項目3：順序控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)3.1自動混料罐控制系統(tǒng)設(shè)計【知識目標(biāo)】1.了解順序功能圖（SFC）的組成以及基本要素。2.了解PLC順序控制系統(tǒng)及其設(shè)計方法。3.掌握三菱FX3U系列PLC步進(jìn)指令應(yīng)用技巧?！灸芰δ繕?biāo)】

1.能夠進(jìn)行自動混料罐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。2.能夠利用GX-Works2編程軟件進(jìn)行梯形圖程序設(shè)計，會仿真調(diào)試。3.能夠進(jìn)行自動混料罐控制系統(tǒng)輸入、輸出接線，并利用實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。任務(wù)描述某企業(yè)采用自動混料罐實(shí)現(xiàn)A、B兩種不同液體混料功能，其控制系統(tǒng)示意圖如圖3-1所示。圖中YV1、YV2為進(jìn)料電磁閥，其功能為控制兩種液料的進(jìn)罐。YV3為出料電磁閥，其功能為控制混合液出罐。SQ1、SQ2、SQ3分別為高、中、低液位檢測開關(guān)，當(dāng)液面淹沒時分別輸出罐內(nèi)液位高、中、低的檢測信號。此外，操作面板上設(shè)有起動按鈕SB1、停止按鈕SB2和混料配方選擇開關(guān)S01，其中S01用于選擇配方1或配方2。請使用FX3U系列PLC實(shí)現(xiàn)此控制功能，完成PLC程序的編寫與仿真調(diào)試，硬件的接線與聯(lián)機(jī)調(diào)試。

圖3-1自動混料罐控制系統(tǒng)示意圖圖3-2混料罐工藝流程該自動混料罐控制系統(tǒng)控制要求如下：（1）在初始狀態(tài)時，混料罐為空容器，電磁閥YV1、YV2、YV3均為關(guān)閉狀態(tài)；液位檢測開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3均處于“OFF”狀態(tài)；混料泵M處于停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。（2）當(dāng)按動起動按鈕SB1后，混料罐按如圖3-2所示的工藝流程開始運(yùn)行，連續(xù)循環(huán)運(yùn)行3次后自動停止，中途按停止按鈕SB2，混料罐完成一次循環(huán)后才能停止。圖3-2混料罐工藝流程【任務(wù)要求】1.利用GX-Works2設(shè)計自動混料罐控制系統(tǒng)梯形圖程序。3.正確連接編程電纜，下載程序至PLC。4.正確連接輸入按鈕和輸出負(fù)載（交流接觸器、電磁閥）。5.仿真、聯(lián)機(jī)調(diào)試?！救蝿?wù)環(huán)境】1.兩人一組，根據(jù)工作任務(wù)進(jìn)行合理分工。2.每組配套FX3U系列PLC實(shí)訓(xùn)裝置一套。3.每組配套若干導(dǎo)線、工具等?！究己嗽u價標(biāo)準(zhǔn)】該項目考核評價標(biāo)準(zhǔn)如表3-1所示。

順序功能圖（SepuentialFunctionChart，SFC）又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或功能表圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制流程功能和特性的一種圖形語言，已被國際電工委員會（IEC）于1994年5月公布的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)IEC1131確定為PLC居首位的編程語言。1.SFC的組成SFC是用狀態(tài)元件描述工步狀態(tài)的工藝流程圖，通常由基本要素步（狀態(tài)）、有向連線、轉(zhuǎn)移條件以及命令和動作組成，如圖3-3所示。

圖3-3SFC組成結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)知識☆3.1.1認(rèn)識順序功能圖（SFC）（1）步（狀態(tài)）

SFC中的步是指控制系統(tǒng)的一個工作狀態(tài)。在三菱FX系列PLC中，將“步”稱為“狀態(tài)”，下面均以“狀態(tài)”術(shù)語代替“步”進(jìn)行分析。狀態(tài)分為“初始狀態(tài)”和“一般狀態(tài)”。在SFC中，初始狀態(tài)用雙線矩形框表示，一般狀態(tài)用單線矩形框表示。狀態(tài)框中都有一個表示該狀態(tài)的狀態(tài)繼電器編號，稱為“狀態(tài)元件”。FX3U系列PLC內(nèi)部狀態(tài)繼電器的分類、編號、數(shù)量及用途已在項目1中進(jìn)行介紹，此處不再贅述。圖3-3中，S0為初始狀態(tài)，S21、S22、S41、S42、S50均為一般狀態(tài)。在SFC中，如果某一個狀態(tài)被激活，則這個狀態(tài)稱為激活狀態(tài)，又稱活動步。狀態(tài)被激活的含義是：該狀態(tài)的所有命令與動作均會得到執(zhí)行，而未被激活的狀態(tài)命令與動作均不能得到執(zhí)行；當(dāng)下一個狀態(tài)被激活時，前一個狀態(tài)自動轉(zhuǎn)移為非激活狀態(tài)。（2）有向連線有向連線是狀態(tài)與狀態(tài)之間的連接線。它表示了SFC中狀態(tài)轉(zhuǎn)移方向，如圖3-3中狀態(tài)矩形框之間的連接直線。一般激活狀態(tài)的進(jìn)展方向是從上到下，因此，這兩個方向上有向連線箭頭可以省略。如果不是上述方向，例如，發(fā)生跳轉(zhuǎn)、循環(huán)等，則必須用帶箭頭的有向線段表示轉(zhuǎn)移方向。此外，當(dāng)順序控制系統(tǒng)太復(fù)雜時，會產(chǎn)生中斷的有向連線，此時必須在中斷處注明其轉(zhuǎn)移方向。（3）轉(zhuǎn)移條件在SFC中，與有向連線相垂直的短劃線和它旁邊標(biāo)注的文字符號或邏輯表達(dá)式表示轉(zhuǎn)移與狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件。只有轉(zhuǎn)移條件滿足時，SFC中的狀態(tài)才能進(jìn)行轉(zhuǎn)移。例如，圖3-3中，X001、X002·X003分別為初始狀態(tài)S0轉(zhuǎn)移至狀態(tài)S21、S41的轉(zhuǎn)移條件，當(dāng)X001為ON時，狀態(tài)S21被激活；當(dāng)X002·X003為ON時，S41被激活。（4）命令和動作“命令”是指控制要求，“動作”是指完成控制要求的程序。與狀態(tài)對應(yīng)則是指每一個狀態(tài)中所發(fā)生的命令和動作。在SFC中，命令與動作是用相應(yīng)的文字和符號（包括梯形圖程序行）寫在狀態(tài)矩形框的旁邊，并用直線與狀態(tài)矩形框相連。3.順序控制設(shè)計法簡介順序控制設(shè)計法是針對以往在設(shè)計順序控制程序時采用經(jīng)驗設(shè)計法的諸多不足而產(chǎn)生的。使用順序控制設(shè)計法編程的一種有力的工具是SFC。下面介紹SFC設(shè)計方法的一般步驟。（1）確定SFC的工步每一個工步都是描述順序控制系統(tǒng)中對應(yīng)的一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在整個控制過程中，執(zhí)行元件的狀態(tài)變化決定了工步數(shù)。工步的符號如圖3-3的初始狀態(tài)、一般狀態(tài)符號。即初始工步對應(yīng)于初始狀態(tài)，是順序控制系統(tǒng)運(yùn)行的起點(diǎn)。一個順序控制系統(tǒng)至少有一個初始工步。一般工步對應(yīng)于一般狀態(tài)，指順序控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的某個狀態(tài)。（2）設(shè)置命令和動作確定好SFC的工步后，即可設(shè)置每一個工步的命令和動作，也就是明確每一個狀態(tài)的負(fù)載驅(qū)動和功能。命令和動作寫在對應(yīng)工步的右邊，如圖3-3所示。（3）設(shè)置狀態(tài)轉(zhuǎn)移狀態(tài)轉(zhuǎn)移說明了從一個工步到另一個工步的變化，轉(zhuǎn)移符號用與有向連線相垂直的短劃線表示，如圖3-3所示。轉(zhuǎn)移需要滿足轉(zhuǎn)移條件，可以用文字語言或邏輯表達(dá)式等方式把轉(zhuǎn)移條件表示在轉(zhuǎn)移符號旁。4.SFC設(shè)計注意事項一般情況下，根據(jù)進(jìn)行SFC設(shè)計時應(yīng)注意如下事項：（1）SFC中兩個狀態(tài)之間必須用轉(zhuǎn)移條件隔開，不允許兩個狀態(tài)直接相連。（2）SFC中的初始狀態(tài)一般對應(yīng)于控制系統(tǒng)等待啟動的狀態(tài)，初始狀態(tài)是必不可少的。（3）順序控制系統(tǒng)一般要求多次重復(fù)執(zhí)行同一工藝過程，因此在SFC中一般應(yīng)有由狀態(tài)和有向連線組成的閉環(huán)，即在完成一次工藝過程的全部操作之后，應(yīng)從最后狀態(tài)返回初始狀態(tài)，系統(tǒng)停留在初始狀態(tài)。（4）SFC中，只有當(dāng)某一狀態(tài)的前級狀態(tài)處于激活狀態(tài)時，該狀態(tài)才有可能變成激活狀態(tài)。如果用沒有斷電保持功能的編程元件代表各狀態(tài)，進(jìn)入RUN工作方式時，它們均處于OFF狀態(tài)，必須用初始化脈沖輔助繼電器M8002的常開觸點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換條件，將初始狀態(tài)預(yù)置為激活狀態(tài)，否則由于SFC中無激活狀態(tài)，系統(tǒng)將無法工作。（5）SFC主要用來描述自動工作過程，如果系統(tǒng)有自動、手動兩種工作方式，這時還應(yīng)在系統(tǒng)由手動工作方式進(jìn)入自動工作方式時，用一個適當(dāng)?shù)男盘枌⒊跏紶顟B(tài)置為激活狀態(tài)。STL、RET指令的指令助記符、名稱、功能、梯形圖、操作元件和程序步長如表3-2所示。1.指令功能（1）STL指令。步進(jìn)梯形圖開始指令，步進(jìn)觸點(diǎn)接通后需要使用SET指令進(jìn)行置位。步進(jìn)觸點(diǎn)接通時，其作用如同主控觸點(diǎn)一樣，將左母線移至步進(jìn)觸點(diǎn)右邊，相當(dāng)于子母線。這是，步進(jìn)觸點(diǎn)下放的邏輯行開始執(zhí)行，即可實(shí)現(xiàn)負(fù)載的驅(qū)動處理和指定轉(zhuǎn)換目標(biāo)等功能。（2）RET指令。步進(jìn)梯形圖結(jié)束指令，使STL指令所形成的副母線復(fù)位。STL和RET是一對指令，但是在每條STL指令后面，不必都加一條RET指令，只需在一系列STL指令的最后設(shè)置一條RET指令即可，但必須要有RET指令。關(guān)聯(lián)知識☆3.1.2STL、RET指令2.應(yīng)用實(shí)例STL、RET指令應(yīng)用實(shí)例如圖3-4所示。

