PLC技術(shù)應(yīng)用課件：簡易十字路口交通燈控制

2026PLC技術(shù)應(yīng)用CONTENTS02任務(wù)分析交通燈模擬控制模塊介紹0103并行序列和選擇序列順序功能圖的編程方法學(xué)習(xí)任務(wù)及學(xué)習(xí)目標(biāo)0004任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)任務(wù)及學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)任務(wù)

交通信號燈在我們的生活中隨處可見，是交通疏導(dǎo)最有效和最常見的方式，與我們的生活息息相關(guān)，簡易交通信號燈如圖7-1所示。解決好交通燈控制問題對保障交通安全、有序、快捷運(yùn)行具有重要意義。為了實(shí)現(xiàn)智慧交通，根據(jù)路況、行人和車流量的不同，通過PLC控制可以實(shí)現(xiàn)交通燈不同的顯示控制方式，交通燈多樣化的工作方式體現(xiàn)了交通管理的科學(xué)性。

在本任務(wù)中，請同學(xué)們結(jié)合所學(xué)習(xí)的知識和設(shè)備，設(shè)計(jì)一個簡易交通燈控制程序，如圖7-2所示為十字路口交通燈示意圖。要求實(shí)現(xiàn)以下功能：圖7-1交通信號燈圖片圖7-2十字路口交通燈示意圖學(xué)習(xí)任務(wù)及學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)任務(wù)（1）交通燈控制系統(tǒng)的啟動、停止由一個自復(fù)位鈕子開關(guān)控制。（2）一個運(yùn)行指示燈用于指示十字路口交通燈的運(yùn)行狀態(tài)。交通燈控制系統(tǒng)啟動后，運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮；交通燈控制系統(tǒng)停止后，運(yùn)行指示燈熄滅。（3）信號燈控制具體要求如下，見表7-1。1）啟動后，南北方向紅燈亮，同時(shí)東西方向綠燈亮，南北方向紅燈持續(xù)亮25s；2）啟動后，東西方向綠燈亮20s后，由常亮變?yōu)榱?.5s、滅0.5s的閃爍，持續(xù)3s后熄滅，同時(shí)東西方向黃燈亮；3）東西方向黃燈亮2s后熄滅，同時(shí)東西方向紅燈亮，南北方向紅燈熄滅、綠燈亮；4）南北方向綠燈亮20s后，由常亮變?yōu)榱?.5s、滅0.5s的閃爍，持續(xù)3s后熄滅，同時(shí)南北方向黃燈亮；5）南北方向黃燈亮2s后熄滅，同時(shí)南北方向紅燈亮，東西方向紅燈熄滅、綠燈亮；6）循環(huán)重復(fù)以上過程；學(xué)習(xí)任務(wù)及學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)任務(wù)7）將鈕子開關(guān)撥向停止，交通燈運(yùn)行完當(dāng)前循環(huán)周期后停止。8）在車流量和人流量較小時(shí)的夜間，交通燈顯示控制要求為：東西、南北兩個方向的黃燈一直以亮1s、滅1s的頻率同時(shí)閃爍，兩個方向的綠燈和紅燈均處于熄滅狀態(tài)，提醒人們過路口要減速。在交通燈基本控制功能的基礎(chǔ)上增加一個轉(zhuǎn)換開關(guān)用來實(shí)現(xiàn)交通燈兩種不同工作模式的切換。9）在觸摸屏上繪制一個十字路口，四個方向上分別繪制一個紅綠燈，觸摸屏上的紅綠燈的工作與外接實(shí)物的紅綠燈同時(shí)工作。在觸摸屏上繪制一個轉(zhuǎn)換開關(guān)，不論操作外接的轉(zhuǎn)換開關(guān)還是觸摸屏上的轉(zhuǎn)換開關(guān)，都可以切換交通燈工作狀態(tài)。東西信號綠燈亮綠燈閃黃燈亮紅燈亮?xí)r間20s3s2s25s南北信號紅燈亮綠燈亮綠燈閃黃燈亮?xí)r間25s20s3s2s表7-1信號燈控制具體要求學(xué)習(xí)任務(wù)及學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）掌握并行序列和選擇序列順序功能圖的編程方法；能繪制基本功能的十字路口交通燈并行序列順序功能圖；能繪制帶切換功能的十字路口交通燈選擇序列順序功能圖；掌握SCR指令編程方法，能將兩種結(jié)構(gòu)的十字路口交通燈順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖。

