一、问题的提出
十字路口车辆穿梳，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多，本子模块介绍利用步进梯形指令单流程编程实现的控制系统。
交通灯的控制要求如下：
（一）、控制开关
信号灯受启动及停止按钮的控制，当按动启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按动停止按钮时，系统将停止在初始壮态，即南北红灯亮，禁止通行；东西绿灯亮，允许通行。
（二）、控制要求
1 、北红灯亮维持 30 秒，在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，并维持 25 秒，到 25 秒时，东西方向绿灯闪，闪亮 3 秒后，绿灯灭。在东西绿灯熄灭的同时，东西黄灯亮，并维持 2 秒，到 2 秒时，东西黄灯灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
2 、西红灯亮维持 30 秒。南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3 秒，再熄灭。同时南北方向黄灯亮，并维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
接下去周而复始，直到停止按钮被按下为止。
信号灯动作系统可用图 1 状态图表示。
图 1 交通指挥信号灯状态图
二、硬件及接线
根据上述要求可见，系统所需红、绿、黄各 4 只信号灯，本案由两个信号灯箱实现；系统需要启动和停止两个按钮，由按钮箱实现。
可编程控制器的输入 / 输出端子分配及硬件连接分别由表 1 及图 2 所示。其中 sa 开关代表可编程控制器自身的运行开关。
在本子模块中，我们采用步进梯形指令单流程编程实现，其状态转移图如图 3所示。由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作视为一个顺序动作，每一个时序同时有两个输出，一个输出控制东西方向的信号灯，另一个输出控制南北方向的信号灯。
三、交通信号灯的软件设计
状态转移图对应的步进梯形图如图 4所示，现简单分析一下工作原理。当启动按钮sb1按下时，x0接通，s0置1，系统进入s0状态，驱动y6、y0，使南北红灯及东西绿灯同时亮，y0接通，状态转移条件满足，系统将转移到s20状态，在s20状态下，y6、y0仍被驱动，即南北方向的红灯及东西方向的绿灯继续亮，同时驱动定时器t0，定时器的设定时间为25秒，25秒后，状态转移到s21，在s21状态下，y6继续保持，但y0受控于m1，而m1是由两个定时器t6和t7控制，t6、t7组成一个1秒的震荡器，即东西方向的绿灯闪亮。在本状态下，同时也驱动定时器t1，定时时间为3秒，3秒时间到，状态转移到s22，在s22状态下，y6仍然被驱动，南北方向红灯继续亮，同时驱动t2、y1，东西方向的绿灯灭，y1口驱动的是东西方向的黄灯，故东西方向的黄灯亮，绿灯停。t2的定时时间为2秒，2秒时间到，状态转移到s23，在s23状态下，同时驱动y2、y4及t3，东西方向的红蛋亮，南北方向的绿灯亮，t3的定时时间为25秒，25秒时间到，状态转移到s24。在s24状态下，驱动y2、t4，东西方向的红灯继续亮，而南北方向的绿灯驱动口y4受控于m1，m1是震荡周期为1秒的震荡器，故南北方向的绿灯闪亮。t4的定时时间是3秒，3秒后，状态转移到s25。在s25状态下，同时驱动y2、y5及t5，即东西方向的红灯、南北的黄灯亮，t5定时器的定时时间为2秒，2秒时间到，定时器的定时时间到，t5的触点接通，状态又重新转移到s0。即南北方向的红灯、东西方向的绿灯亮，系统将重复上述的动作顺序，周而复始的继续工作。当停止按钮sb2被按下时，软继电器m0接通，其常闭触点m0断开，系统执行一周后，将停留在s0状态，及保持南北方向的红灯、东西方向的绿灯亮。
（一）、 fx 2 的状态元件三、知识点的扩展
状态元件是构成状态转移图的基本元素，是可编程控制器的软元件之一。 fx 2 共有 1000个状态元件，其分类、编号、数量及用途如表1所示。
表1 fx 2 的状态元件
类别
元件编号
个数
用途及特点
初始状态
s0～s9
10
用作 sfc的初始状态
返回状态
s10～s19
10
多运行模式控制当中，用作返回原点的状态
一般状态
s20～s499
480
用作 sfc的中间状态
掉电保持状态
s500～s899
400
具有停电保持功能，停电恢复后需继续执行的场合，可用这些状态元件
信号报警状态
s900～s999
100
用作报警元件使用
注： 1状态的编号必须在指定范围选择。
2各状态元件的触点，在plc内部可自由使用，次数不限。
3在不用步进顺控指令时，状态元件可作为辅助继电器在程序中使用。
4通过参数设置，可改变一般状态元件和掉电保持状态元件的地址分配。
（二）、 fx2系列plc的步进顺控指令
fx 2 系列 plc的步进指令有两条：步进接点指令stl和步进返回指令ret。
1、stl：步进接点指令 梯形图符号为
stl指令的意义为激活某个状态。在梯形图上体现为从母线上引出的状态接点。stl指令有建立子母线的功能，以使该状态的所有操作均在子母线上进行。步进接点指令在梯形图中的情况见图5所示。
图 5步进接点指令stl的符号及含义
2、步进返回指令 梯形图为
ret指令用于返回主母线。使步进顺控程序执行完毕时，非状态程序的操作在主母线上完成，防止出现逻辑错误。状态转移程序的结尾必须使用ret指令。
（三）、运用状态编程思想解决顺控问题的方法步骤
为了说明状态编程思想，我们先看一个实例：某自动台车在启动前位于导轨的中部，如图 6所示。某一个工作周期的控制工艺要求如下：
a 按下启动按钮sb，台车电机m正转，台车前进，碰到限位开关sq1后，台车电机反转，台车后退。
b 台车后退碰到限位开关sq2后，台车电机m停转，台车停车，停5s，第二次前进，碰到限位开关sq3，再次后退。
c 当后退再次碰到限位开关sq2时，台车停止。
图 4-46自动台车示意图
为设计本控制系统的梯形图，先安排输入、输出口及机内器件。台车由电机 m驱动，正转（前进）由plc的输出点y1控制，反转（后退）由y2控制。为了解决延时5s，选用定时器t0。将起动按钮sb及限位开关sq1、sq2、sq3分别接于x0、x1、x2、x3。
下面我们以台车往返控制为例，说明运用状态编程思想设计状态转移图（ sfc）的方法和步骤。
1、将整个过程按任务要求分解，其中的每个工序均对应一个状态，并分配状态元件如下。
a 初始状态 s0 d 延时5s s22
b 前进 s20 e 再前进 s23
c 后退 s21 f 再后退 s24
注意：虽然 s20与s23，s21与s24，功能相同，但它们是状态转移图中的不同工序，也就是不同状态，故编号也不同。
2、弄清每个状态的功能、作用。
s0 plc上电作好工作准备
s20 前进（输出y1，驱动电动机m正转）
s21 后退（输出y2，驱动电动机m反转）
s22 延时5s（定时器t0，设定为5s，延时到t0动作）
s23 同s20
s24 同s21
各状态的功能是通过 plc驱动其各种负载来完成的。负载可由状态元件直接驱动，也可由其他软元件触点的逻辑组合驱动，如图5-5。
（a）直接驱动
（b）软元件组合驱动
图 6 负载的驱动
3、找出每个状态的转移条件 。即在什么条件将下个状态“激活”。状态转移图就是状态和状态转移条件及转移方向构成的流程图，弄清转移条件当然是必要的。
经分析可知，本例中各状态的转移条件如下。
s20 转移条件 sb
s21 转移条件 sq1
s22 转移条件 sq2
s23 转移条件 t0
s24 转移条件 sq3
状态的转移条件可以是单一的，也可以有多个元件的串、并联组合。如图 7所示。
（a）单一条件
（b）状态的转移条件
图 7 状态的转移条件
经过以上三步，可得到台车往返控制的顺序状态转移图如图 8所示。
图 8 台车自动往返系统状态转移流程图