机床电气及PLC控制（第三版） 课件 课题13 交通灯的控制

【项目分析】

通过用PLC实现对交通灯系统的控制，掌握步进指令的编程及程序输入、运行调试的方法。项目5

交通灯的控制机床电气及PLC控制高等教育出版社【学习目标】应知1.掌握步进指令的功能。2.理解顺序功能图（SFC）的含义。应会1.掌握顺序功能图的编写，学会利用顺序功能图编写步进程序。2学会运用步进指令实现控制功能。3.进一步熟悉编程软件的使用。项目5交通灯的控制机床电气及PLC控制高等教育出版社任务5.2交通灯的PLC控制系统项目5

交通灯的控制机床电气及PLC控制高等教育出版社【新课导入】1.简略复习“任务5.1”的内容；2.简略介绍本次课（任务5.2）的主要教学内容与4～12学时的教学安排。

步骤一：了解控制要求

十字路口交通灯示意图如图5-8所示，

控制要求如下：当下起动按钮SB1之后，南北方向

红灯亮并保持，同时东西方向绿灯亮并保持20s；20s时间到，东西绿灯闪3s（每周期1s）后熄灭；随即东西黄灯亮3s后熄灭，东西红灯亮并保持；此时南北红灯灭，南北绿灯亮，保持24s；24s时间到，南北绿灯闪3s（每周期1s）后熄灭；随即南北黄灯亮3s后熄灭；此时南北红灯亮，东西红灯灭，绿灯亮，进入下一个循环。按下停止按钮SB2，信号系统停止，所有信号灯灭。其波形图如图5-9所示。机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤P150图5-8交通灯示意图

步骤一：了解控制要求

P150图5-9交通灯控制波形图机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤二：I/O端口分配与器材配置1.I/O端口分配I/O口地址分配见表5-4，需要连接到PLC的输入端口只有2点，输出端口有6点，因此可选用型号为FX3U-16MR的PLC（有输入、输出端口各8点，其地址分别为X000～X007，Y000～Y007）。P151表5-4交通灯控制系统I/O分配表机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤输

入输

出X000启动按钮SB1Y000东西绿灯X001停止按钮SB2Y001东西黄灯

Y002东西红灯

Y003南北绿灯

Y004南北黄灯

Y005南北红灯

步骤二：I/O端口分配与器材配置2.配置器材

按表5-5准备完成本任务需要使用的器材和设备：P151表5-5完成任务5.2所需的设备、工具、器材明细表机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤序号名

称型号/规格单位数量1单相交流电源220V、36V、6V

2FX3U系列PLC主机FX3U-32MR/ES型台13计算机装有GX–Works2PLC编程软件台14模拟交通灯控制系统实验板

块15万用表MF-47型台16塑料软铜线

若干7电工和PLC实训通用工具

试电笔、榔头、螺丝刀、电工刀、电工钳、尖嘴钳、剥线钳、活络扳手等（详见表1-1）套1

步骤三：PLC控制系统接线图PLC控制系统接线图如图5-10所示。

P151图5-10PLC控制系统接线图机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤四：编制顺序功能图

交通灯控制系统是典型的时序控制系统，使用步进功能流程图和顺序控制指令能使控制程序的编写思路清晰，程序更为简明易懂。用单一顺序功能图编制控制程序如图5-11所示。此外，由于东西方向和南北方向的灯是同时运行的，所以也可以采用并行分支的顺序功能图，两个分支分别表示东西和南北方向，如图5-12所示。机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤四：编制顺序功能图

P152图5-11用单一顺序功能图编制的控制程序机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤四：编制顺序功能图

P152图5-12交通灯控制系统的并行分支顺序功能图机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤五：编制PLC控制梯形图程序

⒈编制程序

用步进指令分别对图5-11和5-12编制的梯形图程序如图5-13和5-14所示。(1)在图5-13的程序中，按下停止按钮SB2，程序中第68步利用区间复位指令ZRST指令将所有状态器复位，即可实现系统停止运行功能。(2)在图5-14的程序中，按下停止按钮SB2，程序中第80步利用区间复位指令ZRST指令（可见“任务6.1五”）将所有状态器复位，即可实现系统停止运行功能。2.用GX－Works2编程软件输入程序。机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤五：编制PLC控制梯形图程序

P153图5-13用步进指令对图5-11编制的梯形图程序机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤五：编制PLC控制梯形图程序

P154图5-14用步进指令对图5-12编制的梯形图程序机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤六：调试运行

根据图5-10电路图接线，调试程序并试运行，观察控制效果；作运行情况的记录。

步骤七：实训总结

教师与学生一起对交通灯PLC控制系统的编程进行总结分析。P155机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)机床电气及PLC控制高等教育出版社