（2）能夠使用觸摸屏繪制十字路口交通燈，熟練掌握轉(zhuǎn)換開關(guān)的繪制方法，并能夠根據(jù)控制要求對控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

（3）在生活中，不斷總結(jié)生活經(jīng)驗(yàn)，善于發(fā)現(xiàn)生活中的各種問題，能夠利用所學(xué)知識幫助解決生活中的各種實(shí)際問題。提高邏輯思維能力，能利用所學(xué)PLC知識解決稍微復(fù)雜的實(shí)際問題。交通燈模擬控制模塊介紹01交通燈模擬控制模塊介紹

交通燈模擬控制模塊如圖7-3所示。模塊上有一個自復(fù)位扭子開關(guān)，用法與之前任務(wù)模塊中一致，啟動為ON，停止為OFF，南北方向紅（R）、黃（Y）、綠（G）信號燈，東西方向紅（R）、黃（Y）、綠（G）信號燈。圖7-3交通燈模擬控制模塊任務(wù)分析02任務(wù)分析一、機(jī)械手模擬控制模塊面板介紹通過前述任務(wù)6的學(xué)習(xí)，我們知道順序功能圖有三種不同的基本結(jié)構(gòu)形式：單序列結(jié)構(gòu)、選擇序列結(jié)構(gòu)和并行序列結(jié)構(gòu)，如圖7-4所示。分析控制要求可知，十字路口交通燈東西、南北方向?yàn)閮蓚€相對獨(dú)立的工作過程，屬于典型的并行序列結(jié)構(gòu)。而增加轉(zhuǎn)換開關(guān)控制后，十字路口交通燈能實(shí)現(xiàn)兩種工作模式的切換，屬于典型的選擇序列結(jié)構(gòu)。并行序列和選擇序列的基本結(jié)構(gòu)在任務(wù)6中已經(jīng)做了詳細(xì)介紹，本任務(wù)不再贅述。下面詳細(xì)介紹使用SCR指令的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法。a）單序列結(jié)構(gòu)

b）選擇序列結(jié)構(gòu)

c）并行序列結(jié)構(gòu)

圖7-4順序功能圖基本結(jié)構(gòu)形式并行序列選擇序列順序功能圖的編程方法03任務(wù)實(shí)施一、并行序列順序功能圖的編程方法

并行序列順序功能圖表來表示幾個狀態(tài)支路互相獨(dú)立、同時(shí)工作的情況，當(dāng)轉(zhuǎn)移條件滿足時(shí)同時(shí)轉(zhuǎn)移到幾條支路，并行序列的開始稱為分支，并行序列的結(jié)束稱為合并。為了強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)，水平連線用雙線表示。并行序列順序功能圖的編程主要分兩部分進(jìn)行：并行序列分支的編程和并行序列合并的編程。

（1）并行序列分支的編程方法

在進(jìn)行并行序列分支的編程時(shí)，如果某一步的后面有N條并行序列的分支，則該步的SCR程序段中應(yīng)有同一轉(zhuǎn)換條件控制的N條不同轉(zhuǎn)換目標(biāo)的電路，即在一個SCR程序段中應(yīng)同時(shí)激活N個SCR程序段。

如圖7-5所示，在步S0.1之后有一個并行序列的分支，當(dāng)步S0.1是活動步，轉(zhuǎn)換條件I0.1滿足時(shí)，步S0.2與步S0.3同時(shí)變?yōu)榛顒硬剑c此同時(shí)，S0.1變?yōu)椴换顒硬?。其程序編程如圖7-6所示。任務(wù)實(shí)施一、并行序列順序功能圖的編程方法圖7-5順序功能圖-并行序列分支圖7-6順序功能圖-并行序列分支編程方法任務(wù)實(shí)施一、并行序列順序功能圖的編程方法

