项目教学教案.doc

项目四 交通信号灯自动控制设计
子项目1 南北方向交通信号灯控制
【教学目】
在实际控制情景中, 应用新学习PLC状态元件和步进驱动指令设计和调试交通信号灯工作过程控制程序, 从而感受和掌握PLC控制系统步进顺控设计通常工作步骤, 掌握单步骤状态转移图画法和梯形图、 指令表程序编程方法。
【过程与方法】
经过老师与学生互动合作完成示范项目(自动小车往返控制)设计和调试; 经过老师点拨、 指导答疑和学生思索设计、 现场调试, 完成实训项目(南北方向交通信号灯控制)设计和调试。从而感受和掌握PLC步进顺控程序设计工作步骤, 培养工程素质和综合能力。
包含到新知识经过课程网络平台提供, 学生提前下载, 自己预习, 老师进行引导讲解。
【教学关键】
状态转移图画法, 步进顺控指令编程使用。
【教学难点】
状态转移图画法、 步进顺控指令编程使用。
【教学方法】
示范引导、 项目实训
【教课时间】
3课时
【项目说明】
十字路口交通信号灯分东西和南北两组, 子项目1只设计和调试南北方向交通信号灯白天工作控制。按下开启按扭开始工作, 按下停止按扭停止工作。
　　有“红”“黄”“绿”三种颜色, 白天工作时序要求见下图所表示:

【项目分析】
本项目工作过程严格按时序进行, 除了用已学基础指令设计外, 还能够用步进顺控思想进行设计。
【包含到新知识】
PLC状态元件、 步进顺控指令、 单步骤状态转移图画法。
一、 示范项目: 自动小车往返运动控制
1、 项目说明:
某自动送料小车在初始位置时, 限位开关SQ1被压下, 按下开启按纽SB, 小车按图示次序运动,完成一个工作周期。
a 电机正转, 小车右行碰到限位开关SQ2后电机停转、 小车原地停留;
b 5S后电机反转, 小车左行;
　　c 碰到限位开关SQ3后, 电机又开始正转,小车右行至原位压下限位开关SQ1, 停在初始位置。

2、 项目分析:
* 这是经典次序控制实例, 我们用步进顺控思绪进行设计。

【知识准备1】
步进顺控状态转移图
1、 步进顺控概述:
　　一个控制过程能够分为若干个阶段, 这些阶段称为状态或者步。状态与状态之间由转换条件分隔。当相邻两状态之间转换条件得到满足时, 就实现实状况态转换。状态转移只有一个流向称作单步骤顺控结构。
2、 FX系列PLC状态元件
每一个状态或者步用一个状态元件表示, S0为初始步, 也称为准备步, 表示初始准备是否到位。其它为工作步。
状态元件是组成状态转移图基础元素, 是可编程控制器软元件之一。 FX2N 共有 1000个状态元件, 其分类、 编号、 数量及用途如表1所表示。
表1 FX2N状态元件
类别

元件编号
个数
用途及特点
初始状态
S0～S9
10
用作 SFC图初始状态
返回状态
S10～S19
10
在多运行模式控制当中, 用作返回原点状态
通用状态
S20～S499
480
用作 SFC图中间状态 , 表示工作状态
掉电保持状态
S500～S899
400
含有停电保持功效, 停电恢复后需继续实施场所, 可用这些状态元件
信号报警状态
S900～S999
100
用作报警元件使用
注:
①状态编号必需在指定范围内选择。
②各状态元件触点, 在PLC内部可自由使用, 次数不限。

③在不用步进顺控指令时, 状态元件可作为辅助继电器在程序中使用。
④经过参数设置, 可改变通常状态元件和掉电保持状态元件地址分配。

3、 状态转移图（SFC）画法
状态转移图（SFC）也称功效表图。用于描述控制系统控制过程。
状态转移图三要素: 驱动动作、 转移目标和转移条件。其中转移目标和转移条件必不可少, 而驱动动作则视具体情况而定, 也可能没有实际动作。
步与步之间有向连线表示步骤方向, 其中向下和向右箭头能够省略。图2中步骤方向一直向下, 所以省略了箭头。
【动动手1】
选择输入输出设备, 绘制I/O接线图
正转（右行）……Y1
反转（左行）……Y2
起动按钮SB………X0; 限位开关SQ1…… X1
限位开关SQ2…… X2 ; 限位开关SQ3……X3
热继电器FR接在外围输出电路中（这么能够节省I/O点）, 如图3所表示。
【动动手2】
画出自动小车往返控制状态转移图（SFC图

