第9讲 交通信号灯控制

1、可编程控制器及其应用可编程控制器及其应用 （西门子型）（西门子型） 第三部分 PLCPLC综合技能模块综合技能模块 PLCPLC综合技能综合技能 模块模块 项目四：项目四： 交通信号灯控制交通信号灯控制 学习顺序控制设计法、学习顺序控制设计法、 单流程状态顺序功能图的单流程状态顺序功能图的 画法以及顺序功能图设计画法以及顺序功能图设计 梯形图的方法。梯形图的方法。 项目五：项目五： 洗车流程控制洗车流程控制 学习选择性分支的状学习选择性分支的状 态转移图和梯形图程序编态转移图和梯形图程序编 写的方法。写的方法。 项目六：项目六： 人行道交通灯的控制人行道交通灯的控制 学习并行性分支的状学习并行

2、性分支的状 态转移图和梯形图程序编态转移图和梯形图程序编 写的方法。写的方法。 拓展项目：拓展项目： 饮料罐装与压盖控制控制饮料罐装与压盖控制控制 抢答器（三组抢答器、五抢答器（三组抢答器、五 组抢答器）组抢答器） 学生根据学生根据4 46 6项目的项目的 学习和实践，自行设计本学习和实践，自行设计本 项目。项目。 PLCPLC基本技能模块说明基本技能模块说明 本模块主要学习本模块主要学习PLCPLC顺序控制系统设计的一顺序控制系统设计的一 般工作流程，包括般工作流程，包括3 3个项目。选择了生产生活中个项目。选择了生产生活中 比较熟悉的交通信号灯、洗车流程及工业生产线比较熟悉的交通信号灯、洗

3、车流程及工业生产线 等模块作为项目，使学生掌握顺序控制设计法、等模块作为项目，使学生掌握顺序控制设计法、 顺序功能图的画法，并能运用它们解决工程实际顺序功能图的画法，并能运用它们解决工程实际 问题，本模块的项目实施需要同学们完成各示范问题，本模块的项目实施需要同学们完成各示范 项目的设计和调试，最后独立完成拓展项目的设项目的设计和调试，最后独立完成拓展项目的设 计和整体调试。计和整体调试。 【教学内容】：【教学内容】： 【教学要求】：【教学要求】： 顺序控制设计法及顺序功能图的画法。顺序控制设计法及顺序功能图的画法。 （1）学会分析复杂系统的控制对象，熟练掌握）学会分析复杂系统的控制对象，熟练

4、掌握I/O点设置点设置 方法。方法。 （2）掌握顺序控制设计法及顺序功能图的画法。）掌握顺序控制设计法及顺序功能图的画法。 （3）掌握根据系统的顺序功能图设计梯形图的方法。）掌握根据系统的顺序功能图设计梯形图的方法。 （4）完成十字路口交通信号灯的）完成十字路口交通信号灯的PLC控制。控制。 设计十字路口信号灯控制系设计十字路口信号灯控制系 统。信号灯分东西、南北两组，统。信号灯分东西、南北两组， 分别有红黄绿三种颜色，假设分别有红黄绿三种颜色，假设 东西方向交通比南北方向繁忙东西方向交通比南北方向繁忙 一倍，故东西方向的绿灯通行一倍，故东西方向的绿灯通行 的时间多一倍。信号灯的动作的时间多一

5、倍。信号灯的动作 受开关总体控制，按一下起动受开关总体控制，按一下起动 按钮，信号灯系统开始工作，按钮，信号灯系统开始工作， 并周而复始地循环动作；按一并周而复始地循环动作；按一 下停止按钮，所有信号灯都熄下停止按钮，所有信号灯都熄 灭。灭。 图图 1 交通灯示意图交通灯示意图 按照项目所给要求，我们可以设计出交通灯控制的过程，按照项目所给要求，我们可以设计出交通灯控制的过程， 其信号灯工作情况如下：其信号灯工作情况如下： 南北南北 信号信号 绿灯亮绿灯亮 黄灯闪黄灯闪 红灯亮红灯亮 时间时间 20s 20s 5s 5s 45s 45s 东西东西 信号信号 红灯亮红灯亮 绿灯亮绿灯亮 黄灯闪黄