a）b）圖3-4STL、RET指令應(yīng)用實(shí)例a）梯形圖b）指令語句表應(yīng)用技巧：

在FX3U系列PLC中可供STL指令使用的狀態(tài)繼電器（S）共有4096個，其中S0~S9共10點(diǎn)，一般作為初始狀態(tài)用；S10~S19共10點(diǎn)，一般作為自動返回原點(diǎn)用；S20~S499共480點(diǎn)，作為一般狀態(tài)用；S500~S899共400點(diǎn)，作為數(shù)據(jù)斷電保持用（可通過參數(shù)設(shè)置為斷電保持或非保持用）；S900~S999共100點(diǎn)，作為信號報警器用；S1000~S4095共3096點(diǎn)，作為固定保持用。

在中斷程序與子程序內(nèi)，不能使用STL指令。在STL指令內(nèi)不禁止使用跳轉(zhuǎn)指令，但其動作復(fù)雜，一般不要使用。

GX-Works2具有梯形圖和SFC兩種編程語言。其中梯形圖語言可以編寫任意梯形圖程序；SFC語言有專用的編程界面和編程規(guī)則，具體編程方法請讀者參照軟件用戶手冊自行學(xué)習(xí)，本書不予介紹。1.起保停電路編程法起保停電路僅僅用于與觸點(diǎn)和線圈有關(guān)的指令，任何一種PLC的指令系統(tǒng)都是這一類指令，因此這是一種通用的SFC編程方法，可以用于任意型號的PLC。

圖3-5a所示為某順序控制系統(tǒng)SFC（局部），利用啟保停電路由SFC畫出對應(yīng)梯形圖，如圖3-5b所示。

a）b）圖3-5起保停電路SFC編程

a）SFC（局部）b）梯形圖程序關(guān)聯(lián)知識☆

3.1.3SFC的編程方法2.SET/RST指令編程法如果用SET指令在激活條件成立時，激活本狀態(tài)并維持其狀態(tài)內(nèi)控制命令和動作的完成，用RST指令將前步狀態(tài)轉(zhuǎn)移為非激活狀態(tài)。這就是SET/RST指令SFC編程法。這種編程方法與狀態(tài)轉(zhuǎn)移之間有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，用其編制復(fù)雜SFC的梯形圖程序時，更能顯示出它的優(yōu)越性。利用SET/RST指令編程法編制的圖3-5a所示SFC（局部）對應(yīng)梯形圖程序如圖3-6所示。

圖3-6SET/RST指令SFC編程3.STL/RET指令編程法STL/RET指令是三菱公司專門針對順序控制而開發(fā)的指令，其特點(diǎn)是根據(jù)SFC可以直接寫出對應(yīng)梯形圖程序，利用STL/RET指令編制SFC梯形圖程序可以起到事半功倍的成效。圖3-7所示為某SFC及其對應(yīng)梯形圖程序。

a）b）圖3-7STL/RET指令SFC編程

a）SFCb）梯形圖程序應(yīng)用技巧：

圖3-7中引入M1常閉觸點(diǎn)是為了解決利用GX-Works2軟件對梯形圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換/編譯時由于編程規(guī)則出現(xiàn)的“存在無法轉(zhuǎn)換的梯形圖。請修改光標(biāo)位置的梯形圖”提示。由于該觸點(diǎn)在程序中無實(shí)質(zhì)意義，故也可用其他常閉觸點(diǎn)代替，不影響程序執(zhí)行。

指令語句表可以通過梯形圖轉(zhuǎn)換得到，由于篇幅有限，本書后續(xù)程序均不提供指令語句表，請讀者根據(jù)梯形圖自行進(jìn)行轉(zhuǎn)換。1.I/O地址分配根據(jù)任務(wù)3.1任務(wù)描述可知，自動混料罐控制系統(tǒng)輸入分別為起動按鈕SB1、停止按鈕SB2、配料配方選擇開關(guān)S01和高、中、低液位檢測開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3；輸出為A、B液體進(jìn)料電磁閥YV1、YV2，混料泵控制接觸器KM，混合液體出料電磁閥。設(shè)定I/O地址分配表，見表3-3。任務(wù)實(shí)施☆

3.1.4自動混料罐控制系統(tǒng)設(shè)計2.硬件接線圖設(shè)計根據(jù)表3-3所示I/O地址分配表，可對硬件接線圖進(jìn)行設(shè)計，如圖3-8所示。

圖3-8硬件接線圖3.控制程序設(shè)計（1）SFC設(shè)計根據(jù)任務(wù)3.1任務(wù)描述可知，自動混料罐控制系統(tǒng)屬于典型的順序控制系統(tǒng)，利用SFC進(jìn)行設(shè)計能起到事半功倍的效果。本系統(tǒng)狀態(tài)元件分表見表3-4，根據(jù)系統(tǒng)控制要求和I/O地址分配表，設(shè)計SFC如圖3-9（詳見教材）所示。

圖3-9自動混料罐控制系統(tǒng)SFC（2）梯形圖程序利用STL/RET指令編程法對圖3-9所示SFC進(jìn)行編程，其對應(yīng)梯形圖如圖3-10(詳見教材)所示。4.程序調(diào)試（1）按照圖3-8所示硬件接線圖接線并檢查、確認(rèn)接線正確。（2）利用GX-Works2軟件輸入、仿真調(diào)試程序，分析程序運(yùn)行結(jié)果。（3）程序符合控制要求后再接通主電路試車，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，直到最大限度地滿足系統(tǒng)控制要求為止。注意：本任務(wù)還可以利用起保停電路編程法、SET/RST指令編程法對圖3-9所示自動混料罐控制系統(tǒng)SFC進(jìn)行編程，請讀者自行編制。對比三種SFC編程方法，利用STL/RET指令進(jìn)行編程更加簡單明了，故在順序控制系統(tǒng)設(shè)計中是優(yōu)選方案，其他兩種SFC編程方法可作為補(bǔ)充知識進(jìn)行學(xué)習(xí)。

某品牌冷加工自動線有一個鉆孔動力頭，該動力頭的加工工藝過程如圖3-11所示。請分析該加工工藝過程控制功能，并用FX3U系列PLC對該控制電路進(jìn)行技術(shù)改造。

