情境5：交通灯控制系统

情境5：交通灯控制系统杜俊贤烟台汽车工程职业学院【项目名称】：交通灯控制系统

【教学目标】：能力目标：（1）能对PLC编程设计中时间进行设定。（2）能正确运用PLC循环指令，数据转换指令和实时时钟指令。（3）能对交通灯控制系统进行外部接线。（4）能对交通灯控制系统中触摸屏进行设计和参数设置。烟台汽车工程职业学院交通灯控制教学设计（5）培养学生分析问题和解决问题的能力（6）培养学生团队协作能力、表达能力（7）培养学生查阅资料和自学能力，提高他们的可持续发展的能力。知识目标：

（1）掌握PLC编程设计中时间设定的方法。（2）能正确运用PLC循环指令，数据转换指令和实时时钟指令。（3）掌握交通灯控制系统中触摸屏的设计方案和参数设置。烟台汽车工程职业学院【教学重点】：PLC循环指令，数据转换指令和实时时钟指令。【教学难点】：1、PLC循环指令，数据转换指令和实时时钟指令。2、触摸屏的设计方案和参数设置方法。烟台汽车工程职业学院PLC实训台、数据线、导线、电脑上课课件、活页、程序、评价表【教学素材】：项目导入1通过演示实验引出项目【教学过程实施】：告知、资讯2交通灯控制系统的类型:

按钮人行道控制系统、十字路口交通灯控制系统、具有通行时间显示的十字路口交通灯控制系统等。知识链接1、循环指令：程序循环结构用于描述一段程序的重复循环执行。由FOR和NEXT指令构成程序的循环体。FOR指令标记循环的开始，NEXT指令为循环体的结束指令。FOR指令为指令盒格式，主要参数有使能输入EN，当前值计数器INDX，循环次数初始值INIT，循环计数终值FINAL。

表5-1循环指令格式工作原理：使能输入EN有效，循环体开始执行，执行到NEXT指令时返回，每执行一次循环体，当前计数器INDX增1，达到终值FINAL时，循环结束。使能输入无效时，循环体程序不执行。每次使能输入有效，指令自动将各参数复位。FOR/NEXT指令必须成对使用，循环可以嵌套，最多为8层。使能输入无效时，循环体程序不执行。每次使能输入有效，指令自动将各参数复位。FOR/NEXT指令必须成对使用，循环可以嵌套，最多为8层。如图5-2所示是两层循环嵌套。I2.0和I2.1接通时，执行100次外层循环，每执行一次外层循环，内层执行两次。图5-2循环嵌套指令2、数据转换指令

转换指令是对操作数的类型进行转换，并输出到指定目标地址中去。转换指令包括数据的类型转换、数据的编码和译码指令以及字符串类型转换指令。不同功能的指令对操作数要求不同。类型转换指令可将固定的一个数据用到不同类型要求的指令中，包括字节与字整数之间的转换，整数与双整数的转换，双字整数与实数之间的转换,BCD码与整数之间的转换等。（1）、BCD码与整数的转换BCD_I指令将输入的BCD码(IN)转换成整数，并将结果送入OUT指定的变量中。输入IN的范围是BCD码0~9999。I_BCD指令将输入的整数(IN)转换为BCD码，并将结果送入OUT指定的变量中。IN的范围是整数0~9999。表5-2BCD码与整数的转换（2）、双字整数转换为实数

DTR(DI_R)指令将32位有符号整数(IN)转换成32位实数，并将结果送入OUT指定的变量中。表5-4

双字整数转换为实数（3）、四舍五入取整指令ROUND指令将实数(IN)转换成双字整数后送入OUT指定的变量中。如果小数部分大于等于0.5，整数部分加1。表5-4四舍五入取整指令（4）、截位取整指令TRUNC指令将32位实数(IN)转换成32位带符号整数后送入OUT指定的变量中。只有实数的整数部分被转换，小数部分被舍去。表5-5截位取整指令

