交通信号灯的PLC控制(课堂PPT)课件

1、可吕 芝 山安徽蚌埠机电技师学院电气工程系编程序控制技术及应用安徽蚌埠机电技师学院电气工程系课题五 交通信号灯的控制一、用PLC控制交通信号灯（基本程序）二、用PLC控制交通信号灯（较多控制要求）三、相关知识（顺序控制及设计方法）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制一、实例:安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制一、实例一 某十字路口，交通信号灯分别有东西方向的红灯、绿灯、黄灯和南北方向的红灯、绿灯、黄灯。用二个自复位式按钮控制，一个启动按钮，一个停止按钮。 1、 具体控制要求如下： （参见后附的时序图）（1）接通电源后进入初态，此时东西和南北的黄灯同时以亮0.5秒灭0.5秒的规律连续闪烁。（2

2、）按启动按钮后，各信号灯按下面的时序图运行，周而复始的工作。（其中绿灯闪烁三次，闪烁要求是亮0.6秒，灭0.4秒）运行中任何时刻，按停止按钮时立即转为两个方向的黄灯连续闪烁。 用PLC控制交通信号灯（基本程序）本例用三菱的GP软件编程安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制启动后的时序图启动信号东西方向红灯南北方向绿灯20S南北方向红灯20S东西方向绿灯南北方向黄灯2S东西方向黄灯2S闪3次 次闪3次 次15S15S安徽蚌埠机电技师学院X2 SB1 SB2Y3 Y4COMX1X2COMY1Y2Y5电源FUY6交通信号灯的控制2、I/O地址分配和接线图 停止 SB2-X2 启动 SB1-X1AC 2

3、20V东西红灯 HL1东西绿灯 HL2东西黄灯 HL3南北红灯 HL4南北绿灯 HL5南北灯 黄HL6安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图的编写 FX2N系列PLC 除了27条基本指令外，还有二条 功能很强的步进顺序控制指令（ STL 、RET），简称步进指令。采用步进指令编程，方法简单，规律性强，可以编写出较复杂的控制程序，调试、修改方便，较易掌握。 顺序控制系统是指按生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，控制生产过程中的各个执行机构有次序地进行操作的过程。 步进指令仅适用于顺序控制系统。 复杂的控制任务或工作过程可以分解 为若干个工序（也称

4、为状态或步）。根据控制要求可以设计出状态流程图。图中各步之间有转移方向（用有向线段表示）和转移条件（用文字、逻辑式等表示），各步有其任务（例如，驱动负载等） 状态流程图（也称顺序功能图）的形式有： 单一顺序、选择顺序、并行顺序、重复、跳转、循环本题状态流程图编写如下：安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制单一顺序状态流程图Y5Y114M8002+X2S0S20X1M8013Y3Y6Y6Y1S21T0S22T1T2Y4Y2S24T3S25T2Y1Y5T4Y2Y4T4Y4Y3S20T1说明：图中转换条件定时器T0、T1、T2、T3也是各 对应状态的驱动对象，因图幅限制没画出。 S2313121110

5、987654321031521021014131211109876543210153210210安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制梯形图程序ZRST S0 S25SET S0M8002X2X2M8013SET S20S0STLM8013X1Y3Y6T 0 K 150S20STLY1Y5SET S21T 0S21STLSET S22Y1T1K30Y5T4T1S22STLSET S23Y1T2K20Y6T2S23STLSET S24Y4T3K150Y2T3安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制S24STLSET S25Y4T2K30Y2T4T2ENDS25STLSET S20Y4T 1K20Y3T

6、1 RET S21S24T5T4T4K4T5K6关于步进顺序控制指令使用的几点说明：1、状态继电器S0-S899在使用SET指令后具有步进顺序控制功能，提供常开的步进触点和普通的编程触点。（其中， S0S9：初始状态专用 S10-S19：原点复位用 S20-S499：一般用 S500-S899：停电保持用 S900-S999：报警用） 2、S0-S9一般供初状态使用始。状态继电器也可不按顺序使用。步进触点是否闭合决定了步进触点后的电路块是否执行，下一个状态继电器被SET置位后，上一个状态继电器会自动复位。3、初状态是必须的。步进状态结束必须使用RET指令。4、状态编号不可重复使用。相邻的两个状

7、态不能使用同一 个定时器。5、每个状态内，编程顺序为先驱动后转移，对不需要触点控制而直接输出的均须先编程。安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制二、实例二 某十字路口，交通信号灯分别有东西方向的红灯、绿灯、黄灯和南北方向的红灯、绿灯、黄灯。 用手动/自动开关、强制通行方向选择开关、启动按钮、停止按钮和暂停按钮控制交通灯的运行。 1、具体控制要求如下（参见参考实例一的时序图）（1）选择手动状态时，可以强制东西或南北方向通行，此时通行方向的录灯常亮，而另一方向的红灯常亮。（2）选择自动状态时: 1)在23点至5点的夜间时间段，则两个方向的黄灯同时按亮0.5秒，灭0.5秒的规律连续闪烁。 2)在23点

