情境5：交通燈控制系統(tǒng)

情境5：交通燈控制系統(tǒng)杜俊賢煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院【項(xiàng)目名稱】：交通燈控制系統(tǒng)

【教學(xué)目標(biāo)】：能力目標(biāo)：（1）能對PLC編程設(shè)計(jì)中時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。（2）能正確運(yùn)用PLC循環(huán)指令，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令和實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令。（3）能對交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行外部接線。（4）能對交通燈控制系統(tǒng)中觸摸屏進(jìn)行設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置。煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院交通燈控制教學(xué)設(shè)計(jì)（5）培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力（6）培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、表達(dá)能力（7）培養(yǎng)學(xué)生查閱資料和自學(xué)能力，提高他們的可持續(xù)發(fā)展的能力。知識目標(biāo)：

（1）掌握PLC編程設(shè)計(jì)中時(shí)間設(shè)定的方法。（2）能正確運(yùn)用PLC循環(huán)指令，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令和實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令。（3）掌握交通燈控制系統(tǒng)中觸摸屏的設(shè)計(jì)方案和參數(shù)設(shè)置。煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院【教學(xué)重點(diǎn)】：PLC循環(huán)指令，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令和實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】：1、PLC循環(huán)指令，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令和實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令。2、觸摸屏的設(shè)計(jì)方案和參數(shù)設(shè)置方法。煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院PLC實(shí)訓(xùn)臺、數(shù)據(jù)線、導(dǎo)線、電腦上課課件、活頁、程序、評價(jià)表【教學(xué)素材】：項(xiàng)目導(dǎo)入1通過演示實(shí)驗(yàn)引出項(xiàng)目【教學(xué)過程實(shí)施】：告知、資訊2交通燈控制系統(tǒng)的類型:

按鈕人行道控制系統(tǒng)、十字路口交通燈控制系統(tǒng)、具有通行時(shí)間顯示的十字路口交通燈控制系統(tǒng)等。知識鏈接1、循環(huán)指令：程序循環(huán)結(jié)構(gòu)用于描述一段程序的重復(fù)循環(huán)執(zhí)行。由FOR和NEXT指令構(gòu)成程序的循環(huán)體。FOR指令標(biāo)記循環(huán)的開始，NEXT指令為循環(huán)體的結(jié)束指令。FOR指令為指令盒格式，主要參數(shù)有使能輸入EN，當(dāng)前值計(jì)數(shù)器INDX，循環(huán)次數(shù)初始值INIT，循環(huán)計(jì)數(shù)終值FINAL。

表5-1循環(huán)指令格式工作原理：使能輸入EN有效，循環(huán)體開始執(zhí)行，執(zhí)行到NEXT指令時(shí)返回，每執(zhí)行一次循環(huán)體，當(dāng)前計(jì)數(shù)器INDX增1，達(dá)到終值FINAL時(shí)，循環(huán)結(jié)束。使能輸入無效時(shí)，循環(huán)體程序不執(zhí)行。每次使能輸入有效，指令自動將各參數(shù)復(fù)位。FOR/NEXT指令必須成對使用，循環(huán)可以嵌套，最多為8層。使能輸入無效時(shí)，循環(huán)體程序不執(zhí)行。每次使能輸入有效，指令自動將各參數(shù)復(fù)位。FOR/NEXT指令必須成對使用，循環(huán)可以嵌套，最多為8層。如圖5-2所示是兩層循環(huán)嵌套。I2.0和I2.1接通時(shí)，執(zhí)行100次外層循環(huán)，每執(zhí)行一次外層循環(huán)，內(nèi)層執(zhí)行兩次。圖5-2循環(huán)嵌套指令2、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令

轉(zhuǎn)換指令是對操作數(shù)的類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出到指定目標(biāo)地址中去。轉(zhuǎn)換指令包括數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的編碼和譯碼指令以及字符串類型轉(zhuǎn)換指令。不同功能的指令對操作數(shù)要求不同。類型轉(zhuǎn)換指令可將固定的一個(gè)數(shù)據(jù)用到不同類型要求的指令中，包括字節(jié)與字整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，整數(shù)與雙整數(shù)的轉(zhuǎn)換，雙字整數(shù)與實(shí)數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,BCD碼與整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換等。（1）、BCD碼與整數(shù)的轉(zhuǎn)換BCD_I指令將輸入的BCD碼(IN)轉(zhuǎn)換成整數(shù)，并將結(jié)果送入OUT指定的變量中。輸入IN的范圍是BCD碼0~9999。I_BCD指令將輸入的整數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換為BCD碼，并將結(jié)果送入OUT指定的變量中。IN的范圍是整數(shù)0~9999。表5-2BCD碼與整數(shù)的轉(zhuǎn)換（2）、雙字整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)