（2）并行序列合并的編程方法在進(jìn)行并行序列合并的編程時(shí)，在進(jìn)行并行序列合并的編程時(shí)，如果某一步的前面有一個由N條支路組成的并行序列的合并，并行序列是多個分支同時(shí)工作的，合并時(shí)必須等到所有分支的最后一個狀態(tài)都處于活動狀態(tài)，并且滿足轉(zhuǎn)換條件，才能共同進(jìn)入下一個SCR程序段。

如圖7-7所示，在步S0.6之前有一個并行序列的合并，當(dāng)步S0.4和S0.5都是活動步且轉(zhuǎn)換條件I0.4滿足時(shí)，步S0.6變?yōu)榛顒硬?，與此同時(shí)，步S0.4和S0.5變?yōu)椴换顒硬?。其程序編程如圖7-8所示。（3）并行序列順序功能圖的特點(diǎn)

1）并行序列由同一個轉(zhuǎn)換條件控制同時(shí)激活各分支的第一個狀態(tài)。

2）并行序列在分支處是先標(biāo)明條件后分支。

3）并行序列在合并處是先合并后標(biāo)明條件。任務(wù)實(shí)施一、并行序列順序功能圖的編程方法圖7-7順序功能圖-并行序列合并圖7-8順序功能圖-并行序列合并編程方法任務(wù)實(shí)施一、選擇序列順序功能圖的編程方法

選擇序列順序功能圖有兩條或兩條以上的狀態(tài)轉(zhuǎn)移支路，由各自條件決定選擇轉(zhuǎn)移到各分支，但不能有兩個或兩個以上的轉(zhuǎn)移同時(shí)發(fā)生，即當(dāng)條件滿足時(shí)只能選擇轉(zhuǎn)移到其中的一個分支。選擇序列的開始也稱為分支，選擇序列的結(jié)束也稱為合并。選擇序列順序功能圖的編程主要分兩部分進(jìn)行：選擇序列分支的編程和選擇序列合并的編程。

（1）選擇序列分支的編程方法

對選擇序列分支進(jìn)行編程時(shí)，如果某一步的后面有N條選擇序列的分支，則該步的SCR程序段中應(yīng)有N條分別指明各轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換目標(biāo)的程序。

如圖7-9所示，在步S0.0之后有兩個選擇序列分支步S0.1和步S0.2，這兩個分支不能同時(shí)執(zhí)行，只選擇其中的一個分支執(zhí)行。當(dāng)步S0.0是活動步時(shí)，若轉(zhuǎn)換條件I0.0滿足，則步S0.1變成活動步，而步S0.0變?yōu)椴换顒硬?；同理，若轉(zhuǎn)換條件I0.1滿足，則步S0.2變成活動步，而步S0.0變?yōu)椴换顒硬?。圖7-9選擇序列順序功能圖任務(wù)實(shí)施一、選擇序列順序功能圖的編程方法

（2）選擇序列合并的編程方法

對選擇序列合并進(jìn)行編程時(shí)，如果某一步的前面有一個由N條支路組成的選擇序列的合并，則該步的SCR程序段之前也應(yīng)有N條分別指明各轉(zhuǎn)換條件和同一轉(zhuǎn)換目標(biāo)的程序。

在圖7-9中，在步S0.3之前有一個選擇序列的合并。當(dāng)步S0.1為活動步且轉(zhuǎn)移條件I0.1滿足，或步S0.2為活動步且轉(zhuǎn)移條件I0.3滿足時(shí)，步S0.3都變?yōu)榛顒硬?，同時(shí)，步S0.1或步S0.2變?yōu)椴换顒硬健?/p>

