135交通信号灯的PLC控制.docx
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135交通信号灯的PLC控制
[135]交通信号灯的PLC控制
2006-11-06
科
目
可编程控制器原理及应用
实训九、交通信号灯的PLC控制
授课
日期
课时
4
班级
授
课
方
式
课堂讲授＋实训练习
作业题数
2
拟用时间
1h
教
学
目
的
应知：
建立步进顺控指令编程的思想模型，重点掌握并行性分支与汇合的编程方法，进一步了解PLC的扫描工作方式；
应会：
编写交通信号灯的控制系统的程序并调试、接线、通电,排除PLC输出端短路或断路的故障。
使用教学媒体
PPT、实物展示
重
点
1．重点掌握并行性分支与汇合的编程方法；
2．编写交通信号灯的控制系统的程序并调试、接线、通电及排除故障。
难
点
建立步进顺控指令编程的思想模型，进一步了解PLC的扫描工作方式；
教
学
回
顾
说
明
此课程为一体化课程，上课地点在PLC工控实训室。
审阅：
年 月 日
《实训九、交通信号灯的PLC控制》教 案
教学总体设计 （4学时）第11周
一、课程导入（5分钟）。
交通信号灯运行情况模板展示。
二、新课内容：
动手尝试→讲解→动手改进（纠正学生易犯的错误）→单项考核→设置故障（PLC输出端短路或断路）、排查→总结、交流
1、运用上次课所教授的单一流程的顺控指令进行编程；（45分钟）
2、分析程序特点、介绍本次课教学目标，同时讲解并行性分支与汇合流程的特点及编程方法。
（20分钟）
3、学生改进程序、接线、通电，纠正学生易犯的错误（45分钟）
4、单项考核（25分钟）
5、设置故障、排查（20分钟）
三、介绍3个本单元常用专业英语单词。
（5分钟）
parallel（平行的） embranchment（分支） converge（汇合）
四、课程小结（10分钟）
五、布置作业（5分钟）
课程讲义
教学目标：
应知：
建立步进顺控指令编程的思想模型，重点掌握并行性分支与汇合的编程方法，进一步了解PLC的扫描工作方式；
应会：
编写交通信号灯的控制系统的程序并调试、接线、通电,排除PLC输出端短路或断路的故障。
教学重点：
1、重点掌握并行性分支与汇合的编程方法；
2、编写交通信号灯的控制系统的程序并调试、接线、通电及排除故障。
教具及实训室准备：
1. 交通信号灯运行情况模板；
2. PLC工控设备全套。
学生应带工具：
电工工具
教学过程：
一、教师给出控制要求，要求学生运用上次课所教授的单一流程的顺控指令进行编程，并上机调试、预通电。
（45分钟）（教师预先演示运行结果）
交通信号灯的PLC控制要求：
按SB1启动后，南北向绿灯亮，东西向红灯亮。
5S后，南北向绿灯闪烁3S（3次，每次亮、暗0.5秒），然后熄灭。
在绿灯熄灭同时，南北向黄灯闪烁2S（两次，每次亮、暗0.5秒）,然后熄灭。
在该灯熄灭的同时，南北向红灯亮及东西向绿灯亮。
以下的变化规律与上述相同。
到南北向绿灯亮、东西向红灯亮开始第二个循环。
按停止按钮SB2后立即停止输出。
编程的过程中，教师巡回指导，解决和收集学生在编程过程中出现的问题并给予提示。
参考梯形图见图1。
二、分析程序特点、介绍本次课教学目标（20分钟）
通过观察，发现问题：
①流程发生状态转移时，下一状态得电，上一状态元件会自动复位、失电，这样是否会造成东西向、南北向红灯在状态转移过程中先熄灭瞬间再亮呢？
②流程可读性较混乱，且指令重复的情况较严重。
有没有更好的编程方法呢？
①问题解答：
不会。
因为PLC扫描一步用户程序所需的时间为0.74μs,而PLC输出端的响应时间大约为10ms。
即便以上程序两个状态之间相隔十步程序，扫描时间也不过是7.4μs，远远小于输出端的响应时间。
也就是说，即便PLC的状态继电器发生了转移，但输出继电器来不及响应，所以不会影响程序的运行效果。
