Transcript 项目三 PLC步进顺控指令应用

项目三 PLC步进顺控指令应用
步进顺控编程法是PLC程序编制的重要方法。步进
顺控编程法是将系统的工作过程分解成若干阶段（若干
步），绘制状态转移图。再依据状态转移图设计步进梯
形图程序及指令表程序，设程序设计工作变得思路清晰，
不容易遗漏或者冲突。本章主要介绍三菱FX2N系列
PLC的步进顺控编程思想、状态元件、状态转移图、步
进顺控指令和单分支、选择分支、并行分支三种流程的
编程方法。
任务1 自动送料小车的运行控制
• （一）任务分析
• 某自动送料小车在初始位置时，限位开关SQ1被压下，按
下启动按纽SB，小车按照图3－1所示的顺序运动,完成一
个工作周期。
• 电机正转，小车右行碰到限位开关SQ2后电机停转，小车
原地停留；
• 停留5S后电机反转，小车左行；
• 碰到限位开关SQ3后，电机又开始正转,小车右行至原位
压下限位开关SQ1，停在初始位置。
• 这是典型的顺序控制实例。小车的一个工作周期可以分为
4个阶段，分别是启动右行、暂停等待、换向左行和右行
回原位。这种类型的程序最适合用步进顺控的思想编程。
（二）相关知识
1. 步进顺控概述
•
一个控制过程可以分为若干个阶段，这些阶段称为状态
或者步。状态与状态之间由转换条件分隔。当相邻两状
态之间的转换条件得到满足时，就实现状态转换。状态
转移只有一种流向的称作单分支流程顺控结构。像自动
小车的控制过程就只有一种顺序。
2. FX系列PLC状态元件S
•
在FX系列PLC中每一个状态或者步用一个状态元件表示，
S0为初始步，也称为准备步，表示初始准备是否到位。
其它为工作步。
•
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。 FX2N共有 1000个状态元件，其分类、
编号、数量及用途如表3-1所示。
（一）、使用STL指令的编程方法
1、STL指令
STL指令： 步进指令
当某一步为活动步时，对应的STL触点接通，它右边的电路被处理，
直到下一步被激活。
注意：
S0~S9
S10~S19
初始步
自动返回原点
一定要使用RET指令
表3-1
FX2N的状态元件
元件编号
个数
用途及特点
初始状态
S0～S9
10
用作 SFC图的初始状态
返回状态
S10～S19
10
在多运行模式控制当中，用作返
回原点的状态
通用状态
S20～S499
480
用作 SFC图的中间状态 ，表示工
作状态
类别
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内选择。
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。
3. 状态转移图（SFC）的画法
状态转移图（SFC）也称功能表图。
用于描述控制系统的控制过程，具有
简单、直观的特点，是设计PLC顺控
程序的一种有力工具。状态转移图中
的状态有驱动动作、指定转移目标和
指定转移条件三个要素。其中转移目
标和转移条件是必不可少的，而驱动
动作则视具体情况而定，也可能没有
实际的动作。如图所示，在初始步S0
没有驱动动作，S20为其转移目标，
X0、X1为串联的转移条件；在S20步，
Y1为其驱动动作，S21为其转移目标，
X2为其转移条件。
步与步之间的有向连线表明流程的方
向，其中向下和向右的箭头可以省略。
图中流程方向始终向下，因而省略了
箭头。
4. 状态转换的实现
• 步与步之间的状态转换需满足两个条件：一是
前级步必须是活动步；二是对应的转换条件要
成立。满足上述两个条件就可以实现步与步之
间的转换。值得注意的是一旦后续步转换成功
成为活动步，前级步就要复位成为非活动步。
• 这样，状态转移图的分析就变得条理十分清楚，
无需考虑状态之间的繁杂联锁关系，可以理解
为：“只干自己需要干的事，无需考虑其他”。
另外，这也方便了程序的阅读理解，使程序的
试运行、调试、故障检查与排除变得非常容易，
这就是步进顺控设计法的优点。
5. FX系列PLC的步进顺控指令
• 步进顺控编程的思想就是依据状态转移图，
从初始步开始，首先编制各步的动作，再
编制转换条件和转换目标。这样一步一步
的将整个控制程序编制完毕。FX系列PLC
有两条专用于编制步进顺控程序的指令
――－步进触点驱动指令STL和步进返回
指令RET。
 STL：步进触点驱动指令
•
•
•
•
STL指令表示取某步状态元件的常
开触点与母线连接，如图3－3所示。
使用STL指令的触点称为步进触点。
STL指令有主控含义，即STL指令
后面的触点要用LD指令或LDI指令。
STL指令有自动将前级步复位的功
能（在状态转换成功的第二个扫描
周期自动将前级步复位），因此使
用STL指令编程时不考虑前级步的
复位问题。

RET：步进返回指令
一系列STL指令的后面，在步进程
序的结尾处必须使用RET指令，表
示步进顺控功能（主控功能）结束，
如图3－4所示。
6. 步进梯形图和指令语句表编程：
•
•
•
•
•
•
•
依据状态转移图，用步进指令STL、RET指令编制的
梯形图程序和指令表程序如图3－4所示，需要注意以
下几点：
先进行驱动动作处理，然后进行状态转移处理，不能
颠倒。
驱动步进触点用STL指令，驱动动作用OUT指令。若
某一动作在连续的几步中都需要被驱动，则用
SET/RST指令。
接在STL指令后面的触点用LD/LDI指令，连续向下的
状态转换用SET指令，否则用OUT指令。
CPU只执行活动步对应的电路块，因此，步进梯形图
允许双线圈输出。
相邻两步的动作若不能同时被驱动，则需要安排相互
制约的联锁环节。
步进顺控的结尾必须使用RET指令
（三）任务实施
•
选择输入输出设备，分配地址，绘制I/O接线图
本控制任务要求启动自动小车后，能按图3－1
箭头所示的线路运行一个周期后停止在原位，这种
运行方式成为单周期运行。因而输入设备中只需要
启动按钮，不需要停止按钮。另外还需要三个行程
开关SQ1、SQ2和SQ3，分别安装在原位、右端极
限位和左端极限位。小车向右运行或向左运行实际
上就是用电机的正反转来驱动的，因此本控制任务
的输出设备就是电机的正转接触器KM1和反转接触
器KM2。依据图3－1中已分配好的I/O地址，绘制的
I/O接线图如图3－5所示。
2. 编制自动送料小车的转态转移图
• 根据自动小车的运行情况，将其一个工作
周期分为4个阶段，分别是启动右行、停
留等待、换向左行和右行回原位。据此绘
制的状态转移图见图3－6所示。
3. 编制自动小车的步进梯形图程序和指令表程序
•
根据上述状态转移图，编制对应的步进梯形图程序和指
令表程序，如图3－7所示。在每一步中都是先处理驱动
动作，再用转移条件进行状态转移处理。因为使用了
STL指令编程，所以无需考虑前级步的复位问题。
•
需要说明的是，在由S22步转到和S23步时，小车由
“换向左行”转移到“右行回原位”。也就是说，在这
里的前后步中，电机要由反转直接换到正转。而我们通
过继电器接触器控制就知道，电机的正反转接触器KM1、
KM2是不允许同时接通的，否则电源会短路。前面我们
也说过，步进指令STL有自动将前级步复位的功能，但
那是在状态转换成功的第二个扫描周期才会将前级步复
位。也就是说，在由S22步刚刚转移到S23步的那个周
期里，KM1、KM2是同时接通的，所以我们必须要在程
序中用常闭触点进行电气互锁。
根据下列顺序功能图，写出梯形图程序。
（四）知识拓展―― 步进顺控程序
的其它编制方式
• 步进顺控程序也可以不用步进指令而用其
它方式进行编制，如启保停电路方式、置
位复位电路方式等，如图3－8所示。这两
种方式既可以用状态器直接表示步状态进
行编程，也可以用辅助继电器M代替状态器
进行编程。要注意的是，采用这两种方式
编制程序时一定要注意处理好前级步的复
位问题，因为只有步进指令STL才能自动将
前级步复位，其它指令没有这个功能。另
外还要注意不要出现双线圈。
• 1. 启保停电路方式
• 采用启保停方式编制步进顺控程序时，要注意处
理好每一步的自锁和前级步的复位问题，还要注
意处理好双线圈的问题，如图3－8（b）所示。
图中每一步都用自身的常开触点自锁、用后续步
的常闭触点切断前级步的线圈让其复位，呈现
“启保停”方式。各步的驱动动作可以和状态器
线圈并联。S20步的动作和S23步的动作都是驱动
Y1，为了不出现双线圈，将两步的常开触点并联
后驱动Y1。
（二）、使用起保停的编程方法
练习：设计出图所示的顺序功能图
的梯形图程序。
• 2. 置位复位电路方式
• 采用置位复位方式编制步进顺控程序时，
也要注意处理好前级步的复位问题和双线
圈的输出处理就可以了，如图3－8（b）所
示。图中每一步都是先处理动作，再将前
级步复位，最后用转移条件将后续步置位，
所以称为“置位复位”方式。
3、以转换为中心的编程方法
（1）单序列的编程方法
任务2 按钮人行横道交通灯控制
• （一）任务分析
• 在只需要纵向行使的交通系统中，也需要考虑人
行横道的控制。这种情况下人行横道通常用按钮
进行启动，交通情况如图3－9所示，由图可见，
东西方向是车道，南北方向是人行横道。正常情
况下，车道上有车辆行驶，如果有行人要通过交
通路口，先要按动按钮，等到绿灯亮时，方可通
过，此时东西方向车道上红灯亮。延时一段时间
后，人行横道的红灯亮，车道上的绿灯亮。各段
时序由图3－10所示。车道和人行横道同时要进
行控制，这种结构称作并行分支结构。
（二）相关知识
1. 并行分支结构
•
•
并行分支结构是指同时处理多个程序流程。
如图3－11所示。图中当S20步被激活成
为活动步后，若转换条件X0成立就同时执
行左、中、右三支程序。
S50为汇合状态，由S22、S32、S42三个
状态共同驱动，当这三个状态都成为活动
步且转换条件X4成立时，汇合转换成S50
步。
2. 并行性分支、汇合的编程
•
并行性分支、汇合的编程原则是先集中处
理分支转移情况，然后依顺序进行各分支
程序处理，最后集中处理汇合状态，见图
3－12所示的步进梯形图。根据步近梯形
图可以写出指令表程序。
3. 并行性分支结构编程的注意事项
（1）并行分支结构最多能实现8个分支的汇合。
（2）在并行分支、汇合处不允许有下图3－13（a）所
示的转移条件，而必须将其转化为图3－13（b）所
示的结构后，再进行编程。
（三）任务实施
1. 选择输入输出设备，分
配输入/输出地址，画出
I/O接线图
输入设备：
X0：SB1（人行道北按钮）
X1：SB2（人行道南按钮）
输出设备：
Y0：LD0（车道红灯）
Y1：LD1（车道黄灯）
Y2：LD2（车道绿灯）
Y3：LD3（人行道红灯）
Y4：LD4（人行道绿灯）
输入输出接线图如图3－14所示。
2. 设计按钮人行道控制系统的状态转移图
根据控制要求，绘制的状态转移图见图3－
15所示。初始状态是车道绿灯、人行道红
灯。按下人行道按钮（X0或X1）后系统进
入并行运行状态，车道绿灯、人行道红灯，
并且开始延时。30s后车道变为黄灯，再经
10s变为红灯。5s后人行道变为绿灯，15s
后人行道绿灯开始闪烁，5s后人行道变为
红灯，再过5s返回初始状态。
3. 设计按钮人行道控制系统的PLC程序
根据上述状态转移图，编制的步进梯形图程序和
指令表程序分别见图3－16和3－17所示。程序中
“人行道绿灯闪烁5s”用T4定时器串联特殊辅助继
电器M8013完成。也可以采用定时器闪烁电路完
成亮灭控制和计数器计数组合，共同完成绿灯的
闪烁任务。如图3－18所示，绿灯每亮0.5s、灭
0.5s，计数器计数一次，当记录5次时其触点动作，
状态转移，人行道变为红灯。
（四）知识拓展
1. 流程跳转的程序编制
流程跳转分为单流程内的跳转执行与单流
程之间的跳转执行，如图3－19所示。在编
制指令表程序时，所有跳转均使用OUT指
令。图3－19（c）为一单流程向另一单流
程的跳转，（a）、（b）均为单流程内的
跳转。图3－19（d）所示为复位跳转，是
指当执行到终结时状态的自动清零。编制
指令表程序时，复位跳转用RST指令。
2.正确的分支与汇合的组合及其编程
对于复杂的分支与汇合的组合，不允许上
一个汇合还没完成就直接开始下一个分支。
若确实必要，需在上一个汇合完成到下一
个分支开始之间加入虚拟状态，使其上一
个汇合真正完成好以后再进入下一个分支，
见图3－20所示。虚拟状态在这里没有实
质性意义，只是从状态转移图的结构上具
备合理性。
•
【应用举例】若将图3－15所示的状态转移
图设计成既能选择单周期工作方式又能选
择连续工作方式，则结果如图3－21所示。
图中S25是虚拟步，没有动作。用工作方式
开关（单周期/X2连续）来决定是回到S0步
等待还是到S26步继续工作。
任务3 物料分拣机构的自动控制
（一）任务分析
• 图3－22所示为使用传送机将大、小球分类后分
别传送的系统示意图。左上为原点，动作顺序如
下：向下吸住球向上向右运行向下释放向上向左
运行至左上点（原点），抓球和释放球的时间均
为1秒。
• 当机械臂下降时，若电磁铁吸着的是大球，下限
位开关SQ2断开，若吸着小球则SQ2接通（以此
判断是大球还是小球）。这是选择分支的流程结
构。
（二）相关知识
1. 选择性分支结构
• 从多个分支流程中选择执行某一个单支流程，称为选择性
分支结构，如图3－23所示。图中S20为分支状态，该状态
转移图在S20步以后分成了三个分支，供选择执行。
• 当S20步被激活成为活动步后，若转换条件X0成立就执行
左边的程序；若X10成立就执行中间的程序，若X20成立则
执行右边的程序，转换条件X0、X10及X20不能同时成立。
• S50为汇合状态，可由S22、S32、S42任一状态驱动。
2. 选择性分支的编程
选择性分支结构的编程原则是先集中处理
分支转移情况，然后依顺序进行各分支程
序处理和汇合状态，如图3－24所示。
（三）任务实施
1. 选择输入输出设备，分配I/O地址，画接线图
输入输出设备及I/O地址在图3－22中已有确定，
具体为：
输入：X1――左限位开关
X2 ――下限位开关（小球动作、大球不动作）
X3 ――上限位开关
X4 ――释放小球的右限位开关
X5――释放大球的右限位开关
X0 ――系统的起动开关；
X6――（机械臂）手动回原点开关；
输出：Y0 ――机械臂下降，
Y2 ――机械臂上升，
Y1――吸球电磁铁，
Y3 ――机械臂右移，
Y4 ――机械臂左移，
Y5――机械臂在原点的指示灯。
根据上述地址，绘制I/O接线图如图3－25所示
2. 设计大小球分拣系统的状态转移图
根据控制要求画出大小球分拣系统的状态转移图
如图3－26所示。从机械臂下降吸球（状态S21）
时开始进入选择分支，若吸着的是大球（下限位
开关SQ2断开），执行右边的分支程序；若吸着
小球（SQ2接通），执行左边的分支程序。在状
态S28（机械臂碰着右限位开关）结束分支进行
汇合，以后就进入单序列流程结构。要注意的是
只有机械臂在原点才能开始自动工作循环。状态
转移图中在初始步S0设置了回原点操作。若开始
的时候机械臂不在原点，可以用X6手动将其回到
原点（Y5指示灯被点亮）。
3. 设计大小球分拣系统的步进梯形图程序
和指令表程序
根据图3－26所示的状态转移图，可以很容
易的画出大小球分拣系统的步进梯形图程
序，写出其指令表程序，如图3－27、3－
28所示。
（四）知识拓展――单流程与多流程状态转移图
由一个初始状态开始的状态转移图，不管是
否带有分支与汇合，均为单流程状态转移图。前
述各例均为单流程。在比较复杂的控制系统中，
允许用多个初始状态分别编制单流程状态转移图。
多个单流程状态转移图构成多流程状态转移图。
编制多个单流程状态转移图的原则是：初始状态
不能重复；所有通用状态元件不能重复，不能交
叉，但可以断续；系统执行时按照初始状态号由
小到大依次进行。编制指令表程序时，应先编制
低号初始状态的单流程，完成后再编制高一号的
初始状态单流程，以后顺序编制。