Fl-20MR PLC在交通信号灯自动控制中的应用

    一、应用背景与需求    城市交通指挥系统中的许多设备也需要实现自动化控制，PLC在其中的应用也越来越多。以交通指挥信号灯的控制为例，它用于维持城市交通道路十字路口的交通秩序，在每个方向都有红、黄、绿三种指挥灯，信号灯受一个启动开关控制，当按下启动按钮，信号灯系统开始工作，直至按下停止按钮开关，系统停止工作。    图8.10就是城市交通指挥信号灯的一个简单示意图。本例就此系统，讨论PLC在交通指挥信号灯自动控制中的应用问题。
    图8.10    交通指挥信号灯示意图    二、交通信号灯PLC控制系统分析与设计    1．控制要求分析    在交通指挥信号灯控制系统工作时，对指挥灯的控制按一定的时序要求进行，如图8.11所示。    根据图8.11可知。    ·南北方向绿灯和东西方向绿灯不能同时亮。如果同时亮，则应自动立即关闭信号灯系统，并立即发出报警信号。    · 系统工作后，首先南北红灯亮并维持25s;在此同时，东西绿灯亮，并维持20s时间，到20s时，东西绿灯闪亮，闪亮3s后熄灭。    ·在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持2s。到2s时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。    · 东西红灯亮，并维持30s;在此同时，南北绿灯亮，并维持25s;然后，南北绿灯闪亮3s后熄灭。    ·南北绿熄灭时，南北黄灯亮维持2s后熄灭；同时南北红灯亮，东西绿灯亮。至此，结束一个工作循环。    两个方向的信号灯，应按上面的要求周而复始地进行工作。
    图8.11    交通信号灯的时序状态示意图    2．PLC选型及I/O地址定义    根据对交通指挥信号灯控制系统控制要求的分析，系统采用自动工作方式，其输入信号有系统开启、停止按钮信号：输出信号有东西方向、南北方向各两组指示灯驱动信号和故障指示灯驱动信号。由于每一方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯同时工作，为节省输出点数，可采用并联输出方法。由此可知，系统所需的输入点数为2，输出点数为7，全部是开关量。    根据以上分析，此系统属小型单机控制系统，其中控制器的选型范围较宽，可以选用三菱公司的F1系列PLC。    F1系列PLC是三菱公司的低档机，属于整体式结构，可以配置不同的单元：基本单元、扩展单元和特殊单元。基本单元内含有CPU、存储器和I/O电路，其输入为12点，输出为8点；要增加系统的I/O点数，可以连接扩展单元；要增加系统的控制功能，则可以连接相应的特殊单元。    在本系统中，配置基本单元就可以满足控制要求，即选用F1-20MR型PLC作为控制器构成交通指挥信号灯的控制系统。    PLC控制系统的I/O地址定义如表8.5所示。    表8.5    PLC的I/O地址定义表
    根据I/O地址的定义，PLC外部输入输出信号的接线如图8.12所示。其中，每一方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯并联，用PLC的同一个输出端口，从而减少了对PLC输出点数目的要求。
    图8.12    系统的I/O接线图    三、交通信号灯PLC控制梯形图设计    根据对交通信号灯的控制要求及PLC控制系统的I/O地址的定义，可进行控制程序的设计，设计的梯形图程序如图8.13所示，说明如下。    · 当按下启动按钮，X400接通，辅助继电器线圈M100得电，Y032线圈得电，南北红灯亮；与此同时，Y032的常开接点闭合，Y034线圈得电，东西绿灯亮。    ·延时20s后，T556的常开接点接通，与该接点串联的T452的常开接点产生0,5s接通和0.5s断开的时钟脉冲信号，从而使东西绿灯闪烁。    ·再过3s，T557的常闭接点断开，Y034线圈失电，东西绿灯熄灭。此时T557的常开接点闭合，Y035线圈接通，东西黄灯亮。    ·再过2s后，T555的常闭接点断开，Y035线圈失电，东西黄灯灭，这时启动T550进行延时。    ·延时25s后，T550的常闭接点断开，Y032线圈失电，南北红灯灭；同时，T550的常开接点闭合，Y036接通，东西红灯亮；由于Y036的常开接点闭合，Y030线圈得电，南北绿灯亮。    南北绿灯工作25s后，系统的工作情况与上述情况类同。    如果发生南北、东西绿灯同时亮，则系统出现故障，应立即报警处理。当系统需要停止工作时，只要按下停止按钮即可。
    图8.13    梯形图    四、总结与评价    本例分析了城市交通指挥信号灯的控制问题，给出了PLC控制系统方案和控制程序。实践证明，采用PLC对交通指挥信号灯的自动控制是完全可行的。    在实际应用中，采用PLC控制城市交通指挥信号灯，还能容易地随时修改控制程序，以改变各信号灯的工作时间和工作状况，满足不同交通路况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具备更大的灵活性和通用性。