交通信号灯的PLC控制

可编程序控制技术及 应用
吕芝山
安徽蚌埠机电技师学院
电气工程系
课题五 交通信号灯的控制
一、用PLC控制交通信号灯（基本程序） 二、用PLC控制交通信号灯（较多控制要求） 三、相关知识（顺序控制及设计方法）
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电气工程系
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交通信号灯的控制
一、实例:
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各个PLC厂家都开发了相应的功能表图，各国家也都制定了国家 标准。我国1986年颁布了功能表图国家标准（GB6988.6-86）。
根据功能表图，按某种编程方式写出梯形图程序。
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交通信号灯的控制
功能表图的组成
1）步与动作
主要由步、有向连线、转换、 步：矩形框表示步，方框内是该步的
S25 STL
Y4
2、S0-S9一般供初状态使用始。状态继电器也
T 1 可不按顺序使用。步进触点是否闭合决定了步进
K20 触点后的电路块是否执行，下一个状态继电器被
Y3 SET置位后，上一个状态继电器会自动复位。
T1 SET S20
3、初状态是必须的。步进状态结束必须使用
RET指令。
S21
RET
T5
本题状态流程图编写如下： 安徽蚌埠机电技师学院
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交通信号灯的控制
M8002+X2
M8013
S0
X1
单一顺序状态流程图
说明：图中转换条件定时器T0、
Y3
T1、T2、T3也是各 对应状态的 驱动对象，因图幅限制没画出。
Y6
S20
Y1
T0 1298765430
Y5
S21
324105
T4
Y1
交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的
SFC内置梯形图块—续1）
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交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的
SFC内置梯形图块—续2）
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交通信号灯的控制
T1
Y5
3210
S22
Y1
T2 201
Y6
S23
Y4
T3 1987654320
Y2
S24 432105
Y4
T4
T2 3210
Y2
S25
Y4
2 T1
S20
01
Y3
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交通信号灯的控制
梯形图程序
M8002 X2
S21 STL
ZRST S0 S25
SET S0
S0
M8013
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件的SFC编写的梯形图块）
说明：
D8013 D8014 D8015 D8016 D8017 D8018 D8019
S (0~ 59) min(0~ 59) h (0~ 23) 日 (1~ 31) 月 (1~ 12) 年 (0~ 99) 星期 (0 ~ 6)
某十字路口，交通信号灯分别有东西方向的红灯、 绿灯、黄灯和南北方向的红灯、绿灯、黄灯。
用手动/自动开关、强制通行方向选择开关、启动按 钮、停止按钮和暂停按钮控制交通灯的运行。
1、具体控制要求如下（参见参考实例一的时序图） （1）选择手动状态时，可以强制东西或南北方向通行 ，此时通行方向的录灯常亮，而另一方向的红灯常亮。 （2）选择自动状态时:
南北方向
S30
T4
S31
T5
Y1
T2 k5 C0 k3
Y2 T3 k20
RST C0
S32 T7· C1 T6
S33
T7 ·C1
S34
Y3
S11
T8 安徽蚌埠机电技师学院
Y6 T4 k250 Y4 T5 k150
T6 k5
Y4
T7 k5 C1 k3 Y5 T8 k20
RST C1
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交通信号灯的控制
T2
S21
S31
M1
K5
S0
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X 25 Y1
S51
X25
X 24 X 25 Y6
S0
Y4
S52
X 24 X 25
Y3
S0
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交通信号灯的控制
状态流程图 (续)
东西方向
S20
T0
S21
T2·C0
T1
S22
T2 ·C0
S23
T3
S24
M1 S11
Y1
T0 k200
T1 k5
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交通信号灯的控制
2、PLC的地址分配
输入
输出
X20 —— 暂停按钮（SB20）
Y1 —— 东西录灯（HL1）
X21 —— 启动按钮（SB21）
Y2 —— 东西黄灯（HL2）
X22 —— 停止按钮（SB22）
Y3 —— 东西红灯（HL3）
X24 —— 手动/自动（SA24）
转换条件和动作（命令）组成。 编号。编程时一般用PLC内部编程元 件来代表各步
初始步：与系统的初始状态相对应的步 称为初始步。初始步用双线方框表示， 每一个功能表图至少应该有一个初始步。
交通信号灯的控制
一、实例一 用PLC控制交通信号灯（基本程序）
本例用三菱的GP软件编程
某十字路口，交通信号灯分别有东西方向的红灯、 绿灯、黄灯和南北方向的红灯、绿灯、黄灯。
用二个自复位式按钮控制，一个启动按钮，一个停止按 钮。
1、 具体控制要求如下： （参见后附的时序图）
（1）接通电源后进入初态，此时东西和南北的黄灯同 时以亮0.5秒灭0.5秒的规律连续闪烁。
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交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件的SFC编写的
梯形图块—续1）
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交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的
SFC内置梯形图块）
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S22
STL
Y3
STL
M8013
Y6
X1 SET S20
S20
S23
STL
Y1
STL
Y5
T0
T0
K 150
SET S21
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Y1
T1
T4
K30
Y5
T1 SET S22
Y1
T2 K20
Y6 T2
SET S23
Y4
T3 K150
Y2 T3
SET S24
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交通信号灯的控制
S24
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交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的
SFC内置梯形图块—续8）
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交通信号灯的控制
三、相关知识（顺序控制及设计方法）
PLC程序的顺序控制设计方法
顺序控制设计法 顺控设计法的设计步骤 功能图的结构
15S 闪3次 次 2S
20S
15S
闪3次
次 2S
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交通信号灯的控制 2、I/O地址分配和接线图
Y1