6、灯闪 时间时间 25s 25s 40s 40s 5s 5s 顺序功能图与顺序控制设计法顺序功能图与顺序控制设计法 对于对于流程作业流程作业的自动化控制系统而言，一般都可以分解成的自动化控制系统而言，一般都可以分解成 几个独立的控制动作或工序，这些动作或工序必须严格按照一几个独立的控制动作或工序，这些动作或工序必须严格按照一 定的先后次序执行才能保证生产的正常进行，我们把这种控制定的先后次序执行才能保证生产的正常进行，我们把这种控制 叫做叫做顺序控制顺序控制。其控制总是一步一步按顺序进行。对应的系统。其控制总是一步一步按顺序进行。对应的系统 则称为则称为顺序控制系统顺序控制系统或或流程控制系统流

7、程控制系统。 【相关知识学习【相关知识学习】 2.2.顺序功能图顺序功能图 针对顺序控制要求，针对顺序控制要求，PLCPLC提供了提供了顺序功能图顺序功能图（SFCSFC），又称），又称 状态转移图状态转移图，它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能语，它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能语 言，能直观地显示出工业控制中基本顺序步骤。言，能直观地显示出工业控制中基本顺序步骤。 顺序功能图的三要素是顺序功能图的三要素是步、转换条件与动作步、转换条件与动作。 l将控制系统的工作过程按输出状态变化可分为若干个阶段，将控制系统的工作过程按输出状态变化可分为若干个阶段， 称为步（称为步（StepSt

8、ep）或状态，用编程元件表示（如辅助继电器）或状态，用编程元件表示（如辅助继电器M M和和 状态继电器状态继电器S S）。）。 l每个步都有不同的动作（但初始步有可能没有动作）。每个步都有不同的动作（但初始步有可能没有动作）。 l当相邻两步之间的转换条件满足时，就将实现步与步之间当相邻两步之间的转换条件满足时，就将实现步与步之间 的转换，即上一个步的动作结束而下一个步的动作开始。的转换，即上一个步的动作结束而下一个步的动作开始。 顺序控制状态图顺序控制状态图: : l步分初始步和一般步。步分初始步和一般步。初始步用初始步用 双线框表示，一般步用矩形框表示，双线框表示，一般步用矩形框表示， 矩形

9、框中用数字表示步的编号。矩形框中用数字表示步的编号。 l转换条件用短划线表示，在旁边转换条件用短划线表示，在旁边 可用文字标注。可用文字标注。 l动作用矩形框表示，矩形框可用动作用矩形框表示，矩形框可用 文字或符号表示。文字或符号表示。 初始初始 步步 一般一般 步步 转换条件转换条件 动作动作 3.3.顺序功能图顺序功能图SFCSFC的的3 3种基本结构：种基本结构： 单流程结构：单流程结构：从头到尾只有一条路可走从头到尾只有一条路可走。 选择分支与汇合：选择分支与汇合：若有多条路径，而只能选择其中一条路径来执行。若有多条路径，而只能选择其中一条路径来执行。 并进分支与汇合：并进分支与汇合：

10、若有多条路径，且必须同时执行，这种分支的方式若有多条路径，且必须同时执行，这种分支的方式 称为并进分支流程。在各条路径都执行后，才会继续往下指令。称为并进分支流程。在各条路径都执行后，才会继续往下指令。 4.4.顺序功能图的编程要点：顺序功能图的编程要点： 编顺序功能图，就是以步为核心，控制程序被顺控指令编顺序功能图，就是以步为核心，控制程序被顺控指令 划分为若干个程序段，每一段对应功能图中的一步。划分为若干个程序段，每一段对应功能图中的一步。 步与步之间实现转换应该同时满足两个条件：步与步之间实现转换应该同时满足两个条件： 前级步必须是活动步（正在执行的步），对应的转换条前级步必须是活动步（

