項目三PLC步進順控指令及其應用任務一自動送料小車的運行控制任務二自動門控制程序設計任務三按鈕式人行橫道交通燈控制程序設計步進順控指令應用實訓一機械手的PLC控制步進順控指令應用實訓二組合鉆床的PLC控制步進順控編程法是PLC程序編制的重要方法。步進順控編程法是將系統(tǒng)的工作過程分解成若干階段(若干步)，繪制狀態(tài)轉移圖，再依據(jù)狀態(tài)轉移圖設計步進梯形圖程序及指令表程序，使程序設計工作變得思路清晰，并且不容易遺漏或者產生沖突。本項目主要介紹三菱FX2N系列PLC的步進順控編程思想、狀態(tài)元件、狀態(tài)轉移圖、步進順控指令和單分支、選擇分支、并行分支三種流程的編程方法。學習目標

知識目標

(1)掌握三菱PLC步進順控邏輯指令；

(2)掌握流程圖、狀態(tài)轉移圖以及梯形圖和指令表，設計相應的控制程序。

技能目標

(1)能夠輸入梯形圖和指令表，并進行上機調試；

(2)能夠獨立完成順序控制線路的安裝和調試。工作任務單

任務一自動送料小車的運行控制

一、任務引入

如圖3-1所示，某自動送料小車開始停在右側限位開關X1處，當按下啟動按鈕X3時，Y2為“ON”，打開料斗的閘門，開始裝料，同時定時器T0開始定時，8?s后關閉料斗的閘門，Y2為“OFF”，Y1為“ON”，小車開始左行。當碰到左側限位開關X2時，小車停下來卸料，Y1為“OFF”，Y3為“ON”，同時定時器T1開始定時。10?s后Y3變?yōu)椤癘FF”，Y0變?yōu)椤癘N”，小車開始右行，碰到右側限位開關X1后返回到初始狀態(tài)，此時Y0變?yōu)椤癘FF”，小車停止運行，完成一個工作周期。圖3-1自動送料小車工作示意圖二、任務分析

在項目二中，主要采用經驗編程法進行程序設計，但使用經驗編程法進行程序設計時可能會存在以下一些問題。

(1)工藝動作表達繁瑣；

(2)梯形圖涉及的聯(lián)鎖關系復雜，處理起來較為麻煩；

(3)梯形圖可讀性差，很難從梯形圖看出具體控制的工藝過程。

尋求一種易于構思、易于理解的圖形程序設計工具，它應既有流程圖的直觀，又有利于復雜控制邏輯關系的分解與綜合，這種圖就是順序功能圖。步進順控編程思想就是將一個復雜的控制過程分解為若干個工作步，弄清各個步的工作細節(jié)(步的功能、轉移條件和轉移方向)，再根據(jù)總的控制順序要求，將這些步聯(lián)系起來，形成順序功能圖(SFC)，進而編制梯形圖程序。順序功能圖是步進順控編程的重要工具。

通過上述送料小車的控制要求可知，該系統(tǒng)是按照時間的先后順序，遵循一定規(guī)律的典型順序控制系統(tǒng)。小車的一個工作周期可以分為4個階段，分別是裝料、左行、卸料右行、回原位。這種類型的程序最適合使用步進順控的思想編程。三、相關知識

(一)步進順控概述

一個控制過程可以分為若干個階段，這些階段稱為狀態(tài)，或者稱為步、工序。狀態(tài)與狀態(tài)之間由轉換條件分隔。當相鄰兩狀態(tài)之間的轉換條件得到滿足時，就實現(xiàn)狀態(tài)轉換，我們把這種控制叫做順序控制。

(二)狀態(tài)繼電器(S)

