一、問題的提出
十字路口車輛穿梳，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多，本子模塊介紹利用步進(jìn)梯形指令單流程編程實現(xiàn)的控制系統(tǒng)。
交通燈的控制要求如下：
（一）、控制開關(guān)
信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當(dāng)按動啟動按鈕時，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)工作，當(dāng)按動停止按鈕時，系統(tǒng)將停止在初始壯態(tài)，即南北紅燈亮，禁止通行；東西綠燈亮，允許通行。
（二）、控制要求
1 、北紅燈亮維持 30 秒，在南北紅燈亮的同時，東西綠燈也亮，并維持 25 秒，到 25 秒時，東西方向綠燈閃，閃亮 3 秒后，綠燈滅。在東西綠燈熄滅的同時，東西黃燈亮，并維持 2 秒，到 2 秒時，東西黃燈滅，東西紅燈亮。同時，南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。
2 、西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒，然后閃亮 3 秒，再熄滅。同時南北方向黃燈亮，并維持 2 秒后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。
接下去周而復(fù)始，直到停止按鈕被按下為止。
信號燈動作系統(tǒng)可用圖 1 狀態(tài)圖表示。
圖 1 交通指揮信號燈狀態(tài)圖
二、硬件及接線
根據(jù)上述要求可見，系統(tǒng)所需紅、綠、黃各 4 只信號燈，本案由兩個信號燈箱實現(xiàn)；系統(tǒng)需要啟動和停止兩個按鈕，由按鈕箱實現(xiàn)。
可編程控制器的輸入 / 輸出端子分配及硬件連接分別由表 1 及圖 2 所示。其中 sa 開關(guān)代表可編程控制器自身的運行開關(guān)。
在本子模塊中，我們采用步進(jìn)梯形指令單流程編程實現(xiàn)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖 3所示。由圖可知，我們把東西和南北方向信號燈的動作視為一個順序動作，每一個時序同時有兩個輸出，一個輸出控制東西方向的信號燈，另一個輸出控制南北方向的信號燈。
三、交通信號燈的軟件設(shè)計
狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖對應(yīng)的步進(jìn)梯形圖如圖 4所示，現(xiàn)簡單分析一下工作原理。當(dāng)啟動按鈕sb1按下時，x0接通，s0置1，系統(tǒng)進(jìn)入s0狀態(tài)，驅(qū)動y6、y0，使南北紅燈及東西綠燈同時亮，y0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件滿足，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)移到s20狀態(tài)，在s20狀態(tài)下，y6、y0仍被驅(qū)動，即南北方向的紅燈及東西方向的綠燈繼續(xù)亮，同時驅(qū)動定時器t0，定時器的設(shè)定時間為25秒，25秒后，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s21，在s21狀態(tài)下，y6繼續(xù)保持，但y0受控于m1，而m1是由兩個定時器t6和t7控制，t6、t7組成一個1秒的震蕩器，即東西方向的綠燈閃亮。在本狀態(tài)下，同時也驅(qū)動定時器t1，定時時間為3秒，3秒時間到，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s22，在s22狀態(tài)下，y6仍然被驅(qū)動，南北方向紅燈繼續(xù)亮，同時驅(qū)動t2、y1，東西方向的綠燈滅，y1口驅(qū)動的是東西方向的黃燈，故東西方向的黃燈亮，綠燈停。t2的定時時間為2秒，2秒時間到，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s23，在s23狀態(tài)下，同時驅(qū)動y2、y4及t3，東西方向的紅蛋亮，南北方向的綠燈亮，t3的定時時間為25秒，25秒時間到，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s24。在s24狀態(tài)下，驅(qū)動y2、t4，東西方向的紅燈繼續(xù)亮，而南北方向的綠燈驅(qū)動口y4受控于m1，m1是震蕩周期為1秒的震蕩器，故南北方向的綠燈閃亮。t4的定時時間是3秒，3秒后，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s25。在s25狀態(tài)下，同時驅(qū)動y2、y5及t5，即東西方向的紅燈、南北的黃燈亮，t5定時器的定時時間為2秒，2秒時間到，定時器的定時時間到，t5的觸點接通，狀態(tài)又重新轉(zhuǎn)移到s0。即南北方向的紅燈、東西方向的綠燈亮，系統(tǒng)將重復(fù)上述的動作順序，周而復(fù)始的繼續(xù)工作。當(dāng)停止按鈕sb2被按下時，軟繼電器m0接通，其常閉觸點m0斷開，系統(tǒng)執(zhí)行一周后，將停留在s0狀態(tài)，及保持南北方向的紅燈、東西方向的綠燈亮。
（一）、 fx 2 的狀態(tài)元件三、知識點的擴展
狀態(tài)元件是構(gòu)成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的基本元素，是可編程控制器的軟元件之一。 fx 2 共有 1000個狀態(tài)元件，其分類、編號、數(shù)量及用途如表1所示。
表1 fx 2 的狀態(tài)元件
類別
元件編號
個數(shù)
用途及特點
初始狀態(tài)
s0～s9
10
用作 sfc的初始狀態(tài)
