电气C基础技术 18

基于PLC的十字路口交通灯控制系统立德修能

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使用S7-1200PLC实现十字路口交通灯控制。按下启动按钮，系统开始运行。首先，南北方向红灯亮20s，在此期间东西方向绿灯亮15s，15s后黄灯亮3s，3s后东西方向黄灯以2Hz频率闪烁2s。当东西方向黄灯闪烁结束后，东西方向红灯亮20s，在此期间南北方向绿灯亮15s，15s后南北方向黄灯亮3s，3s后南北方向黄灯以2Hz频率闪烁2s。当南北方向黄灯闪烁结束后，南北方向红灯亮20s，如此循环。无论何时按下停止按钮，系统停止运行。一、任务描述立德修能

知行合一二、学习目标1.知识目标理解并掌握S7-1200PLC的编程方法。了解PLC程序中块的类别、作用及选用原则。2.技能目标掌握FC和FB的编程方法。能独立完成交通灯控制系统电气原理图绘制、I/O地址分配及程序编写。3.思政目标培养学生独立思考，用专业技能解决实际问题的能力。培养学生的安全意识、工匠意识、创新精神。立德修能

知行合一三、相关知识1.S7-1200编程方法

编程方法示意图

S7-1200PLC的编程方法主要有线性化编程、模块化编程和结构化编程。立德修能

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模块化程序结构示意图

结构化程序结构示意图立德修能

知行合一2.S7-1200PLC程序中的块

S7-1200PLC程序提供了多种不同类型的块，组织块(OrganizeBlock,OB)、数据块(DataBlock,DB)、功能(Function,FC)和功能块(FunctionBlock,FB)四种类型的代码块，使用它们可以创建有效的用户程序结构。立德修能

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1）组织块（OB）

组织块是操作系统和用户程序之间的接口，出现启动组织块的条件是操作系统调用相对应的组织块。如果此时优先级较高的组织块正在执行，则需要等待高优先级组织块执行完成再执行此组织块。如果没有通过硬件触发组织块，则组织块触发默认的系统响应。立德修能

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组织块优先级组合队列用来决定时间服务程序的处理顺序。每个CPU事件都有它的优先级，不同优先级的事件分为3个优先级组。优先级的编号越大，优先级越高。事件一般按优先级的高低来处理,先处理高优先级的事件。优先级相同的事件按“先来先服务”的原则来处理，组织块具体使用情况下表所示。立德修能

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2）功能（FC）

功能(FC)，全称Function，相当于函数。通常用于对一组输入值执行特定运算的代码块，并且是不带存储器的代码块。函数包含一个程序，在其它代码块调用该函数时将执行此程序。例如，可以将函数用于下列目的：（1）将函数值返回给调用块，例如，数学函数；（2）执行工艺功能，例如，通过位逻辑运算进行单个的控制。立德修能

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功能（FC）的创建步骤新建FC块，在项目新建的PLC项目树中，找到添加新块，如图1所示。命名以后设置块编号，默认即可，若想改变选择手动自定义块编号即可，如图2所示。1.图1添加新块图2添加功能(FC)立德修能

知行合一新建完成后，如图3所示。双击打开功能一，点击功能窗口的向下箭头，定义输入输出的引脚，如图4所示。2.图3新建功能完成图4放大功能窗口立德修能

知行合一功能窗口中的内容如图5所示，有六大类，分别为Input、Output、Inout、Temp、Constant、Return，各引脚参数意义如表1所示。3.图5功能窗口立德修能

知行合一引脚名称说

明Input（输入）调用块提供，该端口只能读、不能写Output（输出）程序执行的结果返回给调用块，该端口只能写、不能读Inout（输入/输出）储值由调用它的块提供，块程序执行的结果返回给调用的块。该端口既能读、又能写Temp（临时数据）暂时保存在局部数据堆栈中的数据，只有在执行块时使用临时数据，执行完以后不保存，可能被覆盖。该端口先赋值，后使用Return（返回值）属于输出参数Constant（常数）在声明时指定值，程序中不能修改其值表1FC块引脚参数说明立德修能

知行合一功能（FC）的应用在使用FC块时，需要定义输入输出引脚。在这里以电机起保停电路为例作简要介绍。定义引脚如图6所示。图6定义引脚立德修能

知行合一图8主程序调用FC在主程序中调用FC，如图8所示。在FC，梯形图程序如图7所示。图7起保停程序立德修能

知行合一停止状态（停）启动状态（起、保）立德修能

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3）功能块（FB）

功能块(FB)，全称FunctionBlock，相当于函数块。是使用背景数据块保存其参数和静态数据的代码块。它将输入、输出和输入/输出参数永久地存储在背景数据块中，从而在执行块之后，这些值依然有效。所以函数块也称为“有存储器”的块。可以在程序中的不同位置多次调用同一个函数块。因此，函数块简化了对重复发生的函数的编程。立德修能

知行合一功能块（FB）的创建步骤新建FB块，在项目新建的PLC项目树中，找到添加新块，如图9所示。命名以后设置块编号，默认即可，若想改变选择手动自定义块编号即可，如图10所示。1.图9添加新块图10添加功能块(FB)立德修能

