三菱PLC红绿灯梯形图编程教程：从入门到精通，一步步掌握核心要点

三菱PLC红绿灯梯形图编程教程：核心指南

三菱PLC红绿灯梯形图编程教程的核心在于理解交通信号灯的基本逻辑，并将其转化为PLC指令。 主要包括：定义红、黄、绿灯的输出触点；设置延时计时器，模拟信号灯的亮起时间；利用内部继电器（M点）或定时器（T点）的状态进行逻辑控制，实现信号灯的顺序切换和循环。教程将详细讲解如何使用三菱PLC的GX Works2或GX Works3软件，通过梯形图指令（如LD, OUT, SET, RST, TIM, TMCR等）来实现这一功能。

一、 红绿灯控制的基本原理与PLC应用

交通信号灯的控制逻辑相对简单，但需要精确的时间控制和状态切换。在PLC（可编程逻辑控制器）编程中，我们可以将其抽象为一系列的输入和输出信号。对于一个标准的三向交通信号灯（红、黄、绿），其基本工作流程如下：

• 红灯亮起： 车辆停止。
• 红灯熄灭，绿灯亮起： 车辆通行。
• 绿灯熄灭，黄灯亮起： 警告即将变红，车辆减速。
• 黄灯熄灭，红灯亮起： 循环开始。

PLC通过内部的逻辑运算和定时器来模拟这个过程。红、黄、绿灯本身是PLC的输出信号，它们的状态（亮或灭）由PLC的程序控制。延时计时器则用于精确控制每种灯的亮起时间，确保交通流量的有序。

二、 准备工作与软件介绍

在开始编程之前，您需要准备以下内容：

• 三菱PLC硬件： 任何一款支持梯形图编程的三菱PLC，例如FX系列、Q系列、L系列等。
• 编程软件： 三菱官方提供的编程软件，主要有GX Developer (较旧版本) 和 GX Works2/GX Works3 (推荐使用，功能更强大)。本文以GX Works3为例进行讲解。
• 必要的编程线缆： 用于连接电脑与PLC。

GX Works3软件界面简介：

GX Works3是一款集成了多种三菱PLC编程语言的集成开发环境，支持梯形图（Ladder Diagram, LD）、指令表（Instruction List, IL）、结构化文本（Structured Text, ST）等。在梯形图编程中，我们将主要使用图形化的指令块来构建逻辑。

三、 梯形图编程基础指令解析

在三菱PLC的梯形图中，有几个基础但至关重要的指令，理解它们是编写红绿灯程序的前提：

1. 输入指令 (LD - Load):

LD 指令用于加载一个输入信号或内部继电器的状态。它通常是梯形图的起始指令。

示例： LD X0 (加载输入点X0的状态)

2. 输出指令 (OUT - Output):

OUT 指令用于驱动一个输出点（如指示灯、继电器线圈）的状态。

示例： OUT Y0 (驱动输出点Y0)

3. 线圈指令 (SET/RST - Set/Reset):

SET 和 RST 指令用于设置或复位内部继电器（M点）、定时器（T点）或计数器（C点）的状态。SET 强制将触点置为ON，RST 强制将触点置为OFF。

示例： SET M0 (设置内部继电器M0为ON), RST Y1 (复位输出Y1为OFF)

4. 定时器指令 (TIM - Timer):

定时器是实现延时功能的核心。三菱PLC有多种定时器，常用的是瞬时定时器（TMR）和累加定时器（TICK）。在此教程中，我们将使用基于固定时间单位（如100ms）的瞬时定时器。

指令格式： TIM 0 K100 (使用定时器T0，设置时间常数为100个单位，假设时间单位为100ms，则为10秒)

触点： 定时器本身有一个输出触点，当定时器设定的时间到达后，该触点会闭合。

示例： LD T0 (当定时器T0计时到时，此触点闭合)

5. 比较指令 (CTR - Counter):

虽然红绿灯程序主要依赖定时器，但有时也可能用到计数器来控制循环次数等，在此不详细展开。

6. 逻辑指令 (AND, OR, NOT, etc.):

