基于PLC的交通灯控制教学项目设计

何惠湘

摘 要：在“PLC技术”的教学中，学生对于步进阶梯指令的掌握有一定的难度。为了锻炼学生的编程能力以及解决实际问题的能力，文章设计了一个基于PLC的交通灯控制教学项目，将课堂理论和日常生活实践相结合，提高了学生PLC技术的应用能力，取得了很好的教学效果。

关键词：PLC；交通灯；项目设计

1 项目背景

人们在日常生活中，过十字路口必须要遵守交通规则，不可避免地要遇到交通灯控制的问题。交通灯控制在高职院校的教学范例中的应用相当广泛，主要是其贴近生活，学生对此不陌生。交通灯控制的方法有多种，如单片机控制、数字电路和模拟电路控制、继电器控制等。

在“PLC技术”课程的教学中，涉及步进阶梯指令的学习时，笔者为学生也安排了交通灯控制的项目教学。在此教学项目中，学生学习用三菱PLC实现对交通灯的循环控制。通过此教学项目的学习，使学生能熟练掌握定时器指令和步进阶梯指令的使用，将课堂理论知识和日常生活实践结合起来，进一步提高学生PLC技术的应用能力，为他们将来走上实际工作岗位打下坚实的基础。

2 项目内容

2.1 项目目的

（1）掌握十字路口交通灯的控制原理。

（2）掌握三菱PLC的基本定时器指令的使用、顺序功能图的画法和步进阶梯指令的应用。

（3）进一步掌握控制系统设计的基本原则和步骤，提高PLC技术的应用能力。

（4）培养学生安全操作、团结协作和自主学习等方面的能力。

2.2 项目控制要求

（1）东西方向黄灯和南北方向黄灯以1 s的间隔持续闪烁。

（2）按下启动按钮后，东西方向绿灯亮4 s后闪2 s灭；黄灯亮2 s灭；红灯亮8 s；绿灯亮……循环。

（3）对应东西方向绿黄灯亮时，南北方向红灯亮8 s，接着绿灯亮4 s后闪2 s灭；黄灯亮2 s后，红灯又亮……循环。

（4）按下停止按钮，所有的灯熄灭。

（5）东西方向黄灯和南北方向黄灯以1 s的间隔持续闪烁。

教师通过对上述项目控制要求进行分析后，引导学生发现交通燈的控制是一个顺序控制，而步进阶梯指令是专门用于编制顺序控制程序的。

2.3 项目实施

在接下来的项目实施过程当中，学生自由组合成项目小组，根据项目的控制要求，讨论决策计划，确定具体的分工合作方案，收集和整理项目资讯，制订项目实施的工作步骤，积极完成项目任务。

2.3.1 确定PLC的I/O分配表

根据交通灯控制的具体要求，确定PLC的I/O分配表，如表1所示。

2.3.2 画控制时序图

由项目控制要求，画出交通灯控制时序图，如图1所示。可以看出，东西方向和南北方向的交通灯的一个控制周期为16 s。

2.3.3 画PLC的I/O接线图

通过对表1中PLC的I/O分配表进行分析，可知交通灯控制系统总共需要2个输入端口和6个输出端口。我们实验室中配备的三菱PLC的型号为FX2N-32MR，该PLC有16个输入端口和16个输出端口，可以满足交通灯系统控制的需要。PLC的I/O接线图如图2所示。

2.3.4 硬件接线

学生首先将PLC的电源断开，然后根据图2中PLC的I/O接线图，完成交通灯控制系统的PLC的硬件接线，并且认真检查接线是否牢靠，确认无松动，并且保证接线准确无误后再接通电源[1]。

2.3.5 编程

（1）画顺序功能图。

各个项目小组的学生根据项目控制要求，应用步进阶梯指令编写交通灯控制系统的梯形图程序。在此之前，首先要画出交通灯控制的顺序功能图，梯形图程序的编写才能迎刃而解[2]。交通灯控制的顺序功能如图3所示。

在图3中，特殊存储器M8002是初始脉冲，M8013是1 s时钟脉冲，S0代表初始步。按照项目控制要求，将整个控制过程分为6步，分别是S20，S21，S22，S23，S24和S25。另外，定时器T0，T1，T2，T3，T4，T5的设定时间分别为4 s，2 s，2 s，4 s，2 s，2 s，各步之间以定时器的设定时间作为转移条件。

（2）利用步进阶梯指令编写梯形图。

每个项目小组完成一份顺序功能图，交由老师检查确认后，再根据顺序功能图，用步进阶梯指令来编写交通灯控制的梯形图。

步进阶梯指令主要有STL指令和RET指令，其中STL指令表示步进阶梯的开始，RET指令表示步进阶梯的结束，此二条指令在项目预备知识的学习中已讲解其使用方法。在编程的过程中，还应用了之前已经学习过的指令，即置位指令SET和区间复位指令ZRST[3]。

（3）程序调试。

各项目小组的学生将梯形图程序编写好之后，经过编译检查正确无误后，下载到PLC运行，并根据监控进行程序的调试，观察东西方向和南北方向6盏交通灯的亮灭情况，直至完全符合控制要求。

3 项目评价

在各项目小组完成交通灯控制的项目后，教师对其项目实施情况进行总结和评价，评价标准如下。（1）正确使用指令。（2）检查程序运行情况：I/O分配正确、调试程序的熟练程度、运行结果正确。（3）按照要求，正确完成项目设计研究报告。（4）正确使用设备和工具，操作规范，具有安全文明意识。（5）小组成员的分工合作、团结协作精神。（6）规定时间内完成项目。

4 结语

通过交通灯控制的教学项目设计，使学生掌握了顺序功能图的画法和步进阶梯指令的具体应用。学生在进行项目实施的过程中，能熟练编程软件及指令，能根据控制对象设计基本的控制程序并进行现场调试。同时，项目教学培养了学生安全操作、人际沟通、团结协作、积极进取、独立学习、继续学习等方面的能力，也提高了学生的动手能力和解决实际问题的能力，并且取得了明显的教学效果。

[参考文献]

[1]陈丽.PLC控制系统编程与实现[M].北京：中国铁道出版社，2013.

[2]史宜巧，孙业明，景绍学.PLC技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]韩承江.PLC应用技术[M].北京：中国铁道出版社，2012.

Abstract：In the teaching of “PLC Technology”， students have certain difficulty in mastering the step ladder instructions. In order to train students programming ability and ability to solve practical problems， this paper designs a PLC-based traffic light control teaching project， which combines classroom theory with daily life practice， improves the application ability of students PLC technology， and achieves good teaching effect.

Key words：PLC； traffic light； project design