西门子S7-200系列的PLC产品在国内有较广泛地使用，其早期的产品是S5系列，S7系列是S5系列的更新换代产品，有S7-200（小型）、S7-300（中型）和S7-400（大型）等，在此仅对S7-200系列（图5-15）作简单介绍。

(P156)图5-15S7-200系列PLC【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)1.S7-200系列PLC的系统组成SIMATICS7-200系列PLC由主机(CPU单元)和各

种扩展单元所组成，其它配件包括有总线连接器和总线扩展口，如图5-16所示。（P156）图5-16S7-200系列PLC的系统组成示意图机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)1.S7-200系列PLC的系统组成(1)CPU单元S7-200作为一个产品系列，有多种型号的CPU单元，CPU单元的第一代产品为CPU21*(*为编号，下同)，有CPU212、CPU214、CPU215、CPU216四种型号；近年已更新换代为第二代产品CPU22*，也有四种型号，分别为CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。

①CPU221：CPU221单元有10点I/O(6/4)端，无I/O扩展能力；有4KB的程序存储器容量；还有4个独立的30kHz的高速计数器，两路独立的20kHz高速脉冲输出端；1个RS-485接口；具有PPI、MPI通信协议和自由通信方式。该型号适合于I/O点数较少的控制系统。机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)1.S7-200系列PLC的系统组成

②CPU222：CPU222单元有14点I/O(8/6)，可以连接两个I/O扩展单元，最大I/O点数为40/32(数字量)或者8/6(数字量)＋8/2(模拟量)；其他功能与CPU221基本相同，适合于I/O点数较多的控制系统。

③CPU224：CPU224单元有24点I/O(14/10)，可连接的I/O扩展单元增加至7个，最大I/O点数为94/74(数字量)或者14/10(数字量)＋28/7(模拟量)；程序存储器容量也增加至8KB；此外还增加了指令和高速计数器的数量，因此具有较强的控制能力。

④CPU226：CPU226单元在CPU224的基础上功能又有进一步的提高：主机本身有40点I/O(24/16)，可以连接7个I/O扩展单元，最大I/O点数为128/120(数字量)或24/16(数字量)＋28/7(模拟量)；增加了通信口的数量，使通信能力大大增强。该型号适合于I/O点数较多且控制要求较高的中、小型控制系统。机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)1.S7-200系列PLC的系统组成CPU221、CPU222、CPU224、CPU226的主要性能见（P157）表5-7。(2)I/O扩展单元

当主机(CPU单元)的I/O端口不够用时，与其他系列一样，可扩接I/O扩展单元，（P158）表5-8为各CPU单元最大I/O配置表。S7-200的I/O扩展单元有两种，一种是数字量I/O扩展单元，另一种是模拟量I/O扩展单元(即A/D、D/A转换单元)。

①数字量I/O扩展单元有三大类共9种数字量I/O扩展单元，见（P158）表5-9。

②模拟量I/O扩展单元有三种型号，分别为模拟量输入(A/D)、模拟量输出(D/A)和模拟量输入/输出(A/D、D/A)单元，见（P159）表5-10。

此外，S7-200系列还配有一些特殊功能单元(如温度控制单元)等，若需要使用可查阅产品手册等有关资料。机床电气及PLC控制高等教育出版社机床电气及PLC控制高等教育出版社2.S7-200系列内部寄存器（P159）表5-11S7-200系列内部寄存器配置一览表【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)

2.S7-200系列内部寄存器(2)内部寄存器的编址方法和寻址方式

①S7-200内部寄存器的地址编号方法如下：

其中位地址编号为8进制数（每字有8位）。例如：“I1．2”表示数字量输入映象存储区的第二个（字节1）的第三位（位地址为2）。机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)2.S7-200系列内部寄存器(2)内部寄存器的编址方法和寻址方式②S7-200内部寄存器的寻址方式

由表5-11可知，S7-200内部寄存器的寻址方式有四种：a.位寻址——上述的标注方式即为位寻址的方式，可以进行位寻址的内部寄存器有：I、Q、M、SM、L、V、S。在进行位寻址时没有寻址类型的标号“T”。

除了位寻址外，还有字节、单字和双字寻址三种方式，下面以变量存储器V为例来说明这三种寻址方式。b.字节寻址——寻址类型标号为“B”

机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)2.S7-200系列内部寄存器(2)内部寄存器的编址方法和寻址方式②S7-200内部寄存器的寻址方式

c.单字寻址——寻址类型标号为“W”

d.双字寻址——寻址类型标号为“D”