（5）、整数与双整数的转换DTI(DI_I)指令将双整数(IN)转换成整数后送入OUT指定的变量中。如果要转换的数值过大，输出无法表示，则置溢出位SM1.1为1，输出不受影响。整数转换为双整数指令ITD(I_DI)将整数(IN)转换成双整数后送入OUT指定的变量中，符号被扩展。表5-6整数与双整数的转换(6)、字节与整数的转换指令BTI(B_I)指令将字节数(IN)转换成整数，并将结果存入OUT指定的变量中。因为字节是无符号的，所以没有扩展符号。整数转换为字节指令ITB(I_B)将字(IN)转换成字节后存入OUT指定的变量中。输入数为0~255，其他数值将会产生溢出，但输出不受影响。表5-7字节与整数的转换3、实时时钟指令

读实时时钟指令TODR(TimeofDayRead)从实时时钟读取当前时间和日期，并把它们装入以T为起始地址的8字节缓冲区，依次存放年、月、日、时、分、秒、0和星期，时间和日期的数据类型为字节型。写实时时钟指令TODW(TimeofDayWrite)通过起始地址为T的8字节缓冲区，将设置的时间和日期写入实时时钟。S7-200中的实时时钟只用年的最低两位有效数字，例如2000年表示为00年。编程时日期和时间数值应采用BCD格式，例如19#97表示1997年。星期的取值范围为0~7，1表示星期日，2表示星期1，为0时将禁用星期(保持为0)。S7-200CPU不根据日期检查核实星期几是否正确，可能接收无效日期，例如2月30日。不要同时在主程序和中断程序中使用TODR或TODW指令。表5-8实时时钟指令初步训练一3

让学生根据活页上S7-200实时时钟指令，自己动手做这个实验，掌握PLC定时控制的方法。【项目操作】【项目内容】用PLC控制一个电铃，要求除节假日外，每天早上7:10分电铃响30s，按下复位按钮，电铃停止。如果不按下复位按钮，每隔5min再响30s进行提醒，共响3次结束。项目一：定时电铃

1、硬件设计图5-3定时电铃控制线路图①程序设计分析执行功能指令READWB200，将PLC中的实时时钟的时间传送到VB200~VB207中，如下图所示。

2、软件设计执行MOV

BVB203VB211指令，将时写入到VB211中。执行MOV

BVB204VB213指令，将分写入到VB213中。执行MOV

BVB205VB215指令，将秒写入到VB215中。执行BCD

IVW210VW220指令时，将时的BCD数转换成二进制整数放在VW220中。执行BCD

IVW212VW222指令，将分的BCD数转换成二进制整数放在VW222中。执行BCD

IVW214VW224指令，将分的BCD数转换成二进制整数放在VW224中。当时间为7时10分0秒时，M0.0=1，当不是星期日（VW206≠1），不是星期六（VW206≠7）时，M0.1得电自锁。当M0.1=1时，Q0.0得电铃响30s停止，T37延时5min断开一次。计数器C0对T37的接通次数计数，当计数值为4时，C0常开接点断开M0.0，并对C0复位。按下复位按钮，电铃停止。②梯形图程序4、演示操作1）按图5-3所示连接控制电路，注意线路连接，检查无误后接通220伏电源。2）打开计算机中的编程软件，将图5-5所示程序下载给PLC。3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或停止程序。4）在运行状态下，打开程序状态监控，观察结果，反复调试，直至满足要求。

学生根据课本上梯形图，分组讨论，读懂电铃定时控制的方法。这部分以学生讨论为主，教师要巡视指导，学生遇到问题及时指出，给予提示这部分以学生操作为主，按上述步骤进行操作，观察演示结果是否正确，教师要巡视指导。【项目内容】

在路的两侧安装行人按钮：一开始，车行方向绿灯亮，人行方向红灯亮；20秒后，如果没有行人按下行人按钮SB，保持该状态；如果有行人按下行人按钮SB时，人行方向绿灯亮，车行方向红灯亮；20秒后，车行方向绿灯亮，人行方向红灯亮(恢复到开始状态)，如此交替进行，不断循环。初步训练二3项目二：