11、正在执行的步），对应的转换条 件成立。件成立。 顺序编程的要点是：顺序编程的要点是： 激活下一步，关断前一步。激活下一步，关断前一步。也即系统在某活动步也即系统在某活动步n时，对时，对 应的编程元件应的编程元件Sn状态为状态为1，当转换条件满足时，下一步，当转换条件满足时，下一步(n+1) 变为活动步，对应变为活动步，对应S（ （n+1）状态为 状态为1，而当前步的编程元件，而当前步的编程元件Sn 状态变为状态变为0。 5.5.顺序功能图的编程方法：顺序功能图的编程方法： （1）步的划分）步的划分 分析被控对象的工作过程及控制要求，将系统的工作过程划分成若干个分析被控对象的工作过程及控制要求，

12、将系统的工作过程划分成若干个 “步步”。步是根据。步是根据PLCPLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变 化，系统就从原来的步进入新的步。化，系统就从原来的步进入新的步。 （2）转换条件的确定）转换条件的确定 转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、 行程开关、定时器和计数器的触点的动作（通行程开关、定时器和计数器的触点的动作（通/ /断）等。断）等。 （3）顺序功能图的绘制）顺序功能图的绘制 根据以上分析画出描述系统工作过程的顺序功能图。根据以上分

13、析画出描述系统工作过程的顺序功能图。 （4）梯形图的绘制）梯形图的绘制 根据顺序功能图，采用某种编程方式设计出梯形图。根据顺序功能图，采用某种编程方式设计出梯形图。 顺序功能图顺序功能图转换为梯形图的方法：转换为梯形图的方法： 1 1、置位复位法、置位复位法“步的切换步的切换”用用S和和R指令完成。指令完成。 2 2、步控指令法、步控指令法用用SCRSCR控制指令完成。控制指令完成。 PLCPLC运行时，对于初始步，如没有特殊控制要求，一般运行时，对于初始步，如没有特殊控制要求，一般 用用SM0.1SM0.1脉冲信号驱动初始状态脉冲信号驱动初始状态M0.0M0.0。 当前步为活动步且转换条件成

14、立时，当前步为活动步且转换条件成立时，用用S S将代表后续步将代表后续步 的中间继电器置位（激活），的中间继电器置位（激活），同时同时用用R R将本步复位（关断）将本步复位（关断）。 因此，每一个转换都对应一个因此，每一个转换都对应一个S/RS/R的电路块。的电路块。 顺序功能图顺序功能图SFCSFC的基本约定：的基本约定： 用用步进指令步进指令设计梯形图时，设计梯形图时，只对状态元件只对状态元件S有效有效，用状态用状态 继电器继电器S代表一个步序。状态继电器共有代表一个步序。状态继电器共有256个，范围为个，范围为S0.0- S31.7，使用位地址。，使用位地址。 从从LSCR指令开始到指令

15、开始到SCRE指令结束组成一个顺序控制继指令结束组成一个顺序控制继 电器电器SCR段。段。 1.段开始指令段开始指令LSCR 标记一个顺序控制（标记一个顺序控制（SCR）段的开始。）段的开始。 示例：示例： 使用使用SCR指令后，其后编程需用指令后，其后编程需用LD、LDI、OUT等指令，等指令， 直至出现下一条直至出现下一条SCR指令或出现指令或出现SCRE指令。指令。 LSCR指令把指令把S位值装载到位值装载到SCR堆栈栈顶，当堆栈栈顶，当S状态为状态为1时，时， 使新状态继电器置位，而前一状态继电器自动复位，其触点使新状态继电器置位，而前一状态继电器自动复位，其触点 断开。断开。 2.段