選擇序列分支和合并的梯形圖如圖7-10所示。任務(wù)實(shí)施一、選擇序列順序功能圖的編程方法圖7-10選擇序列梯形圖任務(wù)實(shí)施一、選擇序列順序功能圖的編程方法

（3）選擇序列順序功能圖的特點(diǎn)

1）選擇序列各分支狀態(tài)的轉(zhuǎn)移通過各自的轉(zhuǎn)換條件選擇執(zhí)行，不能進(jìn)行兩個或兩個以上的分支狀態(tài)同時(shí)轉(zhuǎn)移。

2）選擇序列在分支處是先分支后標(biāo)明條件。

3）選擇序列在合并處是先標(biāo)明條件后合并。任務(wù)實(shí)施04任務(wù)實(shí)施一、分析控制要求

根據(jù)控制要求，紅綠燈控制是并行序列，兩種工作方式是選擇序列，并行序列和選擇序列的分支和合并需要留意。二、分配I/O地址

根據(jù)控制要求，PLC的輸入信號包括啟動和停止按鈕，以及工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)SA，輸出信號包括運(yùn)行指示燈和四個方向信號燈，其中南北方向和東西方向的紅、黃、綠信號燈可以兩個燈占用一個輸出。分配表如表7-5所示。任務(wù)實(shí)施二、分配I/O地址輸入輸出元件名稱功能對應(yīng)端子元件名稱功能對應(yīng)端子SB1啟動I0.0HL1運(yùn)行指示燈Q0.0SB2停止I0.1HL2南北紅(R)Q0.1SA轉(zhuǎn)換開關(guān)I0.2HL3南北黃(Y)Q0.2

HL4南北綠(G)Q0.3

HL5東西紅(R)Q0.4

HL6東西黃(Y)Q0.5

HL7東西綠(G)Q0.6表7-5十字路口交通燈I/O端子分配表任務(wù)實(shí)施三、十字路口交通燈控制系統(tǒng)的電氣接線圖

根據(jù)I/O地址分配情況，結(jié)合PLC接線規(guī)則，設(shè)計(jì)出十字路口交通燈控制系統(tǒng)的電氣接線圖，如圖7-11所示。圖7-11十字路口交通燈控制系統(tǒng)接線圖任務(wù)實(shí)施四、線路安裝與檢查

（1）線路的安裝步驟和方法請掃描二維碼觀看。

（2）線路的檢查和檢測方法請掃描二維碼觀看。五、十字路口交通燈控制系統(tǒng)順序功能圖

（1）基本功能的十字路口交通燈控制系統(tǒng)順序功能圖

分析控制要求可知，十字路口交通燈南北方向和東西方向是并行工作的，將南北方向和東西方向的運(yùn)行流程分別作為一個分支，我們以編程元件S代表步，繪制并行序列順序功能圖如圖7-12所示。

步S0.0是整個順序功能圖的初始步，即十字路口交通燈初始狀態(tài)。將運(yùn)行指示燈Q0.0作為并行序列分支開始的轉(zhuǎn)移條件，在雙線的上方。兩條分支分別為南北方向、東西方向的信號燈變化。南北方向分支依次是南北紅燈亮（步S1.0）→南北綠燈亮和閃爍（步S1.1）→南北黃燈亮（步S1.2），各步向下轉(zhuǎn)移的條件是亮燈時(shí)間到或閃爍次數(shù)夠。東西方向分支同理。并行序列分支結(jié)束的轉(zhuǎn)移條件是南北方向黃燈和東西方向紅燈的亮燈時(shí)間到，即T41、T46常開觸點(diǎn)同時(shí)閉合，在雙線的下方。由于交通燈的指示信號是循環(huán)往復(fù)的，因此再次回到S0.0循環(huán)。需要注意的是當(dāng)我們轉(zhuǎn)移條件或控制條件用常閉時(shí)，我們用元件上面加橫線的方式來表示，如圖

。任務(wù)實(shí)施五、十字路口交通燈控制系統(tǒng)順序功能圖圖7-12基本功能的十字路口交通燈控制系統(tǒng)順序功能圖任務(wù)實(shí)施五、十字路口交通燈控制系統(tǒng)順序功能圖

