PLC十字路口交通灯的控制

一、问题的提出

十字路口车辆穿梳，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多，本子模块介绍利用步进梯形指令单流程编程实现的控制系统。

交通灯的控制要求如下：

（一）、控制开关

信号灯受启动及停止按钮的控制，当按动启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按动停止按钮时，系统将停止在初始壮态，即南北红灯亮，禁止通行；东西绿灯亮，允许通行。

（二）、控制要求

1 、北红灯亮维持 30 秒，在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，并维持 25 秒，到 25 秒时，东西方向绿灯闪，闪亮 3 秒后，绿灯灭。在东西绿灯熄灭的同时，东西黄灯亮，并维持 2 秒，到 2 秒时，东西黄灯灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。

2 、西红灯亮维持 30 秒。南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3 秒，再熄灭。同时南北方向黄灯亮，并维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

接下去周而复始，直到停止按钮被按下为止。

信号灯动作系统可用图 1 状态图表示。

图 1 交通指挥信号灯状态图

二、硬件及接线

根据上述要求可见，系统所需红、绿、黄各 4 只信号灯，本案由两个信号灯箱实现；系统需要启动和停止两个按钮，由按钮箱实现。

可编程控制器的输入 / 输出端子分配及硬件连接分别由表 1 及图 2 所示。其中 SA 开关代表可编程控制器自身的运行开关。

在本子模块中，我们采用步进梯形指令单流程编程实现，其状态转移图如图 3所示。由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作视为一个顺序动作，每一个时序同时有两个输出，一个输出控制东西方向的信号灯，另一个输出控制南北方向的信号灯。

三、交通信号灯的软件设计

状态转移图对应的步进梯形图如图 4所示，现简单分析一下工作原理。当启动按钮SB1按下时，X0接通，S0置1，系统进入S0状态，驱动Y6、Y0，使南北红灯及东西绿灯同时亮，Y0接通，状态转移条件满足，系统将转移到S20状态，在S20状态下，Y6、Y0仍被驱动，即南北方向的红灯及东西方向的绿灯继续亮，同时驱动定时器T0，定时器的设定时间为25秒，25秒后，状态转移到S21，在S21状态下，Y6继续保持，但Y0受控于M1，而M1是由两个定时器T6和T7控制，T6、T7组成一个1秒的震荡器，即东西方向的绿灯闪亮。在本状态下，同时也驱动定时器T1，定时时间为3秒，3秒时间到，状态转移到S22，在S22状态下，Y6仍然被驱动，南北方向红灯继续亮，同时驱动T2、Y1，东西方向的绿灯灭，Y1口驱动的是东西方向的黄灯，故东西方向的黄灯亮，绿灯停。T2的定时时间为2秒，2秒时间到，状态转移到S23，在S23状态下，同时驱动Y2、Y4及T3，东西方向的红蛋亮，南北方向的绿灯亮，T3的定时时间为25秒，25秒时间到，状态转移到S24。在S24状态下，驱动Y2、T4，东西方向的红灯继续亮，而南北方向的绿灯驱动口Y4受控于M1，M1是震荡周期为1秒的震荡器，故南北方向的绿灯闪亮。T4的定时时间是3秒，3秒后，状态转移到S25。在S25状态下，同时驱动Y2、Y5及T5，即东西方向的红灯、南北的黄灯亮，T5定时器的定时时间为2秒，2秒时间到，定时器的定时时间到，T5的触点接通，状态又重新转移到S0。即南北方向的红灯、东西方向的绿灯亮，系统将重复上述的动作顺序，周而复始的继续工作。当停止按钮SB2被按下时，软继电器M0接通，其常闭触点M0断开，系统执行一周后，将停留在S0状态，及保持南北方向的红灯、东西方向的绿灯亮。

（一）、 FX 2 的状态元件三、知识点的扩展

状态元件是构成状态转移图的基本元素，是可编程控制器的软元件之一。 FX 2 共有 1000个状态元件，其分类、编号、数量及用途如表1所示。

表1 FX 2 的状态元件

注： 1状态的编号必须在指定范围选择。

2各状态元件的触点，在plc内部可自由使用，次数不限。

3在不用步进顺控指令时，状态元件可作为辅助继电器在程序中使用。

4通过参数设置，可改变一般状态元件和掉电保持状态元件的地址分配。

（二）、 FX2系列PLC的步进顺控指令

FX 2 系列 PLC的步进指令有两条：步进接点指令STL和步进返回指令RET。

1、STL：步进接点指令 梯形图符号为

STL指令的意义为激活某个状态。在梯形图上体现为从母线上引出的状态接点。STL指令有建立子母线的功能，以使该状态的所有操作均在子母线上进行。步进接点指令在梯形图中的情况见图5所示。

图 5步进接点指令STL的符号及含义

2、步进返回指令 梯形图为

RET指令用于返回主母线。使步进顺控程序执行完毕时，非状态程序的操作在主母线上完成，防止出现逻辑错误。状态转移程序的结尾必须使用RET指令。

（三）、运用状态编程思想解决顺控问题的方法步骤

为了说明状态编程思想，我们先看一个实例：某自动台车在启动前位于导轨的中部，如图 6所示。某一个工作周期的控制工艺要求如下：

a 按下启动按钮SB，台车电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，台车电机反转，台车后退。

b 台车后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，台车停车，停5s，第二次前进，碰到限位开关SQ3，再次后退。

c 当后退再次碰到限位开关SQ2时，台车停止。

图 4-46自动台车示意图

为设计本控制系统的梯形图，先安排输入、输出口及机内器件。台车由电机 M驱动，正转（前进）由PLC的输出点Y1控制，反转（后退）由Y2控制。为了解决延时5s，选用定时器T0。将起动按钮SB及限位开关SQ1、SQ2、SQ3分别接于X0、X1、X2、X3。

下面我们以台车往返控制为例，说明运用状态编程思想设计状态转移图（ SFC）的方法和步骤。

1、将整个过程按任务要求分解，其中的每个工序均对应一个状态，并分配状态元件如下。

注意：虽然 S20与S23，S21与S24，功能相同，但它们是状态转移图中的不同工序，也就是不同状态，故编号也不同。

2、弄清每个状态的功能、作用。

S0 PLC上电作好工作准备

S20 前进（输出Y1，驱动电动机M正转）

S21 后退（输出Y2，驱动电动机M反转）

S22 延时5s（定时器T0，设定为5s，延时到T0动作）

S23 同S20

S24 同S21

各状态的功能是通过 PLC驱动其各种负载来完成的。负载可由状态元件直接驱动，也可由其他软元件触点的逻辑组合驱动，如图5-5。

（a）直接驱动		（b）软元件组合驱动

图 6 负载的驱动

3、找出每个状态的转移条件 。即在什么条件将下个状态“激活”。状态转移图就是状态和状态转移条件及转移方向构成的流程图，弄清转移条件当然是必要的。

经分析可知，本例中各状态的转移条件如下。

S20 转移条件 SB

S21 转移条件 SQ1

S22 转移条件 SQ2

S23 转移条件 T0

S24 转移条件 SQ3

状态的转移条件可以是单一的，也可以有多个元件的串、并联组合。如图 7所示。

（a）单一条件		（b）状态的转移条件

图 7 状态的转移条件

经过以上三步，可得到台车往返控制的顺序状态转移图如图 8所示。

图 8 台车自动往返系统状态转移流程图