Управление трехцветными светофорами

Постановка задачи: организовать управление трехцветными светофорами на перекрестке двух дорог.

Входные сигналы ПЛК, используются дискретные входы:

• • Вход № 1 — тумблер включения светофоров;
• • Вход № 2 — кнопка «Отдать приоритет дороге 1»;
• • Вход № 3 — кнопка «Отдать приоритет дороге 2»;
• • Вход № 4 — кнопка «Отдать равные приоритеты дорогам»;
• • Вход № 5 — датчик включения зеленого сигнала на дороге 1 (состояние включено говорит о том, что сигнал зажегся);
• • Вход № 6 — датчик включения красного сигнала на дороге 1;
• • Вход № 7 — датчик включения зеленого сигнала на дороге 2;
• • Вход № 8 — датчик включения красного сигнала на дороге 2.

Выходные сигналы, используются дискретные выходы:

• • Выход № 1 — включение зеленого сигнала на дороге 1;
• • Выход № 2 — включение желтого сигнала на дороге 1;
• • Выход № 3 — включение красного сигнала на дороге 1;
• • Выход № 4 — включение зеленого сигнала на дороге 2;
• • Выход № 5 — включение желтого сигнала на дороге 2;
• • Выход № 6 — включение красного сигнала на дороге 2;
• • Выход № 7 — сигнал о неисправности.

Светофор должен управляется согласно следующим правилам (все интервалы времени уменьшены по сравнению с реальными для более быстрой отладки приложения, также пропущен этап мигания зеленого сигнала перед переходом на желтый):

• 1) работа светофоров осуществляется при только включенном тумблере включения светофоров, если он выключен, светофоры должны быть выключены;
• 2) переключение сигналов от зеленого к красному осуществляется с участием желтого сигнала, желтый должен гореть 2 с. Переключение от красного к зеленому происходит напрямую;
• 3) пока горит зеленый или желтый сигнал для одной из дорог, для другой должен гореть красный;
• 4) для случая с равными приоритетами зеленый свет для обоих дорог поджигается на 10 с;
• 5) в случае приоритета дороги 1 для нее зеленый сигнал должен гореть 15 с, а для дороги 2 — всего 5 с;
• 6) аналогично в случае приоритета дороги 2, для нее зеленый сигнал должен гореть 15 с, а для дороги 1 — всего 5 с;
• 7) при включении красных и зеленых сигналов на обеих дорогах необходимо проверять исполнение их светофорами по соответствующим датчикам включения. Если исполнения любого из четырех сигналов не происходит, светофоры необходимо перевести в режим нерегулируемого перекрестка;
• 8) в режиме нерегулируемого перекрестка все светофоры должны мигать желтым сигналом с периодом 0,5 с (0,25 с «включено» и 0,25 с «выключено»). Кроме того, должен быть включен сигнал о неисправности. Выход из данного режима происходит при выключении тумблера включения светофоров.

Анализ задачи. Сложные задачи обычно решаются разбиением на простые части или так называемые стадии состояния объекта. Данную задачу можно решить и без этого, но для примера проведем такое разбиение.

В данном случае можно выделить три состояния светофора:

• 1) ожидание пуска;
• 2) нормальный режим работы;
• 3) режим нерегулируемого перекрестка.

В нормальном режиме работы также можно выделить три разных режима, для каждого из приоритетов. Но в данном случае это создаст лишние сложности, и текст программы этих режимов почти совпадет, кроме интервалов уставок таймеров, поэтому трех описанных выше состояний будет достаточно.

Далее необходимо продумать условия перехода между состояниями. В данном случае получаются четыре перехода:

• 1) из ожидания пуска в нормальный режим работы по включению входа 1;
• 2) из нормального режима работы в ожидание пуска по выключению входа 1;
• 3) из нормального режима работы в режим нерегулируемого перекрестка при не срабатывании кого-либо датчика обратной связи;
• 4) из режима нерегулируемого перекрестка в ожидание пуска по выключению входа 1.

Все условия довольно просты, кроме третьего, рассмотрим его более подробно. По сути оно означает, что необходимо при подачи команды на включение какого-либо из зеленых и красных сигналов через небольшой промежуток времени проверить включение соответствующего этому сигналу датчика. Для простоты отладки примем этот промежуток времени равным 1 с. Результат можно представить в виде графической схемы переходов (рис. 6.28).

Рис. 6.28. Графическая схема переходов между состояниями светофоров

Теперь необходимо составить таблицу соответствия сигналов входам ПЛК. В качестве примера реализации снова рассмотрим ПЛК DL205 с модулем ЦПУ DL240 (табл. 6.2).

Соответствие логических имен переменных входов/выходов ПЛК DL205 с подключенным оборудованием

Таблица 6.2

Осталось определиться с режимом работы светофоров по умолчанию, поскольку в условии он не указан. Допустим, это будет режим равных приоритетов.

Решение задачи. Часть программы, отвечающая за переключение режимов работы светофоров, приведена на рис. 6.29. Также на этом рисунке показана первая стадия — ожидания пуска.