8、至5点的白天时间段，各信号灯自动地按例一中的时序图周而复始的工作。（本例将东西红灯改为亮20秒，南北红灯改为亮25秒）（ 3）运行中任何时刻，都可以从手动转换为自动，也可以从自动转换为手动。 用PLC控制交通信号灯（较多控制要求）本例比实例一增加了控制要求，用三菱的GX软件编程安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制 2、PLC的地址分配 输入 输出 X20 暂停按钮（SB20） Y1 东西录灯（HL1） X21 启动按钮（SB21） Y2 东西黄灯（HL2） X22 停止按钮（SB22） Y3 东西红灯（HL3） X24 手动/自动（SA24） Y4 南北录灯（HL4） X25 强制选择 （SA

9、25） Y5 南北黄灯（HL5） Y6 南北红灯（HL6）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件的SFC编写的SFC块图）SFC块图包括两大部分:梯形图块(LD) SFC块(SFC)安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制S0Y2S40(M8002+X22)M1S10T2K5S41S52S11S51S50S30S20T1K5Y5T1T2Y1Y6X25Y4Y3 此处编写自动运行采用 并行顺序(X24 )( )S0S0自动手动（强制）夜晚白天东西通行南北通行东西方向南北方向3、状态流程图S31S21S0安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制S20Y3S32

10、S22Y2S23S21S31S24T0T2Y6S30Y1T0 k200T4 k250T1T4T5S33S34Y1T2 k5C0 k3RST C0T3 k20T2 C0T3Y4T5 k150T6 k5T6Y4T7 C1T7C1 k3RST C1T7 k5Y5T8 k20S11T8东西方向南北方向状态流程图 (续)S11T1 k5安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件的SFC编写的梯形图块）说明：D8013 S (0 59) D8014 min(0 59)D8015 h (0 23)D8016 日 (1 31)D8017 月 (1 12)D8018

11、年 (0 99)D8019 星期 (0 6)安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件的SFC编写的 梯形图块续1）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的 SFC内置梯形图块）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的 SFC内置梯形图块续1）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的 SFC内置梯形图块续2）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Develo

12、per编程软件SFC编写的 SFC内置梯形图块续3）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的 SFC内置梯形图块续4）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的 SFC内置梯形图块续5）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的 SFC内置梯形图块续6）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的 SFC内置梯形图块续7）安徽蚌埠机电技师学院交通信号灯的控制3、状态流程图（

13、用GX-Developer编程软件SFC编写的 SFC内置梯形图块续8）安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制三、相关知识（顺序控制及设计方法） PLC程序的顺序控制设计方法 顺序控制设计法 顺控设计法的设计步骤 功能图的结构 步进指令编制梯形图的方法 顺序控制的其他编程方法1、顺序控制设计法 它是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。 PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计

14、的主要方法。 2、顺控设计法的设计步骤 步的划分 转换条件的确定 功能表图的绘制 梯形图的编制 安徽蚌埠机电技师学院（1）步的划分 将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并且用编程元件来代表各步。 步是根据PLC输出状态的变化来划分的，在任何一步内，各输出状态不变，但是相邻步之间输出状态是不同的。交通信号灯的控制安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制（2）转换条件的确定 使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。 转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等。 转换条件也可能是

15、若干个信号的与、或、非逻辑组合。安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制（3）功能表图的绘制 根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出功能表图。绘制功能表图是顺序控制设计法中最为关键的一步。 功能表图又称做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。 功能表图不涉及所描述控制功能的具体技术，是一种通用的技术语言，可用于进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流。 各个PLC厂家都开发了相应的功能表图，各国家也都制定了国家标准。我国1986年颁布了功能表图国家标准（GB6988.6-86）。 根据功能表图，按某种编程方式写出梯形图程序。安徽蚌埠机电技师学院 交通信

16、号灯的控制 功能表图的组成 主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成。1）步与动作步：矩形框表示步，方框内是该步的编号。编程时一般用PLC内部编程元件来代表各步初始步：与系统的初始状态相对应的步称为初始步。初始步用双线方框表示， 每一个功能表图至少应该有一个初始步。动作：一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”；对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”，将动作或命令简称为动作动作的表示：矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制2）有向连线、转换与转换条件有向连线：功能表

17、图中步的活动状态的顺序进展按有向连线规定的路线和方向进行。活动状态的进展方向习惯上是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述的方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。转换：转换是用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。转换条件：转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制 转换实现的基本规则转换实现的条件：在功能表图中步的活动状态的进展是由转换的实现来完成。转换实现必须同时满足两个条件： 该转换所有的前级

