设计交通信号灯的PLC控制电路

知识导读

（一）绘制梯形图的原则

绘制梯形图时，一般应遵循以下几条原则：

（1） 梯形图的编写始于左母线，终于右母线，从上至下、从左到右进行；触点元件不得与右母线直接相连，线圈不得与左母线直接相连。

（2） 串联或并联触点的数目无限制，每个触点的使用次数也不限制，但不允许两行之间有垂直连接触点。

（3） 逻辑关系复杂的程序段，应按照先复杂后简单的原则编程。

多触点并联支路，放在梯形图上边，即采用“上重下轻”的原则；多触点串联的电路，放在梯形图左边，采用“左重右轻”的原则。

（4） 注意避免出现双线圈输出。同一个程序中，同一元件的线圈使用了两次或多次，称为双线圈输出。

（5） 两个或两个以上的线圈可以并联，但不能串联。

（二）PLC 程序设计方法

PLC 程序设计常用的方法主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图法、逻辑设计法、步进控制设计法等。

1.经验设计法

经验设计法是在典型的控制电路（如启-保-停电路、脉冲发生电路）等程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这种方法没有规律可遵循，一般用于较简单的梯形图设计。

2.继电器控制电路转换为梯形图法

继电-接触器控制系统经过长期的使用，已有一套能完成系统要求的控制功能并经过验证的控制电路图，而PLC 控制的梯形图和继电-接触器控制电路图很相似，因此可以直接将经过验证的继电-接触器控制电路图转换成梯形图。

3.逻辑设计法

逻辑设计法是以布尔代数为理论基础，根据生产过程中各工步之间的各个检测元件（如行程开关、传感器等）状态的变化，列出检测元件的状态表，确定所需的中间记忆元件，再列出各执行元件的工序表，然后写出检测元件、中间记忆元件和执行元件的逻辑表达式，再转换成梯形图。该方法适用于单一的条件控制系统中，相当于组合逻辑电路。

4.步进控制设计法

根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。此法的关键是画出功能流程图。首先将被控制对象的工作过程按输出状态的变化分为若干步，并列出工步之间的转换条件和每个工步的控制对象。这种工艺流程图集中了工作的全部信息。

任务实施

一、准备阶段

PLC 实训室，FX2N 系列PLC（或FX3U 系列PLC）及模拟实物控制板，测绘工具，电工工具，安全用具。

二、操作过程

1.分配输入点和输出点，列出I/O 地址分配表

根据交通灯控制要求分析可知，系统需要输入信号3 个、输出信号6 个，表2.1.2 为PLC控制十字路口交通灯控制系统I/O 地址分配的输入/输出分配表。

表2.1.2　PLC 控制十字路口交通灯的输入/输出分配表

图2.1.1　PLC 控制交通灯电路接线图

2.画出PLC 控制交通信号灯外部接线图

根据交通灯的控制要求，系统需要3 个输入端子和6 个输出端子，I/O 外部接线图如图2.1.1 所示。

3.程序设计与仿真

（1） 根据梯形图设计原则，经过整理改进，得出梯形图程序如图2.1.2 所示。

（2） 程序输入。将图2.1.2 PLC 控制交通灯梯形图程序输入到计算机中。

（3） PLC 与计算机连接，使用专用通信电缆RS-232/RS-422 转换器将PLC 的编程口与计算机的COM 串口连接（注意选择设置对应端口）。

（4） 程序下载。先接通系统电源，将PLC 的RUN/STOP 开关拨到“STOP”位置，然后通过GX 软件的“PLC”菜单中“在线”栏的“PLC 写入”，就可以把仿真成功的程序写入到PLC 中。

4.电路安装与调试

（1） 在线监视进行仿真调试，检查程序运行的状况，排除故障并进一步优化程序。(www.xing528.com)

（2） 根据自己所画电路图，在模拟实物控制板上进行电路的安装，检查并排除电路。

（3） 脱机运行，查看程序的运行情况，观察交通灯的工作过程。

将S 闭合，进入白天模式，按下启动按钮SB1，观察HL1～HL6 的指示状态。东西绿灯亮25 s，闪烁3 次（亮0.5 s、灭0.5 s），黄灯亮2 s，同时南北红灯亮30 s，然后转换为南北绿灯亮25 s，闪烁3 次（亮0.5 s、灭0.5 s），黄灯亮2 s，同时东西红灯亮30 s，循环。