由表5-11可知，可以进行位寻址的都可以进行字节、字和双字寻址，此外还有累加器AC。至于模拟量输入、输出映象寄存器和定时器、计数器的编址方式，将在下面结合其功能一起介绍。机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)

2.S7-200系列内部寄存器(3)内部寄存器简介

①I、Q寄存器

由表5-11可见，S7-200系列PLC的I、Q寄存器各有128点(0～15共16字节，每字节8位，8×16＝128点)。但实际上每种CPU单元的最大I/O配置如前所述（可见表5-8），均不大于128/128（最大的CPU226为128/120）。最大I/O配置主要受到CPU单元带扩展单元的最大电流，以及I、Q寄存器总数的限制，未被使用的I、Q寄存器可作为通用辅助寄存器(M)等使用(注意只有整个字寄存器的所有位都未被占用的情况下才能另作他用)。机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)

2.S7-200系列内部寄存器(3)内部寄存器简介

②AI、AQ寄存器

由表5-11可见，S7-200系列PLC的AI、AQ寄存器是按字

寻址的，每字2字节，16位，因此字地址编号从0～62按偶数编号，如AIW0、AIW2、AIW4……，

这样AI、AQ寄存器各有32字。同数字量的I/O寄

存一样，实际使用的模拟量最大I/O点数≤32/32。

但是与I、Q寄存器不同的是，未被使用的AI、AQ寄存器不可以另作他用。机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)

【例5-1】

S7-200系列PLC的CPU单元和I/O扩展单元地址编号举例

某一控制系统使用CPU224单元，系统所需I/O点数为：数字量26/22，模拟量8/4，其I/O地址编号见表5-12。（P161）表5-12【例5-1】表单

元地

址主机：CPU224，数字量I/O＝14/10I0．0～I0．7，I1．0～I1．5；Q0．0～Q0．7，Q1．0～Q1．1第一级I/O扩展单元：EM221，数字量I＝8I2．0～I2．7第二级I/O扩展单元：EM222，数字量O=8Q2．0～Q2．7第三级I/O扩展单元：EM235，模拟量I/O=4/2AIW0、AIW2、AIW4、AIW6；AQW0、AQW2第四级I/O扩展单元：EM223，数字量I/O=4/4I3．0～I3．3；Q3．0～Q3．3第五级I/O扩展单元：EM235，模拟量I/O=4/2AIW8、AIW10、AIW12、AIW14；AQW4、AQW6机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)

【例5-1】

由表5-12可见I/O地址编号的规律为：a,同一类型的输入或O输出点，按各单元的顺序进行编址；b.数字量I、Q寄存器每个字节为8位，在本单元实际位数未用完8位的，剩余的位不能分配给下一个单元使用。c.模拟量AI、AQ寄存器按偶数(1字=2字节)递增编号。

③通用辅助寄存器（M）和特殊标志寄存器（SM）M和SM的功能分别类似于松下电工FP1的内部继电器和特殊内部继电器。

④变量寄存器（V）和局部变量寄存器（L）V和L寄存器都是用作存储变量，区别是V存储的是全局变量，适用于任何程序(包括主程序、子程序和中断程序)；而L存储的是局部变量，只适用于特定的程序。机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)

2.S7-200系列内部寄存器(3)内部寄存器简介

⑤定时器（T）S7-200系列PLC提供三种类型的定时器：接通延时定时器TON、有记忆的接通延时定时器TONR和断开延时定时器TOF。定时器的编号由T0～T255，共256个，见表5-13。

（P162）表5-13S7-200系列PLC定时器

由表5-13可见，TON与TOF的编号范围相同，在使用中须注意不要重复编号。定时器类型分辨率(ms)最长延时时间(s)定时器编号TONR132.767T0、T6410327.67T1～T4、T65～T681003276.7T5～T31、T69～T95TON、TOF132.767T32、T9610327.67T33～T36、T97～T1001003276.7T37～T63、T101～T255机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)

2.S7-200系列内部寄存器(3)内部寄存器简介

⑥计数器（C）S7-200系列PLC提供的计数器也有三种：加计数器CTU、加/减计数器CTUD和减计数器CTD。计数器的编号也是T0～T255，共256个。

⑦累加器（AC）S7-200系列PLC提供4个32位累加器，编号为AC0～AC3。累加器用作暂存数据，包括运算数据、中间数据和结果数据。

⑧顺序控制继电器（S）

顺序控制继电器与顺序控制指令结合使用，用于实现顺序控制。机床电气及PLC控制高等教育出版社【阅读材料】西门子S7-200系列PLC简介(P156)

二、S7-200系列PLC简介3.S7-200