一、問題的提出
大家肯定都通過過十字路口，均經(jīng)歷過交通燈的控制。那么控制系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)紅、綠、黃三種顏色信號(hào)燈有條不紊工作的呢？通過本模塊的學(xué)習(xí)，大家就可掌握應(yīng)用可編程控制的基本指令來實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的基本功能。
圖 1 是十字路口交通信號(hào)燈示意圖。信號(hào)燈的動(dòng)作受開關(guān)總體控制，按一下起動(dòng)按鈕，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)動(dòng)作；按一下停止按鈕，所有信號(hào)燈都熄滅。信號(hào)燈控制的具體要求如表 1 所示。
圖 1 交通燈示意圖
表 1 交通燈控制要求
東西
信號(hào)
綠燈亮
綠燈閃
黃燈亮
紅燈亮
時(shí)間
25s
3s
2s
30s
南北
信號(hào)
紅燈亮
綠燈亮
綠燈閃
黃燈亮
時(shí)間
30s
25s
3s
2s
二、硬件及外圍元器件
根據(jù)信號(hào)燈的控制要求，本模塊所用的器件有：起動(dòng)按鈕 sb 1 ，停止按鈕 sb 2 ，紅黃綠色信號(hào)燈各四只，輸入 / 輸出端口接線如圖 2 所示。
由圖可見：起動(dòng)按鈕 sb 1 接于輸入繼電器 x0 端，停止按鈕 sb 2 接于輸入繼電器 x1 端，東西方向的綠燈接于輸出繼電器 y0 端，東西方向黃燈接于輸入繼電器 y1 端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器 y2 端，南北方向綠燈接于輸出繼電器 y4 端，南北方向的黃燈接于輸出繼電器 y5 ，南北方向紅接于輸出繼電器 y6 。將輸出端的 com1 及 com2 用導(dǎo)線相連，輸出端的電源為交流 220v 。如果信號(hào)燈的功率較大，一個(gè)輸出繼電器不能帶動(dòng)兩只信號(hào)燈，可以采用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一只信號(hào)燈，也可以采用輸出繼電器先帶動(dòng)中間繼電器，再由中間繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈。
圖 2 輸入 / 輸出接線圖
三、軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)十字路口交通信號(hào)燈的控制要求，可作出信號(hào)燈的控制時(shí)序圖如圖 3所示。
圖 3 交通信號(hào)燈控制的時(shí)序圖
本模塊我們采用基本邏輯的編程實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的控制。燈亮采用編程軟件定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，燈閃采用由定時(shí)器組成的脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在我們來分析一下由 t 10 及 t 11 組成脈沖發(fā)生器的梯形圖。
圖 4 周期為 1 秒的脈沖發(fā)生器
圖 5 t10 觸點(diǎn)的脈沖波形
由圖 4 可知，當(dāng) m100 閉合時(shí)， t 10 得電，延時(shí) 0.5 秒后， t 10 觸點(diǎn)閉合，定時(shí)器 t 11 得電，延時(shí) 0.5 秒后，其常閉觸點(diǎn) t 11 斷開， t 10 線圈失電，其觸點(diǎn) t 10 斷開，而定時(shí)器 t 10 再次得電， 0.5 秒后， t 10 再次閉合……，如此周而復(fù)始，即可得到 t 10 觸發(fā)的工作波形如圖 5 所示。
圖 6 為用基本邏輯指令編制的梯形圖，其對(duì)應(yīng)的指令表于表 2 中。
圖 6 交通信號(hào)燈控制的梯形圖
工作時(shí)，可編程控制器處于運(yùn)行狀態(tài)，按動(dòng)起動(dòng)按鈕 sb 1 ，則輔助繼電器 m10 得電并自鎖，由梯形圖可知，首先接通輸出繼電器 y6 ，及 y0 ，使得南北方向的紅燈亮、東西方向的綠燈亮。大家根據(jù)梯形圖的文字說明及圖 3 的時(shí)序圖，不難分析交通信號(hào)燈的整個(gè)周期工作過程。
按停止按鈕 sb 2 ，則輔助繼電器 m100 斷電并解除自鎖，整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行，所有信號(hào)燈熄滅。
表 2 交通信號(hào)燈控制梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表
指令程序
指令程序
指令程序
指令程序
0 ld x0
19 out t3
40 out y6
56 ani t6
1 or m100
k 30
41 ld t0
57 and t10
2 ani x1
22 ld t3
42 out y2
58 orb
3 out m100
23 out t4
43 ld y6
59 out y4
4 ld m100
k 20
44 ani t2
60 ld t6
5 ani t1
26 ld t0
45 ld t2
61 ani t7
6 out t0
27 out t5
46 ani t3
62 out y5
k 300
k 250
47 and t10
63 ld m100
9 ld t0