（2）帶切換功能的十字路口交通燈控制系統(tǒng)順序功能圖

分析控制要求可知，帶切換功能的十字路口交通燈有兩個分支：一個是交通信號燈依次交替變化的基本工作模式；另一個是黃燈閃爍的提醒工作模式。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SA實(shí)現(xiàn)兩個分支的切換，是典型的選擇序列結(jié)構(gòu)。步S0.0是整個順序功能圖的初始步，即十字路口交通燈初始狀態(tài)。將運(yùn)行指示燈Q0.0作為初始步向下一步運(yùn)行的總的轉(zhuǎn)移條件。轉(zhuǎn)換開關(guān)輸入端子I0.2作為選擇分支的轉(zhuǎn)移條件，當(dāng)I0.2斷開時(shí)，選擇左側(cè)紅、黃、綠交通信號燈依次交替變化的的分支執(zhí)行；當(dāng)I0.2閉合時(shí)，選擇右側(cè)黃燈閃爍的的分支執(zhí)行。當(dāng)步S1.2和S2.2都變成活動步且T41、T46常開觸點(diǎn)同時(shí)閉合，或步S3.0變成活動步且T48常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，步S0.0都變成活動步，再次循環(huán)。由于南北黃燈在S1.2和S3.0中多次使用，東西黃燈在S2.1和S3.0中多次使用，如果直接用南北和東西黃燈，就會出現(xiàn)雙線圈輸出的情況，導(dǎo)致前面的黃燈不能得電工作，因此我們用兩個輔助繼電器來作為兩次黃燈得電的標(biāo)志，一個為南北黃燈標(biāo)志1，一個為南北黃燈標(biāo)志2，最后用兩個黃燈標(biāo)志并聯(lián)去控制南北黃燈，就可以解決雙線圈的輸出問題。內(nèi)部信號的符號表如圖7-13所示，繪制選擇序列順序功能圖如圖7-14所示。任務(wù)實(shí)施五、十字路口交通燈控制系統(tǒng)順序功能圖圖7-13內(nèi)部信號符號表圖7-14帶切換功能的十字路口交通燈控制系統(tǒng)順序功能圖任務(wù)實(shí)施六、十字路口交通燈控制系統(tǒng)梯形圖程序

采用SCR指令的編程方法，將兩種功能的十字路口交通燈順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖。

（1）系統(tǒng)的啟動、停止控制程序，如圖7-15所示。

（2）系統(tǒng)上電復(fù)位如圖7-16所示。圖7-15啟?？刂茍D7-16上電復(fù)位任務(wù)實(shí)施六、十字路口交通燈控制系統(tǒng)梯形圖程序

（3）根據(jù)控制要求，需要添加工作方式切換的控制程序，因需要實(shí)現(xiàn)外接轉(zhuǎn)換開關(guān)SA和觸摸屏切換開關(guān)的共同控制，任意時(shí)刻按下任意一個工作方式切換開關(guān)都可以實(shí)現(xiàn)工作方式的切換，類似于照明控制線路里面的“雙控”，我們設(shè)計(jì)一個“雙控”功能的程序。設(shè)計(jì)思路是如果兩個開關(guān)都沒有閉合，此時(shí)工作方式切換標(biāo)志失電；操作其中一個轉(zhuǎn)換開關(guān)，工作方式切換標(biāo)志得電；如果兩個開關(guān)都閉合，工作方式切換標(biāo)志也失電，如表7-6所示。因此工作方式切換標(biāo)志的得電條件是閉合其中一個開關(guān)，所以應(yīng)當(dāng)用一個開關(guān)和另一個開關(guān)的常開常閉交叉即可。如圖7-17所示。外部切換開關(guān)觸摸屏切換開關(guān)工作方式切換標(biāo)志工作狀態(tài)斷開斷開失電閉合斷開得電斷開閉合得電閉合閉合失電表7-6工作方式切換標(biāo)志控制條件圖7-17工作方式切換控制任務(wù)實(shí)施六、十字路口交通燈控制系統(tǒng)梯形圖程序

