PLC电子教案模块三项目4.docx

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PLC电子教案模块三项目4

课时教案

单位：

授课教师：

课程

PLC系统设计与调试

第周第课时年月日

课题

项目四

交通信号灯控制系统设计与调试

授课班级

教学目标

知识目标

1．掌握PLC中计数器指令、比较指令的的格式与功能；

2．掌握在程序中使用内部辅助寄存器来辅助实现控制功能的方法

能力目标

1．在团队协作中正确分析、协作解决PLC控制系统设计、编程、调试等实际问题；

2．能够完成交通灯PLC控制工程项目的设计和调试。

3．具备通过听课、查阅资料、上网搜索、观察及其它渠道收集信息的能力。

素质目标

1．通过交通灯控制进一步强调遵守社会公德的良好品质；

2.具备企业需要的基本职业道德和素质；

3．具备主动学习的能力、心态和行动

重点

S7-200PLC的计数器指令及比较指令格式及应用

交通灯控制过程

难点

交通灯时序图的绘制

授课

方法

综合法（演示、讲练穿插、巡回指导）

课型

新授课

教具

实验

PLC实验箱、电脑、投影等

教学内容及过程

【组织教学】

【导入新课】

一、项目要求

请用PLC实现交通信号灯控制要求。

控制要求如下：

合上空气开关QF后，PLC控制系统进入准备工作状态。

1．自动运行控制，将手动/自动旋转开关旋转到自动位置。

按下起动按钮SB0，交通信号灯运行工作；按下停止按钮SB1，信号灯运行停止。

信号灯一个工作周期时序如下：

路口某方向绿灯显示（另一方向亮红灯）20s后，黄灯以占空比为50%的2s周期（1s脉冲宽度）闪烁3次（此时另一方向仍亮红灯），然后变为红灯（此时另一方向绿灯亮20s，黄灯闪烁），如此循环工作。

2．手动运行控制，将手动/自动旋转开关旋转到手动位置。

信号灯工作过程如下：

按下按钮SB2，南北红灯、东西绿灯亮，表示东西方向强行通行；按下SB1，南北红灯、东西绿灯同时灭。

按下按钮SB3，南北绿灯、东西红灯亮，表示南北方向强行通行；按下SB1，南北绿灯、东西红灯同时灭。

图3-4-1交通信号灯控制示意图（动画见课件）

二、项目分析

手动/自动开关旋转到自动位置时，手动运行按钮不起作用；同样，手动/自动开关旋转到手动位置时，自动控制的启动按钮不起作用。

交通信号灯的自动循环控制，是按照时间顺序周期工作，时序分析是编制程序的基本依据。

图3-4-2交通信号灯控制时序图

三、项目实施

步骤一确定I/O点总数及地址分配

表3-4-1交通信号灯控制I/O地址分配表

输入信号

输出信号

1

I0.0

起动按钮SB0

1

Q0.0

东西红灯HL0

2

I0.1

停止按钮SB1

2

Q0.1

东西黄灯HL1

3

I0.2

转换开关自动位置SA_1

3

Q0.2

东西绿灯HL2

4

I0.3

转换开关手动位置SA_2

4

Q0.3

南北红灯HL3

5

I0.4

东西绿灯南北红灯控制按钮SB2

5

Q0.4

南北黄灯HL

6

I0.5

东西红灯南北绿灯控制按钮SB3

6

Q0.5

南北绿灯HL5

步骤二PLC选型

根据控制系统的要求，考虑到系统的扩展（如增加左转弯）和功能，选用一台晶体管输出结构的CPU224（输入14、输出10）小型PLC作为交通灯的控制核心。

步骤三控制电路设计

参照PLC的I/O分配表，结合系统的电气要求，设计信号灯采用直流24V电源供电，并且负载电流很小，可由PLC输出接点直接驱动，交通灯PLC控制电气接线如图3-4-3所示。