16、转移指令段转移指令SCRT 将当前的（将当前的（SCR）段切换到下一个（）段切换到下一个（SCR）段。）段。 示例：示例： SCRT指令功能：指令功能： l使当前使当前SCR程序段的程序段的S位复位，停止该位复位，停止该SCR程序段工作；程序段工作； l使下一个使下一个SCR程序段程序段S位置位，下一个位置位，下一个SCR程序段工作。程序段工作。 3.段结束指令段结束指令SCRE 将当前的（将当前的（SCR）段结束。）段结束。 示例：示例： SCRE指令功能：指令功能： lSCR段必须用段必须用SCRE指令结束；指令结束； （1）顺序功能图）顺序功能图 （2）对应梯形图）对应梯形图 （3）语句

17、表）语句表 顺序功能图顺序功能图SCRSCR的基本约定：的基本约定： n不能把同一编号的不能把同一编号的S用在不同的程序分区中；用在不同的程序分区中； n在在SCR段中，用段中，用SM0.0驱动该步中应为驱动该步中应为1状态的输出线状态的输出线 圈；（圈；（SM0.0在在PLC运行时，始终为运行时，始终为1） n在在SCR段中不能使用的指令：段中不能使用的指令： 跳转指令跳转指令JMP、LBL； 循环指令循环指令FOR、NEXT； 顺序功能图顺序功能图SCRSCR的使用注意事项：的使用注意事项： SFCSFC图图梯形图梯形图指令表指令表 PLCPLC接线简图接线简图 I0.0 Q0.0 I0.

18、1 Q0.1 I0.2 Q0.2 LD SM0.1 S S0.0,1 LSCR S0.0 LD SM0.0 = Q0.0 LD I0.1 SCRT S0.1 SCRE LSCR S0.1 LD SM0.0 = Q0.1 LD I0.2 SCRT S0.2 SCRE LSCR S0.2 LD SM0.0 = Q0.2 LD I0.0 SCRT S0.0 SCRE Q0.0 Q0.1 Q0.2 SFCSFC图图 PLCPLC接线简图接线简图 梯形图梯形图 1 1、熟悉控制对象，明确控制任务。、熟悉控制对象，明确控制任务。 根据被控制对象对控制系统的要求，明根据被控制对象对控制系统的要求，明 确确P

19、LCPLC系统要完成的任务及所应具备的功能，系统要完成的任务及所应具备的功能， 详细分析系统的控制过程。详细分析系统的控制过程。 根据系统要求，可以画出系统的时序波根据系统要求，可以画出系统的时序波 形图。形图。 图图2 时序图时序图 2 2、正确选择输入输出设备、正确选择输入输出设备 一个控制信号就是一个输入设备，一个执行元件就是一个控制信号就是一个输入设备，一个执行元件就是 一个输出设备。一个输出设备。 在这个交通灯的控制中，哪些作为输入设备在这个交通灯的控制中，哪些作为输入设备？哪些又？哪些又 作为输出设备呢？作为输出设备呢？ 输入设备：启动按钮输入设备：启动按钮SB1SB1和停止按钮和

20、停止按钮SB2SB2 输出设备：南北方向红灯、黄灯、绿灯；输出设备：南北方向红灯、黄灯、绿灯； 东西方向红灯、黄灯、绿灯。东西方向红灯、黄灯、绿灯。 3 3、分配、分配I/O I/O 地址地址 一个输入设备原则上占用一个输入点，一个输出设备原则一个输入设备原则上占用一个输入点，一个输出设备原则 上占用一个输出点。上占用一个输出点。 同学们分配项目的同学们分配项目的I/O I/O 地址地址 I/OI/O表表 输入信号输入信号输出信号输出信号 名称名称代号代号输入点编号输入点编号名称名称代号代号输出点编号输出点编号 启动按钮启动按钮SB1SB1I0.0I0.0红红1 1HL1HL1Q0.0Q0.0

21、 停止按钮停止按钮SB2SB2I0.1I0.1黄黄1 1HL2HL2Q0.1Q0.1 绿绿1 1HL3HL3Q0.2Q0.2 红红2 2HL4HL4Q0.3Q0.3 黄黄2 2HL5HL5Q0.4Q0.4 绿绿2 2HL6HL6Q0.5Q0.5 4 4、画出输入输出接线图、画出输入输出接线图 将选择的输入输出设备和分配好的将选择的输入输出设备和分配好的I/O I/O 地地 址一一对应连接。址一一对应连接。 同学们根据同学们根据I/O I/O 地址画出接线图地址画出接线图。 PLCPLC控制的输入输出配置及外部接线图如图控制的输入输出配置及外部接线图如图 所示。所示。 输入输出配置及外部接线图输

22、入输出配置及外部接线图 5 5、编制梯形图程序、编制梯形图程序 根据控制要求，设计出梯形图，再根据梯形图根据控制要求，设计出梯形图，再根据梯形图 编写语句表程序清单。编写语句表程序清单。 如何设计交通灯的控制梯形图？如何设计交通灯的控制梯形图？ 交通灯的控制复杂，应用经验设计法需要考交通灯的控制复杂，应用经验设计法需要考 虑的环节较多，故设计麻烦。由于交通灯的工作过虑的环节较多，故设计麻烦。由于交通灯的工作过 程按一定的顺序和流程进行，因而考虑用顺序控制程按一定的顺序和流程进行，因而考虑用顺序控制 法来设计该项目。法来设计该项目。 控制要求：控制要求： 20S5S40S5S 程序的组成程序的组

23、成: u按下启动按钮，置按下启动按钮，置S0.0为为1，绿，绿1， 红红2灯亮。灯亮。 uT37延时延时20秒后，状态由秒后，状态由S0.0转到转到 S0.1，红，红2亮、黄亮、黄1闪。闪。 uT38延时延时5秒后，状态由秒后，状态由S0.1转到转到 S0.2，红，红1、绿、绿2灯亮。灯亮。 uT39延时延时40秒后，状态由秒后，状态由S0.2转到转到 S0.3，红，红1亮、黄亮、黄2闪。闪。 uT40延时延时5秒后，状态由秒后，状态由S0.3转回到转回到 S0.0，执行下一循环。，执行下一循环。 u按下停止按钮，使按下停止按钮，使S0.0S0.3断电，断电， 所有灯灭。所有灯灭。 根据时序图

24、，可以画出交通灯控制的顺序功能图如图所根据时序图，可以画出交通灯控制的顺序功能图如图所 示。示。 任务要求：任务要求： 运料小车运行过程如图所示，小车处于原位，运料小车运行过程如图所示，小车处于原位， 后端压下后限位开关，当合上启动开关时，小车前进，到达后端压下后限位开关，当合上启动开关时，小车前进，到达 前限位开关后，漏斗门打开，延时前限位开关后，漏斗门打开，延时8s8s后小车向后运行，到达后小车向后运行，到达 后限位开关，小车底门打开后限位开关，小车底门打开( (停停6s)6s)，完成一次动作。假设斗，完成一次动作。假设斗 车工作一个周期后，不会自行起动。车工作一个周期后，不会自行起动。

25、（1 1）掌握顺序控制设计法、单流程状态顺序功）掌握顺序控制设计法、单流程状态顺序功 能图的画法以及顺序功能图设计梯形图的方法。能图的画法以及顺序功能图设计梯形图的方法。 （2 2）训练顺序功能设计法编程的思想和方法。）训练顺序功能设计法编程的思想和方法。 （3 3）进一步熟悉）进一步熟悉PLCPLC在工业控制中的应用。在工业控制中的应用。 1 1、先拟定方案，选择输入输出设备，绘制、先拟定方案，选择输入输出设备，绘制I/OI/O接接 线图，线图， 2 2、再设计梯形图程序和指令表程序。可以用多种、再设计梯形图程序和指令表程序。可以用多种 方法和指令进行设计。方法和指令进行设计。 3 3、现场

