如何使用时序图设计开关量控制系统程序？

当控制对象是开关量且按照固定顺序进行控制的系统，可用时序图设计法来设计程序。下面通过一个例子来介绍这种设计方法。

【例5-1】 一个十字路口交通灯的控制装置，其控制要求是：

1）南北方向：绿灯亮20s，黄灯闪烁5s，红灯先亮10s再闪烁5s，然后循环；闪烁频率为1Hz。

2）东西方向：红灯先亮20s再闪烁5s，绿灯亮10s，黄灯闪烁5s，然后循环；闪烁频率为1Hz。

3）系统启/停控制：用1个切换开关完成。当系统启动后按照上述要求循环工作；当系统停止后，全部灯都熄灭。

下面介绍用时序图编程的思路：

1）分析PLC的I/O信号。同一方向的3个色灯可以并联控制，故两个方向共需6个输出控制点；启/停切换开关信号要输入PLC，需要占用一个输入点。

2）画出时序图。为了弄清各灯亮、灭的时间关系，根据控制要求，画出各方向3个色灯的工作时序图，如图5-36所示。

图5-36 交通灯工作时序图

3）确定时间段。由图5-36可以看出，1个工作循环可分为4个时间区段，这4个时间区段的分界点分别用t₀、t₁、t₂、t₃、t₄来表示。

4）使用定时器。用4个定时器来控制4个时间区段（见表5-1），再利用各定时器之间的时序关系去控制3个色灯。

表5-1 各定时器在1个循环中的功能明细表

（续）

5）PLC选型与I/O分配。根据控制系统只需要1点输入、6点输出的要求，可以选用CP1HXA40DR-A机型，其I/O分配情况见表5-2。(www.xing528.com)

表5-2 交通灯控制系统的I/O分配表

6）设计程序。由图5-36可见，南北绿灯的亮：灭状态正好与t₀的状态相反；南北黄灯的闪烁条件是t₀为ON而t₁为OFF；南北红灯亮：灭条件是t₁为ON而t₂为OFF时亮，t₂为ON而t₃为OFF时闪烁。闪烁用P_1s来实现。

东西红灯在t₀为OFF时亮，在t₀为ON而t₁为OFF时闪烁；东西绿灯在t₁为ON而t₂为OFF时亮；东西黄灯在t₂为ON而t₃为OFF时闪烁。当定时器T₃定时到时，应该使所有定时器均复位，然后开始下一次循环的定时。根据时序图设计交通灯控制梯形图，如图5-37所示。

7）存在的问题与思考。本控制系统没有考虑时间的显示问题，如果要求用LED显示时间，则需要使用晶体管输出模块。另外，考虑黄灯、红灯的闪烁问题，现在1个循环要求以1Hz闪烁5s，循环周期为40s，即5次闪烁40s，按运行10h/天计就要闪烁4500次，65天就达到继电器的寿命30万次。所以，应该改用晶闸管输出模块，并尽可能地降低闪烁频率。

下面将时序图设计法步骤归纳如下：

1）分析控制要求，确定I/O信号，合理选择PLC机型。

2）明确各输入和输出信号之间的时序关系，画出工作时序图。

3）将时序图划分为若干时间段，并确定时间段的时间长短。找出时间段间的分界点，确定分界点处各输出信号状态的转换关系和转换条件。

4）确定所需定时器的个数、分配编号，确定定时器的设定值，确定各定时器的功能明细。

5）进行I/O分配。

6）根据定时器的明细表、时序图和I/O分配，设计出梯形图程序。

以上的设计步骤与前面所说的PLC设计流程的6个步骤不相矛盾，而是属于这6个步骤中某些环节的具体体现。

图5-37 交通灯控制梯形图