电气控制与PLC应用技术（S7-1200）课件 3任务5 PLC对交通灯的控制

任务5PLC对交通灯的控制任务引入

灯的亮和灭，变换形式多样，各种形式的灯，如红灯、黄灯、绿灯等在国民经济生产、生活中都赋予了不同的意义，用PLC编程控制灯的变化也非常繁多，交通灯的控制就是其中之一。城市十字路口的东、西、南、北四个方向各装设了红、绿、黄三色信号灯；三色信号灯按绿灯亮，绿灯闪烁，黄灯亮，红灯亮的顺序变化，根据要求编写控制交通灯的程序，对丰富PLC编程知识十分必要。任务目标要完成该任务，必须具备以下知识：1．掌握计数器C的结构和工作原理。2．能画出计数器C的时序波形图。3．掌握两灯交替闪烁的程序。4．能画出交通信号灯工作时序图并按其编程。相关知识1．计数器指令类型

计数器指令用于对内部程序事件和外部过程事件计数。S2-1200PLC计数器指令有3种，分别是加计数器（CTU）、减计数器（CTD）、加/减计数器（CTUD），计数器指令如图3-62所示。

（a）计数器指令选择

（b）加计数器

（c）减计数器

（d）加减计数器图3-62计数器指令相关知识2.加计数器（CTU）1）加计数器CTU的工作原理

加计数器指令在CU端输入脉冲上升沿时，计数器的当前值加1。当前值CV等于或大于设定值PV时，计数器输出Q状态位置1。当计数器的复位端R有效时，计数器复位，计数器的当前值清零，计数器输出Q状态位复位（置0）。否则计数器的当前值将一直累加直到达到参数CV指定数据类型的上限，达到上限时，即使出现输入信号上升沿，计数器值也不再增加。在进行加计数时，复位信号优先于计数端。相关知识2）加计数器CTU的应用

如图3-63所示为加计数器的应用和时序图，当计数器C0的计数输入端I0.0有输入信号时，C0的当前值加1，当C0当前值等于或大于3时，C0的状态位置1，线圈Q0.0接通。当复位输入端I0.1有输入信号时，计数器C0复位，计数器的当前值清零，计数器状态位复位（置0），线圈Q0.0断开。图3-63加计数器CTU应用和时序图相关知识

3．减计数器CTD1）减计数器CTD的工作原理

减计数器的装载输入端LD有效时，计数器复位，并把设定值PV装入当前值寄存器中，计数器输出Q状态位置0，当输入端CD每捕捉到一个输入信号时，当前值减1，当前值减小到0时，计数器输出Q状态位置1，此时当CD端再接收到输入信号时，当前值变为-1，并可以沿负数一直减下去，达到参数CV指定数据类型的下限。在任意时刻，只要LD为“1”，计数器输出Q为“0”，CV立即停止计数并回到PV值。相关知识2）减计数器CTD的应用

如图3-64所示为减计数器的应用和时序图，装载输入端（LD端）I0.1为1时，C1计数器状态位为0，并把设定值4装入当前值寄存器CV中，此时线圈Q0.0断开。当I0.1输入为0时，计数器计数有效，此时当计数输入端（CD端）I0.0有输入脉冲的上升沿时，C1当前值从设定值4开始做递减计数，直到C1的当前值等于0时，C1计数器输出Q状态位为1，线圈Q0.0接通。图3-64减计数器CTD应用和时序图相关知识4．加减计数器CTUD1）计数器CTUD的工作原理

加减计数器首次使用或复位端有信号，QD端输出为“1”，QU端输出为“0”，当装载端LD有信号时，计数器将设定值PV的值装载到当前值CV，此时，QD端输出为“0”，QU端输出为“1”，CV立即停止计数并回到PV值。

当0﹤CV值﹤PV值时，QD端、QU端输出皆为“0”。

当CV值≧PV值时，QU端输出为“1”。

当CV值≦0时，QU端输出为“0”，QD端输出为“1”。

任意时刻，只要R端为“1”，则QU端输出为“0”，QD端输出为“1”，CV值清零。CV的上下限取决于计数器指定的整数类型的最大值和最小值。相关知识2）加减计数器CTUD的应用

如图3-65所示为加减计数器的应用和时序图，I0.0为加计数信号，I0.1为减计数信号，I0.2为复位信号，I0.3为装载信号，QU端接“输出1”Q0.0，QD端接“输出2”Q0.1。加减计数器C2的运行过程如图3-65的时序图所示。图3-65加减计数器CTUD应用和时序图相关知识5.计数器的应用1.利用振荡电路控制2盏灯交替闪烁用2个定时器可以设计一个占空比可调的振荡电路，然后利用2个定时器的位交替导通和关断去控制PLC的输出继电器线圈，就可以完成2盏灯的交替闪烁程序，梯形图程序如图3-66所示。

图3-66中，用“t0”、“t1”两个定时器组成的震荡程序控制Q0.0亮1S、灭2S，Q0.1灭1S、亮2S，进行交替的互相亮灭，亮灭4次后程序自动停止。

图3-67是图3-66程序的时序图，从图中可以看出，用“t0”、“t1”两个定时器组成的震荡程序，因各定时器设定的延时时间不同，可以随意组成占空比，比较自由。相关知识图3-66两灯交替闪烁程序相关知识图3-67两灯交替闪烁的时序图任务实施1.用PLC逻辑指令实现对交通灯的控制1）控制要求十字路口交通信号灯布置如图3-68所示。控制要求见表3-7所示。图3-68十字路口交通信号灯布置如图任务实施表3-7交通信号灯控制要求东西向绿灯Q0.0绿灯Q0.0闪烁黄灯Q0.1红灯Q0.230SOFF1SON1S2次4S南北向红灯Q0.3绿灯Q0.4绿灯Q0.4闪烁黄灯Q0.520SOFF1SON1S2次4S任务实施2）训练要达到的目的（1）进一步熟悉定时器的应用。（2）学会利用定时器构成振荡电路并对灯负载进行循环控制。（3）掌握外部接线图的设计方法，学会实际接线。任务实施3）控制要求分析根据控制要求，画出该控制系统各信号的工作时序图，如图3-69所示。图3-69交通信号灯工作时序图任务实施4）实训设备CPU1212CAC/DC/RLY一台

十字路口交通信号灯模型

一块任务实施5）设计步骤

（1）用可编程控制器控制的十字路口交通信号灯的外部接线图有2种，一种是PLC输出点所接的灯的功率小于DC30W/AC200W时，输出点可以直接驱动灯负载，接线图如图3-70所示；另一种是PLC输出点所接的灯的功率大于DC30W/AC200W时，输出点不能直接驱动灯负载，需要使用PLC的输出点驱动交流接触器，在由交流接触器的主触点驱动灯负载，接线图如图3-71所示。图3-70功率小于DC30W/AC200W的交通灯控制电路接线图任务实施图3-71(a)交通灯主电路接线图图3-71(b)交通灯控制电路接线图图3-71功率大于DC30W/AC200W的交通灯控制电路接线图任务实施（2）建立项目“十字路口交通灯控制”。（3）添加新设备“CPU1212CAC/DC/RLY”，版本号4.2。（4）选中“PLC_1”项目下的“PLC变量”，打开“默认变量表”，在默认变量表中分配程序中要使用的变量，分配PLC变量表如表3-8所示。任务实施表3-8十字路口交通灯控制PLC变量表任务实施（5）梯形图设计如下图3-72所示。任务实施任务实施任务实施任务实施图3-72十字路口交通灯控制梯形图任务实施2.用子程序调用实现对交通灯的控制

控制要求、接线图、实训设备、变量表都相同，不同的只是程序。

用逻辑指令编写的交通灯控制程序中，在交通灯变化的一个周期中，由于振荡程序被使用2次，东西向的绿灯闪烁使用一次，南北向的绿灯闪烁使用一次，所以振荡程序是公用的，东西向使用，南北向也使用。编程时可以将振荡程序设计成子程序，放置在FC或FB中，每次要用到振荡程序时，调用FC或FB即可。任务实施1）使用FC编写交通灯程序

在程序块中，点击添加新块，在弹出的界面中，选中添加“FC”函数，点击“确定”按钮，则在程序块中添加新块“FC1”，如图3-73所示。主程序如图3-74所示。图3-73添加FC1任务实施任务实施任务实施任务实施图3-74交通灯主程序任务实施图3-75交通灯FC1程序交通灯FC1程序如图3-75所示。任务实施

3）使用时钟存储器位编写交通灯程序

可以利用PLC自身的时钟存储器位来控制东西向、南北向绿灯的闪烁，点击项目中的设备组态，再点击设备组态下面的巡视窗口中的“属性”→“常规”→“系统和时钟存储器”，勾选右边的“启用时钟存储器字节”，其中的M0.7为0.5Hz时钟，其周期为2S，占空比为50%，即M0.7位闭合1S、断开1S。如图3-76所示。图3-76选择时钟存储器位任务实施

选择了时钟存储器位M0.7后，在编程时就不需要振荡程序了，编写的梯形图如图3-77所示。任务实施任务实施任务实施图3-77使用时钟存储器编写的交通灯程序任务实施

使用时钟存储器位M0.7取代振荡电路，存在一个问题，就是绿灯在闪烁前，其长亮的时间要么多1秒要么少1秒，因为M0.7是奇数秒闭合，偶数秒断开。如图3-84中的程序段4和程序段10，本来“T0”要延时30秒、“T4”要延时20秒的，延时时间到后，第31秒、第21秒，M0.7又闭合，绿灯接着亮，实际亮了31秒钟和21秒钟，也就是闪烁的1秒钟与前面绿灯亮的时间连在一起，绿灯第1次闪烁我们看不到，我们看到的绿灯闪烁，其实已经是绿灯第2次闪烁了。

使用计数器计数时，计数器计数了2次，而我们却只看到绿灯闪烁1次，就是因为第1次闪烁与绿灯长亮是接在一起的，所有要看到绿灯闪烁2次，就要计数4次，因为第3次绿灯刚要亮就被计数器的常闭触点断开了。任务实施

图3-77中，“T0”延时了29秒、“T4”延时了19秒，与要求的时间少1秒，是因为第30秒、第20秒M0.7断开，绿灯灭，接着绿灯开始闪烁，此时只需计数3次即可。

延时与计数的时序图如图3-78所示。任务实施图3-78绿灯Q0.0动作的时序图任务实施

从图3-78所示中可以看出，计数器“C0”计数3次，绿灯Q0.0实际间隔1S灭亮了2.5次，因为第3次计数时，绿灯Q0.0实际只亮了一个扫描周期就被断开了，时间太短，看不到绿灯亮；“C0”如果计数2次，则灭亮了1.5次，只看到绿灯闪一次，所以要计数3次。

如果定时器“T0”延时了30秒，大家可以利用图3-78自行分析。知识拓展

1.使用函数块FB控制电动机一键启停

（1）添加函数块FB

建立好一个项目，打开“程序块”→“添加新块”，在弹出的对话框中选中函数块，输入名称为“一键启停”，打开“一键启停”函数块，在上面的变量声明表中分别输入如下形参：Input输入变量中建立一个变量“启/停”，数据类型为BOOL；Output输出变量中建立一个变量“电机”