26、调试时先进行静态调试，成功后再进行动、现场调试时先进行静态调试，成功后再进行动 态调试。态调试。 4 4、每完成一步后经指导老师认可再进行下一步。、每完成一步后经指导老师认可再进行下一步。 （1 1）输入梯形图程序。）输入梯形图程序。 （2 2）上传程序到）上传程序到PLCPLC，并对程序进行调试运行。，并对程序进行调试运行。 观察能否实现正转，在正转的情况下能否直接转换观察能否实现正转，在正转的情况下能否直接转换 成反转；成反转； （3 3）调试运行并记录调试结果。）调试运行并记录调试结果。 整理实训操作结果，按标准写出实训报告。整理实训操作结果，按标准写出实训报告。 本次实训过程中可能出现

27、以下问题：本次实训过程中可能出现以下问题： l步进顺控指令的使用。步进顺控指令的使用。 l黄灯闪烁设计的处理？黄灯闪烁设计的处理？ l现场程序调试过程中可能遇到的各种问题现场程序调试过程中可能遇到的各种问题 l严格按操作规程进行接线和开、关电源。严格按操作规程进行接线和开、关电源。 l开机顺序：合电源开机顺序：合电源-开开220v220v，程序调试合格后再，程序调试合格后再 打开打开PLCPLC的的RUNRUN电源。电源。 l关机顺序：与开机顺序相反。关机顺序：与开机顺序相反。 l严禁在严禁在PLCPLC运行的情况下插接或者拔下输入输出信运行的情况下插接或者拔下输入输出信 号线，以免造成短路。

28、号线，以免造成短路。 内内 容容满分满分评分要求评分要求备注备注 1 1正确选择输入输出正确选择输入输出 设备及地址并画出设备及地址并画出I/OI/O 接线图接线图 1515 设备及端口地址选择正确，设备及端口地址选择正确， 接线图正确、标注完整接线图正确、标注完整 输入输出输入输出每错一个每错一个 扣扣5 5分，接线图每分，接线图每 少一处标注扣少一处标注扣1 1分分 2 2正确编制梯形图程正确编制梯形图程 序序 3535 梯形图格式正确、梯形图梯形图格式正确、梯形图 整体结构合理。整体结构合理。 每错一处扣每错一处扣5 5分分 3 3正确写出指令语句正确写出指令语句 程序程序 1010各指

29、令使用准确。各指令使用准确。每错一处扣每错一处扣5 5分分 4 4外部接线正确外部接线正确1515I/OI/O信号线接线正确信号线接线正确每错一处扣每错一处扣5 5分分 5 5写入程序并进行调写入程序并进行调 试试 1515操作步骤正确，动作熟练。操作步骤正确，动作熟练。 若有违规操作，每若有违规操作，每 次扣次扣1010分分 6 6运行结果及口试答运行结果及口试答 辩辩 1010 程序运行结果正确、表程序运行结果正确、表 述清楚，口试答辩正确述清楚，口试答辩正确 对运行结果表述不对运行结果表述不 清楚者扣清楚者扣5 5分分 一、项目任务一、项目任务 运料小车运行过程如图所示，小车处于原位，后端压下运料小车运行过程如图所示，小车处于原位，后端压下 后限位开关，当合上启动开关时，小车前进，到达前限位开后限位开关，当合上启动开关时，小车前进，到达前限位开 关后，漏斗门打开，延时关后，漏斗门打开，延时8s8s后小车向后运行，到达后限位开后小车向后运行，到达后限位开 关，小车底门打开关，小车底门打开( (停停6s)6s)