但必须明确，此时状态转移的规律是不会改变的。
②我们可以发现南北向与东西向的交通灯的运行规律相同，动作相互不影响，其实就是两个顺控流程，但如何将两个顺控流程联系起来呢？
这就是我们要介绍的并行性分支与汇合的编程方法。
（图2）
图1 图2
这种编程方法，思路清晰，流程图可读性强，功能不重复，最大限度缩减了指令，且无须考虑输出端的响应时间等问题。
采用的指令是：
并行分支——连续的SET指令，并行汇合——连续的STL指令。
但连续使用的次数不能超过8个。
三、学生改进程序、接线、通电（45分钟）
1．分配PLC的输入点和输出点，外围设备接线图：
2.参考梯形图、指令表
3．并行性分支与汇合易出现的问题：
下面流程是错误的。
（图5）
四、单项考核（25分钟）
考核项目
考核内容
扣分标准
配分
扣分记录及备注
得分
交通信号灯的控制
1．输入、输出端分配图
分配错误一处扣5分
15分
2．编写程序
编写错误一处扣5分
30分
3．PLC及红、绿、黄灯的系统接线工艺
可依据实际情况评定
15分
4．程序运行时交通灯工作正常
第一次运行不正常扣20分；第二次仍不正常不得分
40分
安全文明生产
违反安全操作规定，或不整理实训设备扣5~45分
五、设置故障、排查（20分钟）
由于在一开始，教师给四个同学提供的PLC设备存在输出端短路或断路的问题，使得这四名同学始终无法得到正确的输出结果。
（教师演示由于PLC：
Y2短路的运行结果）。
最后当全班评分结束，鼓励大家帮助这四名同学。
最后，在教师的提醒下，学生可发现其实并非同学编写的程序有问题，而是PLC的输出端有故障，从而导致交通灯不能正确指示。
如下图：
若发生短路，则用万用表可检测到电阻为零；
若输出端断路，则可以利用程序检测。
如下图：
由此，同学可得出教训，虽然PLC的故障率低，但在使用前，稳妥起见，必须检查输出端是否完好。
六、总结与交流（10分钟）
1．讲解学生好的创意和思路（闪烁电路的设计）。
2．目前深圳市采用的交通信号灯控制系统采用的是什么控制？
为什么没有时间显示呢？
但在关外，某些路口则有。
采用的是电脑联网监控。
该系统能根据过往车流量的大小自动调节交通灯的时间，有效地缓解交通高峰期的“长队”现象。
七、布置作业（5分钟）
1． 将交通灯信号灯编程用基本指令完成，并体会两种编程方法的差别，以及顺控指令的适用场合。
2． 预习：
下次课我们我们来编写一个大小球分检系统的程序，它的控制与交通信号灯的控制有什么区别呢？
[398]PLC十字路口的交通信号灯控制
2007-11-01
课程：
可编程序控制器原理及应用
课题：
PLC十字路口的交通信号灯控制
授课班级、专业：
机电一体化专业GJ604班
授课日期：
2007年9月7日
教学目的、要求：
1.熟悉PLC手持编程器及编程软件的使用方法。
2.掌握LD/LDI/OUT/OR/ORI/AND/ANI等指令的用法。
3.熟练掌握定时器的使用方法。
4.掌握PLC外部输入、输出电路的设计和导线的连接方法
教学重点、难点：
1.PLCI/O口的接线
2.定时器的使用方法
授课提纲：
一、组织教学（5分钟）
1、首先清点学生出勤情况，填写考勤记录。
2、巡查学生工作衣、帽、鞋等是否符合安全要求。
3、宣布今天的实习内容、技术要求、工时、劳动纪律等。
4、强调生产实习安全注意事项。
5、学生分组分实习工位
二、入门指导（5分钟）
1、用提问法回顾上一课题学过的内容，有利于开展今天的实习课。
2、讲解作业中的主要存在问题。
3、宣布今天的实习课题
三、讲授新课（50分钟）
PLC十字路口的交通信号灯控制
（一）说明控制要求（教师讲解、5分钟）
（二）程序设计（45分钟）
1、根据控制要求，教师引导、启发学生，让学生自己设计程序，并绘制I/O口接线图，设计完成后教师讲解学生在设计程序过程中存在的问题，归纳总结，给出完整程序及接线图，进行实寻训操作.
