放，它将工业系统分化为信息层（Ethernet/IP 工业以太网）、控制层（ControlNet 控制网）、设备层（DeviceNet 设备网）的三层结构。它是搭建Rockwell 现场总线系统的核心，其各层网络结构如图 1.1 所示。本科生课程设计（论文）2图 1.1 罗克韦尔的三层网络结构最底层是连接传感器开关和设备级的网络
9、（DeviceNet），与其上两层相比，设备层需要传送的数据零散，只需要安装方便，经济合理。中间的一层是控制层，是过程控制的关键层，该层常常需要传送大量的 I/O 报文以及对等通讯信息，要有高确定性和可重复性，是连接控制器和 I/O 的网络。大量的数据也对ControlNet 提出了的高速性、准确性要求，它除了要可以对 I/O 隐性报文进行传输外，对于显性报文也必须很好的传输，可以说它是当前工业控制层最可靠的协议。最上层是信息层，一般情况都下都是使用以太网（Ethernet/IP），使用TCP/IP 协议。以太网可以传递大量信息，并且通讯距离很远，通用性也很好。在本体系中，以太网上可设有系统主
10、控设备。系统管理员可在这层网上对系统进行监控，对控制器中的程序进行修改，使计算机系统存取生产现场的数据，从而达到实时监控的目的，并提供对可编程控制器的支持。控制网完成智能化的高速实时控制，并共享数据和信息。设备网主要用于控制和监视设备的协调，操作员接口、远程设备的组态，编程和故障处理。数据可以双向流通，也可以在层与层之间交换，涉及具体应用时，根据需要可以采用其中的某一层或某几层实现用户所需要的控制功能。NetLinx 三层网络分为信息层、控制层和设备层，它们的任务分别对应为信息的采集、控制的操作和 I/O 数据的交换。Rockwell 自动化将 CIP（Common Industrial Pr
11、otocol 通用工业协议）作为 NetLinx 网络顶层公共规范，它是高于物理层和数据链路层的面向对象协议，由对象建模、协议、通信对象、对象库、设备描述、设备配置和数据管理等组成，使用该 CIP 可以实现三层网络的互相连接。该协议支持多处理器协同工作，网络上任何一个处理器都有属于自己的输入输出，但又同时监控网络上所有其它处理器的输入输出状态。这样网络上所有的设备能本科生课程设计（论文）3够更好的完成实时互锁，进行报文传送时更具有实时性。在 Ethernet/IP 方面，国际上有许多组织从事 Ethernet/IP 的研究工作，对其进一步标准化。在国内，科技部也制定了工业以太网 Etherne
12、t/IP 研究目标：攻克工业以太网 Ethernet/IP 的一系列关键技术，其中包括攻克网络的实时性、一致性、可靠性、抗干扰性和本质安全等难题，同时开始研制开发支持 Ethernet/IP 的现场设备、系统集成和应用系统软件。本科生课程设计（论文）4第 2 章 课程设计的方案2.1 概述我国社会和经济的持续快速发展，城市化的步伐正在加快，城市规模不断扩大，从而导致机动车拥有量的持续增加，交通问题日趋复杂。因此，改善与提高现有的交通系统的效率已成为当务之急，而提高交通控制系统的效率更是重中之重。本设计由控制器，远程 I/O 模块，协议转换模块，输入模块和输出模块组成，启动和停止按钮接入输入模块，交通灯接入输出模块。通过程序的编写，当按下启动按钮时，交通灯按照设计要求亮灭，并由定时器控制亮灭时间，重复循环，从而达到设计目的。当按下停止按钮后，所有灯全部熄灭。2.2 方案设计传统的单片机控制交通灯系统结构简单，功能较为容易实现，但是其可靠性不高，无法实现对整体网络交通的控制；而且，它的智能化程度不高，缺乏实时控制效果，可拓展性不强。为此，本文设计了一种基于 Rockwell 现场总线系统的交通灯监控系统，总体框图如图 2.1 所示。图 2.1 控制系统框图Ethernet/IP控制网络启动按钮指示灯 1指示灯 2指示灯 3指示灯 4指示灯 5指示灯 6停止按钮