DTR(DI_R)指令將32位有符號整數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成32位實(shí)數(shù)，并將結(jié)果送入OUT指定的變量中。表5-4

雙字整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)（3）、四舍五入取整指令ROUND指令將實(shí)數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成雙字整數(shù)后送入OUT指定的變量中。如果小數(shù)部分大于等于0.5，整數(shù)部分加1。表5-4四舍五入取整指令（4）、截位取整指令TRUNC指令將32位實(shí)數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成32位帶符號整數(shù)后送入OUT指定的變量中。只有實(shí)數(shù)的整數(shù)部分被轉(zhuǎn)換，小數(shù)部分被舍去。表5-5截位取整指令

（5）、整數(shù)與雙整數(shù)的轉(zhuǎn)換DTI(DI_I)指令將雙整數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成整數(shù)后送入OUT指定的變量中。如果要轉(zhuǎn)換的數(shù)值過大，輸出無法表示，則置溢出位SM1.1為1，輸出不受影響。整數(shù)轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)指令I(lǐng)TD(I_DI)將整數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)后送入OUT指定的變量中，符號被擴(kuò)展。表5-6整數(shù)與雙整數(shù)的轉(zhuǎn)換(6)、字節(jié)與整數(shù)的轉(zhuǎn)換指令BTI(B_I)指令將字節(jié)數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成整數(shù)，并將結(jié)果存入OUT指定的變量中。因?yàn)樽止?jié)是無符號的，所以沒有擴(kuò)展符號。整數(shù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)指令I(lǐng)TB(I_B)將字(IN)轉(zhuǎn)換成字節(jié)后存入OUT指定的變量中。輸入數(shù)為0~255，其他數(shù)值將會產(chǎn)生溢出，但輸出不受影響。表5-7字節(jié)與整數(shù)的轉(zhuǎn)換3、實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令

讀實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令TODR(TimeofDayRead)從實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取當(dāng)前時(shí)間和日期，并把它們裝入以T為起始地址的8字節(jié)緩沖區(qū)，依次存放年、月、日、時(shí)、分、秒、0和星期，時(shí)間和日期的數(shù)據(jù)類型為字節(jié)型。寫實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令TODW(TimeofDayWrite)通過起始地址為T的8字節(jié)緩沖區(qū)，將設(shè)置的時(shí)間和日期寫入實(shí)時(shí)時(shí)鐘。S7-200中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘只用年的最低兩位有效數(shù)字，例如2000年表示為00年。編程時(shí)日期和時(shí)間數(shù)值應(yīng)采用BCD格式，例如19#97表示1997年。星期的取值范圍為0~7，1表示星期日，2表示星期1，為0時(shí)將禁用星期(保持為0)。S7-200CPU不根據(jù)日期檢查核實(shí)星期幾是否正確，可能接收無效日期，例如2月30日。不要同時(shí)在主程序和中斷程序中使用TODR或TODW指令。表5-8實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令初步訓(xùn)練一3

讓學(xué)生根據(jù)活頁上S7-200實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令，自己動手做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，掌握PLC定時(shí)控制的方法?！卷?xiàng)目操作】【項(xiàng)目內(nèi)容】用PLC控制一個(gè)電鈴，要求除節(jié)假日外，每天早上7:10分電鈴響30s，按下復(fù)位按鈕，電鈴?fù)Ｖ?。如果不按下?fù)位按鈕，每隔5min再響30s進(jìn)行提醒，共響3次結(jié)束。項(xiàng)目一：定時(shí)電鈴

1、硬件設(shè)計(jì)圖5-3定時(shí)電鈴控制線路圖①程序設(shè)計(jì)分析執(zhí)行功能指令READWB200，將PLC中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間傳送到VB200~VB207中，如下圖所示。

2、軟件設(shè)計(jì)執(zhí)行MOV

BVB203VB211指令，將時(shí)寫入到VB211中。執(zhí)行MOV

BVB204VB213指令，將分寫入到VB213中。執(zhí)行MOV

BVB205VB215指令，將秒寫入到VB215中。執(zhí)行BCD

IVW210VW220指令時(shí)，將時(shí)的BCD數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)放在VW220中。執(zhí)行BCD

IVW212VW222指令，將分的BCD數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)放在VW222中。執(zhí)行BCD

