交通信号灯的控制

一、问题的提出 大家肯定都通过过十字路口，均经历过交通灯的控制。那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢？通过本模块的学习，大家就可掌握应用可编程控制的基本指令来实现交通信号灯的基本功能。 图 1 是十字路口交通信号灯示意图。信号灯的动作受开关总体控制，按一下起动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭。信号灯控制的具体要求如表 1 所示。 图 1 交通灯示意图 表 1 交通灯控制要求 信号 时间 信号 时间 绿灯亮 25s 绿灯闪 3s 红灯亮 30s 黄灯亮 2s 绿灯亮 25s 红灯亮 30s 绿灯闪 3s 黄灯亮 2s 东西 南北 二、硬件及外围元器件 根据信号灯的控制要求，本模块所用的器件有：起动按钮 SB 1 ，停止按钮 SB 2 ，红黄绿色信号灯各四只，输入 / 输出端口接线如图 2 所示。 由图可见：起动按钮 SB 1 接于输入继电器 X0 端，停止按钮 SB 2 接于输入继电器 X1 端，东西方向的绿灯接于输出继电器 Y0 端，东西方向黄灯接于输入继电器 Y1 端，东西方向的红灯接于输出继电器 Y2 端，南北方向绿灯接于输出继电器 Y4 端，南北方向的黄灯接于输出继电器 Y5 ，南北方向红接于输出继电器 Y6 。将输出端的 COM1 及 COM2 用导线相连，输出端的电源为交流 220V 。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。 图 2 输入 / 输出接线图 三、软件设计 根据十字路口交通信号灯的控制要求，可作出信号灯的控制时序图如图 3所示。 图 3 交通信号灯控制的时序图 本模块我们采用基本逻辑的编程实现信号灯的控制。灯亮采用编程软件定时器实现，灯闪采用由定时器组成的脉冲发生器实现。现在我们来分析一下由 T 10 及 T 11 组成脉冲发生器的梯形图。 图 4 周期为 1 秒的脉冲发生器 图 5 T10 触点的脉冲波形 由图 4 可知，当 M100 闭合时， T 10 得电，延时 0.5 秒后， T 10 触点闭合，定时器 T 11 得电，延时 0.5 秒后，其常闭触点 T 11 断开， T 10 线圈失电，其触点 T 10 断开，而定时器 T 10 再次得电， 0.5 秒后， T 10 再次闭合……，如此周而复始，即可得到 T 10 触发的工作波形如图 5 所示。 图 6 为用基本逻辑指令编制的梯形图，其对应的指令表于表 2 中。 图 6 交通信号灯控制的梯形图 工作时，可编程控制器处于运行状态，按动起动按钮 SB 1 ，则辅助继电器 M10 得电并自锁，由梯形图可知，首先接通输出继电器 Y6 ，及 Y0 ，使得南北方向的红灯亮、东西方向的绿灯亮。大家根据梯形图的文字说明及图 3 的时序图，不难分析交通信号灯的整个周期工作过程。 按停止按钮 SB 2 ，则辅助继电器 M100 断电并解除自锁，整个系统停止运行，所有信号灯熄灭。 表 2 交通信号灯控制梯形图对应的指令表 指令程序 0 LD X0 1 OR M100 2 ANI X1 3 OUT M100 4 LD M100 5 ANI T1 6 OUT T0 K 300 9 LD T0 10 OUT T1 K 300 13 LD M100 14 ANI T0 15 OUT T2 K 250 18 LD T2 四、知识点的扩展 1 、定时器的延时扩展 定时器的记时时间都有一个最大值，如 100ms 的定时器最大记时时间为 32767.7s 。如工程中所需的延时时间大于这个数值怎么办，一个最简单的方法是采用定时器接力方式，即先启动一个定时器记时，记时时间到时，用第一只定时器的常开触点启动第二只定时器，再使用第二只定时器启动第三只，如此等等。