基于PLC的交通燈控制教學項目設計

何惠湘

摘 要：在“PLC技術”的教學中，學生對于步進階梯指令的掌握有一定的難度。為了鍛煉學生的編程能力以及解決實際問題的能力，文章設計了一個基于PLC的交通燈控制教學項目，將課堂理論和日常生活實踐相結合，提高了學生PLC技術的應用能力，取得了很好的教學效果。

關鍵詞：PLC；交通燈；項目設計

1 項目背景

人們在日常生活中，過十字路口必須要遵守交通規則，不可避免地要遇到交通燈控制的問題。交通燈控制在高職院校的教學范例中的應用相當廣泛，主要是其貼近生活，學生對此不陌生。交通燈控制的方法有多種，如單片機控制、數字電路和模擬電路控制、繼電器控制等。

在“PLC技術”課程的教學中，涉及步進階梯指令的學習時，筆者為學生也安排了交通燈控制的項目教學。在此教學項目中，學生學習用三菱PLC實現對交通燈的循環控制。通過此教學項目的學習，使學生能熟練掌握定時器指令和步進階梯指令的使用，將課堂理論知識和日常生活實踐結合起來，進一步提高學生PLC技術的應用能力，為他們將來走上實際工作崗位打下堅實的基礎。

2 項目內容

2.1 項目目的

（1）掌握十字路口交通燈的控制原理。

（2）掌握三菱PLC的基本定時器指令的使用、順序功能圖的畫法和步進階梯指令的應用。

（3）進一步掌握控制系統設計的基本原則和步驟，提高PLC技術的應用能力。

（4）培養學生安全操作、團結協作和自主學習等方面的能力。

2.2 項目控制要求

（1）東西方向黃燈和南北方向黃燈以1 s的間隔持續閃爍。

（2）按下啟動按鈕后，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。

（3）對應東西方向綠黃燈亮時，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。

（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的間隔持續閃爍。

教師通過對上述項目控制要求進行分析后，引導學生發現交通燈的控制是一個順序控制，而步進階梯指令是專門用于編制順序控制程序的。

2.3 項目實施

在接下來的項目實施過程當中，學生自由組合成項目小組，根據項目的控制要求，討論決策計劃，確定具體的分工合作方案，收集和整理項目資訊，制訂項目實施的工作步驟，積極完成項目任務。

2.3.1 確定PLC的I/O分配表

根據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 畫控制時序圖

由項目控制要求，畫出交通燈控制時序圖，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控制周期為16 s。

2.3.3 畫PLC的I/O接線圖

通過對表1中PLC的I/O分配表進行分析，可知交通燈控制系統總共需要2個輸入端口和6個輸出端口。我們實驗室中配備的三菱PLC的型號為FX2N-32MR，該PLC有16個輸入端口和16個輸出端口，可以滿足交通燈系統控制的需要。PLC的I/O接線圖如圖2所示。

2.3.4 硬件接線

學生首先將PLC的電源斷開，然后根據圖2中PLC的I/O接線圖，完成交通燈控制系統的PLC的硬件接線，并且認真檢查接線是否牢靠，確認無松動，并且保證接線準確無誤后再接通電源[1]。

2.3.5 編程

（1）畫順序功能圖。

各個項目小組的學生根據項目控制要求，應用步進階梯指令編寫交通燈控制系統的梯形圖程序。在此之前，首先要畫出交通燈控制的順序功能圖，梯形圖程序的編寫才能迎刃而解[2]。交通燈控制的順序功能如圖3所示。

在圖3中，特殊存儲器M8002是初始脈沖，M8013是1 s時鐘脈沖，S0代表初始步。按照項目控制要求，將整個控制過程分為6步，分別是S20，S21，S22，S23，S24和S25。另外，定時器T0，T1，T2，T3，T4，T5的設定時間分別為4 s，2 s，2 s，4 s，2 s，2 s，各步之間以定時器的設定時間作為轉移條件。

（2）利用步進階梯指令編寫梯形圖。

每個項目小組完成一份順序功能圖，交由老師檢查確認后，再根據順序功能圖，用步進階梯指令來編寫交通燈控制的梯形圖。

步進階梯指令主要有STL指令和RET指令，其中STL指令表示步進階梯的開始，RET指令表示步進階梯的結束，此二條指令在項目預備知識的學習中已講解其使用方法。在編程的過程中，還應用了之前已經學習過的指令，即置位指令SET和區間復位指令ZRST[3]。

（3）程序調試。

各項目小組的學生將梯形圖程序編寫好之后，經過編譯檢查正確無誤后，下載到PLC運行，并根據監控進行程序的調試，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 項目評價

在各項目小組完成交通燈控制的項目后，教師對其項目實施情況進行總結和評價，評價標準如下。（1）正確使用指令。（2）檢查程序運行情況：I/O分配正確、調試程序的熟練程度、運行結果正確。（3）按照要求，正確完成項目設計研究報告。（4）正確使用設備和工具，操作規范，具有安全文明意識。（5）小組成員的分工合作、團結協作精神。（6）規定時間內完成項目。

4 結語

通過交通燈控制的教學項目設計，使學生掌握了順序功能圖的畫法和步進階梯指令的具體應用。學生在進行項目實施的過程中，能熟練編程軟件及指令，能根據控制對象設計基本的控制程序并進行現場調試。同時，項目教學培養了學生安全操作、人際溝通、團結協作、積極進取、獨立學習、繼續學習等方面的能力，也提高了學生的動手能力和解決實際問題的能力，并且取得了明顯的教學效果。

[參考文獻]

[1]陳麗.PLC控制系統編程與實現[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

[2]史宜巧，孫業明，景紹學.PLC技術及應用[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3]韓承江.PLC應用技術[M].北京：中國鐵道出版社，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