IVW214VW224指令，將分的BCD數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)放在VW224中。當(dāng)時(shí)間為7時(shí)10分0秒時(shí)，M0.0=1，當(dāng)不是星期日（VW206≠1），不是星期六（VW206≠7）時(shí)，M0.1得電自鎖。當(dāng)M0.1=1時(shí)，Q0.0得電鈴響30s停止，T37延時(shí)5min斷開一次。計(jì)數(shù)器C0對T37的接通次數(shù)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值為4時(shí)，C0常開接點(diǎn)斷開M0.0，并對C0復(fù)位。按下復(fù)位按鈕，電鈴?fù)Ｖ?。②梯形圖程序4、演示操作1）按圖5-3所示連接控制電路，注意線路連接，檢查無誤后接通220伏電源。2）打開計(jì)算機(jī)中的編程軟件，將圖5-5所示程序下載給PLC。3）使用編程軟件的運(yùn)行和停止按鈕或者是撥動PLC的運(yùn)行開關(guān)運(yùn)行或停止程序。4）在運(yùn)行狀態(tài)下，打開程序狀態(tài)監(jiān)控，觀察結(jié)果，反復(fù)調(diào)試，直至滿足要求。

學(xué)生根據(jù)課本上梯形圖，分組討論，讀懂電鈴定時(shí)控制的方法。這部分以學(xué)生討論為主，教師要巡視指導(dǎo)，學(xué)生遇到問題及時(shí)指出，給予提示這部分以學(xué)生操作為主，按上述步驟進(jìn)行操作，觀察演示結(jié)果是否正確，教師要巡視指導(dǎo)?！卷?xiàng)目內(nèi)容】

在路的兩側(cè)安裝行人按鈕：一開始，車行方向綠燈亮，人行方向紅燈亮；20秒后，如果沒有行人按下行人按鈕SB，保持該狀態(tài)；如果有行人按下行人按鈕SB時(shí)，人行方向綠燈亮，車行方向紅燈亮；20秒后，車行方向綠燈亮，人行方向紅燈亮(恢復(fù)到開始狀態(tài))，如此交替進(jìn)行，不斷循環(huán)。初步訓(xùn)練二3項(xiàng)目二：

按鈕人行道控制【控制方案設(shè)計(jì)】

1、I/O地址分配

I/O分配由同學(xué)們自己填，教師再給出正確答案。2、硬件接線圖5-6按鈕人行道控制線路圖3、梯形圖程序

學(xué)生根據(jù)梯形圖，分組討論，讀懂程序。4、演示操作

1）按圖5-6所示連接控制電路，檢查無誤后接通220伏電源。

2）打開計(jì)算機(jī)中的編程軟件，將圖5-7所示程序下載給PLC。

3）使用編程軟件的運(yùn)行和停止按鈕或者是撥動PLC的運(yùn)行開關(guān)運(yùn)行或停止程序。

4）在運(yùn)行狀態(tài)下，打開程序狀態(tài)監(jiān)控，觀察結(jié)果，反復(fù)調(diào)試，直至滿足要求。這部分以學(xué)生操作為主，寫入程序，按上述步驟進(jìn)行操作，觀察演示結(jié)果是否正確，教師要巡視指導(dǎo)?！卷?xiàng)目內(nèi)容】完成“十字路口交通燈”的模擬控制。要求如下：1、白天(6:00～20:00)：南北方向通行25s，南北綠燈亮20s，閃爍2s(0.5s間隔)后，黃燈亮3s。與此同時(shí)，東西方向紅燈一直亮，禁止通行。東西方向通行45s：東西綠燈亮40s，閃爍2s(0.5s間隔)后，黃燈亮3s。與此同時(shí)，南北方向紅燈一直亮，禁止通行。如此往復(fù)，直到關(guān)閉。2、夜間(20:00～6:00)：兩個(gè)方向黃燈同時(shí)閃爍(0.5s間隔)。項(xiàng)目：十字路口交通燈設(shè)計(jì)

通過學(xué)生在初步訓(xùn)練中所掌握的知識，以小組的形式，獨(dú)立完成十字路口交通燈設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)、檢查和評價(jià)。強(qiáng)化訓(xùn)練4【任務(wù)分析】任務(wù)的難點(diǎn)在白天交通燈的控制，根據(jù)控制要求，畫出相應(yīng)的時(shí)序圖。圖5-8白天交通燈控制時(shí)序圖這部分以學(xué)生設(shè)計(jì)和操作為主，教師要巡視指導(dǎo)，學(xué)生遇到問題及時(shí)指出，給予提示【控制方案設(shè)計(jì)】1、I/O地址分配I/O分配由同學(xué)們自己操作，教師指導(dǎo)?！究刂品桨冈O(shè)計(jì)】

