摘要：以三菱FX2N型PLC為控制核心元件，通過對交通十字路口紅綠燈時序控制分析，設計開發(fā)了基于定時器的自定義時鐘脈沖程序段，再以自定義時鐘脈沖程序段作為程序基本單元開發(fā)設計出十字路口紅綠燈的控制程序，程序結構簡單、思路清晰，自定義時鐘脈沖可以推廣應用于解決各種有規(guī)律循環(huán)變化的時序控制問題。
關鍵詞：FX2N；PLC；自定義時鐘脈沖；紅綠燈控制

    隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，城市規(guī)模也不斷擴大，城市交通也日益繁忙，作為保障了城市交通安全、有序、快速運行的紅綠燈的控制問題，是城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。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行修改。以PLC定時器構成的自定義時鐘脈沖程序段作為程序基本單元設計的交通紅綠燈控制程序結構簡單、思路清晰，在不改變程序結構的情況下，通過定時器設定值的調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計思路和控制方案。

1 工作任務與時序分析
1．1 工作任務
    如圖1所示，十字路口分別在東西方向和南北方向裝設兩組紅綠燈，控制要求如下：當按下啟動按鈕SB1時，信號燈開始工作，東西方向綠燈、南北方向紅燈同時亮。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時結束運行為止。

1．2 時序分析
    分析圖2所示的各個信號燈時序圖表，可以總結出各個信號燈的明滅規(guī)律如下：
    (1)東西綠燈從第0 s時刻開始，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自定義時鐘脈沖
2．1 PLC時鐘脈沖
    PLC時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。周期性是時鐘脈沖信號的基本特點，描述PLC脈沖信號有周期丁和占空比D兩個基本參數(shù)，及ON時段t1、OFF時段t2兩個二級參數(shù)。ON時段t1與OFF時段t2之和為時鐘脈沖的周期，即T=t1+t2。占空比是指ON時段t1在一個周期T內所占的時間比率，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四種時鐘脈沖，占空比都為50％，輸出都是先ON后OFF。這些PLC固有時鐘脈沖顯然無法滿足本文交通紅綠燈時序控制的這一類對輸出ON／OFF先后有要求的、ON時段t1、OFF時段t2可任意設定的時序控制問題，這就需要開發(fā)設計出此類時序控制要求的自定義時鐘脈沖程序。
2．2 PLC自定義時鐘脈沖的概念和基本特點
    如圖3所示，自定義時鐘脈沖是指可定義周期T、占空比D(即定義了ON時段t1、OFF時段t2)、并對輸出ON／OFF信號的先后可控的時鐘脈沖。

    自定義時鐘脈沖程序段應該具備兩個基本特點：一是程序結構的固定性，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)控制對象在不改變程序結構的情況下通過設定值的改變快速實現(xiàn)周期T、占空比D、及ON／OFF輸出先后的設定。
2．3 PLC自定義時鐘脈沖程序設計
    自定義時鐘脈沖程序設計如圖4所示，圖4(a)所示為程序先輸出ON信號，圖4(b)所示為程序先輸出OFF信號。對比圖4(a)和圖4(b)可以發(fā)現(xiàn)，與輸出繼電器Y000串聯(lián)的定時器T0輔助觸點狀態(tài)將決定：

    (1)輸出ON為先還是OFF為先。
    (2)定時器T0和T1控制ON時段t1和OFF時段t2的分工。如圖4(a)所示，與輸出繼電器Y000串聯(lián)T0動斷觸點時，則先輸出ON信號，后輸出OFF信號，T0控制ON時段t1，T1控制OFF時段t2。圖4(b)所示圖中，與輸出繼電器Y000串聯(lián)T0動合觸點時，則先輸出OFF信號，后輸出ON信號，T0控制OFF時段t2，T1控制ON時段t1。

3 基于自定義時鐘脈沖的交通紅綠燈控制設計
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接啟動按鈕SB1、X1接停止按鈕SB2。輸出繼電器Y0～Y5分別接6組信號燈，以實現(xiàn)對6組信號燈的時序控制。
3．2 控制程序設計
    根據(jù)1．2節(jié)時序分析，該交通紅綠燈的時序控制可由自定義時鐘脈沖輕松解決。東西、南北綠燈在ON結束后緊跟3 s閃爍。綠燈時序控制可由兩組自定義時鐘脈沖程序段組合控制。東西、南北紅燈明滅情況剛好相反，可由一組自定義時鐘脈沖程序段關聯(lián)控制。這樣6組信號燈可由緊密配合的7個自定義時鐘脈沖完成時序控制。7個自定義時鐘脈沖程序段的基本參數(shù)及配合關系詳見表1。

    根據(jù)表1即可設計出交通紅綠燈PLC控制程序如圖6所示。

4 結語
    由于使用了自定義時鐘脈沖程序段來實現(xiàn)交通信號燈的時序控制，使得控制程序結過簡單，易于修改。如果需要改變東西、南北方向通行時間，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定時器的設定值即可實現(xiàn)。自定義時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時段t1、OFF時段t2的方波脈沖信號這一類問題，將其作為一個子程序應用于工業(yè)控制中，可使PLC控制程序設計結構化、簡單化。