Программа для программирования светофора
Обновлено: 08.07.2024
Здравствуйте!
Я хочу показать, как пишется программа для управления технологическим оборудованием на ПЛК.
Чаще всего я имел дело с ПЛК производства Schneider Electric. Выбранный мной для данной задачи Quantum является самым мощным и дорогим ПЛК данного производителя. Он может управлять оборудованием с тысячами сигналов, для светофора в реальной жизни его никто, естественно, использовать не будет.
Автоматизацией светофоров я никогда не занимался, поэтому алгоритм придумал сам. Вот он:
1. Светофор для регулируемого пешеходного перехода. Т.е. светофор для машин, светофор для пешеходов и кнопка для пешеходов, нажав которую, пешеход уведомляет о желании перейти дорогу.
2. После старта программы загорается зеленый для машин и красный для пешеходов.
3. После нажатия кнопки пешеходом начинает мигать зеленый для машин, затем загорается желтый, затем красный. После этого загорается зеленый для пешеходов, через заданное время он начинает мигать, загорается красный для пешеходов, после этого для машин загорается желтый и красный, затем зеленый.
4. В течение заданного промежутка времени после зеленого на пешеходном светофоре нажатие кнопки пешеходом не запускает алгоритм перехода. Алгоритм перехода запускается в таком случае только по истечению заданного времени.
Программирование ПЛК ведется в среде программирования Unity на языках стандарта МЭК 61131-3. В данный стандарт входят 5 языков. Для примера я выбрал язык функциональных блоков – FBD.
Вот браузер проекта в Unity:
ПЛК состоит из монтажной панели, блока питания (1), контроллера (2), модуля дискретного ввода на 32 сигнала 24В постоянного тока (4), модуля дискретного ввода на 32 сигнала 24В постоянного тока (5). В реальном проекте монтажных панелей, подключенных к одному контроллеру по различным сетям, могут быть десятки, а модулей ввода-вывода – сотни.
Создаем переменные необходимых типов в редакторе переменных:
Переменные, привязанные к каналам модулей ввода-вывода имеют адрес, показывающий, к какой корзине, модулю и каналу привязан сигнал.
Программа состоит из секций, выполняемых каждый цикл сканирования контроллера по порядку.
Упрощенно цикл сканирования контроллера выглядит так:
1. Чтение входных сигналов из модуля ввода в переменные с адресам.
2. Выполнение секций.
3. Запись значений из переменных с адресами в выходные сигналы модулей вывода.
4. Переход на п.1.
Создаем секцию Clock с генератором импульса периодом 0,5 секунды. Блок TP при изменении входного сигнала из 0 в 1 на выходе выдает импульс заданной длительности.
Здесь и ниже скриншоты секций приведены в режиме анимации, а не режиме редактирования. На них отображены значения переменных в текущий момент времени при подключении к ПЛК с загруженной программой (числа для числовых переменных, цвет зеленый (1)-красный (0) для булевских).
Секция Main обрабатывает основную логику.
Блок SR устанавливает выход в 1 при S1=1 и сбрасывает выход в 0 при R=1.
Блок R_TRIG устанавливает выход на 1 цикл сканирования в 1 при переходе входа из 0 в 1 (детектор переднего фронта).
Блок F_TRIG устанавливает выход на 1 цикл сканирования в 1 при переходе входа из 1 в 0 (детектор заднего фронта).
Переменная inButton, привязанная к каналу кнопки, заменена в секции на inButtonForTest для того, чтобы можно было изменить ее значение на симуляторе контроллера без реального оборудования.
Секция Outputs формирует выходные сигналы для управления лампами светофоров.
Загружаем проект в симулятор контроллера:
Значение любых переменных можно посмотреть в анимационной таблице:
Но для удобства отладки можно сделать экран оператора с простой графикой, анимация которой привязана к переменным:
Пробуем перейти дорогу:
Не ожидал, что для управления такого простого объекта, как светофор, потребуется 30 блоков.
В следующей статье покажу, как написать данную программу, используя все языки стандарта МЭК 61131-3 одновременно.
В данном уроке сделаем самый простой светофор из трех светодиодов . Работать он должен вот по такой схеме.
1. Светит только красный цвет нашего будущего светофора.
2. Не выключая красный сигнал светофора включаем желтый .