狀態(tài)繼電器是用于編制順序控制程序的一種編程元件(狀態(tài)標志)，每一個狀態(tài)或者步用一個狀態(tài)元件來表示，如S0～S9為初始步，也稱為準備步，表示初始準備是否到位，其他為工作步。狀態(tài)繼電器常與STL指令(步進接點指令)配合使用，主要用于編程過程順控狀態(tài)的描述和初始化。狀態(tài)繼電器與STL指令組合使用，容易編制出易懂的順控程序。當對狀態(tài)繼電器不使用STL指令時，可以把它們當做普通繼電器(M)使用，其地址碼按十進制編號。狀態(tài)繼電器有無數(shù)個常開觸點與常閉觸點，編程時可隨意使用。狀態(tài)元件是構成狀態(tài)轉移圖的基本元素，是可編程控制器的軟元件之一。FX2N提供S0～S999共1000個狀態(tài)元件，分為5類。其分類、編號、數(shù)量及用途如表3-1所示。表3-1FX2N的狀態(tài)元件

(三)順序功能圖(SFC)

針對順序控制要求，PLC提供了順序功能圖(SFC)語言支持。順序功能圖又稱做狀態(tài)轉移圖，用于描述控制系統(tǒng)的控制過程，具有簡單、直觀的特點，是設計PLC順控程序的一種有力工具。狀態(tài)轉移圖中的狀態(tài)有驅動動作、指定轉移目標和指定轉移條件三個要素。其中指定轉移目標和指定轉移條件兩個要素是必不可少的，而驅動動作則視具體情況而定，也可能沒有實際的動作。

1．順序功能圖的組成

順序功能圖主要由步、動作、有向連線、轉移條件等組成，如圖3-2所示。圖3-2順序功能圖組成示意圖

(1)步。將一個復雜的工作過程分解為若干個狀態(tài)或若干工序，這些狀態(tài)或工序稱為步。一個控制系統(tǒng)必須有一個初始狀態(tài)，稱為初始步，用雙線方框表示，初始狀態(tài)繼電器為S0～S9，其余步用單線方框表示，框中編號可以是PLC中的輔助繼電器M或狀態(tài)繼電器S的編號。步分為活動步和靜止步?；顒硬绞钦谶\行的步；靜止步是沒有運行的步。步處于活動狀態(tài)時，相應的動作被執(zhí)行。

(2)動作。步方框右邊用線條連接的符號為本步的工作對象，簡稱為動作。當狀態(tài)繼電器S或輔助繼電器M接通時(“ON”狀態(tài))，工作對象通電動作。

(3)有向連線。有向連線表示狀態(tài)的轉移方向。在畫順序功能圖時，將代表各步的方框按先后順序排列，并用有向連線將它們連接起來。表示從上到下或從左到右這兩個方向的有向連線的箭頭可以省略。

(4)轉移條件。轉移用與有向連線垂直的短畫線來表示，將相鄰兩狀態(tài)隔開。轉移條件標注在轉移短線的旁邊。轉移條件是與轉移邏輯相關的觸點，可以是常開觸點、常閉觸點或它們的串、并聯(lián)組合。

2．順序功能圖編程的一般思想

(1)將一個復雜的控制過程分解為若干個工作步。

(2)弄清各步的工作細節(jié)(步的功能、轉移條件和轉移方向)。

(3)依總的控制順序要求將這些步聯(lián)系起來，形成順序功能圖。

(4)編制梯形圖程序。

步與步之間的狀態(tài)轉換需滿足兩個條件：一是前級步必須是活動步；二是對應的轉換條件要成立。滿足上述兩個條件就可以實現(xiàn)步與步之間的轉換了。值得注意的是，一旦后續(xù)步轉換成功成為活動步，那么前級步就要復位成為非活動步。這樣，狀態(tài)轉移圖的分析就變得條理十分清楚，而無需考慮狀態(tài)之間的繁雜聯(lián)鎖關系了?？梢岳斫鉃椋骸爸桓勺约盒枰傻氖拢瑹o需考慮其他”。另外，這也方便了程序的閱讀理解，使程序的試運行、調試、故障檢查與排除變得非常容易，這就是步進順控設計法的優(yōu)點。

在本任務中，對送料小車運行的控制，為了使小車能夠按照工藝要求順序地自動循環(huán)各個生產步驟，可以將小車的各個工作步驟依工作順序連接起來，如圖3-3所示，將圖3-3中的“工序”更換為“狀態(tài)”，就得到了順序功能圖。圖3-3送料小車的工作過程與順序功能圖轉換示意圖

