Автоматизация светофора

Материал опубликован в журнале СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА № 1/2023

В публикации рассмотрен пример построения системы управления для светофора на базе элементов промышленной автоматизации – программируемого реле ПР200 и панели оператора ИПП120 – в среде программирования OWEN Logic.

Представляемое устройство выполнено на базе промышленных средств автоматизации: панели оператора ИПП120 (далее – ИПП120) и программируемого реле ОВЕН ПР200-24.4.2 (далее – ПР200). Они широко используются для построения автоматизированных систем управления при решении задач локальной автоматизации. Их применение снижает затраты на проектирование и изготовление систем управления, повышает надёжность последних, снижает издержки и эксплуатационные расходы. 

Вышеуказанные приборы поддерживают следующие функции:
  • работа по программе, записанной в память;
  • работа в сети RS-485 по протоколу Modbus RTU/Modbus ASCII в режимах Master или Slave;
  • отображение данных на ЖКИ;
  • управление подключёнными устройствами с помощью дискретных или аналоговых сигналов (для ПР-200);
  • ввод и редактирование данных с помощью кнопок на лицевой панели.
ИПП120 и ПР200 представляют собой программируемые приборы с дисплеем. Данные приборы программируется в среде Owen Logic на языке FBD. Пользовательская программа записывается в энергонезависимую Flash-память. 
Структурная схема устройства представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема устройства

Устройство реализует алгоритм работы светофора по двум направлениям и поддерживает следующие функции:
  • управление с основного (базового) блока;
  • управление с выносного пульта управления по сети RS-485;
  • изменение интервалов работы световых сигналов светофора;
  • режим работы «Мигающий жёлтый»;
  • индикация режимов работы устройства.
На рис. 1 ИПП120 в сети RS-485 работает в режиме Master. Соответственно, ПР200 в сети RS-485 работает в режиме Slave. Более подробно работа ПР200 приведена в [1], работа ИПП120 приведена в [2]. 

Фактически разработка представленного устройства сводится к разработке управляющих программ для ИПП120 и ПР200. Разработку управляющей программы в среде OWEN Logic рекомендуется начинать после тщательного ознакомления с алгоритмом работы объекта локальной автоматизации и его составных частей. Необходимо иметь представление обо всех возможных состояниях прибора при функционировании (в виде диаграммы режимов, таблицы состояний, электрической или функциональной схемы и/или др.). После того как продуманы все задачи, которые должны выполняться, необходимо составить программу на основе функций (логических элементов), функциональных блоков, а также макросов проекта. Работа над проектом включает следующее. 

1. Открытие нового проекта – весь проект будет храниться в одном файле, которому следует присвоить идентификационное имя.

2. Формирование структуры текущего проекта рекомендуется выполнять в следующем порядке:
  • из «Библиотека компонентов» на холст добавляются необходимые блоки путем перетаскивания их мышью при нажатой левой кнопке (из соответствующей вкладки «Функции» или «Функциональные блоки»);
  • при последовательном выделении курсором блоков схемы на закладке «Свойства» устанавливаются их параметры;
  • компоненты программы соединяются между собой, а также с нужными входами и выходами ПР. При этом допускается передвижение квадратов входов и выходов в вертикальной плоскости для расположения соединительных линий по кратчайшей длине.
3. Моделирование работы коммутационной программы в режиме симуляции. При проверке правильности работы коммутационной программы изменяют состояние входов, контролируя состояние выходов на соответствие нужным условиям.

4. Загрузка проекта в ПР и проверка его работы. 

Рассмотрим разработку управляющих программ в среде OWEN Logic для работы светофора по двум направлениям. На рис. 2 приведён регулируемый светофором С1 перекресток. 

Рис. 2. Схема регулируемого перекрестка

Световые сигналы светофора С1 сторон (направлений) 1 и 3 регулируют движение на дороге А, соответственно стороны 2 и 4 регулируют движение на дороге Б. Временны́е диаграммы переключения сигналов светофора приведены на рис. 3.

Рис. 3. Временны́е диаграммы переключения сигналов светофора

Напомним алгоритм работы светофора по двум направлениям. Пусть на стороне 1 (и на стороне 3) включён красный световой сигнал светофора (далее КР1). При этом на стороне 2 (и на стороне 4) включён зелёный сигнал (далее ЗЕЛ2). 

Через заданный интервал времени на стороне 2 включается мигающий сигнал ЗЕЛ2 (на стороне 1 ещё включен КР1), потом зелёный мигающий сигнал ЗЕЛ2 выключается, и одновременно на обеих сторонах включается жёлтый сигнал (далее ЖЕЛ). КР1 и ЖЕЛ горят одновременно не более 2 с. Далее на стороне 1 включается зелёный сигнал (далее ЗЕЛ1), а на стороне 2 – красный (далее КР2). И так далее в рабочем цикле. Понятно, что зелёный сигнал для стороны 1 (ЗЕЛ1) и красный сигнал для стороны 2 (КР2) функционируют аналогично ЗЕЛ2 и КР1.

Правила применения дорожных светофоров приведены в ГОСТ Р 52289-2004. Режим работы светофорной сигнализации предусматривает мигание зелёного сигнала в течение 3 с непосредственно перед его выключением с частотой 1 миг/с (допускается отклонение от указанной частоты ±10%). Жёлтый сигнал включается на 3 секунды. Красный и зелёный сигналы включаются на определённые интервалы времени, которые определяются интенсивностью движения и дорожной ситуацией на перекрёстке. 

В устройстве предусмотрено четыре режима работы (№ 1…№ 4), в которых определены интервалы включения сигналов светофора. Режим работы № 5 – периодический сигнал «Мигающий жёлтый». Режимы работ и параметры сигналов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Режимы работ и параметры сигналов

Принципиальная схема устройства с выносными кнопками управления «СТАРТ» и «СТОП» для ПР200 приведена на рис. 4. 

Рис. 4. Принципиальная схема устройства


Таблица 2. Функциональное назначение дискретных входов реле ПР200 в устройстве


Таблица 3. Функциональное назначение дискретных выходов ПР200 в устройстве


Рис. 5. Скриншот управляющей программы в среде OWEN Logic для ПР200


Рис. 6. Скриншот менеджера экранов управляющей программы в среде OWEN Logic для ПР200


Рис. 7. Скриншот управляющей программы в среде OWEN Logiс для ИПП120



Рис. 8. Скриншот менеджера экранов управляющей программы для ИПП120

Числовые значения в скриншотах приведены условно. В табл. 4 приведено функциональное назначение отображаемых параметров на дисплее ПР200.

Таблица 4. Функциональное назначение отображаемых параметров на дисплее ПР200

Данные параметры представлены в менеджере экранов на рис. 6. 

Кнопки S1, S2 имеют следующее функциональное назначение:
  • S1 (ПУСК) – функционирование по заданному алгоритму работы в соответствии с заданным параметром РЕЖИМ (табл. 1);
  • S2 (СТОП) – стоп, выключение излучателей, сброс параметра УПР ПР200 в 0 (перевод управления с выносного пульта).
В табл. 5 приведено функциональное назначение отображаемых параметров на дисплее ИПП120. Данные параметры представлены в менеджере экранов на рис. 8. 

Таблица 5. Функциональное назначение отображаемых параметров на дисплее ИПП120

Конструктивно устройство состоит из выносного пульта управления, основного (базового) блока управления и излучателей сигналов светофора по двум направлениям. Основной блок управления может быть установлен в корпусе излучателя. Интерфейс управления устройства включает в себя элементы индикации и управления ИПП120 и ПР200, расположенные на лицевых панелях приборов, и две выносные кнопки «Старт», «Стоп», подключённые к ПР200. Данные выносные кнопки необходимы для оперативного управления устройством при его конфигурировании с основного блока. 

Алгоритм работы устройства следующий. Устройством можно управлять как с интерфейса основного блока 
(с ПР200), так и с интерфейса выносного пульта управления (с МПП120). 

Рассмотрим управление с основного блока (с ПР200). Блок-схема управляющей программы для ПР200 (рис. 5) демонстрирует работу ПР200 в составе устройства. Временны́е интервалы работы светофора в режимах работы № 1…№ 4 записаны в соответствующие макросы «Свет101», «Свет201», «Свет301», «Свет401». Режим № 5 – «Мигающий жёлтый» – реализован в каждом из вышеуказанных макросов, но включается он в устройстве только в макросе «Свет101». Для того чтобы устройство начало функционировать по заданному алгоритму, необходимо задать режим работы и нажать выносную кнопку «ПУСК». Режим работы № 1…№ 5 в устройстве можно задать на дисплее ПР200 изменением числа в параметре РЕЖИМ, тем самым записав число в переменную Regim1. Заданное число поступает на блоки сравнения SEL и сравнивается с константами. При совпадении лог.1 поступает на вход «Разреш» соответствующего макроса. При нажатии на кнопку «ПУСК» лог.1 поступает на вход детектора переднего фронта RTRIG1. С выхода данного блока единичный импульс лог.1 (длительность импульса равна циклу программы) поступает через элемент 2И на входы «Пуск» макросов «Свет101», «Свет201», «Свет301», «Свет401» и через элемент 2И на вход «Мигающий жёлтый» макроса «Свет101». 

Выходные сигналы с вышеуказанных макросов через элементы ИЛИ поступают на выходы Q1…Q6 ПР200 и на входы макроса «6ИЛИ1». Выходы Q1…Q6 ПР200 управляют световыми сигналами в излучателях светофора. Выход макроса «6ИЛИ1» подключён к выходу Q7 ПР200. Он управляет индикатором Н1 «Работа». При работе устройства в режимах № 1…№ 4 данный индикатор включён. А при работе в режиме № 5 – 
периодически мигает с периодом и скважностью сигнала ЖЕЛ. 

При нажатии на кнопку «СТОП» лог.1 поступает на вход детектора переднего фронта RTRIG2. С выхода данного блока единичный импульс лог.1 поступает на входы «Стоп» макросов «Свет101», «Свет201», «Свет301», «Свет401». При этом завершается выполнение выбранной программы. Световые сигналы в излучателях светофора и индикатор «Работа» гаснут. 

На элементах RS1, TON1, SR1 SEL выполнен блок управления, который осуществляет функции выбора управления либо с интерфейса ИПП120, либо с ПР200. При установлении на дисплее ПР200 параметра «УПР ПР200» в 1 устанавливается в лог.1 переменная «Уп с ПР200» и выход триггера RS1. Выход триггера SR1 при этом устанавливается в лог.0. Запускается таймер с задержкой включения TON1. Через 2 с на выходе TON1 устанавливается лог.1. Переменная поступает на вход R RS1, выход RS1 устанавливается в лог.0. Лог.1 с выхода SR1 поступает на управляющий вход SEL. При лог.0 на данном входе управление устройства осуществляется с интерфейса ПР200 (переменная Regim1 на блок-схеме, параметр РЕЖИМ на дисплее ПР200). При лог.1 на управляющем входе SEL управление устройства осуществляется с интерфейса ИПП120 (сетевая переменная Regim на блок-схеме, параметр РЕЖИМ на дисплее ИПП120). Далее целочисленное значение переменной Regim1 (либо с Regim) поступает на блоки сравнения EQ, и при совпадении значения переменной с константой устанавливается лог.1 на входе «Разреш» одного из макросов «Свет101», «Свет201», «Свет301», «Свет401». Тем самым задаётся режим работы устройства. 

На элементах RTRIG3, TOF1 собран блок, контролирующий обрыв связи по каналу RS-485. Через 6 с с момента отсутствия изменения значений в сетевой переменной Sek (отсутствие связи по RS-485) включится индикатор F1 в ПР200. При работающем интерфейсе RS-485 между ИПП120 и ПР200 индикатор F1 в ПР200 выключен.

Рассмотрим управление устройства с выносного пульта (с ИПП120). Выбор режима работы задаётся изменением параметра «РЕЖИМ» на дисплее ИПП120. При этом cетевая переменная Regim_ (рис. 7) принимает значения от 0 до 5 в соответствии с табл. 1. После установки параметра «ВКЛ» в 1 начинается выполнение заданного режима работы, что подтверждается установкой в 1 одного из параметров: «МИГ Ж», «К10З20», «К15З15», «К20К10», «К25К10». После установки параметра «ВЫКЛ» в 1 завершается выполнение выбранной программы. Предусмотрено автоматическое включение режима «Мигающий жёлтый» с заранее заданным интервалом работы. Для этого необходимо установить параметр «АВ Ж» в 1. Интервальный таймер CLOCK1 задаёт интервал работы режима «Мигающий жёлтый» в 24-часовом формате при автоматическом включении. При отсутствии обмена по интерфейсу RS-485 между ИПП120 и ПР200 на дисплее ИПП120 индицируется сообщение «ОБРЫВ по RS-485». Сетевые переменные, задействованные в устройстве, приведены в табл. 6.

Таблица 6. Сетевые переменные, задействованные в устройстве

Изменяя в управляющей программе для ПР200 количество макросов типа «Свет101» с заранее настроенными временны́ми интервалами включения световых сигналов светофора, можно реализовать оптимальное регулирование движения автомобильного транспорта и пешеходов на перекрёстке в течение суток. Кроме того, в режиме Master ИПП120 в сети RS-485 может управлять устройствами, то есть с выносного пульта можно организовать управление 16 светофорами.

Литература

  1. Руководство по эксплуатации. Устройство управляющее многофункциональное ПР200.
  2. Руководство по эксплуатации. Панель оператора ИПП120.
  3. URL: http://www.owen.ru.



Поделиться:



Комментарии

Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений