無錫機電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 劉婧瑤

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市的交通問題日益突出。道路交通是否通暢與我們每個人的生活息息相關(guān)。十字路口的交通燈，在這個問題里扮演了重要的角色，人們遵守著交通信號燈的自動變化來出行。那么，交通信號燈的控制時間是如何實現(xiàn)的呢？三種不同顏色的信號燈如何有序的工作呢？本文介紹了利用PLC來實現(xiàn)十字路口交通燈的控制，對于PLC的初學(xué)者學(xué)習(xí)PLC的控制理念和方法有很好幫助。

1 PLC控制系統(tǒng)

1.1 PLC系統(tǒng)概述

可編程控制器（Pr ogr ammabl e Logic Cont r ol l er簡稱PLC）是專門為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計的一種通用控制器。它采用可編程的存儲器，用于內(nèi)部數(shù)據(jù)的存儲、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作指令，通過模擬式或者數(shù)字式的輸入、輸出控制各種類型的對象或者生產(chǎn)過程。PLC不僅能實現(xiàn)邏輯控制，還具有強大的數(shù)字運算，運動控制，數(shù)據(jù)處理，聯(lián)網(wǎng)控制等功能。這些都使得PLC的用范圍和領(lǐng)域不斷的擴大，廣泛的應(yīng)用在工業(yè)自動化，樓宇自動化，商業(yè)，公用事業(yè)，農(nóng)業(yè)等。PLC具有優(yōu)良的性能和高可靠性，日益成為工業(yè)控制裝置的首選，成為工業(yè)自動化的三大支柱之一。

1.2 交通燈的控制要求

本文中的控制對象是十字路口的交通燈信號燈，按下啟動按鈕時，交通信號燈系統(tǒng)開始工作，并且循環(huán)工作，當(dāng)按下停止按鈕時，系統(tǒng)停止，所有交通信號燈熄滅。十字路口交通信號燈位置如圖1所示，具體紅、綠、黃三種的控制過程為：南北方向：啟動按鈕按下后，綠燈亮4s后閃爍2s滅，黃燈亮2s后滅，接著紅燈亮8s后滅，綠燈又亮……，如此不斷循環(huán)。 東西方向：對應(yīng)同時紅燈亮8s滅，接著綠燈亮4s后閃爍2s滅，黃燈亮2s后滅，紅燈又亮……，如此不斷循環(huán)。按下停止按鈕后，所有信號燈熄滅。

圖1 十字路口交通信號燈示意圖

2 交通燈的PLC控制

2.1 I/O 分配

I/O分配是輸入/輸出（Input/Out put）分配的簡稱。這里我們采用的是松下FP ∑C32T型的PLC。該型號的PLC雖然體積小，但功能強大，其I/O點數(shù)為32點，其中，輸入點16個，輸出點16個，能夠滿足交通信號燈系統(tǒng)的控制需求。根據(jù)交通信號燈的南北、東西方向的具體控制要求和PLC的I/O點數(shù)，列出該項目的I/O分配表，如表1所示。

表1 交通信號燈系統(tǒng)的I/O分配表

2.2 硬件連接

該系統(tǒng)所需硬件主要有：裝有編程軟件FP WINGR的計算機、 電源、PLC模塊， 連接導(dǎo)線以及通信電纜。根據(jù)交通燈信號燈系統(tǒng)的I/O分配表和FP ∑C32T型的PLC外部接線要求：將兩個按鈕用導(dǎo)線連接到PLC的輸入端X0，X1；將交通信號燈兩個方向的6組指示燈分別接在PLC 的輸出端Y0-Y5。如圖2所示。

圖2 交通信號燈系統(tǒng)的接線圖

2.3 邏輯關(guān)系

交通信號燈系統(tǒng)控制過程通過文字描述較為復(fù)雜，但通過一些圖表的分析，我們可以很清楚的掌握其中的信號燈亮滅的規(guī)律。首先，根據(jù)交通信號燈的控制要求，我們繪制出交通信號燈的控制時間軸，按燈亮（置1）和燈滅（置0）分別繪制，一個運行周期內(nèi)6組信號燈的亮滅的時間點均標明在圖3中。

圖3 交通信號燈系統(tǒng)的時序圖

根據(jù)時序圖，我們可分析得知，南北和東西兩個方向的交通信號燈工作周期均為16s,所以先保證在一個周期內(nèi)每個信號燈的正確運行，再考慮整個系統(tǒng)循環(huán)的問題。在每個工作周期內(nèi)，每個信號燈都有自己的工作區(qū)間，有固定的運行起點和終點?？煞治龅弥?，我們采用PLC內(nèi)部的定時器來控制每個信號燈的運行起點和終點即可，可以用每個定時器的常閉觸點和常開觸點來控制前一個信號燈的熄滅和后一個信號燈的開啟。利用最后一個信號燈的定時器時間到了以后，復(fù)位所有定時器即可重新循環(huán)。

在設(shè)計略微復(fù)雜的程序時，采用簡單的邏輯分析比較難以入手編程，所以我們采用更為有效的方法來幫助分析，入手編程。十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)可以分為若干個階段，在每個階段都是獨立完成的，所以結(jié)合交通信號燈系統(tǒng)的I/O分配表，可繪制如圖4所示的狀態(tài)流程圖。

2.4 軟件編程

根據(jù)分析可知主要采用PLC中的定時器進行交通信號燈系統(tǒng)的編程，對于定時器的使用，本文以梯形圖為例， 討論采用定時器編程的三種方法，每種方法都各有特點， 可根據(jù)具體控制系統(tǒng)的需求和編程思路來選擇。

（1）采用同一定時參考點編程。以每個交通信號燈工作周期開始為所有定時器計時的起點進行計時。編程示例如圖5所示。

圖4 交通信號燈系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖

圖5 同一定時參考點編程示例

（2）采用不同定時參考點編程。利用前一個定時器計時時間到的信號作為下一個定時器計時的起點。編程示例如圖6所示。

圖6 不同定時參考點編程示例

前面兩種方法分析了每個交通信號燈時間點的編程，在完成定時器時間點的設(shè)置后，我們可以I/O分配表來完成輸出部分程序的編寫，采用如圖7 所示南北綠燈控制程序的編寫方法來進行其它各燈控制程序的編寫。

圖7 南北綠燈控制程序

（3）采用定時器指令的經(jīng)過值編程。在該型號的PLC中每一個定時器都有一個與其相同編號的經(jīng)過值區(qū)域EV。當(dāng)定時器啟動條件滿足時，經(jīng)過值區(qū)域EV中的數(shù)值就會從定時器的設(shè)定值開始按定時器的計時精度逐個進行遞減。當(dāng)經(jīng)過值區(qū)域EV的數(shù)值到達零時，對應(yīng)編號的定時器的相關(guān)觸點就會動作。由此可知，我們可以把交通信號燈的工作周期設(shè)定為定時器的設(shè)定值，這樣可將各個信號燈的起始工作點全部包含在內(nèi)。利用信號燈工作開始時定時器的經(jīng)過值和工作結(jié)束時定時器的經(jīng)過值構(gòu)成一個時間區(qū)間。當(dāng)經(jīng)過值小于某信號燈工作開始時的定時器經(jīng)過值并大于工作結(jié)束時的定時器經(jīng)過值時該信號燈就處于工作狀態(tài)。編程示例如圖8所示。

圖8 采用定時器經(jīng)過值編程示例

通過對這幾種定時器編程方法的分析，我們可以總結(jié)得到時間順序控制任務(wù)的常用編程方法。雖然我們的任務(wù)要求是編制交通信號燈系統(tǒng)的控制程序，但是我們可以用不同的指令，不同的方法來實現(xiàn)同一個任務(wù)。

3 總結(jié)

在PLC教學(xué)實踐中，交通信號燈系統(tǒng)控制是一個很好的實踐課題，充分利用生活中現(xiàn)有資源，創(chuàng)設(shè)教學(xué)實踐場景，利用漸進式的、探究式的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。通過十字路口交通信號燈的系統(tǒng)控制程序的設(shè)計，我們掌握了十字路口交通信號燈的自動控制原理，并進一步熟悉FP ∑C32T型PLC 功能指令及定時器的使用，學(xué)習(xí)了利用定時器來控制系統(tǒng)的編程方法，實現(xiàn)了十字路口的交通控制自動化。

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