记住使用最后一个定时器的触点去控制最终的控制对象就可以了。图 4-5 中的梯形图既是一个这样的例子。 指令程序 19 OUT T3 K 30 22 LD T3 23 OUT T4 K 20 26 LD T0 27 OUT T5 K 250 30 LD T5 31 OUT T6 K 30 34 LD T6 35 OUT T7 K 20 38 LD M100 39 ANI T0 指令程序 40 OUT Y6 41 LD T0 42 OUT Y2 43 LD Y6 44 ANI T2 45 LD T2 46 ANI T3 47 AND T10 48 ORB 49 OUT Y0 50 LD Y3 51 ANI T4 52 OUT Y1 53 LD Y2 54 ANI T5 55 LD T5 指令程序 56 ANI T6 57 AND T10 58 ORB 59 OUT Y4 60 LD T6 61 ANI T7 62 OUT Y5 63 LD M100 64 ANI T11 65 OUT T10 K 5 68 LD T10 69 OUT T11 K 5 72 END 图 5 定时器接力获得长延时 图 6 定时器配合记数器获得长延时 上述利用多定时器的记时时间相加获得长延时。此外还可以利用记时器配合记数器获得长延时，如图 6 所示。图中常开触点 X1 是这个电路的工作条件，当 X1 保持接通时电路工作。 在定时器 T1 的线圈回路中接有定时器 T1 的常闭触点，它使得定时器 T1 每隔 10s 接通一次，接通时间为一个扫描周期。定时器 T1 的每一次接通都使记数器 C1 记一个数。而当记到记数器的设定值并使其工作对象 Y0 接通，从 X1 接通为始点的延时时间为定时器的设定值乘上记数器的设定值。 X2 为记数器 C1 的复位条件。 2 、分频器 用 PLC 可以实现对输入信号的任意分频，图 7 所示是一个分频电路。 图 7分频电路 待分频的脉冲信号加在 X0 端，在第一个脉冲信号到来时， M100 产生一个扫描周期的脉冲，使 M100 的常开触点逼和、闭合一个扫描周期。这时确定 Y0 状态的前提是 Y0 置 0 ， M100 置 1 。图中 Y0 工作条件的两个支路中 1 号支路接通， 2 号支路断开， Y0 置 1 。第一个脉冲到来一个扫描周期后， M100 置 0 ， Y0 置 1 ，在这样的条件下分析 Y0 的状态，第二个支路使 Y0 保持置 1 。当第二个脉冲到来时， M100 在产生一个扫描周期的单脉冲，这时 Y0 置 1 ， M100 也置 1 ，这使得 Y0 的状态由置 1 变为置 0 。第二个脉冲到来一个扫描周期后， Y0 置 0 且 M100 也置 0 直到第三个扫描到来时 Y0 及 M100 的状态和第一个脉冲到来时完全相同， Y0 的状态变化将重复前边讨论过的过程。通过以上的分析可知， X0 每送两个脉冲， Y0 产生一个脉冲，完成了对输入信号的分频。 3 、微分脉冲电路 微分电路分上升沿微分和下降沿微分脉冲电路，下面分别讨论。 上升沿微分脉冲电路， PLC 是以循环扫描方式工作的，在 PLC 第一次扫描时，输入 X0 由 OFF 变为 ON 时， M100 、 M101 线圈接通，但处在第一行的 M101 的常开触点仍接通，因为该行已经扫描过了，等到 PLC 第二次扫描时， M101 的触点才断开， Y0 线圈断开。 Y0 的接通时间为一个扫描周期，如图 8 所示。 图 8 上升沿微分脉冲电路 下面再介绍一下下降沿微分脉冲电路，如图 9 所示，当 X0 由 ON 变为 OFF 时 M100 接通一个扫描周期，则 Y0 输出一个扫描脉冲，具体工作原理，请同学们自己分析。 图 9 下降沿微分脉冲电路