30 ld t5
48 orb
64 ani t11
10 out t1
31 out t6
49 out y0
65 out t10
k 300
k 30
50 ld y3
k 5
13 ld m100
34 ld t6
51 ani t4
68 ld t10
14 ani t0
35 out t7
52 out y1
69 out t11
15 out t2
k 20
53 ld y2
k 5
k 250
38 ld m100
54 ani t5
72 end
18 ld t2
39 ani t0
55 ld t5
四、知識(shí)點(diǎn)的擴(kuò)展
1 、定時(shí)器的延時(shí)擴(kuò)展
定時(shí)器的記時(shí)時(shí)間都有一個(gè)最大值，如 100ms 的定時(shí)器最大記時(shí)時(shí)間為 32767.7s 。如工程中所需的延時(shí)時(shí)間大于這個(gè)數(shù)值怎么辦，一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法是采用定時(shí)器接力方式，即先啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器記時(shí)，記時(shí)時(shí)間到時(shí)，用第一只定時(shí)器的常開觸點(diǎn)啟動(dòng)第二只定時(shí)器，再使用第二只定時(shí)器啟動(dòng)第三只，如此等等。記住使用最后一個(gè)定時(shí)器的觸點(diǎn)去控制最終的控制對(duì)象就可以了。圖 4-5 中的梯形圖既是一個(gè)這樣的例子。
圖 5 定時(shí)器接力獲得長(zhǎng)延時(shí)
圖 6 定時(shí)器配合記數(shù)器獲得長(zhǎng)延時(shí)
上述利用多定時(shí)器的記時(shí)時(shí)間相加獲得長(zhǎng)延時(shí)。此外還可以利用記時(shí)器配合記數(shù)器獲得長(zhǎng)延時(shí)，如圖 6 所示。圖中常開觸點(diǎn) x1 是這個(gè)電路的工作條件，當(dāng) x1 保持接通時(shí)電路工作。
在定時(shí)器 t1 的線圈回路中接有定時(shí)器 t1 的常閉觸點(diǎn)，它使得定時(shí)器 t1 每隔 10s 接通一次，接通時(shí)間為一個(gè)掃描周期。定時(shí)器 t1 的每一次接通都使記數(shù)器 c1 記一個(gè)數(shù)。而當(dāng)記到記數(shù)器的設(shè)定值并使其工作對(duì)象 y0 接通，從 x1 接通為始點(diǎn)的延時(shí)時(shí)間為定時(shí)器的設(shè)定值乘上記數(shù)器的設(shè)定值。 x2 為記數(shù)器 c1 的復(fù)位條件。
2 、分頻器
用 plc 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的任意分頻，圖 7 所示是一個(gè)分頻電路。
圖 7分頻電路
待分頻的脈沖信號(hào)加在 x0 端，在第一個(gè)脈沖信號(hào)到來時(shí)， m100 產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖，使 m100 的常開觸點(diǎn)逼和、閉合一個(gè)掃描周期。這時(shí)確定 y0 狀態(tài)的前提是 y0 置 0 ， m100 置 1 。圖中 y0 工作條件的兩個(gè)支路中 1 號(hào)支路接通， 2 號(hào)支路斷開， y0 置 1 。第一個(gè)脈沖到來一個(gè)掃描周期后， m100 置 0 ， y0 置 1 ，在這樣的條件下分析 y0 的狀態(tài)，第二個(gè)支路使 y0 保持置 1 。當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖到來時(shí)， m100 在產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的單脈沖，這時(shí) y0 置 1 ， m100 也置 1 ，這使得 y0 的狀態(tài)由置 1 變?yōu)橹?0 。第二個(gè)脈沖到來一個(gè)掃描周期后， y0 置 0 且 m100 也置 0 直到第三個(gè)掃描到來時(shí) y0 及 m100 的狀態(tài)和第一個(gè)脈沖到來時(shí)完全相同， y0 的狀態(tài)變化將重復(fù)前邊討論過的過程。通過以上的分析可知， x0 每送兩個(gè)脈沖， y0 產(chǎn)生一個(gè)脈沖，完成了對(duì)輸入信號(hào)的分頻。
3 、微分脈沖電路
微分電路分上升沿微分和下降沿微分脈沖電路，下面分別討論。
上升沿微分脈沖電路， plc 是以循環(huán)掃描方式工作的，在 plc 第一次掃描時(shí)，輸入 x0 由 off 變?yōu)?on 時(shí)， m100 、 m101 線圈接通，但處在第一行的 m101 的常開觸點(diǎn)仍接通，因?yàn)樵撔幸呀?jīng)掃描過了，等到 plc 第二次掃描時(shí)， m101 的觸點(diǎn)才斷開， y0 線圈斷開。 y0 的接通時(shí)間為一個(gè)掃描周期，如圖 8 所示。
圖 8 上升沿微分脈沖電路
下面再介紹一下下降沿微分脈沖電路，如圖 9 所示，當(dāng) x0 由 on 變?yōu)?off 時(shí) m100 接通一個(gè)掃描周期，則 y0 輸出一個(gè)掃描脈沖，具體工作原理，請(qǐng)同學(xué)們自己分析。
圖 9 下降沿微分脈沖電路