圖3-11鉆孔動力頭工作示意圖任務(wù)實(shí)施☆3.1.5崗課融通拓展：某品牌鉆孔動力頭控制系統(tǒng)設(shè)計1.控制要求分析經(jīng)深入企業(yè)調(diào)研，圖3-11所示鉆孔動力頭控制要求如下：（1）動力頭在原位，并加以啟動信號，這時接通電磁閥YV1，動力頭快進(jìn)。（2）動力頭碰撞限位開關(guān)SQ1后，接通電磁閥YV1和YV2，動力頭由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)，同時動力頭電動機(jī)轉(zhuǎn)動（由接觸器KM1控制）。（3）動力頭碰撞限位開關(guān)SQ2后，開始延時3s。（4）延時時間到達(dá)，接通電磁閥YV3，動力頭快退。（5）動力頭返回原點(diǎn)，碰撞限位開關(guān)SQ0后即停止。2.控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計（1）I/O地址分配根據(jù)控制要求，設(shè)定I/O地址分配表，如表3-4所示。（2）硬件接線圖設(shè)計根據(jù)表3-4所示I/O地址分配表，可對系統(tǒng)硬件接線圖進(jìn)行設(shè)計，如圖3-12所示。

圖3-12系統(tǒng)硬件接線圖（3）控制程序設(shè)計1）SFC設(shè)計。根據(jù)控制要求分析可見，該鉆孔動力頭控制系統(tǒng)屬于典型的順序控制系統(tǒng)，故可采用SFC進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)控制要求和I/O地址分配表，設(shè)計SFC如圖3-13a。

a）b）

圖3-13SFC與梯形圖控制程序a）SFCb）梯形圖2）梯形圖程序設(shè)計。由圖3-13a可見，實(shí)現(xiàn)本次任務(wù)的順序功能圖屬于單流程SFC。其中特殊輔助繼電器M8002為初始化脈沖繼電器，利用它使PLC在開機(jī)時進(jìn)入初始狀態(tài)S0。當(dāng)程序運(yùn)行使動力頭返回到原位時，利用限位開關(guān)SQ0(X001)為轉(zhuǎn)移條件使程序返回初始狀態(tài)S0，等待下一次啟動（即程序停止）。利用STL/RET指令編程法對圖3-13a所示SFC進(jìn)行編程，其對應(yīng)梯形圖如圖3-13b所示?！局R目標(biāo)】1.了解大、小球分揀傳送機(jī)控制原理。2.掌握多分支順序功能圖（SFC）及其應(yīng)用技巧?！灸芰δ繕?biāo)】

1.能夠進(jìn)行PLC選型并進(jìn)行大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。2.能夠利用GX-Works2編程軟件進(jìn)行多分支順序功能圖（SFC）程序設(shè)計，會仿真調(diào)試。3.能夠進(jìn)行大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)輸入、輸出接線，并利用實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。任務(wù)3.2大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)描述圖3-14所示為某品牌大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)示意圖。請用FX3U系列PLC實(shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng)控制功能，完成PLC程序的編寫與仿真調(diào)試，硬件的接線與聯(lián)機(jī)調(diào)試。

圖3-14某品牌大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)示意圖（1）機(jī)械手初始狀態(tài)在左上角原點(diǎn)處（上限位開關(guān)SQ3及左限位開關(guān)SQ1壓合，機(jī)械手處于放松狀態(tài)）。（2）按下起動按鈕SB1后，機(jī)械手下降，2s后機(jī)械手碰到球，如果碰到球的同時還碰到下限位開關(guān)SQ2，則一定是小球；如果碰到球的同時未碰到下限位開關(guān)SQ2，則一定是大球。（3）機(jī)械手吸合球后開始上升，碰到上限位開關(guān)SQ3后右移。如果是小球則右移到SQ4處（如果是大球則右移到SQ5處），機(jī)械手下降，當(dāng)碰到下限位開關(guān)SQ2時，將?。ù螅┣蜥尫?，放入?。ù螅┣蛉萜髦?。（4）釋放后機(jī)械手上升，碰到上限位開關(guān)SQ3后左移，碰到左限位開關(guān)SQ1時停止，一個循環(huán)結(jié)束。（5）機(jī)械手的下降、吸合、上升、右移、左移分別由電磁閥YV0、YV1、YV2、YV3、YV4進(jìn)行驅(qū)動。【任務(wù)要求】1.利用GX-Works2設(shè)計大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)梯形圖程序。2.正確連接編程電纜，下載程序至PLC。3.正確連接輸入按鈕和輸出負(fù)載（電磁閥）。4.仿真、聯(lián)機(jī)調(diào)試。【任務(wù)環(huán)境】1.兩人一組，根據(jù)工作任務(wù)進(jìn)行合理分工。2.每組配套FX3U系列PLC實(shí)訓(xùn)裝置一套。3.每組配套若干導(dǎo)線、工具等?！究己嗽u價標(biāo)準(zhǔn)】該任務(wù)考核評價標(biāo)準(zhǔn)見表3-1。1.可選擇分支與匯合當(dāng)一個程序有多個分支，且分支之間屬于“或”邏輯關(guān)系，程序運(yùn)行時只選擇運(yùn)行其中的一個分支，而其他分支不能運(yùn)行，稱為可選擇分支。圖3-15所示為可選擇分支與匯合的順序功能圖和梯形圖。

a）b）

圖3-15可選擇分支與匯合a）SFCb）梯形圖關(guān)聯(lián)知識☆

3.2.1認(rèn)識多分支順序功能圖（SFC）2.并行分支與匯合當(dāng)一個程序有多個分支，且分支之間屬于“與”邏輯關(guān)系，程序運(yùn)行時要運(yùn)行完所有的分支，才能匯合，稱為并行分支。圖3-16所示為并行分支與匯合的順序功能圖和梯形圖。

a）b）

圖3-16并行分支與匯合a）SFCb）梯形圖1.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則。（1）充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）應(yīng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的型號、I/O點(diǎn)數(shù)和存儲器容量等項目時，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚岳谙到y(tǒng)的調(diào)整和功能的擴(kuò)展。2.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計流程PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計流程如圖3-17（詳見教材）所示。由圖3-17可知，PLC控制系統(tǒng)一般設(shè)計流程如下：（1）分析被控對象，明確控制要求。根據(jù)生產(chǎn)和工藝過程確定控制對象及控制要求，明確控制系統(tǒng)的工作方式，例如全自動、半自動、手動、單機(jī)運(yùn)行、多級聯(lián)機(jī)運(yùn)行等。（2）確定PLC機(jī)型，用戶I/O設(shè)備。選擇PLC機(jī)型時應(yīng)考慮生產(chǎn)廠家、性能結(jié)構(gòu)、I/O點(diǎn)數(shù)、存儲容量、特殊功能等方面。關(guān)聯(lián)知識☆3.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與選型原則（3）分配PLC的I/O地址，設(shè)計控制系統(tǒng)硬件接線圖。根據(jù)已確定的I/O設(shè)備和選定的PLC機(jī)型，列出I/O地址分配表，以便于編制控制程序、設(shè)計接線圖及硬件安裝。（4）PLC的硬件設(shè)計。PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計是指電氣電路設(shè)計，包括主電路、PLC外部控制電路、設(shè)備供電系統(tǒng)圖、電氣控制柜結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備安裝圖等。（5）PLC的軟件設(shè)計。PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計包括梯形圖、指令語句表等，是整個PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的核心環(huán)節(jié)。（6）聯(lián)機(jī)調(diào)試。軟件設(shè)計完畢后，經(jīng)仿真調(diào)試無誤可進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。一般先連接電氣柜而不帶負(fù)載，各輸出設(shè)備調(diào)試正常后，再接上負(fù)載運(yùn)行調(diào)試，直到完全滿足設(shè)計要求為止。此外，為了確保控制系統(tǒng)工作可靠性，聯(lián)機(jī)調(diào)試后，還要經(jīng)過一段時間的試運(yùn)行，以檢驗系統(tǒng)的可靠性。（7）編制技術(shù)文件。技術(shù)文件包括設(shè)計說明書、電氣原理圖和安裝圖、元器件明細(xì)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、梯形圖及使用說明書等。（8）交付使用。上述設(shè)計過程中，第4步硬件設(shè)計和第5步軟件設(shè)計，若事先有明確的約定，可同時進(jìn)行。3.PLC選型原則（1）PLC結(jié)構(gòu)選擇。（2）PLC輸出方式選擇。（3）通信聯(lián)網(wǎng)功能選擇。（4）PLC電源選擇。（5）I/O點(diǎn)數(shù)及I/O接口設(shè)備的選擇。1.I/O地址分配

根據(jù)任務(wù)3.2任務(wù)描述可知，大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)輸入設(shè)備分別為起動按鈕SB1、左限位開關(guān)SQ1、上/下限位開關(guān)SQ3/SQ2、小球右限位開關(guān)SQ4以及打球右限位開關(guān)SQ5；輸出設(shè)備分別為機(jī)械手下降、吸合、上升、右移、左移電磁閥YV0、YV1、YV2、YV3、YV4。設(shè)定I/O地址分配表，見表3-5。任務(wù)實(shí)施☆3.2.3大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計2.硬件接線圖設(shè)計

根據(jù)表3-5所示I/O地址分配表，可對硬件接線圖進(jìn)行設(shè)計，如圖3-18所示。圖3-18硬件接線圖3.控制程序設(shè)計（1）SFC設(shè)計根據(jù)任務(wù)3.2任務(wù)描述可知，大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)屬于典型的多分支順序控制系統(tǒng)，利用多分支SFC進(jìn)行設(shè)計能起到事半功倍的效果。根據(jù)控制系統(tǒng)控制要求和I/O地址分配表，設(shè)計SFC如圖3-19所示。

圖3-19大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)SFC由圖3-19可見，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中出現(xiàn)了分支，而兩條分支不會同時工作，具體轉(zhuǎn)移到哪一條分支由轉(zhuǎn)換條件X002（下限位開關(guān)SQ2）的通斷狀態(tài)決定。當(dāng)X002接通（下限位開關(guān)SQ2被壓合）時，轉(zhuǎn)移到S21分支，否則轉(zhuǎn)移到S31分支。大、小球分揀傳送機(jī)控制系統(tǒng)各狀態(tài)元件分配見表3-6。圖3-21所示為某品牌搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)示意圖。請用FX3U系列PLC進(jìn)行搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計，要求控制要求全覆蓋。

圖3-21某品牌搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)示意圖任務(wù)實(shí)施☆3.2.4課賽融通拓展：某品牌搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計（1）定義搬運(yùn)機(jī)械手“取與放”搬運(yùn)系統(tǒng)的原點(diǎn)為左上方所達(dá)到的極限位置，即左限位開關(guān)閉合，上限位開關(guān)閉合，搬運(yùn)機(jī)械手處于放松狀態(tài)。（2）搬運(yùn)過程是搬運(yùn)機(jī)械手把工件從A處搬到B處。（3）搬運(yùn)機(jī)械手上升和下降、左移和右移均由電磁閥驅(qū)動氣缸實(shí)現(xiàn)。（4）當(dāng)工件處于B處上方準(zhǔn)備下放時，為確保安全，用光敏開關(guān)檢測B處有無工件，只有在B處無工件時才能發(fā)出下放信號。（5）搬運(yùn)機(jī)械手工作過程：啟動搬運(yùn)機(jī)械手下降到A處位置→夾緊工件→夾緊工件上升至頂端→搬運(yùn)機(jī)械手橫向移動到右端，進(jìn)行光敏檢測→下降到B處位置→搬運(yùn)機(jī)械手放松，把工件放到B處→搬運(yùn)機(jī)械手上升至頂端→搬運(yùn)機(jī)械手橫向移動返回到左端原點(diǎn)處。6）搬運(yùn)機(jī)械手連續(xù)循環(huán)，按停止按鈕SB2，搬運(yùn)機(jī)械手立即停止；再次按啟動按鈕SB1，搬運(yùn)機(jī)械手繼續(xù)運(yùn)行。2.控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計（1）I/O地址分配根據(jù)控制要求，設(shè)定I/O地址分配表，如表3-7所示。（2）系統(tǒng)硬件接線圖設(shè)計根據(jù)表3-7所示I/O地址分配表，可對系統(tǒng)硬件接線圖進(jìn)行設(shè)計，如圖3-22所示。圖3-22控制系統(tǒng)硬件接線圖（3）控制程序設(shè)計

1）SFC設(shè)計。根據(jù)控制要求分析可知，搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)屬于典型的順序控制系統(tǒng)，利用SFC進(jìn)行設(shè)計能起到事半功倍的效果。根據(jù)控制系統(tǒng)控制要求和I/O地址分配表，設(shè)計SFC如圖3-23（詳見教材）所示。

圖3-23中，輔助繼電器M0用來記憶停止信號，若按下停止按鈕SB2，則M0常開觸點(diǎn)閉合實(shí)現(xiàn)自鎖功能，常閉觸點(diǎn)斷開使輸出停止。再按下起動按鈕SB1，則M0常開、常閉觸點(diǎn)復(fù)位，搬運(yùn)機(jī)械手繼續(xù)按照設(shè)定程序正常運(yùn)行。搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)各狀態(tài)元件分配見表3-8。（2）梯形圖程序設(shè)計

利用STL/RET指令編程法對圖3-23所示SFC進(jìn)行編程，其對應(yīng)梯形圖如圖3-24（詳見教材）所示。研討訓(xùn)練：3.1簡述順序功能圖具有哪些特點(diǎn)？3.2順序功能圖通常有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？3.3圖3-25所示為某控制系統(tǒng)順序功能圖，請將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的步進(jìn)梯形圖。

圖3-25順序功能圖3.4設(shè)計如圖3-26所示加熱爐自動送料裝置的SFC。功能要求：

圖3-26加熱爐自動送料裝置加工過程示意圖

（1）按起動按鈕S01，接觸器KM1得電，爐門電動機(jī)正轉(zhuǎn)，爐門開。（2）壓合限位開關(guān)ST1，接觸器KM1失電，爐門電動機(jī)停轉(zhuǎn)；接觸器KM3得電，推料機(jī)電動機(jī)正轉(zhuǎn)，推料機(jī)進(jìn)，送料入爐到料位。（3）壓限位開關(guān)ST2，接觸器KM3失電，推料機(jī)電動機(jī)停轉(zhuǎn)，延時3s后，接觸器KM4得電，推料機(jī)電動機(jī)反轉(zhuǎn)，推料機(jī)退到原位。（4）壓合限位開關(guān)ST3，接觸器KM4失電，推料機(jī)電動機(jī)停轉(zhuǎn)；接觸器KM2得電，爐門電動機(jī)發(fā)轉(zhuǎn)，爐門關(guān)閉。（5）壓合限位開關(guān)ST4，接觸器KM2失電，爐門電動機(jī)停轉(zhuǎn)；ST4常開觸點(diǎn)閉合，并延時3s后才允許下次循環(huán)開始。（6）若按下停止按鈕S02，控制系統(tǒng)立即停止，再按下起動按鈕S01繼續(xù)運(yùn)行。謝謝聆聽互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)項目4：復(fù)雜工程控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)4.14路競賽搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計【知識目標(biāo)】1.了解功能指令格式及含義。2.了解競賽搶答器控制系統(tǒng)控制要求以及工作原理。3.掌握三菱FX3U系列PLC關(guān)聯(lián)功能指令應(yīng)用技巧?！灸芰δ繕?biāo)】

1.能夠進(jìn)行競賽搶答器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。2.能夠利用GX-Works2編程軟件進(jìn)行競賽搶答器控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計，會仿真調(diào)試。3.能夠進(jìn)行競賽搶答器控制系統(tǒng)輸入、輸出接線，并利用實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。任務(wù)描述某品牌4路競賽搶答器，配有4個選手搶答按鈕SB1~SB4、1個主持人答題按鈕SB5、復(fù)位按鈕SB6、數(shù)碼管顯示器以及工作指示燈HL1、犯規(guī)指示燈HL2、超時指示燈HL3等。該競賽搶答器控制功能要求如下：（1）在答題過程中，當(dāng)主持人按下開始答題按鈕SB5后，4位選手開始搶答，搶先按下按鈕的選手號碼應(yīng)該在顯示屏上顯示出來，同時工作指示燈HL1亮，其他選手按鈕不起作用。（2）如果主持人未按下開始答題按鈕SB5就有選手搶先按下答題按鈕，則認(rèn)為犯規(guī)，犯規(guī)選手的號碼閃爍顯示（閃爍周期為1s），同時犯規(guī)指示燈HL2閃爍（周期與顯示屏相同）。（3）當(dāng)主持人按下開始答題按鈕SB5，超過10s仍無選手答題，則系統(tǒng)超時指示燈HL3亮，此后不允許再有選手搶答該題。（4）當(dāng)主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，重新開始搶答。請使用FX3U系列PLC實(shí)現(xiàn)此控制功能，完成PLC程序的編寫與仿真調(diào)試，硬件的接線與聯(lián)機(jī)調(diào)試?！救蝿?wù)要求】1.利用GX-Works2設(shè)計4路競賽搶答器控制系統(tǒng)梯形圖程序。2.正確連接編程電纜，下載程序至PLC。3.正確連接輸入按鈕和輸出負(fù)載（數(shù)碼管、指示燈）。4.仿真、聯(lián)機(jī)調(diào)試?！救蝿?wù)環(huán)境】1.兩人一組，根據(jù)工作任務(wù)進(jìn)行合理分工。2.每組配套FX3U系列PLC實(shí)訓(xùn)裝置一套。3.每組配套若干導(dǎo)線、工具等?！究己嗽u價標(biāo)準(zhǔn)】該項目考核評價標(biāo)準(zhǔn)如表4-1所示?！救蝿?wù)要求】1.利用GX-Works2設(shè)計自動混料罐控制系統(tǒng)梯形圖程序。3.正確連接編程電纜，下載程序至PLC。4.正確連接輸入按鈕和輸出負(fù)載（交流接觸器、電磁閥）。5.仿真、聯(lián)機(jī)調(diào)試?！救蝿?wù)環(huán)境】1.兩人一組，根據(jù)工作任務(wù)進(jìn)行合理分工。2.每組配套FX3U系列PLC實(shí)訓(xùn)裝置一套。3.每組配套若干導(dǎo)線、工具等。【考核評價標(biāo)準(zhǔn)】該項目考核評價標(biāo)準(zhǔn)如表3-1所示。

1.功能指令的格式及含義三菱FX3U系列PLC功能指令格式如圖4-1a所示。

a）b）圖4-1功能指令格式示例

a）功能指令格式b）功能含義（1）功能碼（FNCNO）——每一條功能指令都有固定的功能碼和助記符，兩者嚴(yán)格對應(yīng)。（2）助記符——助記符是功能指令的英文縮寫。（3）數(shù)據(jù)長度——FX3U系列PLC提供的數(shù)據(jù)長度分為16位和32位兩種，參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)默認(rèn)為16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。（4）執(zhí)行形式——FX3U系列PLC功能指令的執(zhí)行形式分為連續(xù)執(zhí)行型和脈沖執(zhí)行型。（5）操作數(shù)——是指功能指令涉及或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。關(guān)聯(lián)知識☆

4.1.1認(rèn)識功能指令應(yīng)用技巧：

功能指令的源操作數(shù)、目標(biāo)操作數(shù)和其他操作數(shù)的變化是豐富多彩的。有些指令無操作數(shù)（如IRET、WDT）；有些指令沒有源操作數(shù)，只有目標(biāo)操作數(shù)（如XCH）；大部分指令具備源操作數(shù)和目標(biāo)操作數(shù)。

操作數(shù)若是間接操作數(shù)，即通過變址取得數(shù)據(jù)，則在功能指令操作數(shù)后面加“·”，例如［S·］、［D·］等。

在程序中，每條功能指令占用一定的程序步數(shù)，功能碼和助記符占1步，每個操作數(shù)占2步或4步（16位操作數(shù)是2步，32位操作數(shù)是4步）。2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式（1）位元件。位元件是指只有兩種狀態(tài)（ON或OFF）的開關(guān)量元件，屬于數(shù)據(jù)類型中的布爾數(shù)。（2）字元件。處理數(shù)據(jù)的軟元件稱為字元件。1個字元件由16位存儲單元構(gòu)成，其中最高位（第15位）為符號位，第0～14位為數(shù)值位。圖4-2所示為16位數(shù)據(jù)寄存器D0。

圖4-2字元件（3）位組合元件。位組合元件是由位元件構(gòu)成的一種字元件特殊結(jié)構(gòu)。由位數(shù)Kn和起始位元件號的組合來表示，其中n表示組數(shù)，位元件每4位為一組合成單元。例如，K1X0表示X0～X3的4位數(shù)據(jù)，X0是最低位；K2Y0表示Y0～Y7的8位數(shù)據(jù)，Y0是最低位；K4M10表示M10～M25的16位數(shù)據(jù)，M10是最低位。當(dāng)一個16位數(shù)據(jù)傳送到K1M0、K2M0或K3M0時，只傳送相應(yīng)的低位數(shù)據(jù)，較高位的數(shù)據(jù)不傳送。32位數(shù)據(jù)傳送也一樣。應(yīng)用技巧：

定時器T/計數(shù)器C屬于身兼位元件和字元件雙重身份的軟元件。即常開、常閉觸點(diǎn)是位元件，定時時間設(shè)定值/預(yù)置計數(shù)值則為字元件。

利用兩個字元件可以組成雙字元件，以組成32位數(shù)據(jù)操作數(shù)。雙字元件由相鄰的寄存器組成。雙字元件中第31位為符號位，第0~30位為數(shù)值位。在指令中使用雙字元件時，一般只用其低位地址表示這個組件，但高位地址也將同時被指令使用。CJ指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-2所示。1.指令功能CJ指令。條件跳轉(zhuǎn)指令，將程序跳轉(zhuǎn)到P指針指定處。2.應(yīng)用實(shí)例CJ指令應(yīng)用實(shí)例如圖4-3所示。

圖4-3CJ指令應(yīng)用實(shí)例關(guān)聯(lián)知識☆

4.1.2CJ指令應(yīng)用技巧：

多條跳轉(zhuǎn)指令可以使用相同的指針。

指針一般設(shè)在相關(guān)的跳轉(zhuǎn)指令之后，也可以設(shè)在跳轉(zhuǎn)指令之前。但要注意從程序執(zhí)行順序來看，如果由于指針在前造成該程序的執(zhí)行時間超過了警戒時鐘設(shè)定值，則程序就會出錯。

指針P63為END指令跳轉(zhuǎn)用特殊指針，當(dāng)出現(xiàn)指令“CJP63”時且跳轉(zhuǎn)條件滿足時，程序跳轉(zhuǎn)到P63，執(zhí)行END指令功能。因此，P63不能作為程序入口地址標(biāo)號而進(jìn)行編程。如果對P63編程時，PLC會發(fā)生程序錯誤并停止運(yùn)行。

在編程軟件GX上輸入梯形圖時，指針P的輸入方法：找到跳轉(zhuǎn)后的程序首行，將光標(biāo)移到該行左母線外側(cè)，直接輸入指針P即可。CALL、SRET指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-3所示。1.指令功能（1）CALL指令。子程序調(diào)用指令，調(diào)用指針P指定的子程序。（2）SRET指令。子程序返回指令，從子程序返回到主程序。關(guān)聯(lián)知識☆

4.1.3CALL、SRET指令2.應(yīng)用實(shí)例CALL、SRET指令應(yīng)用實(shí)例如圖4-4a所示。

a）b）

圖4-4CALL、SRET指令應(yīng)用實(shí)例a）應(yīng)用實(shí)例b）子程序嵌套應(yīng)用技巧：

CALL、SRET指令需配對使用。

CALL指令一般安排在主程序中，主程序的結(jié)束用FEND指令（主程序結(jié)束指令，功能與END指令類似）。子程序的開始端有P××指針，最后由SRET返回指令返回主程序。MOV指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-4所示。1.指令功能MOV指令。傳送指令，將源操作數(shù)中的數(shù)據(jù)傳送到目標(biāo)操作數(shù)中，即[S·]→[D·]。2.應(yīng)用實(shí)例MOV指令應(yīng)用實(shí)例如圖4-5所示。

圖4-5MOV指令應(yīng)用實(shí)例關(guān)聯(lián)知識☆

4.1.4MOV指令應(yīng)用技巧：

MOV指令為連續(xù)執(zhí)行型，MOVP指令為脈沖執(zhí)行型。編程時若源操作數(shù)[S·]是一個變量，則要用脈沖型傳送指令MOVP。

對于32位數(shù)據(jù)的傳送，需要用DMOV指令，否則用MOV指令會出錯。

ZRST指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-5所示。1.指令功能ZRST指令。區(qū)間復(fù)位指令，將目標(biāo)操作數(shù)[D1·]和[D2·]指定的元件號范圍內(nèi)同類元件成批復(fù)位為OFF狀態(tài)。2.應(yīng)用實(shí)例ZRST指令應(yīng)用實(shí)例如圖4-6所示。當(dāng)X000為ON時，位元件M100～M199成批復(fù)位為OFF狀態(tài)，字元件C235～C250同樣成批復(fù)位為OFF狀態(tài)。

圖4-6ZRST指令應(yīng)用實(shí)例關(guān)聯(lián)知識☆

4.1.5ZRST指令應(yīng)用技巧：

目標(biāo)操作數(shù)[D1·]和[D2·]指定的元件應(yīng)為同類軟元件，且[D1·]指定的元件號應(yīng)小于[D2·]指定的元件號，若[D1·]指定的元件號大于[D2·]指定的元件號，則只有[D1·]指定的元件號復(fù)位。

該指令為16位功能指令，但[D1·]、[D2·]也可指定為32位的高速計數(shù)器。但不能混合指定，即[D1·]、[D2·]不能一個指定為16位，另一個指定為32位。

該指令在對定時器、計數(shù)器進(jìn)行區(qū)間復(fù)位時，不但將T、C的當(dāng)前值寫入K0，還將其相應(yīng)的觸點(diǎn)全部復(fù)位。SEGD指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-6所示。1.指令功能SEGD指令。七段譯碼指令，將源操作數(shù)[S·]的低4位中的十六進(jìn)制數(shù)經(jīng)譯碼形成七段顯示的數(shù)據(jù)格式存于目標(biāo)操作數(shù)[D·]中，驅(qū)動1位七段顯示器。其中操作數(shù)含義如下：[S·]指定軟元件存儲待顯示數(shù)據(jù)（低4位有效）；[D·]指定譯碼后的七段顯示數(shù)據(jù)存儲元件（低8位有效）。關(guān)聯(lián)知識☆

4.1.6SEGD指令2.應(yīng)用實(shí)例SEGD指令應(yīng)用實(shí)例如圖4-7所示。

圖4-7SEGD指令應(yīng)用實(shí)例圖4-7中，當(dāng)X000為ON時，源操作數(shù)D0中的低4位所確定的十六進(jìn)制數(shù)（0～F）譯碼成七段顯示數(shù)據(jù)，并送到Y(jié)007~Y000。譯碼真值表如表4-7(詳見教材)所示。應(yīng)用技巧：

一個SEGD指令只能控制一個七段顯示管，且要占用8個輸出端口，如果要顯示多位數(shù)，則占用的輸出端口更多，顯然在實(shí)際控制中，很少采用這樣的方法。

SEGD指令一般采用K2Y0作為指令的目標(biāo)操作數(shù)。只要在輸出端口（如Y007~Y000）接上七段顯示器，即可直接顯示源操作數(shù)中的十六進(jìn)制數(shù)。值得注意的是，七段顯示器具有共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)形式，需要與PLC晶體管輸出極性匹配。若PLC晶體管輸出為NPN型則應(yīng)選共陽極七段顯示器，PNP型則選擇共陰極七段顯示器。

1.I/O地址分配根據(jù)任務(wù)4.1任務(wù)描述可知，4路競賽搶答器控制系統(tǒng)輸入為4路搶答按鈕SB1、SB2、SB3、SB4，主持人答題按鈕SB5，主持人復(fù)位按鈕SB6。輸出為工作指示燈HL1，犯規(guī)指示燈HL2，系統(tǒng)超時指示燈HL3，七段數(shù)碼管（B0~B6）。設(shè)定I/O地址分配表，見表4-8。任務(wù)實(shí)施☆4.1.74路競賽搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計2.硬件接線圖設(shè)計根據(jù)表4-8所示I/O地址分配表，可對硬件接線圖進(jìn)行設(shè)計，如圖4-8所示。

圖4-8硬件接線圖3.控制程序設(shè)計

根據(jù)任務(wù)4.1任務(wù)描述可知，4路競賽搶答器屬于典型復(fù)雜工程控制系統(tǒng)，利用功能指令進(jìn)行設(shè)計能起到事半功倍的效果。根據(jù)控制系統(tǒng)控制要求和I/O地址分配表，設(shè)計梯形圖程序如圖4-9（詳見教材）所示。4.程序調(diào)試（1）按照圖4-8所示硬件接線圖接線并檢查、確認(rèn)接線正確。（2）利用GX-Works2軟件輸入、仿真調(diào)試程序，分析程序運(yùn)行結(jié)果。（3）程序符合控制要求后再接通硬件電路試車，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，直到最大限度地滿足系統(tǒng)控制要求為止。

某品牌生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)示意圖如圖4-10所示。請分析該加工工藝過程控制功能，并用FX3U系列PLC實(shí)現(xiàn)此控制功能，完成PLC控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計。

圖4-10生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)示意圖任務(wù)實(shí)施☆4.1.8崗課融通拓展：某品牌生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)設(shè)計1.控制要求分析該生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)設(shè)定為具有自動工作方式與手動點(diǎn)動工作方式，具體由轉(zhuǎn)換開關(guān)S1選擇。當(dāng)S1=1時為手動點(diǎn)動工作，系統(tǒng)可通過3個點(diǎn)動按鈕對電磁閥和電動機(jī)進(jìn)行控制，以便對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整、檢修和事故處理。當(dāng)系統(tǒng)工作于自動工作方式時，其控制要求如下：（1）起動時，為了避免在后段輸送帶上造成物料堆積，要求以逆物料流動方向按一定時間間隔順序起動，其起動順序為：按下起動按鈕SB1，第二條輸送帶的接觸器KM2驅(qū)動起動電動機(jī)M2，延時3s后，第一條輸送帶的接觸器KM1驅(qū)動起動電動機(jī)M1，延時3s后，卸料斗的電磁閥YV1吸合。（2）停止時，卸料斗的電磁閥YV1尚未吸合時，接觸器KM1、KM2可立即斷電使輸送帶停止；當(dāng)卸料斗的電磁閥YV1吸合時，為了使輸送帶上不殘留物料，要求順物料流動方向按一定時間間隔順序停止。其停止順序為：按下停止按鈕SB2，卸料斗的電磁閥YV1斷開，延時6s后，第一條輸送帶的接觸器KM1斷開，此外再延時6s后，第二條輸送帶的接觸器KM2斷開。（3）故障停止。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)?shù)诙l輸送帶電動機(jī)過載時（熱繼電器FR2常開觸點(diǎn)閉合），卸料斗、第一條和第二條輸送帶同時停止。當(dāng)?shù)谝粭l輸送帶電動機(jī)過載時（熱繼電器FR1常開觸點(diǎn)閉合），卸料斗、第一條輸送帶同時停止，經(jīng)6s延時后，第二條輸送帶再停止。2.控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計（1）I/O地址分配根據(jù)控制要求，設(shè)定I/O地址分配表，如表4-9所示。（2）硬件接線圖設(shè)計根據(jù)表4-9所示I/O地址分配表，可對PLC硬件接線圖進(jìn)行設(shè)計，如圖4-11所示。

圖4-11硬件接線圖（3）控制程序設(shè)計1）SFC設(shè)計。手動/自動程序結(jié)構(gòu)如圖4-12a所示。此外，該生產(chǎn)線輸送帶自動控制方式屬于順序控制系統(tǒng)，故可采用SFC進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)控制要求和I/O地址分配表，設(shè)計自動控制方式SFC如圖4-12b。

a）b）

圖4-12手動/自動程序結(jié)構(gòu)與自動控制方式SFCa）手動/自動程序結(jié)構(gòu)b）自動控制方式SFC2）梯形圖程序設(shè)計。

根據(jù)手動/自動程序結(jié)構(gòu)、自動控制方式SFC以及I/O地址分配表，設(shè)計梯形圖程序如圖4-13（詳見教材）所示。

圖4-13中，當(dāng)X007為ON時，控制系統(tǒng)工作于手動點(diǎn)動工作方式，執(zhí)行手動點(diǎn)動工作方式程序，即通過點(diǎn)動按鈕SB3、SB4、SB5對電磁閥、輸送帶驅(qū)動電動機(jī)M1、M2進(jìn)行點(diǎn)動控制。當(dāng)X007為OFF時，控制系統(tǒng)工作于自動工作方式，程序按照圖4-12b所示SFC進(jìn)行順序控制?！局R目標(biāo)】1.了解智能電動小車控制系統(tǒng)控制要求以及工作原理。2.掌握三菱FX3U系列PLC關(guān)聯(lián)功能指令應(yīng)用技巧?！灸芰δ繕?biāo)】

1.能夠進(jìn)行PLC選型并進(jìn)行智能電動小車硬件設(shè)計。2.能夠利用GX-Works2編程軟件進(jìn)行智能電動小車控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計，會仿真調(diào)試。3.能夠進(jìn)行智能電動小車控制系統(tǒng)輸入、輸出接線，并利用實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。任務(wù)4.2智能電動小車控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)描述圖4-14所示為某智能電動小車控制系統(tǒng)工作示意圖。該智能電動小車供6個加工點(diǎn)使用，電動車在6個工位之間運(yùn)行，每個工位均有一個位置行程開關(guān)和呼叫按鈕。請用FX3U系列PLC實(shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng)控制功能，完成PLC程序的編寫與仿真調(diào)試，硬件的接線與聯(lián)機(jī)調(diào)試。

圖4-14智能電動小車工作示意圖該智能電動小車控制系統(tǒng)控制要求如下：（1）電動小車開始可以在6個工位中的任意工位上停止并壓下相應(yīng)的位置行程開關(guān)。PLC啟動后，任意工位呼叫后，電功小車均能駛向該工位并停止在該工位上；（2）工位呼叫每次只能按一個按鈕，電動小車不論行走或停止時只能壓住一個位置開關(guān)。圖4-15所示為智能電動小車程序框圖，其中m表示呼叫位置的值，n表示小車所處位置的值。

圖4-15智能電動小車程序框圖【任務(wù)要求】1.利用GX-Works2設(shè)計智能電動小車控制系統(tǒng)梯形圖程序。2.正確連接編程電纜，下載程序至PLC。3.正確連接輸入按鈕、行程開關(guān)和輸出負(fù)載接觸器。4.仿真、聯(lián)機(jī)調(diào)試。【任務(wù)環(huán)境】1.兩人一組，根據(jù)工作任務(wù)進(jìn)行合理分工。2.每組配套FX3U系列PLC實(shí)訓(xùn)裝置一套。3.每組配套若干導(dǎo)線、工具等?！究己嗽u價標(biāo)準(zhǔn)】該項目考核評價標(biāo)準(zhǔn)如表4-1所示。CMP指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-10所示。1.指令功能CMP指令。比較指令，將源操作數(shù)[S1·]、[S2·]的數(shù)據(jù)按照數(shù)值大小進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果（S1>S2，S1=S2，S1<S2）置目標(biāo)操作數(shù)[D·]，[D·]+1，[D·]+2，其中一個為ON。關(guān)聯(lián)知識☆4.2.1CMP指令2.應(yīng)用實(shí)例CMP指令應(yīng)用實(shí)例如圖4-16所示。

圖4-16CMP指令應(yīng)用實(shí)例圖4-16中，當(dāng)X000為ON時，K200（數(shù)值200）與C21計數(shù)器當(dāng)前值進(jìn)行數(shù)值大小比較。若C21小于200，則M0=1；若C21當(dāng)前值等于200，則M1=1；若C21當(dāng)前值大于200，則M2=1。當(dāng)X000為OFF時，不執(zhí)行CMP指令，M0～M2保持X000斷開前的狀態(tài)不變。應(yīng)用技巧：

CMP指令所用源操作數(shù)均按二進(jìn)制數(shù)處理，且按數(shù)值大小進(jìn)行比較（即帶符號比較），如-10＜1。

當(dāng)不再執(zhí)行CMP指令時，目標(biāo)操作數(shù)保持執(zhí)行CMP時的狀態(tài)。如果需要清除比較結(jié)果，需要采用RST或ZRST復(fù)位指令。LD=、LD>、LD<、LD<>、LD≤、LD≥指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-11所示。關(guān)聯(lián)知識☆4.2.2LD=、LD>、LD<、LD<>、LD≤、LD≥指令1.指令功能LD=、LD>、LD<、LD<>、LD<=、LD>=指令。起始觸點(diǎn)比較指令，將源操作數(shù)[S1·]、[S2·]的數(shù)值進(jìn)行比較，根據(jù)其比較結(jié)果來控制觸點(diǎn)的ON或OFF。2.應(yīng)用實(shí)例LD=指令應(yīng)用實(shí)例如圖4-17所示。

圖4-17LD=指令應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用技巧：

觸點(diǎn)比較指令實(shí)質(zhì)上是一個觸點(diǎn)，影響這個觸點(diǎn)動作的不是位元件輸入或位元件線圈，而是指令中兩個字元件S1和S2相比較的結(jié)果。如果比較條件成立則該觸點(diǎn)動作，條件不成立則該觸點(diǎn)不動作。

觸點(diǎn)比較指令有三種形式：起始觸點(diǎn)比較指令、串接觸點(diǎn)比較指令和并接觸點(diǎn)比較指令。每種指令又有6種比較方式：=（等于）、>（大于）、<（小于）、<>（不等于）、<=（小于等于）、>=（大于等于）指令。1.I/O地址分配設(shè)定I/O地址分配表，見表4-12。任務(wù)實(shí)施☆4.2.3智能電動小車控制系統(tǒng)設(shè)計2.硬件接線圖設(shè)計根據(jù)表4-12所示I/O地址分配表，可對硬件接線圖進(jìn)行設(shè)計，如圖4-18所示。

圖4-18硬件接線圖3.控制程序設(shè)計由于智能電動小車工位呼叫每次只能按一個按鈕，電動小車不論行走或停止時只能壓住一個限位開關(guān)。故可以用組合位元件K2X0來表示呼叫位置的值，K2X10表示小車所處位置的值，設(shè)K2X0=m，K2X10=n。若m>n（呼叫值>位置值），智能小車右行；若m<n（呼叫值<位置值），智能小車左行；若m=n（呼叫值<位置值），智能小車停在原地或行至呼叫位置。此外，控制程序設(shè)計需要解決如下三個問題：（1）一開始未按呼叫，K2X0=0，該值會影響比較指令CMP比較結(jié)果而使智能電動小車誤動作，故必須設(shè)置聯(lián)鎖環(huán)節(jié)。（2）智能電動小車行走時，如在兩個限位開關(guān)之間，則K2X10=0，這在右行時沒有問題。但在左行時，則會出現(xiàn)m>n的情況，這時智能電動小車會在該位置來回擺動行走。故也必須設(shè)置聯(lián)鎖環(huán)節(jié)。（3）為防止智能電動小車到位后，誤動其它限位開關(guān)而引起小車行走，故當(dāng)小車到位后，應(yīng)將D0清零，使控制系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。綜上所述，根據(jù)控制系統(tǒng)控制要求和I/O地址分配表，設(shè)計控制程序梯形圖如圖4-19（詳見教材）所示。4.程序調(diào)試（1）按照圖4-18所示硬件接線圖接線并檢查、確認(rèn)接線正確。（2）利用GX-Works2軟件輸入、仿真調(diào)試程序，分析程序運(yùn)行結(jié)果。（3）程序符合控制要求后再接通硬件電路試車，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，直到最大限度地滿足系統(tǒng)控制要求為止。

某智能轎車噴漆流水線控制系統(tǒng)示意圖如圖4-20所示。請分析該控制系統(tǒng)工藝流程，并用FX3U系列PLC實(shí)現(xiàn)此控制功能，完成PLC控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計。

圖4-20某智能轎車噴漆流水線控制系統(tǒng)示意圖任務(wù)實(shí)施☆4.2.4崗課融通拓展：某智能轎車噴漆流水線控制系統(tǒng)設(shè)計1.控制要求分析參照常用汽車噴漆流水線控制系統(tǒng)工藝流程，該控制系統(tǒng)控制功能設(shè)定如下。（1）控制系統(tǒng)停止工作時，可根據(jù)需要利用兩個按鈕設(shè)定待加工的轎車臺數(shù)（0～99），并通過另一個按鈕切換顯示設(shè)定數(shù)、已加工數(shù)和待加工數(shù)。（2）按起動按鈕傳送帶轉(zhuǎn)動，轎車到一號位，發(fā)出一號位到位信號，傳送帶停止；延時1s，一號門打開；延時2s，傳送帶繼續(xù)轉(zhuǎn)動；轎車到二號位，發(fā)出二號位到位信號，傳送帶停止轉(zhuǎn)動，一號門關(guān)閉；延時2s后，打開噴漆電動機(jī)進(jìn)行噴漆操作，延時6s后停止噴漆。同時打開二號門，延時2s后，傳送帶繼續(xù)轉(zhuǎn)動；轎車到三號位，發(fā)出三號位到位信號，傳送帶停止，同時二號門關(guān)閉，且計數(shù)一次，延時4s后，再繼續(xù)循環(huán)工作，直到完成所有待加工轎車后全部停止。（3）按暫停按鈕后，整個工藝完成時暫停加工，再按起動按鈕繼續(xù)運(yùn)行。2.關(guān)聯(lián)功能指令介紹（1）SUB指令SUB指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-13所示。1）指令功能SUB指令，即二進(jìn)制（BIN）減法指令，將源操作數(shù)［S1·］、［S2·］中的二進(jìn)制數(shù)相減，結(jié)果送到目標(biāo)操作數(shù)［D·］。2）應(yīng)用實(shí)例SUB指令的應(yīng)用實(shí)例如圖4-21所示。

圖4-21SUB指令應(yīng)用實(shí)例圖4-21中，當(dāng)執(zhí)行條件X000=ON時，（D10）-（D12）→（D14）。減法運(yùn)算屬于代數(shù)運(yùn)算，例如8-（-5）=13。應(yīng)用技巧：

SUB指令操作時影響3個常用標(biāo)志位，即M8020零標(biāo)志、M8021借位標(biāo)志、M8022進(jìn)位標(biāo)志位。若運(yùn)算結(jié)果為0，則M8020置1；若運(yùn)算結(jié)果超過32767（16位）或2147483647（32位），則M8022置1；若運(yùn)算結(jié)果小于-32767（16位）或-2147483647（32位），則M8021置1。

源操作數(shù)和目標(biāo)操作數(shù)可以用相同的元件號。（2）INC、DEC指令I(lǐng)NC、DEC指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-14所示。1）指令功能

INC指令，即二進(jìn)制（BIN）加1指令，將指定的目標(biāo)操作數(shù)［D·］自動加1后存入［D·］。DEC指令，即二進(jìn)制（BIN）減1指令，將指定的目標(biāo)操作數(shù)［D·］自動減1后存入［D·］。2）應(yīng)用實(shí)例INC、DEC指令的應(yīng)用實(shí)例如圖4-22所示。

圖4-22INC、DEC指令應(yīng)用實(shí)例a）INC指令應(yīng)用實(shí)例b）DEC指令應(yīng)用實(shí)例圖4-22a中，當(dāng)執(zhí)行條件X000由OFF→ON時，由［D·］指定的元件D0中的二進(jìn)制數(shù)加1存入D0。其中D0既是源操作數(shù)又是目標(biāo)操作數(shù)。圖4-22b中，當(dāng)執(zhí)行條件X000由OFF→ON時，由［D·］指定的元件D0中的二進(jìn)制數(shù)減1存入D0。其中D0既是源操作數(shù)又是目標(biāo)操作數(shù)。（3）BCD指令BCD指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-15所示。1）指令功能

BCD指令，將源操作數(shù)［S·］中的二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)換成BCD碼并送至目標(biāo)操作數(shù)［D·］中。2）應(yīng)用實(shí)例BCD指令的應(yīng)用實(shí)例如圖4-23所示。

圖4-23BCD指令應(yīng)用實(shí)例圖4-23中，當(dāng)X000=ON時，源操作數(shù)D12中的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼送到目標(biāo)元件Y0～Y7中，可用于驅(qū)動七段數(shù)碼顯示器。應(yīng)用技巧：

使用BCD或BCD（P）16位指令時，若BCD碼轉(zhuǎn)換結(jié)果超過K9999的范圍就會出錯。使用（D）BCD或（D）BCD（P）32位指令時，若BCD碼轉(zhuǎn)換結(jié)果超過K99999999的范圍，同樣也會出錯。

BCD指令常用于PLC的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為七段數(shù)碼顯示等需要用BCD碼向外部輸出的場合。3.控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計（1）I/O地址分配根據(jù)控制要求，設(shè)定I/O地址分配表，如表4-15所示。（2）硬件接線圖設(shè)計根據(jù)表4-15所示I/O地址分配表，可對PLC硬件接線圖進(jìn)行設(shè)計，如圖4-24所示。

圖4-24系統(tǒng)硬件接線圖（3）控制程序設(shè)計1）SFC設(shè)計。根據(jù)控制要求分析可見，該智能轎車噴漆流水線控制系統(tǒng)顯示部分控制結(jié)構(gòu)框圖如圖4-25a所示。此外，該控制系統(tǒng)屬于典型順序控制系統(tǒng)，故可采用SFC進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)控制要求和I/O地址分配表，設(shè)計控制系統(tǒng)SFC如圖4-25b所示。

a）b）

圖4-25顯示部分控制梯形圖與控制系統(tǒng)SFCa）顯示部分控制結(jié)構(gòu)框圖b）控制系統(tǒng)SFC【知識目標(biāo)】1.了解霓虹燈廣告屏控制系統(tǒng)控制要求以及工作原理。2.掌握三菱FX3U系列PLC關(guān)聯(lián)功能指令應(yīng)用技巧?！灸芰δ繕?biāo)】

1.能夠進(jìn)行PLC選型并進(jìn)行霓虹燈廣告屏硬件設(shè)計。2.能夠利用GX-Works2編程軟件進(jìn)行霓虹燈廣告屏控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計，會仿真調(diào)試。3.能夠進(jìn)行霓虹燈廣告屏控制系統(tǒng)輸入、輸出接線，并利用實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。任務(wù)4.3霓虹燈廣告屏控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)描述圖4-27所示為某霓虹燈廣告屏控制系統(tǒng)示意圖。該控制系統(tǒng)共有8根燈管，24只流水燈，每4只流水燈為一組。請用FX3U系列PLC實(shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng)控制功能，完成PLC程序的編寫與仿真調(diào)試，硬件的接線與聯(lián)機(jī)調(diào)試。

圖4-27霓虹燈廣告屏控制系統(tǒng)示意圖該霓虹燈廣告屏控制系統(tǒng)控制要求如下：（1）該廣告屏中間8根燈管亮滅的時序為第1根亮→第2根亮→第3根亮→…→第8根亮，時間間隔為1s，全亮后，保持10s，再反過來從8→7→…→1順序熄滅。全滅后，停亮2s，再從第8根燈管開始點(diǎn)亮，順序為8→7→…→1，時間間隔為1s，全亮后，保持20s。再從1→2→…→8順序熄滅。全熄滅后，停亮2s，再從頭開始運(yùn)行，周而復(fù)始。（2）廣告屏四周的流水燈共24只，4個1組，共分6組，每組燈間隔1s向前移動一次，且Ⅰ～Ⅵ每隔一組燈點(diǎn)亮，即從Ⅰ、Ⅲ亮→Ⅱ、Ⅳ亮→Ⅲ、Ⅴ亮→Ⅳ、Ⅵ亮…，移動一段時間后（如30s），再反過來移動，即從Ⅵ、Ⅳ亮→Ⅴ、Ⅲ亮→Ⅳ、Ⅱ亮→Ⅲ、Ⅰ亮…，如此循環(huán)往復(fù)。（3）控制系統(tǒng)有單步/連續(xù)控制功能，有起動和停止按鈕?！救蝿?wù)要求】1.利用GX-Works2設(shè)計霓虹燈廣告屏控制系統(tǒng)梯形圖程序。2.正確連接編程電纜，下載程序至PLC。3.正確連接輸入按鈕和輸出燈管、流水燈。4.仿真、聯(lián)機(jī)調(diào)試?！救蝿?wù)環(huán)境】1.兩人一組，根據(jù)工作任務(wù)進(jìn)行合理分工。2.每組配套FX3U系列PLC實(shí)訓(xùn)裝置一套。3.每組配套若干導(dǎo)線、工具等?！究己嗽u價標(biāo)準(zhǔn)】該項目考核評價標(biāo)準(zhǔn)如表4-1所示。SFTR、SFTL指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-16所示。1.指令功能（1）SFTR指令。位右移指令，將操作數(shù)［D·］指定的n1個位元件連同［S·］指定的n2個位元件的數(shù)據(jù)右移n2位。（2）SFTL指令。位左移指令，將操作數(shù)［D·］指定的n1個位元件連同［S·］指定的n2個位元件的數(shù)據(jù)左移n2位。關(guān)聯(lián)知識☆

4.3.1SFTR、SFTL指令2.應(yīng)用實(shí)例SFTR、SFTL指令應(yīng)用實(shí)例如圖4-28所示。

圖4-28SFTR、SFTL指令應(yīng)用實(shí)例 a）SFTR指令應(yīng)用實(shí)例b）SFTL指令應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用技巧：

SFTR、SFTL指令使位元件中的狀態(tài)向右、向左移位，S為移位源操作數(shù)最低位，D為移位目標(biāo)操作數(shù)最低位，n1指定位元件長度，n2指定移位的位數(shù)。

若使用連續(xù)執(zhí)行指令，則在每個掃描周期都要移位一次，并且要保證n2≤n1。在實(shí)際使用中，常采用脈沖執(zhí)行方式。ROR、ROL指令的助記符、功能號、名稱、操作數(shù)和程序步長如表4-17所示。1.指令功能

（1）ROR指令。循環(huán)右移指令，將操作數(shù)［D·］中的數(shù)據(jù)向右移動n個二進(jìn)制位，移出低位數(shù)據(jù)循環(huán)進(jìn)入［D·］的高位。最后一次移出來的那一位同時進(jìn)入進(jìn)位標(biāo)志M8022中。（2）ROL指令。循環(huán)左移指令，