交通信号灯控制系统.doc

项目三 交通信号灯控制系统
一、实训目标
1．通过本项目的实训和操作，学会使用松下PLC内部部分特殊辅助继电器、定时器、上升沿微分指令，能够采用时间控制方法进行顺序逻辑程序的编写，掌握交通信号灯控制系统的设计、安装和调试方法。
2．能够正确编制、输入和传输交通信号灯控制系统PLC控制程序。
3．能够独立完成交通信号灯控制系统PLC控制线路的安装。
4．按规定进行通电调试，出现故障时，应能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作。
二、任务分析
  随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。
1． 交通信号灯控制系统的控制要求：

图7-1 交通灯现场示意图

开关合上后，东西绿灯亮4s后闪2s灭；黄灯亮2s灭；红灯亮8s；绿灯亮……循环，对应东西绿黄灯亮时南北红灯亮8s,接着绿灯亮4s后闪2s灭；黄灯亮2s后，红灯又亮……循环。
2.控制要求分析

图7-2 交通灯控制时序图
根据控制要求，可得出整个系统的时序图如上图所示，本系统可以采用步进控制思想
三、相关知识
１、PLC的状态转移编程法
在设计较为复杂的程序时，仅仅采用简单的逻辑处理已经很难保证程序的正确性和易读性，所以就需要采用别的方法来编制程序。为了保证程序逻辑的正确以及程序的易读性，我们可以将一个控制过程分为若干个阶段，在每一个阶段均设立一个控制标志，当每一个阶段执行完毕，就启动下一个阶段的控制标志，将本阶段的控制标志清除。
所谓“状态”是指特定的功能，因此状态转移实际上就是控制系统的功能转移。机电自控系统中机械的自动工作循环过程就是电气控制系统的状态自动、有序、逐步转移的过程。这种功能流程图完整地表现了控制系统的控制过程，各状态的功能、状态转移顺序和条件，它是PLC应用控制程序设计的极好工具。
（一） 定义：
顺序控制：就是按照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，使生产过程中各个执行机构自动而有序地进行工作。
顺序控制设计法：根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，根据顺序功能图画出梯形图。
（二） 顺控设计基本步骤：
1、 步的划分：步是根据PLC输出量的状态划分。
2、 转换条件的确定：转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。
3、 顺序功能图的绘制：根据以上分析画出描述系统工作过程的顺序功能图。
4、 梯形图的绘制：采用某种编程方式设计出梯形图。
顺控编程方法有：（1）起动、保持、停止电路的编程方法
（2）以转换为中心的编程方法。
（3）使用STL指令（步进梯形指令）的编程方法。
这里只介绍前两种顺控编程方法，第3种方法请学生课后自己了解。
（三） 顺控图的组成要素
1、） 步与动作
·当系统正工作于某一步时，该步处于活动状态，称为“活动步”。处于活动状态时，相应的动作为执行，处于不活动状态时，相应的非保持型动作被停止执行。
·每一个顺控功能图至少应有一个初始步，它是对应于系统等待起动的初始状态。（一般用要用特殊辅助继电器M8002来转换）
2、） 有向连线、转换和转换条件
·有向连线上无箭头标注时，其进展方向是从上到下、从左到右。若不是上述方向，应在若有向连线上有箭头标注。
·转换用与有向连线垂直的短划线来表示，步之间用转换隔开，转换与转换之间用步隔开。
·转换条件写在表是转换的短划线旁边。
3、） 步与步之间实现转换应同时具备两个条件：
·前级步必须是活动步。
·对应的转换条件成立。
4、） 顺控功能图的基本结构
·单序列结构
·循环序列结构
·其它结构（请学生课后了解）
实例：按下X0，Y0亮；5s后Y1亮；Y1亮5s后Y2亮，5s后电路复原。
X0=1
T1=1
R1
R2
R3
T0=1
Y0亮，5秒
Y1亮，5秒
Y2亮，5秒
T2=1
R0
R9013

5、） 画顺控功能图的注意事项：
·两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。
·两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。
·顺控功能图中的初始步不能少。
·在连续循环工作方式时，应从最后一步返回下一个工作周期开始运行的第一步。
·在顺控功能图中，当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。
3、SET、RST指令
功能：
SET指令 置位指令，使输出强制接通并保持。
RST指令 复位指令，使输出强制断开并保持。
应用程序举例：

例题解释：当X0接通时，Y0接通并保持。
当X1接通时，Y0断开并保持。
应用注意事项：
（1） 当触发信号接通时执行了SET指令，则不管触发信号如何变化，输出接通并保持。
（2） 当触发信号接通时执行了RST指令，则不管触发信号如何变化，输出断开并保持。
（3） 对于部分内部继电器（R）和外部继电器（Y），同样编号的SET和RST的使用次数没有限定。但是继电器的状态在程序中是随着执行结果而变化的，当I/O刷新时，外部输出是由程序运行的最终结果决定的。

