■应知点:

了解S7－200 PLC定时器指令的使用。

■应会点:

掌握根据时序图设计PLC梯形图程序的能力。

一、任务简述

交通灯控制要求:

该交通灯系统设有启动、停止和屏蔽开关，其中屏蔽开关接通时，交通灯系统仍然运行，但没有输出信号，作为系统的内部测试使用。

图9－22　十字路口交通灯控制示意图

当触发启动信号后，东西方向红灯亮时，南北方向绿灯亮，当南北方向绿灯亮到设定时间时(10s)，绿灯闪烁三次，闪烁周期为1s，然后黄灯亮2s，当南北方向黄灯熄灭后，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，当东西方向绿灯亮到设定时间时(10s)，绿灯闪烁三次，闪烁周期为1s，然后黄灯亮2s，当东西方向黄灯熄灭后，再转回东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮……周而复始，不断循环，如图9－22所示。

二、相关知识

在前面已初步了解一些基本指令，在本任务中，采用时序图对一个控制系统进行时序分析，通过找出各个输出信号的起止时刻，将各个控制对象用一张时序图表示出来，如图9－23所示，由于涉及时间参量，所以在进行系统设计时要用到S7－200系列PLC的定时器指令。这些指令在前面已经介绍过，本任务就不再介绍，现举两个实例加以说明。

1.定时器指令应用举例

(1)用接在I0.0输入端的光电开关检测传送带上通过的产品，有产品通过时I0.0为ON，如果在10s内没有产品通过，由Q0.0发出报警信号，用I0.1输入端外接的开关解除报警信号。对应的梯形图如图9－24所示。

图9－23　十字路口交通的时序图

图9－24　产品检测梯形图

(2)在报警、娱乐场合，闪烁电路随处可见，图9－25就是一个典型的闪烁电路的例子。程序及时序分析如图9－25所示。程序分析如下:I0.0的常开触点接通后，T37的IN输入端为1状态，T37开始计时。2s后定时时间到，T37的常开触点接通，使Q0.0变为ON，同时T38开始计时。3s后T38的定时时间到，它的常闭触点断开，使T37的IN输入端变为0状态，T37的常开触点断开，Q0.0变为OFF，同时使T38的IN输入端变为0状态，其常闭触点接通，T37又开始定时，以后Q0.0的线圈将这样周期性地“通电”和“断电”，直到I0.0变为OFF，Q0.0线圈“通电”时间等于T38的设定值，“断电”时间等于T37的设定值。

图9－25　闪烁电路梯形图程序及时序图

三、应用实施

交通灯在日常生活中随处可见。以简单的十字路口交通灯为例，为安全有效地控制东西、南北两个方向的车辆通行，当东西方绿灯亮时，南北方向必然是红灯亮。按照此控制规律，假设先是东西方向绿灯亮，为确保交通安全，1s后东西方向车灯亮，允许东西方向车辆通过，当东西方向绿灯时间快到的时候，先是绿灯闪烁几次，然后黄灯亮作为过渡，最后红灯亮禁止通行，同时南北方向绿灯亮起。

1.PLC的选型

从上面的分析可知本控制系统有3路输入信号，分别为交通灯控制系统的启动按钮。有6路输出信号，包括南北方向的红灯、绿灯和黄灯，以及东西方向的红灯、绿灯和黄灯。输入输出信号均为开关量。所以控制系统可选用CPU224，集成14输入/10输出，共24个数字量I/O点，满足控制要求，而且还有一定的余量。

2.PLC的I/O分配

十字路口交通灯的PLC控制系统的I/O地址分配如表9－7所示。

表9－7　十字路口交通灯的PLC控制系统的I/O地址分配表

3.PLC外部接线图

十字路口交通灯的PLC控制系统的外部接线如图9－26所示。

图9－26　十字路口交通灯的PLC控制系统的外部接线图

4.梯形图程序

十字路口交通灯的PLC控制系统的梯形图程序如图9－27所示。

图9－27　十字路口交通灯的PLC梯形图

梯形图说明:(www.daowen.com)

网络1:初始状态，所有的交通灯都关闭，所有的定时器及中间继电器都处于复位状态。

网络2:当启动信号上升沿到来，且停止开关未断开，则启动交通灯系统。

网络3:若停止信号到来，则关闭交通灯系统，并复位所有定时器。

网络4:M0.0为交通灯半周期控制标志位，当启动信号到来时，首先是南北红灯点亮，并启动T37为东西绿灯计时，屏蔽信号可屏蔽交通灯的输出；10s后启动T38为东西绿灯闪烁计时，东西绿灯闪烁三次，共耗时3s；3s后东西黄灯亮2s；T40和T41组成绿色闪烁子程序，目的是产生周期为1s，亮、灭各0.5s的振荡输出；T37作为绿灯长亮信号，T40作为绿灯闪烁时长信号，T38作为绿灯熄灭信号，Q0.4为东西、南北绿灯的互锁；T38为黄灯长亮信号，T39为黄灯熄灭信号；当东西方黄灯熄灭后，进入交通灯的另外半个周期。

网络5:M0.1为交通灯另外半周期的控制信号，此半周期与网络4是完全对称的，只需要将“东西”和“南北”颠倒过来即可。

5.梯形图程序调试

检查完后将程序下载到PLC，运行调试，如有问题，检查排除故障。

四、操作技能考评

通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表9－8所示。

表9－8　任务操作技能考核要求和考核标准

教学小结

定时器是PLC中最常用的元器件之一。用好定时器对PLC程序设计非常重要。西门子S7－200系列PLC中常用的定时器主要有TON、TOF和TONR，前两种分别对应继电器控制系统中的通电延时型定时器和断电延时型定时器，第三种是PLC特有的保持型定时器。在包含定时器的PLC程序中，作时序图非常重要，不仅可以根据梯形图画出时序图(即时序分析)，还可以根据时序图反过来设计梯形图程序。根据时序图设计梯形图的关键在于，如果准确地找出各线圈的可靠的开启和关断条件从而据此编写出其程序。

思考与练习

1.如图9－28所示，设计一个皮带运输机传输系统。

图9－28　皮带运输机系统示意图

要求:有一个用4条皮带运输机构成的传输系统，分别用4台电动机M1、M2、M3、M4带动，控制要求如下:

(1)启动:M4→M3→M2→M1(间隔5 s)

(2)停止:M1→M2→M3→M4(间隔5 s)

(3)当某条皮带运输机发生故障时，该皮带运输机及其前面的皮带运输机立即停止，而该皮带运输机后面的机器待料运完后才停止。例如，M2出故障，M2、M1立即停，经5 s延时后，M3停，再经5 s，M4停。

2.设某工件加工过程分为4道工序完成，共需30s，其时序图要求如图9－29所示。控制开关接通时，按时序循环运行；控制开关断开时，停止运行。而且每次接通控制开关均从第一道工序开始。编制满足上述控制要求的梯形图程序。

图9－29　4道工序控制时序图