启动
SB1
X1
SB1-X1
Y2
停止 SB2-X2
SB2
X2
Y3
Y4
X2
Y5
Y6
COM COM
FU
电源
AC 220V
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东西红灯 HL1 东西绿灯 HL2 东西黄灯 HL3 南北红灯 HL4 南北绿灯 HL5 南北灯 黄HL6
步进指令仅适用于顺序控制系统。
复杂的控制任务或工作过程可以分解 为若干个工序（也称为状态或步）。根据
控制要求可以设计出状态流程图。图中各步之间有转移方向（用有向线段表示）
和转移条件（用文字、逻辑式等表示），各步有其任务（例如，驱动负载等）
状态流程图（也称顺序功能图）的形式有：
单一顺序、选择顺序、并行顺序、重复、跳转、循环
T4
4、状态编号不可重复使用。相邻的两个状 态不能使用同一 个定时器。
K4
S24
T4
T5 K6
5、每个状态内，编程顺序为先驱动后转移， 对不需要触点控制而直接输出的均须先编程。
END
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交通信号灯的控制
二、实例二 用PLC控制交通信号灯（较多 控制要求）
本例比实例一增加了控制要求，用三菱的GX软件编程
（2）按启动按钮后，各信号灯按下面的时序图运行，
周而复始的工作。（其中绿灯闪烁三次，闪烁要求是亮 0.6秒，灭0.4秒）运行中任何时刻，按停止按钮时立即转 为两个方向的黄灯连续闪烁。
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交通信号灯的控制
启动后的时序图
启动信号
东西方向红灯
20S
南北方向绿灯 南北方向黄灯 南北方向红灯 东西方向绿灯 东西方向黄灯
关于步进顺序控制指令使用的几点说明：
Y4
STL
1、状态继电器S0-S899在使用SET指令后具有步
T2 进顺序控制功能，提供常开的步进触点和普通
T4
K30
的编程触点。（其中， S0—S9：初始状态专用
Y2
S10-S19：原点复位用 S20-S499：一般用
T2 SET S25
S500-S899：停电保持用 S900-S999：报警用）
Y4 —— 南北录灯（HL4）
X25 —— 强制选择 （SA25）
Y5 —— 南北黄灯（HL5）
Y6 —— 南北红灯（HL6）
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交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件的SFC编写的SFC块图）
SFC块图包括两大部分: 梯形图块(LD) SFC块(SFC)
2、顺控设计法的设计步骤
步的划分 转换条件的确定 功能表图的绘制 梯形图的编制
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交通信号灯的控制
（1）步的划分
将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步， 并且用编程元件来代表各步。
步是根据PLC输出状态的变化来划分的，在任何一步内，各输出状态不变， 但是相邻步之间输出状态是不同的。
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的
SFC内置梯形图块—续3）
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交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的
SFC内置梯形图块—续4）
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交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的
步进指令编制梯形图的方法
顺序控制的其他编程方法
1、顺序控制设计法
它是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。这种设计方法很容
易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序 的调试、修改和阅读也很方便。
PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专 用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这 种 先 进 的 设 计 方 法 成 为 当 前 PLC 程 序 设 计 的 主 要 方 法 。
1)在23点至5点的夜间时间段，则两个方向的黄灯 同时按亮0.5秒，灭0.5秒的规律连续闪烁。
2)在23点至5点的白天时间段，各信号灯自动地按例 一中的时序图周而复始的工作。（本例将东西红灯改为亮 20秒，南北红灯改为亮25秒）
（ 3）运行中任何时刻，都可以从手动转换为自动，也 可以从自动转换为手动。
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交通信号灯的控制
（2）转换条件的确定 使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。
转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关 的接通/断开等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数 器触点的接通/断开等。
转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。
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交通信号灯的控制
3、状态流程图的编写
FX2N系列PLC 除了27条基本指令外，还有二条 功能很强的步进顺序控制指令 （ STL 、RET），简称步进指令。采用步进指令编程，方法简单，规律性强，可 以编写出较复杂的控制程序，调试、修改方便，较易掌握。
顺序控制系统是指按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，控制生产过程中的各个执行机构有次序地进行操 作的过程。
SFC内置梯形图块—续5）
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03:16:05
交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的
SFC内置梯形图块—续6）
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03:16:05
交通信号灯的控制
3、状态流程图（用GX-Developer编程软件SFC编写的
SFC内置梯形图块—续7）
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03:16:07
交通信号灯的控制
（3）功能表图的绘制
根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求 画出功能表图。绘制功能表图是顺序控制设计法中最为关键的 一步。
功能表图又称做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功 能和特性的一种图形。
功能表图不涉及所描述控制功能的具体技术，是一种通用的技术 语言，可用于进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流。
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03:16:02
交通信号灯的控制
3、状态流程图
(M8002+X22)
S0
此处编写自动运行采用
并行顺序
自动
手动（强制）
( X 24· M10)
S10
白天
夜晚
(X24·M10 )
S50
东西通行
南北通行
M1
M1
S11
S40
Y2
T2
M1
T1
Y5
T1
东西方向
南北方向
K5
S20
S30
S41