4、SSTP、NSTP、NSTL、CSTP和STPE指令
功能：
SSTP指令：表示步进程序开始。
NSTP指令：当检测到触发信号的上升沿时，启动当前过程，并将前一个过程复位。
NSTL指令：当触发信号闭合时，启动当前过程，并将前一个过程复位。
CSTP指令：清楚并复位指定的步进过程。
STPE指令：表示步进程序区结束，返回一般梯形图程序。
应用程序举例：

图7-5 步进指令编程实例

图7-5 步进指令实例功能示意图
例题解释：
1) 当触发信号（X0）接通时，执行第一个步进过程。
2) 当触发信号（X1）接通时，清除第一个步进过程，执行第二个步进过程。
3) 当触发信号（X3）接通时，清除第五十个步进过程，步进控制结束。

四、任务实施
1．输入/输出分配表
表7-4 交通信号灯控制电路输入/输出分配表
输入电器
输入点
输出电器
输出点
启动按钮1（SB1）
X0
东西红灯 L1
Y0
停止按钮2（SB2）
X1
东西黄灯 L2
Y1

东西绿灯 L3
Y2

南北红灯 L4
Y3

南北黄灯 L5
Y4

南北绿灯 L6
Y5
2．输入/输出接线图
用松下FP1-C40型可编程控制器实现交通信号灯控制系统的输入/输出接线，如图7-6所示。

图7-6 交通信号灯控制系统的输入/输出接线图

3．根据交通信号灯控制系统的控制要求，采用定时器实现步进控制功能的该当编写梯形图程序
（1） 程序如图7-7所示。

图7-7 交通信号灯控制系统梯形图程序
（2） 程序解释：
当X0接通后启动信号R10为ON，定时器TM0开始计时，内部继电器R10接通，同时TM4开始计时，内部继电器R11为ON，接通输出Y2，既A向的绿灯亮，亮4s后TM4有输出。常开接点T4闭合，内部继电器R12开始闪耀，既A向绿灯闪，再经2s时，TM0有输出，常闭触点T0断开，R10断电，使Y2为OFF，A向绿灯灭，同时常开触点T0闭合接通输出Y1，既A向黄灯亮，亮2s后TM1有输出，常闭触点T1断开，Y1为OFF，A向黄灯灭。常开触点T1闭合，Y1的常闭触点为闭合状态，接通输出Y0，既A向的红灯亮。（在A向的绿灯、黄灯亮期间，既8s时间内Y3一直为ON既B向的红灯一直在亮。）Y0的常开接点闭合，接通R9，TM5开始计时，R13为ON，常开接点R13闭合接通Y5，既B向的绿灯亮，经4sTM5有输出，常开触点T5闭合，R14闪，常闭触点T5打开R13断电，使Y5闪2s，既B向绿灯亮4s后闪2s，其经过6s后TM2有输出，T2闭合Y4为ON，既B向黄灯亮，亮2s后TM3有输出，常闭触点T3打开，Y4为OFF，黄灯灭，Y4的常闭触点闭合使Y3为ON，接通B向红灯。当按下停止开关，X1为ON，R0断开后系统停止。
3．采用松下PLC功能强大的步进指令实现交通信号灯的控制。
（1） 十字路口交通信号灯控制，现采用步进指令实现分支并行控制：东西向绿灯亮20s，闪3s；
黄灯亮2s；红灯亮25s；与此同时南北向红灯亮25s；绿灯亮20s，闪3s；黄灯亮2s，如
此循环。设计的梯形图程序如图所示。系统的I/O分配与上例相同，假定A向为东西向，
B向为南北向。

图7-9　交通灯控制梯形图程序

（2） 例题解释：
当X0接通的上升沿，同时激活过程0和过程1，实现两个分支并行 。分支1 过程0开始后，内部通用继电器R0为ON，其常开触点R0闭合，接通输出Y2，既东西向绿灯亮，定时器TM0计时，经过20s激活过程2清除过程0，内部继电器R1闪，使输出Y2闪3s，既东西向绿灯闪3s，然后激活过程3清除过程2，输出Y1为ON，既东西向黄灯亮，经过2s激活过程4清除过程3，Y0为ON，既东西向红灯亮25s，之后清除过程4，又激活过程0，开始新的循环。分支2 过程1开始后，输出Y3为ON，既南北向红灯亮，亮25s后，既东西向黄灯灭时又激活过程5，清除过程1，然后R3为ON，其常开触点R3闭合，接通输出Y5，既南北向的绿灯亮，亮20s后清除过程5激活过程6，R4闪，既Y5闪，南北向绿灯闪3s后激活过程7，清除过程6，输出Y4为ON既南北向黄灯亮，亮2s后清除过程7，又激活过程1，开始新的循环。
（3） 程序输入同上例所示。
4．系统调试
（1） 在教师的现场监护下进行通电调试，验证系统功能是否符合控制要求。
（2） 如果出现故障，学生应独立检修。线路检修完毕并且梯形图修改完毕应重新调试，直至系统能够正常工作。