返回狀態(tài)
s10～s19
10
多運行模式控制當(dāng)中，用作返回原點的狀態(tài)
一般狀態(tài)
s20～s499
480
用作 sfc的中間狀態(tài)
掉電保持狀態(tài)
s500～s899
400
具有停電保持功能，停電恢復(fù)后需繼續(xù)執(zhí)行的場合，可用這些狀態(tài)元件
信號報警狀態(tài)
s900～s999
100
用作報警元件使用
注： 1狀態(tài)的編號必須在指定范圍選擇。
2各狀態(tài)元件的觸點，在plc內(nèi)部可自由使用，次數(shù)不限。
3在不用步進(jìn)順控指令時，狀態(tài)元件可作為輔助繼電器在程序中使用。
4通過參數(shù)設(shè)置，可改變一般狀態(tài)元件和掉電保持狀態(tài)元件的地址分配。
（二）、 fx2系列plc的步進(jìn)順控指令
fx 2 系列 plc的步進(jìn)指令有兩條：步進(jìn)接點指令stl和步進(jìn)返回指令ret。
1、stl：步進(jìn)接點指令 梯形圖符號為
stl指令的意義為激活某個狀態(tài)。在梯形圖上體現(xiàn)為從母線上引出的狀態(tài)接點。stl指令有建立子母線的功能，以使該狀態(tài)的所有操作均在子母線上進(jìn)行。步進(jìn)接點指令在梯形圖中的情況見圖5所示。
圖 5步進(jìn)接點指令stl的符號及含義
2、步進(jìn)返回指令 梯形圖為
ret指令用于返回主母線。使步進(jìn)順控程序執(zhí)行完畢時，非狀態(tài)程序的操作在主母線上完成，防止出現(xiàn)邏輯錯誤。狀態(tài)轉(zhuǎn)移程序的結(jié)尾必須使用ret指令。
（三）、運用狀態(tài)編程思想解決順控問題的方法步驟
為了說明狀態(tài)編程思想，我們先看一個實例：某自動臺車在啟動前位于導(dǎo)軌的中部，如圖 6所示。某一個工作周期的控制工藝要求如下：
a 按下啟動按鈕sb，臺車電機m正轉(zhuǎn)，臺車前進(jìn)，碰到限位開關(guān)sq1后，臺車電機反轉(zhuǎn)，臺車后退。
b 臺車后退碰到限位開關(guān)sq2后，臺車電機m停轉(zhuǎn)，臺車停車，停5s，第二次前進(jìn)，碰到限位開關(guān)sq3，再次后退。
c 當(dāng)后退再次碰到限位開關(guān)sq2時，臺車停止。
圖 4-46自動臺車示意圖
為設(shè)計本控制系統(tǒng)的梯形圖，先安排輸入、輸出口及機內(nèi)器件。臺車由電機 m驅(qū)動，正轉(zhuǎn)（前進(jìn)）由plc的輸出點y1控制，反轉(zhuǎn)（后退）由y2控制。為了解決延時5s，選用定時器t0。將起動按鈕sb及限位開關(guān)sq1、sq2、sq3分別接于x0、x1、x2、x3。
下面我們以臺車往返控制為例，說明運用狀態(tài)編程思想設(shè)計狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（ sfc）的方法和步驟。
1、將整個過程按任務(wù)要求分解，其中的每個工序均對應(yīng)一個狀態(tài)，并分配狀態(tài)元件如下。
a 初始狀態(tài) s0 d 延時5s s22
b 前進(jìn) s20 e 再前進(jìn) s23
c 后退 s21 f 再后退 s24
注意：雖然 s20與s23，s21與s24，功能相同，但它們是狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的不同工序，也就是不同狀態(tài)，故編號也不同。
2、弄清每個狀態(tài)的功能、作用。
s0 plc上電作好工作準(zhǔn)備
s20 前進(jìn)（輸出y1，驅(qū)動電動機m正轉(zhuǎn)）
s21 后退（輸出y2，驅(qū)動電動機m反轉(zhuǎn)）
s22 延時5s（定時器t0，設(shè)定為5s，延時到t0動作）
s23 同s20
s24 同s21
各狀態(tài)的功能是通過 plc驅(qū)動其各種負(fù)載來完成的。負(fù)載可由狀態(tài)元件直接驅(qū)動，也可由其他軟元件觸點的邏輯組合驅(qū)動，如圖5-5。
（a）直接驅(qū)動
（b）軟元件組合驅(qū)動
圖 6 負(fù)載的驅(qū)動
3、找出每個狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件 。即在什么條件將下個狀態(tài)“激活”。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖就是狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件及轉(zhuǎn)移方向構(gòu)成的流程圖，弄清轉(zhuǎn)移條件當(dāng)然是必要的。
經(jīng)分析可知，本例中各狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件如下。
s20 轉(zhuǎn)移條件 sb
s21 轉(zhuǎn)移條件 sq1
s22 轉(zhuǎn)移條件 sq2
s23 轉(zhuǎn)移條件 t0
s24 轉(zhuǎn)移條件 sq3
狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件可以是單一的，也可以有多個元件的串、并聯(lián)組合。如圖 7所示。
（a）單一條件
（b）狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件
圖 7 狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件
經(jīng)過以上三步，可得到臺車往返控制的順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖 8所示。
圖 8 臺車自動往返系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