按钮人行道控制【控制方案设计】

1、I/O地址分配

I/O分配由同学们自己填，教师再给出正确答案。2、硬件接线图5-6按钮人行道控制线路图3、梯形图程序

学生根据梯形图，分组讨论，读懂程序。4、演示操作

1）按图5-6所示连接控制电路，检查无误后接通220伏电源。

2）打开计算机中的编程软件，将图5-7所示程序下载给PLC。

3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或停止程序。

4）在运行状态下，打开程序状态监控，观察结果，反复调试，直至满足要求。这部分以学生操作为主，写入程序，按上述步骤进行操作，观察演示结果是否正确，教师要巡视指导。【项目内容】完成“十字路口交通灯”的模拟控制。要求如下：1、白天(6:00～20:00)：南北方向通行25s，南北绿灯亮20s，闪烁2s(0.5s间隔)后，黄灯亮3s。与此同时，东西方向红灯一直亮，禁止通行。东西方向通行45s：东西绿灯亮40s，闪烁2s(0.5s间隔)后，黄灯亮3s。与此同时，南北方向红灯一直亮，禁止通行。如此往复，直到关闭。2、夜间(20:00～6:00)：两个方向黄灯同时闪烁(0.5s间隔)。项目：十字路口交通灯设计

通过学生在初步训练中所掌握的知识，以小组的形式，独立完成十字路口交通灯设计的训练，教师负责指导、检查和评价。强化训练4【任务分析】任务的难点在白天交通灯的控制，根据控制要求，画出相应的时序图。图5-8白天交通灯控制时序图这部分以学生设计和操作为主，教师要巡视指导，学生遇到问题及时指出，给予提示【控制方案设计】1、I/O地址分配I/O分配由同学们自己操作，教师指导。【控制方案设计】

2、硬件接线图5-9交通灯控制线路图4、演示操作1）按图5-9所示连接控制电路，检查无误后接通220伏电源。2）打开计算机中的编程软件，将图5-10程序下载给PLC。3）使用编程软件的运行和停止按钮或者是拨动PLC的运行开关运行或停止程序。4）能按控制要求进行演示。【控制方案设计】3、梯形图程序

学生根据课本上已给出的梯形图，分组讨论，读懂梯形图。这部分以学生讨论为主，教师要巡视指导，学生遇到问题及时指出，给予提示任务验收：按下表所示，验收与评价任务完成情况。检查评价5项目总结6做出来的，让学生演示讲解未做出来的，分析原因给予适当评价，对于做的好的组给予鼓励。拓展训练

项目：用触摸屏实现十字路口交通灯控制

通过学生在前面训练中所掌握的知识，完成用触摸屏实现十字路口交通灯设计的训练，教师负责指导、检查和评价，学生用电脑实现操作。【项目内容】在十字路口交通信号灯监控系统中，用昆仑通泰触摸屏实现对系统的监控。东西南北4个方向中，每个方向都有红、黄、绿3个指示灯和用于倒计时显示的2位数码管。红、黄、绿指示灯工作的时序，如图5-11所示，用数码管倒计时显示时间，绿灯和黄灯的时间合在一起显示。图5-11十字路口监控时序图【任务分析】

☆十字路口交通信号灯监控系统所有的操作和显示都在触摸屏上实现，所以不需要设计PLC外部的接线电路，模拟调试结束后，把触摸屏和PLC通过专用数据线连接好即可。☆东、西两个方向和南、北两个方向的控制完全相同，所以在设计时，东、西两个方向和南、北两个方向的指示灯和数码管设置完全相同。☆设计PLC程序时，可以采用本模块项目2中3种方法的任意一种，时间可以采用如下步骤显示：首先得到倒计时的时间值，如南北红灯亮时，要得到30到0范围内每隔1秒数据值减1的一个数据；其次要把这个数据转换成十位和个位的2位BCD码，最后把2位BCD码经译码送数码管显示。☆设计触摸屏组态时，画面主要包括1个启停开关、4个方向各3个指示灯和2位数码管，指示灯和数码管的亮灭主要通过填充颜色来实现，另外在每个方向上制作小车，按照交通规律运动，小车的运动由循环策略来实现。注意：设计本任务的关键是触摸屏和PLC间的数据连接，地址一定要对应好。【任务实施】1、输入输出地址分配

I/O地址分配由同学们自己完成。2、控制系统程序十字路口控制系统的梯形图程序与上节设计类似，下面给出倒计时显示的梯形图设计方法。30秒倒计时梯形图如图5-12所示，减计数器对秒脉冲计数，初始值为30，每秒计一次，计数值由30→29→28→…依次递减。C0的当前值转换为BCD码存放在VW0，其中低8位VB1为C0当前值的十位和个位，将VB1送到MB1中，M0.0-M0.3显示个位数，M0.4-M0