Řízení křižovatky - PLC Siemens S7-200

Zadání a situační náčrtek

V následující lekci si ukážeme využití základních instrukcí PLC automatu, jako jsou spínače, cívky a časovače.

Bude se jednat o základní úlohu řízení světelné křižovatky, jejíž situační náčrtek je znázorněn na obrázku níže. Jedná se tedy o křižovatku ve tvaru kříže se čtyřmi semafory pro auta a osmi semafory pro chodce.

Obr. 1: Situační schéma světelné křižovatky

Přesto, že se na první pohled zdá být logických proměnných příliš mnoho, je zřejmé, že semafory pro auta umístěné v diagonále, budou mít vždy totožné stavy. Stejně tak i protilehlé semafory pro chodce.

Tím se úloha zjednoduší na programování 10 logických výstupů a to:

• semafor pro auta 1

  • červená – Q0.0

  • oranžová – Q1.0

  • zelená – Q0.1

• semafor chodci 3

  • červená – Q1.1

  • zelená – Q0.2

• semafor pro auta 2

  • červená – Q0.5

  • oranžová – Q0.3

  • zelená – Q0.7

• semafor chodci 4

  • červená – Q0.4

  • zelená – Q0.6

Vytvořený program tak bude při vhodném „prodrátování“ použitelný i na tvar křižovatky znázorněné na situačním náčrtu, a to právě z důvodu implicitnosti některých světel.

V programu dále zajistíme možnost přepnutí křižovatky do „nočního režimu“, kdy na všech semaforech pro auta blikají oranžová světla (semafory pro chodce jsou vypnuté).

Cyklus zapínání světel jednotlivých semaforů

Před tvorbou vlastního programu je nutné si uvědomit, jak semafory ve skutečnosti fungují.

Ve výchozím stavu po zapnutí křižovatky předpokládejme, že má semafor 1 zelenou. Ze zelené „přeskočí“ rovnou na oranžovou a z oranžové následně „přeskočí“ na červenou.

Chodci mají ještě červenou v době oranžové, zelená „přeskočí“ až v okamžiku červené.

Přechází-li semafor z červené na zelenou, oranžová se po nastaveném čase rozsvítí k červené a obě barvy svítí zároveň! Z oranžové potom „přeskočí“ na zelenou.

V době oranžové mají chodci ještě zelenou, červená „přeskočí“ až v okamžiku zelené.

Výchozí stav

Program začneme tvořit řešením výchozího stavu. Na prvním řádku tedy povolujeme přepínačem I0.0 denní a noční režim.

Je-li I0.0 v zapnutém stavu, rozpínací kontakt časovače T37 na druhém řádku uvede křižovatku do výchozího stavu (semafor1 zelená, semafor2 červená, semafor3 červená, semafor4 zelená)

Obr. 2: Volba nočního a denního režimu

Obr. 3: Sestavení barev na semaforu

Jak je již zřejmé, proto abychom se v programu dokázali později zorientovat a případně i vyhledat chyby, je nutné definovat proměnné, které odpovídají konkrétním adresám PLC automatu.

Název proměnné musí být jedinečný. Proměnné jsou proto v této úloze zapsány ve tvaru:

„barva“_“číslo semaforu“.

Časování oranžové

Semafor1

Po načasování T37 dojde na semaforu 1 ke změně ze zelené na oranžovou. Po načasování T38 oranžová zhasne a po načasování T39 se opět rozsvítí.

Semafor2

K červené se přidá oranžová. Po načasování T38 oranžová zhasne a po načasování T39 se také opět rozsvítí.

Obr. 4: Načasování oranžové

Oranžové barvy na všech semaforech tedy svítí v jeden stejný okamžik (stejně tak i zhasnou). Rozpínací kontakt T61 zajišťuje blikání oranžových světel pro noční režim.

Povolení druhého směru

Podobně jako na začátku programu, přechází semafory do dalšího stavu, který je ovlivněn spínacím kontaktem časovače T38 (semafor1 – přechod z oranžové na červenou, semafor2 – přechod z červené + oranžové na zelenou, semafor3 zelená, semafor4 červená). Tento stav setrvává až do načasování T39.

Obr. 5: Sestavení barev na druhém semaforu

Přechod na začátek programu

Na následujícím řádku časovač T40 vrací, pomocí rozpínacího kontaktu na prvním řádku, cyklus řízení křižovatky po nastavené době zpět na začátek.

Obr. 6: Cyklus řízení křižovatky

Po vypnutí přepínače I0.0 je zajištěno resetování setových výstupů všech světel, kromě oranžových.

Obr. 7: Povolení pouze oranžových světel

Noční režim

Na konci programu je řešeno blikání oranžových světel s možností změny frekvence. Je zde vytvořen astabilní klopný obvod řešený pomocí dvou časovačů.

Kontakt přerušovaného spínání od časovače T61 je umístěn před výstupy oranžové na čtvrtém řádku.

Obr. 8: Noční režim

Sekvenční relé SCR

Program pro řízení křižovatky je možné řešit různými způsoby. Jedním z nich je využití sekvenčního relé. Tyto instrukce jsou vhodné převážně pro aplikace, ve kterých je potřeba tytéž instrukce provádět opakovaně.

Pomocí sekvenčních relé je program rozdělen do „segmentů“, což přináší rychlejší a snadnější programování a odladění.

 

Zdroje