3．繪制順序功能圖的規(guī)則

(1)步與步之間必須有轉移隔開。

(2)轉移和轉移之間必須有步隔開。

(3)步和轉移、轉移和步之間用有向線段連接。正常畫順序功能圖的方向是從上到下或從左到右；按照正常順序畫圖時，有向線段可以不加箭頭，否則必須加箭頭。

(4)一個順序功能圖中至少有一個初始步。

(5)自動控制系統(tǒng)應能多次重復執(zhí)行同一工藝過程，因此在SFC中，應由步和有向連線構成一閉環(huán)回路，以體現(xiàn)工作周期的完整性。即在完成一次工藝過程的全部操作后，應從最后一步返回到初始步，使系統(tǒng)停留在初始狀態(tài)(單周期操作)；在連續(xù)循環(huán)工作方式時，將從最后一步返回到下一工作周期開始運行的第一步。

(6)僅當某步所有的前級步均為活動步且轉移條件滿足時，該步才有可能成為活動步。

4．順序功能圖的分類

根據(jù)生產工藝和系統(tǒng)復雜程度的不同，SFC的基本結構可分為單分支、選擇分支、并行分支、循環(huán)分支4種。

(1)單分支。單分支由一系列相繼激活的步組成，每個步的后面僅有一個轉移，每個轉移的后面僅有一個步，如圖3-4(a)所示。

(2)選擇分支。選擇分支的結構如圖3-4(b)所示。圖3-4(b)所示中共有兩個分支，根據(jù)分支轉移條件d、e來決定究竟選擇哪一個分支。

(3)并行分支。若在某一步執(zhí)行完后需要同時執(zhí)行若干分支，那么這種結構稱為并行分支，如圖3-4(c)所示。

(4)循環(huán)分支。循環(huán)分支用于一個順序過程的多次循環(huán)執(zhí)行，如圖3-4(d)所示。當S21為活動步，且滿足轉移條件c時，就回到S0步開始新一輪循環(huán)。圖3-4順序功能圖分類

(四)步進順控指令——STL、RET指令

步進順控編程的思想就是依據(jù)狀態(tài)轉移圖，從初始步開始，首先編制各步的動作，再編制轉換條件和轉換目標。這樣一步一步地將整個控制程序編制完畢。FX系列PLC有兩條專用于編制步進順控程序的指令：步進觸點驅動指令STL和步進返回指令RET。其指令屬性見表3-2所示。表3-2STL、RET指令屬性

步進指令的使用說明如下。

(1)?STL：步進觸點驅動指令。STL指令表示取某步狀態(tài)元件的常開觸點與母線連接，使用STL指令的觸點稱為步進觸點。STL指令的操作元件是狀態(tài)繼電器S。步進觸點只有常開觸點，沒有常閉觸點。步進觸點接通后，需要用SET指令進行置位。步進觸點后的驅動處理：STL觸點可直接驅動Y、M、S、T等元件的線圈。若既有觸點也有線圈，則必須用LD指令或LDI指令開始寫指令表。

(2)?STL指令有主控功能。步進觸點接通，與之相連的電路被驅動；步進觸點斷開，與之相連的電路停止執(zhí)行。若要在步進觸點斷開時依然保持線圈的輸出，則要使用SET指令。

(3)STL指令有自動將前級步復位的功能(在狀態(tài)轉換成功的第二個掃描周期自動將前級步復位)，因此在使用STL指令編程時，不必考慮前級步的復位問題。

(4)由于PLC只執(zhí)行活動步對應的電路塊，所以在使用STL指令時，允許雙線圈輸出(順控程序在不同步可多次驅動一個線圈)。

(5)??RET：步進返回指令。其功能是返回到原來左母線的位置。RET指令沒有操作元件，在步進程序的結尾處必須使用RET指令，表示步進順控功能(主控功能)結束，否則程序不能被執(zhí)行。

(五)順序功能圖與步進梯形圖之間的轉換

依據(jù)狀態(tài)轉移圖，可以用步進指令STL、RET將順序功能圖轉換為步進梯形圖程序和指令表程序，其對應關系如圖3-5所示。圖3-5順序功能圖與步進梯形圖的轉換將順序功能圖轉化為梯形圖時，編程順序為先進行負載的驅動處理，然后進行轉移處理。當然，沒有負載的狀態(tài)不必進行負載驅動處理。對應于某步的狀態(tài)器S在梯形圖中用STL的觸點表示，STL指令為與左母線連接的常開觸點指令。它在梯形圖中占一行；接著就可以進行驅動處理，它可以直接驅動各種線圈(可以是Y、M、S、T等元件的線圈)及應用指令或通過觸點驅動線圈，若通過觸點驅動線圈，則開始的觸點使用LD、LDI指令。通常用單獨觸點作為轉移條件，但是在實際中，X、Y、M、S、T、C等各種軟元件觸點的邏輯組合(復雜的串聯(lián)、并聯(lián))也可作為轉移條件；轉移目標用SET或OUT指令實現(xiàn)。最后使用RET指令返回原來的左母線。

STL觸點驅動的電路塊有3個功能：

(1)對負載的驅動處理，即若在這一步要做什么；

(2)指定轉移條件，即若滿足該條件，則退出這一步；

(3)指定轉移目標，即下一步狀態(tài)是什么。

當某一步為活動步時，STL觸點閉合，該步的負載線圈就被驅動，如圖3-5所示。當S20為活動步時，Y10為“ON”，X5的觸點閉合，Y3被驅動。當該步后面的轉移條件滿足時，轉移實現(xiàn)，即X0為“ON”時，動作狀態(tài)就從S20轉移到S21，即后續(xù)步對應的狀態(tài)繼電器S21被SET或OUT指令置位，后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?，同時與原來活動步對應的狀態(tài)繼電器(S20)被系統(tǒng)程序自動復位，原活動步對應的STL觸點斷開，Y10變?yōu)椤癘FF”。由此可見，順序功能圖和步進梯形圖表達的都是同一個程序。順序功能圖的優(yōu)點是可以讓編程者每次只考慮一個狀態(tài)而不用考慮其他狀態(tài)。因為不用考慮復雜的聯(lián)鎖關系，從而使編程變得更加簡潔和容易。四、任務實施

設計自動送料小車運行控制順序功能圖的步驟如下。

1．I/O分配

由送料小車的工作過程可知，送料小車運行一個周期后停止在原位，這種運行方式稱為單周期運行，是一個單分支順序流程控制過程。因而在輸入設備中只需要啟動按鈕，不需要停止按鈕，另外還需要2個行程開關，分別安裝在右端極限位和左端極限位。輸出信號有3個，具體I/O分配如表3-3所示。

該系統(tǒng)I/O接線圖如圖3-6所示。表3-3I/O端口分配表

圖3-6送料小車控制線路I/O接線圖

2．確定順序功能圖的步數(shù)

將整個工作過程按工序進行分解，每個工序對應一個步(即狀態(tài))，步的分配如下所示。

初始狀態(tài)：S0

裝料：S20

左行：S21

卸料：S22

右行：S23

由以上工作過程的分解可以發(fā)現(xiàn)，該控制系統(tǒng)一共有5步。

3．確定每步的功能、作用

各步的功能是通過PLC驅動其各種負載來完成的。負載可由狀態(tài)元件直接驅動，也可由其他軟元件觸點的邏輯組合驅動。

S0：無動作；

S20：驅動Y2為“ON”，小車裝料，同時啟動定時器T0，定時8?s；

S21：驅動Y1為“ON”，小車開始左行；

S22：驅動Y3為“ON”，小車卸料，同時啟動定時器T1，定時10?s；

S23：驅動Y0為“ON”，小車右行。

4．找出每步的轉移條件

順序功能圖是由步、步的轉移條件及轉移方向構成的流程圖，弄清楚轉移條件是繪制狀態(tài)轉移圖的關鍵，即在什么條件下將下一步“激活”。由送料小車的工作過程可知，每一步的轉移條件如下。

S0：PLC上電之初由初始化脈沖M8002(只閉合一個掃描周期)對其置位為“ON”，為以后活動步的轉移作準備；在工作過程中，由右限位對其置位為“ON”。

S20：小車在右限位X1處并且按啟動按鈕X3，即X1·X3。

S21：T0的常開觸點。

S22：左限位X2。

S23：T1的常開觸點。

5．繪制順序功能圖

經過上述4個步驟，可以繪出送料小車控制系統(tǒng)的順序功能圖，如圖3-7所示。圖3-7送料小車的順序功能圖

6．將順序功能圖轉換成梯形圖

將圖3-7轉換成圖3-8(a)、(b)和(c)所對應的梯形圖和指令表。

對應于順序功能圖中的每一步轉換成梯形圖時，將步用STL指令轉換，遵循前述規(guī)則，除初始狀態(tài)之外的一般狀態(tài)條件必須在其他狀態(tài)后加入STL指令才能驅動，不能脫離狀態(tài)而用其他方式驅動。要返回原來的左母線時，使用RET(返回)指令。從某一步返回到初始步時，如圖3-7所示中從S23步返回到S0步，可以對初始步的狀態(tài)繼電器S0使用OUT指令。順序功能圖中的狀態(tài)器S不一定非按順序選用，但是在一系列的SET指令最后，必須要寫RET指令。圖3-8控制送料小車的梯形圖和指令表程序圖3-8(a)所示是采用三菱的FXGP編程軟件繪制出來的，圖3-8(b)所示是用三菱最新版本的GX軟件繪制出來的，兩者在畫法上有很大的區(qū)別，但規(guī)則是一致的。

7．調試運行

將如圖3-8所示的程序下載到PLC中，然后進行調試。調試時請參照圖3-7，首先同時按下X1和X3，觀察Y2是否得電，延時8?s后，觀察Y1是否得電，依次類推，按照順序功能圖的順序對程序進行調試，觀察程序是否滿足要求。五、知識拓展

(一)步進順控程序的其他編制方式

步進順控程序也可以不用步進指令而用其他方式進行編制，如啟保停電路方式、置位復位電路方式等，如圖3-9所示。這兩種方式既可以用狀態(tài)器直接表示步狀態(tài)進行編程，也可以用輔助繼電器M代替狀態(tài)器進行編程。要注意的是，采用這兩種方式編制程序時一定要注意處理好前級步的復位問題，因為只有步進指令STL才能自動將前級步復位，其他指令沒有這個功能；另外還要注意不要出現(xiàn)雙線圈。圖3-9不用順控指令控制運料小車的梯形圖和指令表程序

1．啟保停電路方式

采用啟保停方式編制步進順控程序時，要注意處理好每一步的自鎖和前級步的復位問題，還要注意處理好雙線圈的問題，如圖3-9(b)所示。圖中每一步都用自身的常開觸點自鎖、用后續(xù)步的常閉觸點切斷前級步的線圈讓其復位，呈現(xiàn)“啟保?！狈绞?。各步的驅動動作可以和狀態(tài)器線圈并聯(lián)。S20步的動作和S23步的動作都是驅動Y1，為了不出現(xiàn)雙線圈，將兩步的常開觸點并聯(lián)后驅動Y1。

2．置位復位電路方式

采用置位復位方式編制步進順控程序時，也要注意處理好前級步的復位問題和雙線圈的輸出處理，如圖3-9(c)所示。圖中每一步都是先處理動作，再將前級步復位，最后用轉移條件將后續(xù)步置位，所以稱為“置位復位”方式。

(二)設計步進梯形圖注意事項

(1)初始步可由其他步驅動，但運行開始時必須用其他方法預先作好驅動，否則狀態(tài)流程不可能向下進行。一般用系統(tǒng)的初始條件驅動，若無初始條件，可用M8002或M8000(PLC從“STOP”狀態(tài)→“RUN”狀態(tài)切換時的初始化脈沖)進行驅動。

(2)步進梯形圖編程順序為：先進行驅動處理，后進行轉移處理。二者不能顛倒。驅動處理就是該步的輸出處理，轉移處理就是根據(jù)轉移方向和轉移條件實現(xiàn)下一步的狀態(tài)

轉移。

(3)編程時必須使用STL指令對應于順序功能圖上的每一步。

(4)各STL觸點的驅動電路一般放在一起，最后一個STL電路結束時，一定要使用步進返回指令RET使其返回主母線。

(5)?STL觸點可以直接驅動也可以通過別的觸點驅動，如Y、M、S、T、C等元件的線圈和應用指令。與STL觸點相連的觸點應使用LD或LDI指令，STL觸點的右邊不能使用MPS指令。在轉移條件對應的電路中，不能使用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP指令。

(6)驅動負載使用OUT指令。當同一負載需要連續(xù)多步驅動時可使用多重輸出，也可使用SET指令將負載置位，等到負載不需要驅動時再用RST指令將其復位。

(7)由于CPU只執(zhí)行活動步對應的電路塊，因此在使用STL指令時允許雙線圈輸出。如圖3-10所示。圖3-10雙線圈輸出

(8)輸出的互鎖。在狀態(tài)轉移過程中，由于在瞬間(1個掃描周期)兩個相鄰的狀態(tài)會同時接通，因此為了避免不能同時接通的一對輸出(如圖3-11所示中控制電動機的正、反轉的接觸器線圈)同時接通，除了在梯形圖中設置軟件互鎖電路外，還應在PLC外部設置由接觸器常閉觸點組成的硬件互鎖電路。圖3-11正、反轉輸出互鎖

(9)?SET指令和OUT指令均可以用于步的活動狀態(tài)的轉移，可將原來活動步對應的狀態(tài)器復位，將后續(xù)步置為活動步，此外還有自保持功能。SET和OUT指令用于將狀態(tài)繼電器置位為“ON”并保持，以激活對應的步。SET指令一般用于驅動相鄰的狀態(tài)轉移，而OUT指令用于順序功能圖中閉環(huán)和跳步轉移，如圖3-12所示。在如圖3-12(a)所示中，當S31為活動步并滿足轉移條件c時，系統(tǒng)狀態(tài)就從S21跳到S0，此時要用OUTS0指令來實現(xiàn)該步狀態(tài)的轉移。

(10)并行分支和選擇性分支處的支路數(shù)不能超過8。圖3-12跳轉處理

任務二自動門控制程序設計

一、任務引入

許多公共場所都采用自動門，如圖3-13所示，當人靠近自動門時，感應開關SB為“ON”狀態(tài)，Y0驅動電動機高速開門，碰到減速開關SQ1時，變?yōu)榈退匍_門。碰到開門極限開關SQ2時電動機停轉，開始延時。若在0.5?s內感應器檢測到無人，Y2將啟動電動機高速關門。碰到關門減速開關SQ3時，改為低速關門，碰到關門極限開關SQ4時電動機停轉。在關門期間若感應到有人，則停止關門，延時0.5?s后自動轉換為高速開門。圖3-13自動門系統(tǒng)結構示意圖二、任務分析

從圖3-13可以看出，自動門在關門時會有兩種選擇：關門期間無人要求進出時，將繼續(xù)完成關門動作；如果關門期間又有人進出的話，則暫停關門，開門讓人進出后再關門。

這是一個典型的選擇分支控制系統(tǒng)，如何將選擇分支的順序功能圖轉換成梯形圖呢？三、相關知識——選擇分支的編程

1．選擇性分支結構

從多個分支流程中選擇執(zhí)行某一個單支流程，稱為選擇性分支結構，如圖3-14所示。圖中S20為分支狀態(tài)，該狀態(tài)轉移圖在S20步以后分成了兩個分支，供選擇執(zhí)行。圖3-14選擇分支的順序功能圖當S20步被激活成為活動步后，若轉換條件X0優(yōu)先接通，動作狀態(tài)就向S21轉移，S20就變?yōu)椤?”狀態(tài)，在此以后，即使X1接通，S31也不會成為活動步；反之若轉換條件X1優(yōu)先接通，動作狀態(tài)就向S31轉移，S20也變?yōu)椤?”狀態(tài)，在此以后，即使X0接通，S21也不會成為活動步。若條件X0、X1同時接通，程序則無法執(zhí)行。

S50為匯合狀態(tài)，可由S21和S31任意一個狀態(tài)驅動。

2．選擇性分支的編程

在進行選擇分支的順序功能圖與步進梯形圖之間的轉換時，應首先進行分支狀態(tài)元件的處理。處理方法：先進行分支狀態(tài)的輸出連接，然后依次按照各個分支的轉移條件置位各轉移條件的首轉移狀態(tài)，其次依順序進行各分支的連接，最后進行匯合狀態(tài)的處理。匯合狀態(tài)的處理方法：先進行匯合前的驅動連接，然后依順序進行匯合狀態(tài)的連接。與順序功能圖3-13對應的梯形圖和指令表如圖3-15所示。圖3-15選擇分支的梯形圖和指令表四、任務實施

1．I/O分配

根據(jù)自動門系統(tǒng)的控制要求，輸入、輸出設備及I/O地址分配見表3-4。

根據(jù)上述地址繪制I/O接線圖，如圖3-16所示。表3-4自動門控制系統(tǒng)I/O端口分配表

圖3-16自動門控制系統(tǒng)的I/O接線圖

2．畫出順序功能圖

根據(jù)自動門系統(tǒng)的控制要求，畫出系統(tǒng)的狀態(tài)轉移圖，如圖3-17所示。從圖3-17可以看出，自動門在關門時會有兩種選擇：關門期間若無人要求進出時，繼續(xù)完成關門動作；如果關門期間又有人進出的話，則暫停關閉，開門讓人進出后再關門。

分析圖3-17可得出如下結論。

(1)在S20之前有一個選擇分支的合并，當步S0為活動步并且轉換條件X0滿足，或S25為活動步且轉換條件T1滿足時，步S20都應變?yōu)榛顒硬?。圖3-17自動門控制系統(tǒng)的順序功能圖

(2)在S23之后有一個選擇分支的處理，當它的后續(xù)步S24或S25變?yōu)榛顒硬綍r，它應變?yōu)椴换顒硬健?/p>

如圖3-17所示，初始化脈沖M8002對初始步S0置位，當X0檢測到有人時，高速繼而減速開門，門全開時延時0.5?s后高速關門，此時有兩種情況可供選擇：一種是無人，碰到減速裝置X3開始減速關門；一種是正在高速關門，X0檢測到有人，系統(tǒng)延時0.5?s后重新高速開門。在減速關門S24對應的這一步正在減速關門時，也有上述兩種情況存在，所以有兩個選擇分支。

3．設計自動門控制系統(tǒng)的步進梯形圖程序和指令表程序

將如圖3-17所示的順序功能圖轉換成如圖3-18(a)所示的梯形圖。

順序功能圖在執(zhí)行的過程中，只要滿足執(zhí)行條件，就會一步一步往下執(zhí)行，系統(tǒng)不會停止。因此，需要利用區(qū)間復位指令ZRSTS20S25對狀態(tài)繼電器S20～S25全部進行復位，這樣系統(tǒng)才會停止。在圖3-18中，用停止按鈕X10對S20～S25狀態(tài)器進行復位。注意分支處和匯合點的轉換。指令表程序如圖3-18(b)所示。

按照I/O接線圖3-16，連接自動門控制系統(tǒng)的輸入、輸出，用GX軟件將如圖3-18所示的程序下載到PLC中。圖3-18自動門控制系統(tǒng)的梯形圖和指令表

4．調試運行

首先將X0按下，Y0通電，高速開門。按下X1，Y1通電，減速開門。按下X2，延時0.5?s，Y2通電，高速關門。若此時選擇按下X3，則Y3通電，減速關門；若此時選擇有人，則按下X0，延時0.5?s后，Y0通電，高速開門，繼續(xù)按上述方法重復運行。其他選擇分支的調試與此類似，這里不再贅述。

由于該系統(tǒng)較為復雜，因此在調試時將GX軟件置于監(jiān)控狀態(tài)，可以幫助解決調試中出現(xiàn)的一些問題。五、知識拓展——步進梯形圖程序中電動機的過載保護