（4）根據(jù)狀態(tài)流程圖，啟動PLC后，在初始狀態(tài)里將計(jì)數(shù)器和輸出指示燈全部復(fù)位，步S0.0的控制程序如下圖所示。在步S0.0之后有兩個選擇分支步S1.0、S2.0（看做一個整體，正常工作模式）和步S3.0（黃燈閃爍模式），這兩個分支不能同時(shí)執(zhí)行，只選擇其中的一個分支執(zhí)行。當(dāng)步S0.0是活動步時(shí)，若轉(zhuǎn)換條件

滿足，則步S1.0、S2.0同時(shí)變成活動步，而步S0.0變?yōu)椴换顒硬?；同理，若轉(zhuǎn)換條件M1.0滿足，則步S3.0變成活動步，而步S0.0變?yōu)椴换顒硬?。其梯形圖程序如圖7-18所示。圖7-18初始狀態(tài)任務(wù)實(shí)施六、十字路口交通燈控制系統(tǒng)梯形圖程序

（5）根據(jù)狀態(tài)流程圖，在步S1.0中南北紅燈亮25s控制程序如圖7-19所示。

（6）根據(jù)狀態(tài)流程圖，在步S1.1中南北綠燈首先亮20s，然后閃爍3s控制程序如圖7-20所示。圖7-19南北方向紅燈控制圖7-20南北方向綠燈控制任務(wù)實(shí)施六、十字路口交通燈控制系統(tǒng)梯形圖程序

（7）根據(jù)狀態(tài)流程圖，在步S1.2中南北黃燈亮2s，使用南北黃燈標(biāo)志解決雙線圈輸出問題?？刂瞥绦蛉鐖D7-21所示。

（8）根據(jù)狀態(tài)流程圖，步S2.0中東西綠燈首先亮20s，然后閃爍3s，控制程序如圖7-22所示。圖7-21南北方向黃燈控制圖7-22東西方向綠燈控制任務(wù)實(shí)施六、十字路口交通燈控制系統(tǒng)梯形圖程序

（9）根據(jù)狀態(tài)流程圖，在步S2.1中東西黃燈亮2s，與南北方向黃燈控制一樣，用兩個標(biāo)志來解決雙線圈問題?？刂瞥绦蛉鐖D7-23所示。

（10）根據(jù)狀態(tài)流程圖，在步S2.2中東西紅燈亮25s控制程序如圖7-24所示。圖7-23東西方向黃燈控制圖7-24東西方向紅燈控制任務(wù)實(shí)施六、十字路口交通燈控制系統(tǒng)梯形圖程序

（11）根據(jù)狀態(tài)流程圖，南北和東西兩個方向并行工作流程的合并，當(dāng)步S1.2和S2.2都是活動步且轉(zhuǎn)換條件T41和T46滿足時(shí)，步S0.0變?yōu)榛顒硬?，與此同時(shí)，步S1.2和S2.2變?yōu)椴换顒硬?。十字路口交通燈開始下一次循環(huán)，控制程序如圖7-25所示。圖7-25南北和東西方向并行工作流程合并任務(wù)實(shí)施六、十字路口交通燈控制系統(tǒng)梯形圖程序

（12）南北黃燈和東西黃燈顯示控制如圖7-26所示。

（13）根據(jù)狀態(tài)流程圖，右側(cè)選擇序列分支步S3.0實(shí)現(xiàn)黃燈閃爍功能，當(dāng)步S3.0為活動步且轉(zhuǎn)移條件T48常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，步S0.0變成活動步，其梯形圖程序如圖7-27所示。圖7-26南北黃燈和東西黃燈顯示控制圖7-27黃燈閃爍模式控制任務(wù)實(shí)施七、簡易十字路口交通燈觸摸屏組態(tài)界面

觸摸屏的組態(tài)界面如圖7-28所示，觸摸屏的組態(tài)