知行合一新建完成后，如图11所示。双击打开功能块，点击功能块窗口的向下箭头，定义输入输出的引脚，如图12所示。2.图11打开功能块图12放大功能块窗口立德修能

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功能窗口中的内容如图13所示，有六大类，分别为Input、Output、Inout、Static、Temp、Constant。3.图13功能窗口立德修能

知行合一功能块（FB）的应用在使用FB块时，需要定义输入输出引脚。在这里以电机防抖起保停为例作简要介绍。定义引脚如图14所示。图14定义引脚立德修能

知行合一图16主程序调用FB块在主程序中调用FB块，如图8所示。在FB块，梯形图程序如图7所示。图15防抖启保停程序立德修能

知行合一停止状态启动状态（延时防抖起、保）延时2S立德修能

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4）数据块（DB）

数据块（DateBlock）简称为DB，用来存储代码块使用的各种类型的数据，包括中间操作状态、其他控制信息，以及某些指令（例如定时器、计数器指令）需要的数据结构，可以设置数据块有写保护功能。数据块分为全局数据块和背景数据块两种。（1）全局数据块：存储的数据可以被所有的代码块访问FB、FC、OB。（2）背景数据块：存储的数据供指定的功能块（FB）使用。保存的数据为Input、Output、Inout、Static（静态变量）。FB的临时数据（Temp）没有用背景DB保存。立德修能

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当程序中多次调用FB时，会生成大量的背景数据块“碎片”，影响了程序的执行效率。多重背景数据块的使用，可以让若干个FB共用一个背景数据块，这样可以减少数据块的个数，提高程序的执行效率。多重背景结构示意图立德修能

知行合一1.控制系统设计四、任务实施

南北方向红灯亮20s，同时东西方向绿灯亮15s，15s后东西方向黄灯常亮3s，3s后以2HZ频率闪烁2s；东西方向黄灯闪烁结束后，东西方向红灯亮20s，同时南北方向绿灯亮15s，15s后南北方向黄灯常亮3s，3s后以2HZ频率闪烁两秒，时间共计40s，故可绘制出控制系统流程图如右图所示。立德修能

知行合一2.I/O分配

根据PLC输入/输出点分配原则及本案例控制要求，对本案例进行I/O地址分配，如下表所示。

十字路口交通灯的PLC控制I/O分配表输入输出输入继电器元件输出继电器元件I0.0起动按钮SB0Q0.0南北方向红灯LED1I0.1停止按钮SB1Q0.1南北方向绿灯LED2

Q0.2南北方向黄灯LED3

Q0.3东西方向红灯LED4

Q0.4东西方向绿灯LED5

Q0.5东西方向黄灯LED6立德修能

知行合一3.硬件原理图

根据本案例控制要求及上表的I/O地址分配表，十字路口交通灯的PLC控制原理图可绘制如下图所示。

十字路口交通灯PLC控制电路图立德修能

知行合一4.创建工程项目

双击桌面上的

图标，打开博图编程软件，在Portal视图中选择“创建新项目”，输入项目名称“十字路口交通灯”，选择项目保存路径，然后单击“创建”按钮，创建项目完成，并进行项目的硬件组态。按下启动按钮东西方向三个灯和南北方向三个灯按照逻辑关系运行，按下停止按钮停止系统。即需要2个输入点和6个输出点，CPU1214DC/DC/DCPLC是14个输入点，10个晶闸管输出点的PLC，满足项目要求，故选用CPU1214DC/DC/DCPLC。立德修能

知行合一5.编辑变量表

本案例变量表中的M0.0～M0.7是系统时钟，以不同的频率接通。其他变量下图所示。立德修能

知行合一6.编写程序

1）子函数程序设计

在项目树程序块选项中添加新块，添加FC函数，命名为交通灯子程序。如下图（左）所示。双击FC1函数，块接口定义如下图（右）所示。

新建FC子程序块

定义接口立德修能

知行合一程序段1：启动块后开始计时立德修能

知行合一程序段2：运算程序及输出立德修能

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1）主程序设计

在编写子程序时在Inout中定义了定时器，因为在主程序中调用FC块时需要外部给定变量，保存运算数据，所以需要新建定时器专用数据块存储定时器的运算数据。

首先，在项目树中点击添加新块，如下图所示。

添加新块立德修能

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在添加新块界面选择数据块，设置数据块名称为T2，数据块类型选择IEC-TIMER，如下图所示。新建定时器专用数据块立德修能

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同样的方法再新建一个定时器专用数据块，因为在程序中需要调用两次自程序，所以需要再新建一个专用数据块，命名T3。新建完成后如下图所示。新建两个专用数据块立德修能

知行合一程序段1：起保停程序段2：定时器循环计时立德修能

知行合一程序段3：东西绿灯、黄灯亮，南北向红灯亮立德修能

知行合一程序段4：南北向绿灯、黄灯亮，东西向红灯亮立德修能

知行合一6.调