这些指令用于组合多个条件，实现更复杂的逻辑判断。

四、 编写红绿灯程序（三相交通信号灯）

我们将以一个典型的三相交通信号灯为例，假设PLC的输出点分别控制红、黄、绿灯：

• Y0: 红灯
• Y1: 黄灯
• Y2: 绿灯

我们还需要内部继电器（M点）和定时器（T点）来控制逻辑和时间。

1. 定义信号灯亮起时间

假设我们需要以下时间：

• 红灯亮起：5秒 (50 x 100ms)
• 绿灯亮起：7秒 (70 x 100ms)
• 黄灯亮起：2秒 (20 x 100ms)

我们将使用以下定时器：

• T0: 控制红灯的延时
• T1: 控制绿灯的延时
• T2: 控制黄灯的延时

2. 编写核心梯形图逻辑

步骤 1：红灯亮起及延时

程序启动时，首先需要红灯亮起。我们可以使用一个起始触点（如X0，代表PLC的启动信号）来触发第一个定时器。

梯形图描述：

1. LD X0 (PLC启动信号)
2. OUT T0 K50 (启动定时器T0，设定时间为50个100ms单位，即5秒)
3. LD T0 (当T0计时结束时)
4. OUT Y0 (点亮红灯Y0)
5. SET M0 (设置内部继电器M0为ON，用于触发下一个状态)

步骤 2：绿灯亮起及延时

当红灯延时结束（T0计时完成）且M0被设置后，绿灯开始亮起。

梯形图描述：

1. LD T0 (当T0计时结束时)
2. AND M0 (且M0为ON)
3. OUT T1 K70 (启动定时器T1，设定时间为70个100ms单位，即7秒)
4. OUT Y2 (点亮绿灯Y2)
5. SET M1 (设置内部继电器M1为ON，用于触发下一个状态)

步骤 3：黄灯亮起及延时

当绿灯延时结束（T1计时完成）且M1被设置后，黄灯开始亮起。

梯形图描述：

1. LD T1 (当T1计时结束时)
2. AND M1 (且M1为ON)
3. OUT T2 K20 (启动定时器T2，设定时间为20个100ms单位，即2秒)
4. OUT Y1 (点亮黄灯Y1)
5. SET M2 (设置内部继电器M2为ON，用于触发下一个状态)

步骤 4：循环复位与灯熄灭

当黄灯延时结束（T2计时完成）且M2被设置后，所有灯熄灭，并重置所有状态，准备下一轮循环。

梯形图描述：

1. LD T2 (当T2计时结束时)
2. AND M2 (且M2为ON)
3. RST Y0 (熄灭红灯Y0)
4. RST Y1 (熄灭黄灯Y1)
5. RST Y2 (熄灭绿灯Y2)
6. RST M0 (复位M0)
7. RST M1 (复位M1)
8. RST M2 (复位M2)
9. RST T0 (复位定时器T0，使其准备好下一轮计时)
10. RST T1 (复位定时器T1)
11. RST T2 (复位定时器T2)
12. LD X0 (触发PLC启动，继续下一轮循环，实际上LD X0这个条件会一直存在，所以只需要前面的逻辑能够触发循环即可，可以考虑在LD T2 AND M2之后直接连接到OUT T0 K50，实现无缝循环。)

3. 优化循环逻辑

上面的逻辑在黄灯熄灭后，需要一个触发信号来重新启动红灯。更紧凑和常用的方法是将最后一步的复位逻辑直接连接到第一个定时器的启动。

优化后的梯形图描述（连接T2到T0）：

1. 红灯部分：
2. LD X0 (PLC启动信号)
3. OUT T0 K50 (启动定时器T0，5秒)
4. LD T0
5. OUT Y0 (点亮红灯)
6. SET M0
7. 绿灯部分：
8. LD T0
9. AND M0
10. OUT T1 K70 (启动定时器T1，7秒)
11. OUT Y2 (点亮绿灯)
12. SET M1
13. 黄灯部分：
14. LD T1
15. AND M1
16. OUT T2 K20 (启动定时器T2，2秒)
17. OUT Y1 (点亮黄灯)
18. SET M2
19. 循环复位部分：
20. LD T2
21. AND M2
22. RST Y0 (熄灭红灯)
23. RST Y1 (熄灭黄灯)
24. RST Y2 (熄灭绿灯)
25. RST M0
26. RST M1
27. RST M2
28. RST T0
29. RST T1
30. RST T2
31. 连接循环： (将T2的输出连接回T0的启动)
32. LD T2
33. AND M2
34. OUT T0 K50 (重新启动T0，实现循环)

注意： 在实际编程中，LD X0 只需要在程序启动时作为初始触发，后续的循环可以通过定时器和内部继电器的联动实现。上面的连接方式更直接。

4. 考虑多相位交通灯

对于更复杂的交通信号控制，例如十字路口（四个方向的交通信号），或者带有行人过街信号的，逻辑会更加复杂。这通常需要增加更多的输出点、内部继电器和定时器，并可能引入状态机（State Machine）的概念，将整个交通信号系统分解为多个独立的状态，每个状态对应一种信号组合。

多相位控制要点：

• 输入信号： 除了PLC自身的时钟和启动信号，还可能包含车辆检测器（地感线圈）的输入，用于实现感应式交通信号灯。
• 组合输出： 同时控制多个方向的信号灯，确保不会出现冲突（例如，东西方向绿灯时，南北方向必须是红灯）。
• 优先权设定： 某些车道或行人信号可能需要更高的优先权。
• 故障检测： 考虑信号灯故障时的安全处理逻辑。

五、 调试与测试

编写完程序后，务必进行充分的调试：

1. 在线模拟： 在GX Works3中，可以连接PLC进行在线监视，观察各输入输出点和内部继电器、定时器的状态变化。
2. 强制点位： 在模拟状态下，可以手动强制改变输入点或内部继电器的状态，以测试程序的响应。
3. 实际硬件测试： 将程序下载到PLC，并连接实际的指示灯（或使用LED代替）进行测试，观察其运行是否符合预期。
4. 参数调整： 根据实际运行情况，微调定时器的时间常数，以达到最佳的交通流量控制效果。

六、 常见问题与解答

Q1: 为什么我的红绿灯程序运行一段时间后就停住了？

A1: 这通常是因为程序中存在逻辑死锁，或者某个定时器/继电器没有被正确复位。仔细检查复位逻辑，确保在每个循环结束后，所有用于控制状态的元件都被清零，以便重新启动。

Q2: 如何让我的红绿灯时间更精确？

A2: 确保您选择的定时器时间单位（如100ms）是正确的，并且在设置时间常数时进行精确计算。如果对精度要求极高，可以考虑使用更精密的定时器或PLC型号。

Q3: 我想增加一个闪烁黄灯模式，怎么实现？

A3: 闪烁黄灯通常可以使用一个定时器与内部继电器结合来实现。例如，一个定时器设置一个较短的延时（如0.5秒），当它计时完成时，驱动一个内部继电器，同时复位自己并启动另一个定时器。当第二个定时器计时完成时，复位第一个定时器和继电器，如此循环，就能实现交替亮灭的闪烁效果。

Q4: 我的三菱PLC型号比较老，用的是GX Developer，梯形图指令有什么区别吗？

A4: GX Developer和GX Works3在核心指令上基本一致，如LD, OUT, TIM, SET, RST等。操作界面和一些高级功能会有所不同，但基本的梯形图逻辑编写方式是相同的。您可以查找GX Developer的编程手册，通常都能找到对应的指令用法。

Q5: 如何实现交通信号灯的优先级控制？

A5: 优先级控制通常通过在梯形图中添加额外的条件来实现。例如，如果主干道的车辆检测器检测到有车，那么主干道的绿灯时间可以延长，或者强制切换到主干道的绿灯状态。这需要更精细的逻辑设计，将输入信号（如检测器信号）集成到现有的定时和切换逻辑中。

七、 总结

通过本教程，您已经了解了三菱PLC红绿灯梯形图编程的基本原理、常用指令以及一个三相交通信号灯的实现方法。掌握了这些基础知识，您就可以进一步探索更复杂的交通信号控制系统。记住，清晰的逻辑、精确的定时以及充分的调试是编写可靠PLC程序的三要素。

坚持实践，不断尝试，您将能够熟练掌握三菱PLC的梯形图编程技术。