Рис. 6.29. Переключение режимов работы светофоров и стадия пуска

Разберем эту часть программы более подробно. Для изменения интервалов времени работы сигналов светофора в память ПЛК записываются пороги сравнения. Для измерения длительности включения сигналов будет использоваться таймер TMR, у которого дискрета счета — 0,1 с. Поэтому все интервалы времени домножаются на 10, т. е. для 5 с в память ПЛК пишется 50, для 10 — 100 и для 15 — 150. В память также записывается еще одна величина — нужный интервал времени, увеличенный на 2 с, это необходимо для организации работы желтого света, этот интервал также домножается на 10. Для записи числа в ячейку памяти в ПЛК DL205 нужно применять две последовательные команды LD и OUT в прямоугольной рамке. LD загружает указанное в ней число в регистр процессора ПЛК, который называется аккумулятором. Команда OUT в прямоугольной рамке выводит числа, лежащие в аккумуляторе, по указанному в команде адресу памяти. SP0 — это внутренний флаг ПЛК, состояние «включено» говорит о том, что программа проходит первый цикл после включения ПЛК либо после записи в ПЛК новой программы. В остальных случаях этот флаг выключен.

Строка № 1 — при прохождение первого цикла либо при нажатии на кнопку «Отдать равные приоритеты» в память загружаются числа, соответствующие интервалам 10 и 12 с.

Строка № 2 — при нажатии на кнопку «Отдать приоритет дороге 1» в память загружаются числа, соответствующие интервалам 5 и 7 с.

Строка № 3 — при прохождении первого цикла либо при нажатии на кнопку «Отдать приоритет дороге 2» в память загружаются числа, соответствующие интервалам 15 и 17 с.

Строка № 4 — указатель стадии SO «Ожидание пуска», данная стадия является начальной (ISG), т. е. после запуска ПЛК либо после записи в ПЛК новой программы она будет активной. Программируемый логический контроллер исполняет только активные стадии, команды в неактивных стадиях пропускаются.

Строка № 5 — проверка на включение тумблера включения светофоров. Если он включен, то осуществляется переход на стадию S1, нормальный режим работы. Переход JMP активирует указанную в нем стадию и деактивирует текущую.

Часть программы, отвечающая за переключение сигналов светофоров, приведена на рис. 6.30. Она основана на одном таймере TMR, текущее значение счетов которого сравнивается с порогами переключения сигналов. Общее время цикла работы светофоров равно 24 с, это значение указано как уставка для таймера. При достижении уставки таймер сбрасывается, что и обеспечивает цикличность работы светофоров.

Разберем эту часть программы более подробно.

Строка № 6 — указатель стадии S1 «Нормальный режим работы».

Рис. 6.30. Начало стадии «Нормальный режим работы», управление сигналами светофоров

Строка № 7 — запускается таймер ТО с уставкой 24 с (20 с на работу зеленого и красного сигналов на дорогах и еще 2 + 2 с на работу желтого сигнала). Флаг SP1 всегда включен, т. е таймер всегда будет активен, когда активна стадия S1. Данный ПЛК не позволяет использовать действия без условий внутри текста программы, поэтому приходится использовать флаг SP1. Также предварительно все сигналы светофора с Y0 но Y6 устанавливаются в состояние «выключено».

Строка № 8 — при достижении таймером ТО уставки производится его сброс.

Строка № 9 — текущее количество счетов таймера сравнивается с первым порогом, если меньше него, включается зеленый сигнал для дороги 1 (Y0) и красный сигнал для дороги 2 (Y5).

Строка № 10 — текущее количество счетов таймера проверяется на вхождение в интервал от первого до второго порога, если оно входит в интервал, включается желтый сигнал для дороги 1 (Y1) и красный сигнал для дороги 2 (Y5).

Строка № 11 — текущее количество счетов таймера проверяется на вхождение в интервал от второго порога до 22 с, если оно входит в интервал, включается красный сигнал для дороги 1 (Y2) и зеленый сигнал для дороги 2 (Y3).

Строка № 12 — если текущее количество счетов таймера больше 220 (22 с), то включается красный сигнал для дороги 1 (Y2) и желтый сигнал для дороги 2 (Y4).

Рис. 6.31. Конец стадии «Нормальный режим работы», обработка сигналов от датчиков

Следующая часть программы (рис. 6.31) обеспечивает обработку сигналов обратной связи от датчиков включения сигналов светофора.

Строки № 13—16 — при выдаче команды на включение красных и зеленых сигналов на дорогах запускается соответствующий этому сигналу таймер с уставкой в 1 с.

Строка № 17 — проверяется статус каждого из таймеров и включение соответствующего датчика обратной связи. Если какой-либо таймер досчитал до уставки и при этом с соответствующего датчика нет сигнала о включении нужного света светофоров, происходит переход на стадию S2 «Режим нерегулируемого перекрестка».

Строка № 18 — при выключении тумблера «включения светофоров» осуществляется переход на стадию SO «Ожидание пуска», все сигналы светофора сбрасываются.

Код стадии «Режим нерегулируемого перекрестка» приведен на рис. 6.32.

Рис. 6.32. Стадия «Режим нерегулируемого перекрестка»

Строка № 19 — указатель стадии S2 «Режим нерегулируемого перекрестка».

Строка № 20 — запускается таймер TMRF Т5 с уставкой 5 с. Используется таймер с дискретой счета 0,01 с, поскольку нам нужно отмерять интервалы времени длиной в 0,25 с. Также здесь включается «сигнал о неисправности» Y6 и предварительно сбрасываются остальные сигналы светофора.

Строка № 21 — при достижении таймером Т5 уставки производится его сброс.

Строка № 22 — если количество счетов таймера Т5 меньше 25 (0,25 с), включаются желтые сигналы на обеих дорогах.

Строка № 23 — при выключении тумблера включения светофоров осуществляется переход на стадию S0 «Ожидание пуска», все сигналы светофора сбрасываются.