将S 打开，进入夜间模式，按下启动按钮SB1，观察HL1～HL6 的指示状态。东西、南北黄灯一直闪烁（亮0.5 s、灭0.5 s）。

按下停止按钮，再观察HL1～HL6 的指示状态。四个路口灯全部熄灭。

（4） 监视运行。当PLC 运行时，可以使用GX 软件中的监视功能监控整个程序的运行过程，以方便调试程序。在GX 软件上，单击“在线”→“监视”→“监视开始”命令，可以全画面监控PLC 的运行，这时可以观察到定时器的定时值会随着程序的运行而变化，通电闭合的触点和线圈会变绿。借助GX 软件的监控功能可以检查出哪些线圈和触点该通电时没通电，从而为程序的进一步修改和故障检修提供帮助。

5.故障检修

（1） 输入回路检修。在通电情况下，判断按钮、限位开关、传感器信号或线路的好坏，按下对应的按钮或其他输入点，所对应的PLC 输入端子指示灯亮，说明正常，有信号输入，若灯不亮，说明没有信号输入，可能按钮坏或线路有问题，需进一步地查找判断故障点。可以用万用表的表笔，一支接PLC 的公共端，一支接对应的PLC 输入点，此时指示灯亮，说明线路存在故障，如果指示灯不亮，说明PLC 输入点损坏。

图2.1.2　PLC 控制交通灯梯形图

图2.1.2　PLC 控制交通灯梯形图（续）

（2） 输出回路检修。对于PLC 的输出点（继电器输出型），在PLC 运行状态下，如果执行对象所对应的PLC 输出点指示灯不亮，说明逻辑功能存在问题而导致没有输出信号输出，按照输入回路的检查方法进行检查。若对应的指示灯亮，而接触器、电磁阀等没有执行对应的动作，则可能是执行元件或电路存在故障。进一步检查电磁阀或线路是否存在问题。如果确定电磁阀没有问题，则问题出在PLC 的输出点上，此时用万用表电压挡测量PLC 输出点与公共端的电压，若电压为零或接近于零，说明输出点正常，若电压较高，可能已损坏。

当输出指示灯不亮但接触器或电磁阀仍能动作，可能是指示灯出现故障。

（3） 程序逻辑判断。程序逻辑判断一般采用反查法或反推法，即根据输入/输出对应表，从故障点找到对应PLC 的输出继电器，进行反查是否满足其动作的逻辑关系。

（4） PLC 自身故障检修。一般PLC 自身故障率很低，但由于外部原因，如短路或电压高于220 V 时也可能导致PLC 损坏。

项目评价

对项目实施的完成情况进行检查，并填写项目评价表，见表2.1.3。

表2.1.3　交通信号灯的PLC 控制项目评价表

续表

拓展知识

一、项目要求

某控制系统有三台电动机M1～M3，其控制要求是：

按下启动按钮，电动机M1 启动；5 s 后，保证M1 正处于运行状态，电动机M2 启动运行；5 s 后，M1、M2 均停止运行，电动机M3 启动运行，M3 在M1、M2 都启动时停止。要求连续运行，运行中按下停止按钮，三电动机均停止运行。

二、项目分析与实施

根据要求，可进行PLC 梯形图设计，从要求中分析出电动机M1（Y000）、M2（Y001）、M3（Y002）的启停均与时间有关系，因此需要进行时序图分析。

1.时序图

当输入与输出间有对应的时间顺序关系、各自的变化是按时间顺序展开时，可用时序图设计法进行设计，其设计步骤如下。

步骤1：画时序图，根据要求画输入、输出信号的时序图，建立时间对应关系，如图2.1.3 所示。

步骤2：确定时间区域，找出时间变化的临界点，把时间段划分为若干时间区间。常用的区间划分方法有等间隔划分和不等间隔划分。

步骤3：设定时间逻辑，利用多个定时器建立各时间区间。

步骤4：确定动作关系，根据各动作与时间区间的对应关系，建立相应的动作逻辑，列出各输出变量的逻辑表达式。

步骤5：画梯形图，依据各个定时逻辑和输出逻辑的表达式绘制梯形图。

2.三电机PLC 控制梯形图

三电机PLC 控制梯形图如图2.1.4 所示。

图2.1.3　PLC 控制三电路时序分析图

图2.1.4　三电机PLC 控制梯形图