四、实训操作（70分钟）
1、按照所绘制的电路图安装接线
2、将编制的程序，通过电脑编程软件将程序输入到PLC内
五、巡回指导（贯穿整个实训过程）
在学生动手操作时，教师要检查学生实习位置、操作姿势、操作方法、安全文明生产和元器件质量、数量等是否正确，如有不正确应及时纠正。
认真做好个别指导、集体指导和及时发现优秀生，培养典型学生榜样，以榜样增强说服力，要在短时间内搞好全班学生实习的信心，为下一步实习打下良好基础。
六、结束指导（10分钟）
在实习结束时，检查学生实习进度，是否按文明生产要求清扫现场和做好仪器仪表、工具的维修保养，清点元器件板件的数量等。
对当次实习操作的具体情况进行总结，表扬或鼓励做得较好的，讲出好在什么地方。
最后给学生布置必要的作业。
七、知识点扩展（30分钟）
讲解与本课题相关的知识点
八、作业（2分钟）
完成生产实习报告
一、 授课内容
（一） 问题的提出
大家肯定都通过过十字路口，均经历过交通灯的控制。
那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢？
通过本模块的学习，大家就可掌握应用可编程控制的基本指令来实现交通信号灯的基本功能。
图1是十字路口交通信号灯示意图。
信号灯的动作受开关总体控制，按一下起动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭。
信号灯控制的具体要求如表1所示。
图1交通灯示意图
表1交通灯控制要求
东西
信号
绿灯亮
绿灯闪
黄灯亮
红灯亮
时间
25s
3s
2s
30s
南北
信号
红灯亮
绿灯亮
绿灯闪
黄灯亮
时间
30s
25s
3s
2s
（二）程序设计
根据十字路口交通信号灯的控制要求，可作出信号灯的控制时序图如图3所示。
图2交通信号灯控制的时序图
本模块我们采用基本逻辑的编程实现信号灯的控制。
灯亮采用编程软件定时器实现，灯闪采用由定时器组成的脉冲发生器实现。
现在我们来分析一下由T10及T11组成脉冲发生器的梯形图。
图3周期为1秒的脉冲发生器
图4 T10触点的脉冲波形
由图4可知，当M100闭合时，T10得电，延时0.5秒后，T10触点闭合，定时器T11得电，延时0.5秒后，其常闭触点T11断开，T10线圈失电，其触点T10断开，而定时器T10再次得电，0.5秒后，T10再次闭合……，如此周而复始，即可得到T10触发的工作波形如图5所示。
图6为用基本逻辑指令编制的梯形图，其对应的指令表于表2中
图5交通信号灯控制的梯形图
工作时，可编程控制器处于运行状态，按动起动按钮SB1，则辅助继电器M10得电并自锁，由梯形图可知，首先接通输出继电器Y6，及Y0，使得南北方向的红灯亮、东西方向的绿灯亮。
大家根据梯形图的文字说明及图3的时序图，不难分析交通信号灯的整个周期工作过程.按停止按钮SB2，则辅助继电器M100断电并解除自锁，整个系统停止运行，所有信号灯熄灭。
表2交通信号灯控制梯形图对应的指令表
指令程序
指令程序
指令程序
指令程序
0LDX0
19OUTT3
40OUTY6
56ANIT6
1ORM100
K30
41LDT0
57ANDT10
2ANIX1
22LDT3
42OUTY2
58ORB
3OUTM100
23OUTT4
43LDY6
59OUTY4
4LDM100
K20
44ANIT2
60LDT6
5ANIT1
26LDT0
45LDT2
61ANIT7
6OUTT0
27OUTT5
46ANIT3
62OUTY5
K300
K250
47ANDT10
63LDM100
9LDT0
30LDT5
48ORB
64ANIT11
10OUTT1
31OUTT6
49OUTY0
65OUTT10
K300
K30
50LDY3
K5
13LDM100
34LDT6
51ANIT4
68LDT10
14ANIT0
35OUTT7
52OUTY1
69OUTT11
15OUTT2
K20
53LDY2
K5
K250
38LDM100
54ANIT5
72END
18LDT2
39ANIT0
55LDT5
（三）硬件及外围元器件
根据信号灯的控制要求，本模块所用的器件有：
起动按钮SB1，停止按钮SB2，红黄绿色信号灯各四只，输入/输出端口接线如图2所示。
由图可见：
起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器X1端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y0端，东西方向黄灯接于输入继电器Y1端，东西方向的红灯接于输出继电器Y2端，南北方向绿灯接于输出继电器Y4端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y5，南北方向红接于输出继电器Y6。
将输出端的COM1及COM2用导线相连，输出端的电源为交流220V。
