PLC步进顺控实例

3. 状态转移图（SFC）的画法 状态转移图（ ）
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。
2. 并行性分支、汇合的编程 并行性分支、
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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。
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。
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。
3. 设计按钮人行道控制系统的 设计按钮人行道控制系统的PLC程序 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 5s” T4 “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。
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 SQ2 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。
5. FX系列 系列PLC的步进顺控指令 系列 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。
项目三 PLC步进顺控指令应用 实例
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。
（二）相关知识
1. 并行分支结构
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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 X0 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。
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6. 步进梯形图和指令语句表编程： 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
1. 选择输入输出设备，分 选择输入输出设备， 配输入/输出地址 输出地址， 配输入 输出地址，画出 I/O接线图 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。
• 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 3 8 b 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。
（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。
表3-1 类别 初始状态 返回状态 通用状态
FX2N的状态元件 元件编号 S0～S9 S10～S19 个数 10 10 用途及特点 用作 SFC图的初始状态 在多运行模式控制当中，用作返 回原点的状态 用作 SFC图的中间状态 ，表示工 作状态 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 用作报警元件使用
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。
（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 系列PLC状态元件 状态元件S 系列 状态元件 • 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。
S20～S499
480
掉电保持状态 信号报警状态
S500～S899 S900～S999
400 100
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。
• 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。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu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。
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。
（三）任务实施
• 选择输入输出设备，分配地址，绘制I/O接线图 选择输入输出设备，分配地址，绘制 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。
（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。