基于PLC的交通燈控制教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

何惠湘

摘 要：在“PLC技術(shù)”的教學(xué)中，學(xué)生對(duì)于步進(jìn)階梯指令的掌握有一定的難度。為了鍛煉學(xué)生的編程能力以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力，文章設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PLC的交通燈控制教學(xué)項(xiàng)目，將課堂理論和日常生活實(shí)踐相結(jié)合，提高了學(xué)生PLC技術(shù)的應(yīng)用能力，取得了很好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：PLC；交通燈；項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1 項(xiàng)目背景

人們?cè)谌粘Ｉ钪?，過(guò)十字路口必須要遵守交通規(guī)則，不可避免地要遇到交通燈控制的問(wèn)題。交通燈控制在高職院校的教學(xué)范例中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，主要是其貼近生活，學(xué)生對(duì)此不陌生。交通燈控制的方法有多種，如單片機(jī)控制、數(shù)字電路和模擬電路控制、繼電器控制等。

在“PLC技術(shù)”課程的教學(xué)中，涉及步進(jìn)階梯指令的學(xué)習(xí)時(shí)，筆者為學(xué)生也安排了交通燈控制的項(xiàng)目教學(xué)。在此教學(xué)項(xiàng)目中，學(xué)生學(xué)習(xí)用三菱PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈的循環(huán)控制。通過(guò)此教學(xué)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能熟練掌握定時(shí)器指令和步進(jìn)階梯指令的使用，將課堂理論知識(shí)和日常生活實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步提高學(xué)生PLC技術(shù)的應(yīng)用能力，為他們將來(lái)走上實(shí)際工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

2.1 項(xiàng)目目的

（1）掌握十字路口交通燈的控制原理。

（2）掌握三菱PLC的基本定時(shí)器指令的使用、順序功能圖的畫(huà)法和步進(jìn)階梯指令的應(yīng)用。

（3）進(jìn)一步掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟，提高PLC技術(shù)的應(yīng)用能力。

（4）培養(yǎng)學(xué)生安全操作、團(tuán)結(jié)協(xié)作和自主學(xué)習(xí)等方面的能力。

2.2 項(xiàng)目控制要求

（1）東西方向黃燈和南北方向黃燈以1 s的間隔持續(xù)閃爍。

（2）按下啟動(dòng)按鈕后，東西方向綠燈亮4 s后閃2 s滅；黃燈亮2 s滅；紅燈亮8 s；綠燈亮……循環(huán)。

（3）對(duì)應(yīng)東西方向綠黃燈亮?xí)r，南北方向紅燈亮8 s，接著綠燈亮4 s后閃2 s滅；黃燈亮2 s后，紅燈又亮……循環(huán)。

（4）按下停止按鈕，所有的燈熄滅。

（5）東西方向黃燈和南北方向黃燈以1 s的間隔持續(xù)閃爍。

教師通過(guò)對(duì)上述項(xiàng)目控制要求進(jìn)行分析后，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)交通燈的控制是一個(gè)順序控制，而步進(jìn)階梯指令是專(zhuān)門(mén)用于編制順序控制程序的。

2.3 項(xiàng)目實(shí)施

在接下來(lái)的項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，學(xué)生自由組合成項(xiàng)目小組，根據(jù)項(xiàng)目的控制要求，討論決策計(jì)劃，確定具體的分工合作方案，收集和整理項(xiàng)目資訊，制訂項(xiàng)目實(shí)施的工作步驟，積極完成項(xiàng)目任務(wù)。

2.3.1 確定PLC的I/O分配表

根據(jù)交通燈控制的具體要求，確定PLC的I/O分配表，如表1所示。

2.3.2 畫(huà)控制時(shí)序圖

由項(xiàng)目控制要求，畫(huà)出交通燈控制時(shí)序圖，如圖1所示。可以看出，東西方向和南北方向的交通燈的一個(gè)控制周期為16 s。

2.3.3 畫(huà)PLC的I/O接線圖

通過(guò)對(duì)表1中PLC的I/O分配表進(jìn)行分析，可知交通燈控制系統(tǒng)總共需要2個(gè)輸入端口和6個(gè)輸出端口。我們實(shí)驗(yàn)室中配備的三菱PLC的型號(hào)為FX2N-32MR，該P(yáng)LC有16個(gè)輸入端口和16個(gè)輸出端口，可以滿(mǎn)足交通燈系統(tǒng)控制的需要。PLC的I/O接線圖如圖2所示。

2.3.4 硬件接線

學(xué)生首先將PLC的電源斷開(kāi)，然后根據(jù)圖2中PLC的I/O接線圖，完成交通燈控制系統(tǒng)的PLC的硬件接線，并且認(rèn)真檢查接線是否牢靠，確認(rèn)無(wú)松動(dòng)，并且保證接線準(zhǔn)確無(wú)誤后再接通電源[1]。

2.3.5 編程

（1）畫(huà)順序功能圖。

各個(gè)項(xiàng)目小組的學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目控制要求，應(yīng)用步進(jìn)階梯指令編寫(xiě)交通燈控制系統(tǒng)的梯形圖程序。在此之前，首先要畫(huà)出交通燈控制的順序功能圖，梯形圖程序的編寫(xiě)才能迎刃而解[2]。交通燈控制的順序功能如圖3所示。

在圖3中，特殊存儲(chǔ)器M8002是初始脈沖，M8013是1 s時(shí)鐘脈沖，S0代表初始步。按照項(xiàng)目控制要求，將整個(gè)控制過(guò)程分為6步，分別是S20，S21，S22，S23，S24和S25。另外，定時(shí)器T0，T1，T2，T3，T4，T5的設(shè)定時(shí)間分別為4 s，2 s，2 s，4 s，2 s，2 s，各步之間以定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間作為轉(zhuǎn)移條件。

（2）利用步進(jìn)階梯指令編寫(xiě)梯形圖。

每個(gè)項(xiàng)目小組完成一份順序功能圖，交由老師檢查確認(rèn)后，再根據(jù)順序功能圖，用步進(jìn)階梯指令來(lái)編寫(xiě)交通燈控制的梯形圖。

步進(jìn)階梯指令主要有STL指令和RET指令，其中STL指令表示步進(jìn)階梯的開(kāi)始，RET指令表示步進(jìn)階梯的結(jié)束，此二條指令在項(xiàng)目預(yù)備知識(shí)的學(xué)習(xí)中已講解其使用方法。在編程的過(guò)程中，還應(yīng)用了之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的指令，即置位指令SET和區(qū)間復(fù)位指令ZRST[3]。

（3）程序調(diào)試。

各項(xiàng)目小組的學(xué)生將梯形圖程序編寫(xiě)好之后，經(jīng)過(guò)編譯檢查正確無(wú)誤后，下載到PLC運(yùn)行，并根據(jù)監(jiān)控進(jìn)行程序的調(diào)試，觀察東西方向和南北方向6盞交通燈的亮滅情況，直至完全符合控制要求。

3 項(xiàng)目評(píng)價(jià)

在各項(xiàng)目小組完成交通燈控制的項(xiàng)目后，教師對(duì)其項(xiàng)目實(shí)施情況進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下。（1）正確使用指令。（2）檢查程序運(yùn)行情況：I/O分配正確、調(diào)試程序的熟練程度、運(yùn)行結(jié)果正確。（3）按照要求，正確完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究報(bào)告。（4）正確使用設(shè)備和工具，操作規(guī)范，具有安全文明意識(shí)。（5）小組成員的分工合作、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。（6）規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)交通燈控制的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握了順序功能圖的畫(huà)法和步進(jìn)階梯指令的具體應(yīng)用。學(xué)生在進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，能熟練編程軟件及指令，能根據(jù)控制對(duì)象設(shè)計(jì)基本的控制程序并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。同時(shí)，項(xiàng)目教學(xué)培養(yǎng)了學(xué)生安全操作、人際溝通、團(tuán)結(jié)協(xié)作、積極進(jìn)取、獨(dú)立學(xué)習(xí)、繼續(xù)學(xué)習(xí)等方面的能力，也提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并且取得了明顯的教學(xué)效果。

[參考文獻(xiàn)]

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[3]韓承江.PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，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