2、硬件接線圖5-9交通燈控制線路圖4、演示操作1）按圖5-9所示連接控制電路，檢查無誤后接通220伏電源。2）打開計(jì)算機(jī)中的編程軟件，將圖5-10程序下載給PLC。3）使用編程軟件的運(yùn)行和停止按鈕或者是撥動PLC的運(yùn)行開關(guān)運(yùn)行或停止程序。4）能按控制要求進(jìn)行演示。【控制方案設(shè)計(jì)】3、梯形圖程序

學(xué)生根據(jù)課本上已給出的梯形圖，分組討論，讀懂梯形圖。這部分以學(xué)生討論為主，教師要巡視指導(dǎo)，學(xué)生遇到問題及時(shí)指出，給予提示任務(wù)驗(yàn)收：按下表所示，驗(yàn)收與評價(jià)任務(wù)完成情況。檢查評價(jià)5項(xiàng)目總結(jié)6做出來的，讓學(xué)生演示講解未做出來的，分析原因給予適當(dāng)評價(jià)，對于做的好的組給予鼓勵(lì)。拓展訓(xùn)練

項(xiàng)目：用觸摸屏實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈控制

通過學(xué)生在前面訓(xùn)練中所掌握的知識，完成用觸摸屏實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)、檢查和評價(jià)，學(xué)生用電腦實(shí)現(xiàn)操作?！卷?xiàng)目內(nèi)容】在十字路口交通信號燈監(jiān)控系統(tǒng)中，用昆侖通泰觸摸屏實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控。東西南北4個(gè)方向中，每個(gè)方向都有紅、黃、綠3個(gè)指示燈和用于倒計(jì)時(shí)顯示的2位數(shù)碼管。紅、黃、綠指示燈工作的時(shí)序，如圖5-11所示，用數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示時(shí)間，綠燈和黃燈的時(shí)間合在一起顯示。圖5-11十字路口監(jiān)控時(shí)序圖【任務(wù)分析】

☆十字路口交通信號燈監(jiān)控系統(tǒng)所有的操作和顯示都在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)，所以不需要設(shè)計(jì)PLC外部的接線電路，模擬調(diào)試結(jié)束后，把觸摸屏和PLC通過專用數(shù)據(jù)線連接好即可。☆東、西兩個(gè)方向和南、北兩個(gè)方向的控制完全相同，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，東、西兩個(gè)方向和南、北兩個(gè)方向的指示燈和數(shù)碼管設(shè)置完全相同?！钤O(shè)計(jì)PLC程序時(shí)，可以采用本模塊項(xiàng)目2中3種方法的任意一種，時(shí)間可以采用如下步驟顯示：首先得到倒計(jì)時(shí)的時(shí)間值，如南北紅燈亮?xí)r，要得到30到0范圍內(nèi)每隔1秒數(shù)據(jù)值減1的一個(gè)數(shù)據(jù)；其次要把這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十位和個(gè)位的2位BCD碼，最后把2位BCD碼經(jīng)譯碼送數(shù)碼管顯示?！钤O(shè)計(jì)觸摸屏組態(tài)時(shí)，畫面主要包括1個(gè)啟停開關(guān)、4個(gè)方向各3個(gè)指示燈和2位數(shù)碼管，指示燈和數(shù)碼管的亮滅主要通過填充顏色來實(shí)現(xiàn)，另外在每個(gè)方向上制作小車，按照交通規(guī)律運(yùn)動，小車的運(yùn)動由循環(huán)策略來實(shí)現(xiàn)。注意：設(shè)計(jì)本任務(wù)的關(guān)鍵是觸摸屏和PLC間的數(shù)據(jù)連接，地址一定要對應(yīng)好?！救蝿?wù)實(shí)施】1、輸入輸出地址分配

I/O地址分配由同學(xué)們自己完成。2、控制系統(tǒng)程序十字路口控制系統(tǒng)的梯形圖程序與上節(jié)設(shè)計(jì)類似，下面給出倒計(jì)時(shí)顯示的梯形圖設(shè)計(jì)方法。30秒倒計(jì)時(shí)梯形圖如圖5-12所示，減計(jì)數(shù)器對秒脈沖計(jì)數(shù)，初始值為30，每秒計(jì)一次，計(jì)數(shù)值由30→29→28→…依次遞減。C0的當(dāng)前值轉(zhuǎn)換為BCD碼存放在VW0，其中低8位VB1為C0當(dāng)前值的十位和個(gè)位，將VB1送到MB1中，M0.0-M0.3顯示個(gè)位數(shù)，M0.4-M0