图3-4-3交通信号灯控制接线图

步骤四程序设计

相关知识

1.计数器指令

S7-200系列PLC提供三种计数器：

加计数器、减计数器和加减计数器。

表3-4-2计数器指令

计数器类型

梯形图

语句表

功能

加计数器（CTU）

CTUC×××,PV

加计数器（CTU）的复位端R断开且脉冲输入端CU检测到输入信号正跳变时当前值加1，直到达到PV端设定值时，计数器位变为ON。

减计数器（CTD）

CTDC×××,PV

减计数器（CTD）的装载输入端LD断开且脉冲输入端CD检测到输入信号正跳变时当前值从PV端的设定值开始减1，变为0时，计数器位变为ON。

加减计数器（CTUD）

CTUDC×××,PV

加减计数器（CTUD）的复位端R断开且加输入端CU检测到输入信号正跳变时当前值加1，当减输入端CD检测到输入信号正跳变时当前值减1，当前值大于等于PV端设定值时，计数器位变为ON。

说明：

（1）三种计数器号的范围都是0～255，设定值PV端的取值范围都是1～32767；

（2）不能重复使用同一个计数器的线圈编号，即每个计数器的线圈编号只能使用1次。

（3）可以使用复位指令对加计数器进行复位；

（4）减计数器的装载输入端LD为ON时，计数器位被复位，设定值被装入当前值；对于加计数器与加减计数器，当复位输入（R）为ON或执行复位指令时，计数器被复位；

（5）对于加减计数器，其当前值达到最大值32767时，下一个CU的正跳变将使当前值变为最小值－32768，反之亦然。

分析以下程序及其时序图，有助于帮你更好的理解计数器指令的应用。

①加计数器程序与时序图如图3-4-4所示。

图3-4-4加计数器程序与时序图

②减计数器程序与时序图如图3-4-5所示。

图3-4-5减计数器程序与时序图

③加减计数器程序与时序图如图3-4-6所示。

图3-4-6加减计数器程序与时序图

【例1】扩展定时器的定时范围。

S7-200的定时器的最长定时时间为3276.7s，如果需要更长的定时时间，可通过几个定时器串联，达到扩充设定值的目的，如图3-4-7所示；也可通过定时器和计数器的配合来实现，如图3-4-8所示。

图3-4-7用定时器串联实现定时范围扩展

图3-4-8用定时器计数器配合实现定时范围扩展

【例2】药片自动数粒装瓶控制。

采用光敏开关检测药片，每检测到100片后自动发出换瓶指令。

设光敏开关输入信号连接I0.0,换瓶信号由Q0.1发出，则对应的PLC程序如所示。

图3-4-9药片自动数粒装瓶控制梯形图和语句表

动动脑吧：

同学们自己分析一下以上两个例子程序的执行过程吧！

2．比较指令

图3-4-10字节比较的指令格式

说明：

（1）“B”改为I、D、R，就分别表示字节、字整数、双字整数、实数。

（２）字整数比较指令，梯形图是Ｉ，语句表是Ｗ。

（3）指令中上下数据的寻址范围要与指令码一致。

（4）字节指令是无符号的，字整数、双字整数及实数比较都是有符号的。

【例3】用比较指令实现炉温控制

实际炉温由温度传感器检测后，由A/D送到PLC中的输入寄存器AIW0中。

VW0中为炉温下限所对应的数据，VW1中为炉温上限所对应的数据。

当实际炉温低于下限时，红灯亮（Q0.0），同时电加热器开始加热（Q0.1）；当实际炉温在上限和下限值之间时，绿灯亮（Q0.2），表示可以饮用；当实际炉温高于上限时，发出警铃（Q0.3）。