3. Выключаем красный и желтый включаем зеленый.
4. Выключаем зеленый сигнал светофора включаем желтый.
После чего цикл повторяем с красного сигнала светофора.
Для урока нам понадобится:
Подключим три LED к плате Arduino UNO . У нас получиться вот такая схема.
Скетч выглядит так
Для управления светодиодами используем функции digitalWrite().
Давайте заменим стандартную функции digitalWrite() на свою функцию Led().
Функция принимает две переменные pin — пин светодиода и status — состояние светодиода HIGH или LOW.
В итоге получим вот такой скетч
Как видно по скетчу код стал больше, а функции используют для уменьшения объема кода и упрощения логики. Но мы на этом простом примере посмотрели что такое функция и как передавать переменные в функции в среде разработки arduino IDE.
Понятие что такое функции и как их объявлять пригодиться нам в следующем уроке.
Ест вопросы смотрите видео там подробно описываю программу светофора на Arduino.
Следующий урок: Светофор из 3 светодиодов для машин и 2 для пешеходов на Arduino
Перед созданием приложения следует изучить описание новых компонентов.
Задание. Смоделировать работу светофора. При запуске проекта панель светофора должна быть пустой. После нажатия на кнопку Пуск лампочки светофора начинают переключатся. После нажатия на кнопку Стоп – панель светофора опять пустая. С помощью таймера обеспечить смену сигнала светофора через равные промежутки времени. В поле Скорость вводится интервал таймера.
Ход выполнения проекта
1. Создайте новый проект. Сохраните его в отдельной папке, назовите ее «Светофор».
2. Разместите на форме панель (TPanel) c тремя фигурами (TShape), две кнопки (TButton), текстовое поле (TEdit), надпись (TLabel), таймер (TTimer) в соответствии с образцом:
Это должно выглядеть следующим образом:
2. Делаем оформление:
Установите данные значения свойств в инспекторе объектов:
| Компонент | Свойство | Значение |
| Form1 | Caption | Светофор |
| Panel1 | Caption | *Пусто* |
| Shape1 | Shape | stCircle |
| Shape2 | Shape | stCircle |
| Shape3 | Shape | stCircle |
| Label1 | Caption | Скорость |
| Edit1 | Text | *пусто* |
| Button1 | Caption | Пуск |
| Button2 | Caption | Стоп |
3. Создаем событие для Form1 в разделе OnCreate – Нажать троеточие
Создаем событие для Timer1 в разделе OnTimer – Нажать троеточие
4. Задаем цвета фигурам:
| Компонент | Свойство | Значение |
| Shape1 | Brush(Нажать на стрелочку слева от свойства и выбрать color) | clRed |
| Shape2 | Brush(Нажать на стрелочку слева от свойства и выбрать color) | clYellow |
| Shape3 | Brush(Нажать на стрелочку слева от свойства и выбрать color) | clGreen |
Финальный вид работы:
5. Во время загрузки формы таймер отключается, фигуры на панели становятся невидимыми.
Создаем обработчик события FormCreate (дважды щелкаем по компоненту Form1) и вставляем данный код:
6. Чтобы переключались лампочки светофора, напишите программный код в обработчике события Timer1Timer. Код этот будет выполняться с интервалом, который пользователь введет в поле Скорость. По показаниям таймера определяется номер лампочки, которая должна включиться в данный момент.
Дважды щелкаем по компоненту Timer1 и вставляем данный код:
6. Напишите программный код для кнопки Пуск. По щелчку на кнопке из поля Скорость считывается интервал для таймера, зануляется показания таймера, таймер включается.
Дважды щелкаем по компоненту Button1 и вставляем код:
7. Напишите программный код для кнопки Стоп. После щелчка на кнопке таймер должен отключиться, лампочки светофора снова становятся невидимыми.
Дважды щелкаем по компоненту Button2 и вставляем код:
8. Запустите проект. В поле Скорость введите число 1000 (1000 мс=1с). Лампочки светофора начнут переключаться с интервалом в одну секунду.
Становится уже интереснее. Давайте соберем модель светофора!
В этом эксперименте не будет новых знаний по Ардуино, зато мы изучим пару новых фишек программирования.
Давайте решим как должен работать наш светофор:
- Предположим, сначала горит зеленый.
- Затем, когда его время истекает, он начинает мигать; предположим, что с интервалом в 1 сек. 3 раза.
- Потом ненадолго зажигается желтый (1сек).
- И включается красный.
- Спустя несколько секунд цикл повторяется
Необходимые компоненты
- 3 LED M5: красный, зеленый и желтый
- 3 резистора на 220R
Схема
Соберем вот эту схему:
Схема сборки светофора на ардуино
Сборка аналогична опыту 2, но тут у нас уже 3 светодиода, и мы задействуем 3 цифровых порта. Каждый светодиод должен быть защищен своим резистором 220 Ом.
Обратите внимание на полярность светодиода: длинная ножка – это плюс, который подключается к цифрому порту, а короткая ножка соединяется с массой (GND).
Сопротивление ставится в разрыв цепи, все равно с какой стороны светодиода – плюса или земли. На схеме сопротивление поставлено со стороны земли (GND).
Вы можете использовать любые цифровые пины ардуино от 2 до 12. Сделайте это как вам удобней, но не забудьте скорректировать номера пинов в скетче.
Скетч
Наш первый скетч выглядит вот так:
Результат
Светофор горит как задумано:
Модель светофора на ардуино.
Объяснение
В скетче даны подробные комментария.
Обратите внимание, что, согласно лучших практик, все параметры приложения, сразу вынесены в глобальные константы в начале скетча. Всегда старайтесь выносить все параметры в глобальные константы в начале скетча. Это облегчит модернизацию и настройку и в дальнейшем.
Для простоты настройки и тестирования светофора, введен мультипликатор, коэффициент, с помощью которого можно изменять скорость работы светофора:
Цикл for
i – это переменная, которая хранит номер текущего цикла. Назовем ее счетчиком. Счетчик может начинаться с любого числа. В данном случае он равен 0.
i < 5 задает условие, при котором цикл продолжается.
Если мы хотим выйти из цикла, по условию, не выполняя все циклы, можно использовать оператор break («прерывать»), вот так:
В данном случае, цикл будет выполнено всего 1 раз, поскольку в конце подпрограммы стоит принудительное завершение цикла с помощью оператора break.
Функции
Обратите внимание на большое число повторяющихся похожих блоков кода. Блоки отличаются лишь номером пина, и временем задержки.
Более правильным здесь будет написать пару функций.
Функция – это именованная подпрограмма, которая принимает входные параметры (обычно есть хотя бы один параметр), использует их внутри себя (в теле функции) и может возвращать выходные параметры.
Давайте сделаем две функции:
- lightUp – зажигает заданный светодиод на заданное время.
- blink – мигает заданным светодиодом заданное число раз с заданным интервалом.
Каждая из этих функций будет иметь входные параметры:
Все параметры будут целыми (int) константами (const). Запомните: если параметр функции или иная переменная не должна изменяться в ходе работы программы, настоятельно рекомендуется объявлять их как контенту, используя ключевое слово const. Это сократит число возможных ошибок в программе.
Для определения функции используется следующий шаблон:
Список параметров – это перечисление через запятую объявление переменных, которые одновременно будут параметрами данной функции.
О возвращаемых параметрах мы расскажем в следующих экспериментах. Наши функции не будут возвращать никакие параметры. В этом случае в качестве типа возвращаемого параметра надо указывать тип void.
Вот так будет выглядеть наша первая функция, зажигающая светодиод на заданное время:
Вот так мы ее используем:
Посмотрите как изменился наш скетч после введения функций:
Стало не сколь прямолинейно, но зато гораздо гибче.
Заключение
Наша программа стала уже сложнее, а результат – интереснее.
Конечно, в реальной жизни светофор работает намного сложнее. Используя описанные здесь принципы, можно смоделировать работу любого светофора и применить его в дорожных симуляторах, в играх и при обучении детей правилам дорожного движения.
Здесь мы познакомились с такими концепциями программирования как циклы и функции и подготовились для создания чего-то более интересного.
Главная мысль этого урока: старайтесь минимизировать повторяющийся код. Это поможет в дальнейшей модернизации программы и в повторном использовании кода.
Помните, что основновной процесс написания программы – это именно непрерывный рефакторинг, т.е. постоянное улучшение программы. Модульность программы и устранение повторений – это первичные условия успешного рефакторинга в дальнейшем.
Читайте также: