Übung 4.1: Automatenentwurf für eine Ampelanlage

Die Ampeln A1, A2 und A3 einer Verkehrskreuzung sollen mit einer SPS gesteuert werden. Die Ampeln A1 und A2 dürfen nur dann grün leuchten, wenn die Ampel A3 schon mindestens 15 s  lang rot leuchtet und umgekehrt. Die Grünphase aller Ampeln beträgt 60 s. Das Umschalten von Grün nach Rot bzw. von Rot nach Grün erfolgt über eine Gelbphase von 5 s. Im Grundzustand sollen A1 und A2 grün, A3 dagegen soll rot leuchten. Nur wenn die Induktionsschleife GS ein Auto in der Seitenstraße detektiert, sollen A3 auf Grün und A1 sowie A2 auf Rot schalten.

1. a) Deklarieren Sie die Ein- und Ausgangsvariablen des Schaltwerks!
2. b) Zeichnen Sie ein typisches Impulsdiagramm und bestimmen Sie die Zustände!
3. c) Zeichnen Sie den Zustandsgraf und ermitteln Sie die Zustandsübergangstabelle!
4. d) Bestimmen Sie das Eingangs- und das Ausgangsschaltnetz!
5. e) Erstellen Sie das Programm zur Steuerung der Ampelanlage!
6. f) Testen Sie Ihr Programm in CoDeSys!
7. Lösung:
   
   a) VAR
           GS: BOOL; (* Eingangsvariable *)
           A1 :Ampeldaten; (*Ausgangsvariable*)
           A2 :Ampeldaten; (*Ausgangsvariable*)
           A3 :Ampeldaten; (*Ausgangsvariable*)
       END_VAR
       TYPE Ampeldaten :STRUCT
           Rot:BOOL;
           Gelb:BOOL;
           Gruen:BOOL;
           END_STRUCT
       END_TYPE
   
   b) Impulsdiagramm

c) Zustandsgraf

1. d) Eingangsschaltnetz (nach Zustandsübergangstabelle)

• H1.S = NOT T60.Q & ( Z4 & NOT GS V Z0 & GS )
• H1.R = NOT T10.Q & ( Z2 V Z6)
• H2.S = NOT T5.Q & Z1
• H2.R = NOT T5.Q & Z5
• H3.S = NOT T5.Q & Z3
• H3.R = NOT T5.Q & Z7
• T5.IN = H1.S V H1.R
• T10.IN = H2.S V H2.R
• T60.IN = H3.S V H3.R

1. Ausgangsschaltnetz (nach Impulsdiagramm)
• A1.Rot = A2.Rot = NOT Z0 & NOT Z1
• A1.Gelb = A2.gelb = Z1 V Z7
• A1.Gruen = A2.Gruen = Z0
• A3.Rot = NOT Z4 & NOT Z5
• A3.Gelb = Z3 V Z5
• A3.Gruen = Z4
3. e) Das Projekt U_4_2_Ampel.project^1,2) umfasst das entworfene Steuerungsprogramm. Dieses Video zeigt Bedienung, Beobachtung und Test der Anlage.
   
   f) Als Testprotokoll kann der Zustandsgraf zusammen mit der Ausgangstabelle dienen. Testdurchführung ist die Aktivierung der Transitionen, Akzeptanzkriterium sind die in den Zuständen ausgeführten Steuersignale. Erfolgreiche Testergebnisse werden durch Haken an den Zustanden gekennzeichnet.