基于自定義時(shí)鐘脈沖的交通紅綠燈控制設(shè)計(jì)

　　交通紅綠燈的控制既要安全可靠，其控制程序又要便于根據(jù)道路交通流量情況進(jìn)行修改。以PLC定時(shí)器構(gòu)成的自定義時(shí)鐘脈沖程序段作為程序基本單元設(shè)計(jì)的交通紅綠燈控制程序結(jié)構(gòu)簡單、思路清晰，在不改變程序結(jié)構(gòu)的情況下，通過定時(shí)器設(shè)定值的調(diào)整快速獲得新的紅綠燈控制規(guī)律。下面就以三菱FX2N型PLC作為控制核心元件，闡明交通紅綠燈的控制設(shè)計(jì)思路和控制方案。

　　1 工作任務(wù)與時(shí)序分析

　　1.1 工作任務(wù)

　　如圖1所示，十字路口分別在東西方向和南北方向裝設(shè)兩組紅綠燈，控制要求如下：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，信號燈開始工作，東西方向綠燈、南北方向紅燈同時(shí)亮。各燈之間明滅配合規(guī)律(見圖2)：0～30 s之間，南北紅燈一直亮，東西綠燈亮25 s、閃爍3 s(每秒1次)，東西黃燈亮2 s;30～55 s之間，東西紅燈一直亮，南北綠燈亮20 s、閃爍3 s(每秒1次)，南北黃燈亮2 s;其后又回到0～55 s之間的明滅規(guī)律，并一直循環(huán)下去，直到按下停止按鈕SB2時(shí)結(jié)束運(yùn)行為止。

　　1.2 時(shí)序分析

　　分析圖2所示的各個(gè)信號燈時(shí)序圖表，可以總結(jié)出各個(gè)信號燈的明滅規(guī)律如下：

　　(1)東西綠燈從第0 s時(shí)刻開始，亮25 s、閃爍3 s、滅27 s;再亮25 s、閃爍3 s、滅27 s;如此循環(huán)。

　　(2)東西黃燈從第28 s開始.亮2 s、滅53 s;再亮2 s、滅53 s;如此循環(huán)。

　　(3)東西紅燈從第0 s時(shí)刻開始，滅30 s、亮25 s;再滅30 s、亮25 s;如此循環(huán)。

　　(4)南北綠燈從第30 s時(shí)刻開始，亮20 s、閃爍3 s、滅32 s;再亮20 s、閃爍3 s、滅32 s;如此循環(huán)。

　　(5)南北黃燈從第0 s時(shí)刻開始，滅53 s、亮2 s;再滅53 s、亮2 s;如此循環(huán)。

　　(6)南北紅燈從第0 s時(shí)刻開始，亮30 s、滅25 s;再亮30 s、滅25 s;如此循環(huán)。

　　2 PLC自定義時(shí)鐘脈沖

　　2.1 PLC時(shí)鐘脈沖

　　PLC時(shí)鐘脈沖是指通過輸出繼電器輸出呈現(xiàn)周期性變化的方波信號。周期性是時(shí)鐘脈沖信號的基本特點(diǎn)，描述PLC脈沖信號有周期丁和占空比D兩個(gè)基本參數(shù)，及ON時(shí)段t1、OFF時(shí)段t2兩個(gè)二級參數(shù)。ON時(shí)段t1與OFF時(shí)段t2之和為時(shí)鐘脈沖的周期，即T=t1+t2。占空比是指ON時(shí)段t1在一個(gè)周期T內(nèi)所占的時(shí)間比率，即占空比D=t1/T=t1/(t1+t2)。

　　三菱FX2N型PLC的特殊輔助繼電器M8011，M8012，M8013，M8014提供了周期為0.01 s，0.1 s，1.0 s，60 s四種時(shí)鐘脈沖，占空比都為50%，輸出都是先ON后OFF。這些PLC固有時(shí)鐘脈沖顯然無法滿足本文交通紅綠燈時(shí)序控制的這一類對輸出ON/OFF先后有要求的、ON時(shí)段t1、OFF時(shí)段t2可任意設(shè)定的時(shí)序控制問題，這就需要開發(fā)設(shè)計(jì)出此類時(shí)序控制要求的自定義時(shí)鐘脈沖程序。

　　2.2 PLC自定義時(shí)鐘脈沖的概念和基本特點(diǎn)

　　如圖3所示，自定義時(shí)鐘脈沖是指可定義周期T、占空比D(即定義了ON時(shí)段t1、OFF時(shí)段t2)、并對輸出ON/OFF信號的先后可控的時(shí)鐘脈沖。

　　自定義時(shí)鐘脈沖程序段應(yīng)該具備兩個(gè)基本特點(diǎn)：一是程序結(jié)構(gòu)的固定性，能作為子程序靈活引用。二是程序參數(shù)修改的靈活性，能根據(jù)控制對象在不改變程序結(jié)構(gòu)的情況下通過設(shè)定值的改變快速實(shí)現(xiàn)周期T、占空比D、及ON/OFF輸出先后的設(shè)定。

　　2.3 PLC自定義時(shí)鐘脈沖程序設(shè)計(jì)

　　自定義時(shí)鐘脈沖程序設(shè)計(jì)如圖4所示，圖4(a)所示為程序先輸出ON信號，圖4(b)所示為程序先輸出OFF信號。對比圖4(a)和圖4(b)可以發(fā)現(xiàn)，與輸出繼電器Y000串聯(lián)的定時(shí)器T0輔助觸點(diǎn)狀態(tài)將決定：

　　(1)輸出ON為先還是OFF為先。

　　(2)定時(shí)器T0和T1控制ON時(shí)段t1和OFF時(shí)段t2的分工。如圖4(a)所示，與輸出繼電器Y000串聯(lián)T0動(dòng)斷觸點(diǎn)時(shí)，則先輸出ON信號，后輸出OFF信號，T0控制ON時(shí)段t1，T1控制OFF時(shí)段t2。圖4(b)所示圖中，與輸出繼電器Y000串聯(lián)T0動(dòng)合觸點(diǎn)時(shí)，則先輸出OFF信號，后輸出ON信號，T0控制OFF時(shí)段t2，T1控制ON時(shí)段t1。