智能交通灯的模拟控制设计 第2页
图2 控制器硬件接线原理图
1.2 控制器的软件设计
控制器的工作原理。控制器接通电源，按下启动按钮，开始工作。首先东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮(亮灯延时时间由队长决定)，当东西方向绿灯最后3s时闪烁3次转黄灯亮3s;接着东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮(亮灯延时时间由队长决定)，当南北方向绿灯最后3s时闪烁3次转黄灯亮3s;接着又转东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，如此循环，直到按下停止按钮结束。显示时间最短为15s，最长为60s。
通过X2-X11可测出每个车道上的车辆数即队长，经过比较得出当前绿灯方向和当前红灯方向处于检测区的最大车辆数，再通过查表得出绿延时t2。因此，交通灯控制程序主要由队长数据采集程序、绿延时查表程序、灯亮程序和时间显示程序组成。下面主要介绍绿延时查表程序和时间显示程序。
延时查表程序:将固定的最小时间t1=15s存入数据寄存器D10，根据模糊控制查询表3得到的绿延时t2存入数据寄存器D11~D31中，经过比较得出的待显示绿灯方向处于检测区的最大车辆数m存入变址寄存器V中，最后将得到的东西方向或南北方向绿灯亮的总时间分别存入数据寄存器D0或D1中，程序梯形图如图3所示。当东西方向黄灯熄灭时，将待显示绿灯方向(南北方向)处于检测区的最大车辆数m(设为12)存入变址寄存器V中，则将D22(10+12=22)中的值25写入D2中，然后加上固定时间15s即40s写入D0中，作为南北方向绿灯(东西方向红灯)的时间显示，D0减去6得34s即D4为绿灯亮时间，然后3s用于绿灯闪烁，3s用于黄灯亮。
图3 南北方向绿延时查表程序
数码显示程序:当东西方向黄灯熄灭时(Y11产生负跳变)，将得到的南北方向总的绿延时时间D0(40s)写入D6中，秒脉冲M8013使D6中的数每秒钟减1，通过BCD码变换指令将D6中的数据转换为BCD码送到输出端Y0~Y7，经过CD4511用于两个七段数码管显示。程序梯形图如图4所示，其中M为辅助继电器。
图4 南北方向时间显示程序
3.2．用PLC内部辅助继电器实现十字路口交通灯顺序控制
上述例子是用状态器S代表步来设计顺序功能图，也就是说要使用步进梯形指令STL。像STL这样专门为顺序控制设计的指令，属于专用指令，只能用于某一厂家某类型号的可编程控制器。也就是说，此类指令的通用性较差。但是，由于此类指令专门为顺序控制设计提供的，具有使用方便、容易掌握和程序较短等优点，应优先采用。
在一些低档的可编程控制器中，也许没有为顺序控制专门设计的指令，在这种情况下，我们可以用PLC内部辅助继电器M代表步来设计顺序功能图。这种方法与上述顺序功能图方法功能相似，但又有不同的地方。我们把这种方法叫模拟状态图法，此方法比顺序功能图更具有普遍性。模拟状态图的设计不必考虑约束条件，象顺序功能图一样方便，且又包含所有状态图的优点。
1、模拟状态图
下图3a为FX1系列PLC的状态图(顺序功能图的一步)，图3b为其对应的模拟状态图。
图3 FX1系列PLC的状态图及模拟状态图
图3a的程序（上一状态自动复位）为 LD X0 SET S30 、STL S30 、OUT Y0 、LD X1．．．．。
在图3b中，当条件满足时，进入M30状态，由于没有自动复位功能，所以必须增加复位指令，以使上一状态复位，程序为RST M29、LD X0、SET M30、LD M30 、OUT Y0、LD M30 、AND X1．．．。图中的小圆圈，表示上一状态要复位，在不需要复位时，不必画小圆圈，需要复位时，再画出，也可用此状态的常闭触头与上一状态线圈串联实现上一状态的自动复位。
在模拟状态图中，由于不能使用状态图中的STL指令，所以输出端的每一个出线，在实际编程时要用LD MXX程序。如上面的程序中，一条出线为输出辅助继电器Y0，另一条为过渡至下一状态的出线。
为实现调整控制和其他控制共用同一个输出辅助继电器，在模拟状态图中作如下规定：如图3c Ａ支路与Ｂ支路并联，实点表示并联，Ｂ支路中短线及上面的一个实点表示起点，相当于母线。
综上所述，模拟状态图是在状态图的基础上加以改进、完善发展起来的，尽管模拟状态图比状态图多了一个复位指令，但是通过和状态图比较就很容易理解，给设计人员、维修人员读图带来了方便。任何一个可编程控制器的编程语言都具有线圈和触点，而起保停电路只由触点和线圈组成且具有记忆功能，因此用辅助继电器M代表步设计顺序功能图以及使用启保停电路对其梯形图转换是通用性较强的一种顺控设计方法。
2、用模拟状态图法实现十字路口交通灯顺序控制
根据上述模拟状态图的表示方法，很快就可以画出十字路口交通灯顺序控制模拟状态图如下图4，根据状态图，就会很快设计出对应的梯形图。为了避免双线圈输出，可用M20和M21的辅助常开触点并联控制Y0的线圈，同理，用M20、M21、M22的辅助常开触点并联控制Y5的线圈，Y2和Y3的线圈类似。在此就不画梯形图了。虽然模拟状态图对应的梯形图或程序可能比功能图的要长，但熟练的操作员根据模拟状态图，可以很快就将模拟状态图转换成对应的梯形图或程序。由于程序太长，部分程序如下：
LD M8002 OUT Y0
SET M10 OUT Y5
LD M10 OUT T0
RST C0 K100
RST C1 RST M20
RST M20 LD T0
RST M21 SET M21
RST M22 LD M21
RST M23 OUT Y5
RST M24 ．
RST M25 ．