对应的梯形图如图3-4-11所示。

图3-4-11比较指令编程举例

参考程序

根据项目分析中的时序图可以看出，交通信号灯的每一个工作周期是50秒。

通过各个信号灯在一个周期中所处的时间段进行编程，也是一种比较不错的方法，各灯所处时间段总结如下：

（1）东西红灯的输出时间段是25～50秒之间；

（2）东西黄灯的输出时间是在第20秒、22秒、24秒3次闪烁；

（3）东西绿灯的输出时间段是0～20秒之间；

（4）南北红灯的输出时间段0～25秒之间；

（5）南北黄灯的输出时间是在第45秒、47秒、49秒3次闪烁；

（6）南北绿灯的输出时间段是25～45秒之间；

通过对工作时间段的比较进行编程，程序如图3-4-12所示。

3-4-12交通灯控制参考程序

步骤六调试运行

（1）根据原理图连接PLC线路，检查无误后，将程序下载到PLC中，运行程序，观察控制过程。

（2）按下起动按钮SB0，输入继电器I0.0闭合，将旋钮打到自动档上输入继电器I0.2闭合，

观察定时器计数器C0及输出继电器Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4和Q0.5的变化。

（3）按下停止按钮，在观察计数器及输出继电器的变化；将旋钮打到手动档上，观察输出继电器变化；分别按下按钮SB2，SB3，观察输出继电器Q0.0到Q0.5的变化情况。

四、知识测评

（1）计数器具有、和三种类型。

（2）比较指令比较条件满足时，该触点。

（3）特殊标志位（）可产生占空比为50﹪，周期为1s的脉冲串，称为秒脉冲。

A.SM0.0B.SM0.4C.SM0.1D.SM0.5

（4）PLC运行时总是ON的特殊存储器位是。

首次扫描时为1，用于程序的初始化的特殊存储器位是。

（5）中间继电器用字母（）来表示的。

A.字母QB.字母IC.字母MD.字母V

五、项目评估

项目名称：

交通信号灯控制系统设计与调试组别：

项目

配分

考核要求

扣分标准

扣分记录

得分

电路设计

40分

根据给定的控制电路图，列出PLC输入/输出元件地址分配表，设计梯形图及PLC输入/输出接线图，根据梯形图，列出指令表

（1）输入/输出地址遗漏或写错，每处扣2分

（2）梯形图表达不正确或画法不规范，每处扣3分（3）接线图表达不正确或画法不规范，每处扣3分

（4）指令有错误，每条扣2分

安装与接线

30分

按照PLC输入/输出接线图在模拟配线板上正确安装元件，元件在配线板上布置要合理，安装要准确紧固。

配线美观，下入线槽中且有端子标号，引出端要有别径压端子

（1）元件布置不整齐、不均匀、不合理，每处扣1分

（2）元件安装不牢固、安装元件时漏装螺钉，每处扣1分

（3）损坏元件，扣5分

（4）电动机运行正常，如不按电路图接线，扣1分（5）布线不入线槽、不美观，主电路、控制电路每根扣0.5分（6）接点松动、露铜过长、反圈、压绝缘层，标记线号不清楚、遗漏或误标，引出端子无别径压端子，每处扣0.5分（7）损伤导线绝缘或线芯，每根扣0.5分（8）不按PLC控制I/O接线图接线，每处扣2分

程序输入与调试

20分

熟练操作键盘，能正确地将所编写的程序下载到PLC；按照被控设备的动作要求进行模拟调试，达到设计要求

（1）不熟练录入指令，扣2分

（2）不会用删除、插入、修改等命令，每项扣2分（3）1次试车不成功扣4分，2次试车不成功扣8分，3次试车不成功扣10分

安全、文明工作

10分

（1）安全用电，无人为损坏仪器、元件和设备

（2）保持环境整洁，秩序井然，操作习惯良好（3）小组成员协作和谐，态度正确（4）不迟到、早退、旷课

（1）发生安全事故，扣10分

（2）人为损坏设备、元器件，扣10分（3）现场不整洁、工作不文明，团队不协作，扣5分（4）不遵守考勤制度，每次扣2~5分

总分

演示讲解

PPT

图片展示

巡回指导

练习巩固

讨论交流

讲练穿插