18、步都是活动步； 相应的转换条件得到满足。转换实现应完成的操作：转换的实现应完成两个操作： 使所有的后续步都变为活动步； 使所有的前级步都变为不活动步。 （4）梯形图的编制 根据功能表图，按某种编程方式写出梯形图程序。 如果PLC支持功能表图语言，则可直接使用该功能表图作为最终程序。安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制3、功能图的结构（1）单序列：反映按顺序排列的步相继激活这样一种基本的进展情况 X003X000X002 X001 123Y000Y001Y002安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制（2）选择序列：个活动步之后，紧接着有几个后续步可供选择的结构形式称为选择序列。 X012X01

19、0X011X006X005X004X003X002X001X00712637845X000安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制（3）并行序列：当转换的实现导致几个分支同时激活时，采用并行序列。其有向连线的水平部分用双线表示。 X003X000X005X004X001278X0023456安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制（4）跳步、重复和循环序列：在实际系统中经常使用跳步、重复和循环序列。这些序列实际上都是选择序列的特殊形式。 X005X004X003X010X005X001X0023456X005X001X002X004X0030567X002X004X003X010X0014567(

20、a)( b)( c) 跳步、重复和循环序列(a)跳步序列 ( b)重复序列 ( c)循环序列 安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制步进指令的执行过程 X001转换目标转换条件驱动处理S20S21Y000驱动处理转换目标转换条件S21X001S20SS21Y000注意： 此为教科书上表示步进触点的画法，和用编程软件画出的是有区别的。安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制选择序列分支与合并的步进编程 S23X010X003X006X004X007X002S24S25S26S22S27X005Y000Y003Y001Y002Y004Y005Y000S22X005X002SS23SS25X003SS

21、24Y001S23X004SS27Y002S24X006SS26Y003S25X007SS27Y004S26X010Y005S274、步进指令编制梯形图的方法安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制并行序列分支与合并的步进编程 X004X002X003X001S24S25S26S27S23Y001Y004Y002Y003Y005X005S28Y006Y002S24X002SS25Y003S25X003SS27Y004S26Y005S27X004SS28X005Y006S28SS24X001SS26Y001S23S25S27安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制5、顺序控制的其他编程方法 根据顺序

22、功能图，设计梯型图程序常用的编程方法一般有四种： 起保停电路设计法（用普通逻辑指令） 转换为中心设计法（用SET、RST指令） 步进顺控指令设计法（用STL、RET指令）（1）起保停电路设计法的实例 控制锅炉的鼓风机和引风机的要求。按下起动按钮SB1（X000点输入）后，应先开引风机，延时5s后再开鼓风机。按下停止按钮SB2（X001点输入）后，应先停鼓风机，5s后再停引风机。KM1为引风机交流接触器（Y000点驱动），KM2为鼓风机交流接触器（Y001点驱动）。仿步进指令 仿步进指令设计法安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制鼓风机引风机Y001Y000X001X0005s5s（a）波形图

23、Y000T 0Y000Y001Y000T 1T 1X000X001T0M1M2M3M8002M0 (b) 顺序功能图 安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制M8002M3 T1 M1M0M0M1M0 X000 M2M1K50T0M2M1 T0 M3M2Y001M3M3M3K50T1M1M2Y000M2 X001 M0 (c) 梯形图 安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制（2）以转换为中心设计法的实例 某组合机床的动力头在初始状态时停在左边，限位开关SQ3（X003输入）为1状态，按下起动按钮SB1（X000输入），动力头按图示工作路线工作。工作一个循环后，返回并停在初始位置，控制电磁阀YV0

24、（Y000控制）、YV1（Y001控制）、YV2（Y002控制）在各工步的状态如顺序功能图所示。(a) 流程图X003X001X002 快退 快进 工进安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制X003Y001Y000Y001X000X002X001M1M2M3M8002M0Y002（b）功能图M1M2M8002SETM 0M0X000SETM1RSTM 0M1X001SETM 2RSTM 1M2X002SETM 3RSTM 2M3X003SETM 0RSTM 3M1Y000M3Y002Y001(c)梯形图安徽蚌埠机电技师学院 交通信号灯的控制（3）步进顺控指令设计法的实例自动门控制系统控制要求： 人靠近自动门时，感应器X0为ON，Y0驱动电动机高速开门； 碰到开门减速开关X1时，变为低速开门； 碰到开门极限开关X2时电动机停转，开始延时。 若在0.5s内感应器检测到无人，Y2起动电动机高速关门； 碰到关门减速开关X4时，改为低速关门； 碰到关门极限开关X5时电动机停转。在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，T1延时0.5s后自动转换为高速开门。 自动门控制示意图X1X4X2X1X2X4X5X5X0安徽蚌埠机电技师学院安徽蚌埠机电技师学院自动门控制系统（实例）用顺序控制时的状态转移图如下：交通信号灯的控制 输入/输出的地址分配表和PLC的输入