基于自定義時(shí)鐘脈沖的交通紅綠燈控制設(shè)計(jì) - 全文

　　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(jiǎn)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(hào)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(hào)燈時(shí)序圖表，可以總結(jié)出各個(gè)信號(hào)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(hào)。周期性是時(shí)鐘脈沖信號(hào)的基本特點(diǎn)，描述PLC脈沖信號(hào)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(jí)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(duì)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(duì)輸出ON/OFF信號(hào)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(duì)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(hào)，圖4(b)所示為程序先輸出OFF信號(hào)。對(duì)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(hào)，后輸出OFF信號(hào)，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(hào)，后輸出ON信號(hào)，T0控制OFF時(shí)段t2，T1控制ON時(shí)段t1。

　　3 基于自定義時(shí)鐘脈沖的交通紅綠燈控制設(shè)計(jì)

　　3.1 控制I/O接線圖

　　交通紅綠燈PLC控制I/O接線如圖5所示。

　　采用三菱FX2N-16MR型PLC。輸入繼電器X0接啟動(dòng)按鈕SB1、X1接停止按鈕SB2。輸出繼電器Y0～Y5分別接6組信號(hào)燈，以實(shí)現(xiàn)對(duì)6組信號(hào)燈的時(shí)序控制。

　　3.2 控制程序設(shè)計(jì)

　　根據(jù)1.2節(jié)時(shí)序分析，該交通紅綠燈的時(shí)序控制可由自定義時(shí)鐘脈沖輕松解決。東西、南北綠燈在ON結(jié)束后緊跟3 s閃爍。綠燈時(shí)序控制可由兩組自定義時(shí)鐘脈沖程序段組合控制。東西、南北紅燈明滅情況剛好相反，可由一組自定義時(shí)鐘脈沖程序段關(guān)聯(lián)控制。這樣6組信號(hào)燈可由緊密配合的7個(gè)自定義時(shí)鐘脈沖完成時(shí)序控制。7個(gè)自定義時(shí)鐘脈沖程序段的基本參數(shù)及配合關(guān)系詳見表1。

　　根據(jù)表1即可設(shè)計(jì)出交通紅綠燈PLC控制程序如圖6所示。

　　4 結(jié)語

　　由于使用了自定義時(shí)鐘脈沖程序段來實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的時(shí)序控制，使得控制程序結(jié)過簡(jiǎn)單，易于修改。如果需要改變東西、南北方向通行時(shí)間，不用改變圖6所示的控制程序梯形圖，只需修改梯形圖中各個(gè)定時(shí)器的設(shè)定值即可實(shí)現(xiàn)。自定義時(shí)鐘脈沖程序可以解決工業(yè)控制中需要循環(huán)輸出固定ON時(shí)段t1、OFF時(shí)段t2的方波脈沖信號(hào)這一類問題，將其作為一個(gè)子程序應(yīng)用于工業(yè)控制中，可使PLC控制程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化、簡(jiǎn)單化。