【知识准备2】―――步进梯形图和指令表程序编程方法
1、 状态转换实现
步与步之间状态转换需满足两个条件:
> 前级步必需是活动步;
> 对应转换条件要成立。
满足上述两个条件就能够实现步与步之间转换。值得注意是一旦后续步转换成功成为活动步, 前级步就要复位成为非活动步。
2. FX系列PLC步进顺控指令
FX系列 PLC步进指令有两条: 步进触点驱动指令STL和步进返回指令RET。
STL: 步进触点驱动指令 梯形图符号为
① STL指令有主控含义, 即STL指令后面触点要用LD指令或LDI指令。
② STL指令有自动将前级步复位功效（在状态转换成功第二个扫描周期将前级步复位）。
步进返回指令 梯形图为
一系列STL指令后, 在状态转移程序结尾必需使用RET指令, 表示步进顺控功效（主控功效）结束 。
3. 步进梯形图和指令语句表编程:
① 优异行驱动动作处理, 然后进行状态转移处理, 不能颠倒。
② 驱动步进触点用STL指令, 驱动动作用OUT指令。若某一动作在连续几步中都需要被驱动, 则用SET指令。
③ 连续向下状态转换用SET指令, 不然用OUT指令。
④ 相邻两步动作若不能同时被驱动, 则需要安排相互制约联锁步骤。
⑤ CPU只实施活动步对应电路块, 所以, STL指令许可双线圈输出。

【动动手3】设计自动小车步进梯形图和指令表程序。

【程序调试】
接好电源线、 通讯线及输入输出信号线, 输入程序并进行调试, 直至满足要求。
二、 实训子项目1: 南北方向交通信号灯控制
【实训要求】
* 明确实训任务, 读懂控制要求;
* 学生23人一组, 共同完成实训任务;
* 确定控制方案, 选择输入输出设备, 画出I/O接线图;
* 依据工作要求绘制状态转移图, 编制步进梯形图和指令表程序;
* 现场调试程序直至符合要求。
【实训提议】
* 确定方案, 绘制I/O接线图后按控制时序画出交通信号灯状态转移图;
* 再设计梯形图程序和指令表程序; 注意步进指令使用方法
* 每完成一步后经指导老师认可再进行下一步。
【指导答疑】
本项目程序设计比较简单, 就是基础单步骤次序控制。首次学习PLC控制设计, 关键是按时序要求正确绘制状态转移图。
此次实训过程中可能出现以下问题:
* 状态转移图与时序要求不一致
* 步进顺控指令使用不够正确
应指导学生注意突破下面难点:
* 状态转移图画法、 步进顺控指令编程使用、 黄灯闪烁设计处理
* 现场程序调试过程中可能碰到多种问题
【项目验收与点评】
结合学生完成情况进行点评并给出考评成绩。
【优异作品展示】
展示优异设计方案和调试结果, 激发学生热情。
附: 实训考评标准:

项目
内 容
满分
评分要求
备注
南北方向交通信号灯控制
1．输入输出设备及I/O接线图
10
设备及端口地址选择正确接线图正确、 标注完整
输入输出每错一个扣5分, 接线图每少一处标注扣1分
2.状态转移图
25
画法正确, 步序次序与时序逻辑要求一致。
每错一处扣5分
3．梯形图程序
25
梯形图格式正确、 时序逻辑关系正确, 能正确完成交通信号时序控制要求。
每错一处扣5分
4．指令语句程序
10
各指令使用正确。
每错一处扣5分
5．外部接线
10
电源线、 通讯线及I/O信号线接线正确
每错一处扣5分
6．写入程序并进行调试
10
操作步骤正确, 动作熟练。（许可依据输出情况进行反复修改和完善。）
若有违规操作, 每次扣10分
7．运行结果及口试答辩
10
程序运行结果正确、 表述清楚, 口试答辩正确
对运行结果表述不清楚者扣5分