如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。
图6输入/输出接线图
二、实训操作
（一）准备工作
1、所需工具、材料、设备：
１.三菱FX2N-40MR可编程控制器一套。
２.编程器一套，电脑一台。
３.按钮或开关及灯泡若干。
４.万用表一个，螺丝刀、导线若干。
2、注意事项
1.控制箱内所有设备和电器元件的编号必须与电器原理图上的编号一致，作编号时，必须认真仔细，要做到图与物的编号一致；接线时合理安排元器件位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠。
2.仔细研究所编的程序，使之正确无误。
然后再连接输入口、输出口的连线，连线是要关掉电源开关。
3.安装完毕后，应仔细检查是否有误，如有误应认真改正，然后向指导老师提出通电请求，经同意后才能通电试车；操作时要胆大、心细、谨慎，不许用手触及各电器元件的导电部分及电动机的转动部分，以免触电及意外损伤。
4.通电试车时，不得对线路进行带电改动。
出现故障时应及时切断电源，再进行检修，检修完毕后再次向指导老师提出通电请求，直到试车达到满意为止；
（二）安装接线
按照上面绘制好的输入输出接线图，将外部接线连接好
（三）程序输入
用电脑编程软件将编制好的程序输入到PLC内，接电源进行调试
评分标准
项目
内容
配分
得分
梯形图设计
1、梯形图设计错误 扣10~30分
2、违反梯形图设计原则 扣5~10分
30
I/O口接线图
1、I/O口不正确 扣10~20分
2、不符合实际 扣5分
20
程序
输入
1、程序命令错误每条 扣5分
2、输入出错每次 扣10分
20
试机
1、试机第一次不成功 扣10分
2、试机第二次不成功 扣25分
30
安全
生产
1、违反安全生产 扣10~20
额定
工时
5小时
每超5分钟 扣5分
三、知识点的扩展
1 、定时器的延时扩展
定时器的记时时间都有一个最大值，如100ms的定时器最大记时时间为32767.7s。
如工程中所需的延时时间大于这个数值怎么办，一个最简单的方法是采用定时器接力方式，即先启动一个定时器记时，记时时间到时，用第一只定时器的常开触点启动第二只定时器，再使用第二只定时器启动第三只，如此等等。
记住使用最后一个定时器的触点去控制最终的控制对象就可以了。
图4-5中的梯形图既是一个这样的例子。
图7定时器接力获得长延时
图8定时器配合记数器获得长延时
上述利用多定时器的记时时间相加获得长延时。
此外还可以利用记时器配合记数器获得长延时，如图6所示。
图中常开触点X1是这个电路的工作条件，当X1保持接通时电路工作。
在定时器T1的线圈回路中接有定时器T1的常闭触点，它使得定时器T1每隔10s接通一次，接通时间为一个扫描周期。
定时器T1的每一次接通都使记数器C1记一个数。
而当记到记数器的设定值并使其工作对象Y0接通，从X1接通为始点的延时时间为定时器的设定值乘上记数器的设定值。
X2为记数器C1的复位条件。
2 、分频器
用PLC可以实现对输入信号的任意分频，图7所示是一个分频电路。
图9分频电路
待分频的脉冲信号加在X0端，在第一个脉冲信号到来时，M100产生一个扫描周期的脉冲，使M100的常开触点逼和、闭合一个扫描周期。
这时确定Y0状态的前提是Y0置0，M100置1。
图中Y0工作条件的两个支路中1号支路接通，2号支路断开，Y0置1。
第一个脉冲到来一个扫描周期后，M100置0，Y0置1，在这样的条件下分析Y0的状态，第二个支路使Y0保持置1。
当第二个脉冲到来时，M100在产生一个扫描周期的单脉冲，这时Y0置1，M100也置1，这使得Y0的状态由置1变为置0。
第二个脉冲到来一个扫描周期后，Y0置0且M100也置0直到第三个扫描到来时Y0及M100的状态和第一个脉冲到来时完全相同，Y0的状态变化将重复前边讨论过的过程。
通过以上的分析可知，X0每送两个脉冲，Y0产生一个脉冲，完成了对输入信号的分频。
3 、微分脉冲电路
微分电路分上升沿微分和下降沿微分脉冲电路，下面分别讨论。
上升沿微分脉冲电路，PLC是以循环扫描方式工作的，在PLC第一次扫描时，输入X0由OFF变为ON时，M100、M101线圈接通，但处在第一行的M101的常开触点仍接通，因为该行已经扫描过了，等到PLC第二次扫描时，M101的触点才断开，Y0线圈断开。
Y0的接通时间为一个扫描周期，如图8所示。
图10上升沿微分脉冲电路
下面再介绍一下下降沿微分脉冲电路，如图9所示，当X0由ON变为OFF时M100接通一个扫描周期，则Y0输出一个扫描脉冲，具体工作原理，请同学们自己分析。
图11下降沿微分脉冲电路
实验要求：
红灯亮20秒，绿灯亮15秒，黄灯亮5秒，完成一个循环周期为40秒。
实验时序：
直接梯形图方法（程序可读性差）：
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