在自動門控制系統(tǒng)中，開、關門電動機熱繼電器的觸點直接接在接觸器線圈的電路中，如圖3-16所示，與程序控制無關。若需要過載保護參與程序控制，可采用如圖3-19所示的電路圖，將熱繼電器的常閉觸點接入輸入繼電器X5端口，利用X5觸點控制程序。圖3-19電動機的過載保護接法

1．電動機過載時禁止所有輸出的程序

利用特殊輔助繼電器M8034，在如圖3-18所示的程序最上面添加如圖3-20所示的一行程序。當電動機過載時，熱繼電器的常閉觸點FR斷開，與之相連的X5斷開，X5的常閉觸點恢復閉合，M8034通電，禁止所有輸出繼電器Y輸出，此時程序雖然運行，但輸出口Y全部關斷(OFF)，故障排除后，M8034斷電，輸出端口Y開啟(ON)。圖3-20用M8034實現(xiàn)過載保護程序

2．電動機過載時狀態(tài)繼電器復位的程序

利用區(qū)間復位指令ZRST，將如圖3-20所示的第一行程序改為如圖3-21所示的程序。當發(fā)生過載時，X5輸入繼電器失電，其常閉觸點恢復閉合，執(zhí)行指令語句“ZRSTS20S25”，狀態(tài)繼電器S20～S25全部復位，程序被終止。故障排除后，程序重新運行。在如圖3-21所示中，按下停止按鈕X10，區(qū)間復位指令有效，就可以對系統(tǒng)運行過程進行停止控制了。圖3-21用ZRST指令實現(xiàn)過載保護程序任務三按鈕式人行橫道交通燈控制程序設計

一、任務引入

在縱向車輛行駛的交通系統(tǒng)中，也需要考慮人行橫道的控制。圖3-22所示為按鈕式人行橫道紅、綠燈管理器，東西方向是車道，南北方向是人行橫道。正常情況下，汽車通行，即Y3綠燈亮、Y5紅燈亮；若有行人要通過交通路口時，先要按動按鈕X0(或X1)，30?s后主干道交通燈的變化為綠→黃→紅(其中黃燈亮10?s)，當主干道紅燈亮時，人行橫道從紅燈亮轉成綠燈亮，15?s后人行橫道綠燈開始閃爍，閃爍5次后轉入主干道綠燈亮，人行橫道紅燈亮。各方向三色燈的工作時序圖如圖3-23所示。圖3-22按鈕式人行橫道交通燈控制示意圖圖3-23按鈕式人行橫道交通燈控制時序圖二、任務分析

從交通燈的控制要求可知，人行橫道和車道是同時工作的，因此，它是一個并行分支與匯合序列，需要采用并行分支編寫控制程序。

三、相關知識——并行分支的編程

1．并行分支結構

并行分支結構是指同時處理多個程序流程。如圖3-24所示，圖中當S20步被激活成為活動步后，只要轉換條件X0一閉合，就同時激活S21、S24，即其狀態(tài)均變?yōu)椤癘N”，各分支流程也開始運行。待各流程的動作全部結束后，即S23、S26的狀態(tài)同時為“1”，且X7閉合時，將匯合到狀態(tài)S30動作，而S23、S26全部變?yōu)椤?”狀態(tài)，這種匯合稱為排隊匯合。圖3-24并行分支的順序功能圖

2．并行性分支、匯合的編程

在進行并行性分支順序功能圖與梯形圖轉換時，進入并行分支后，首先用公共轉移條件對各分支的首狀態(tài)器進行置位，其次依順序進行各分支連接，最后在分支匯合處將各分支最后一個狀態(tài)器的觸點串聯(lián)，并串入其對應的轉移條件，從而跳出匯合點，其梯形圖和指令表如圖3-25所示。其編程原則是先集中處理分支轉移情況，然后依順序進行各分支程序處理，最后集中處理匯合狀態(tài)。圖3-25并行分支的梯形圖和指令表四、任務實施

1．I/O分配

根據(jù)按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)的控制要求，輸入、輸出設備及I/O地址分配見表3-5。

根據(jù)上述地址，繪制I/O接線圖，如圖3-26所示。表3-5按鈕式人行橫道交通燈控制系統(tǒng)I/O端口分配表

圖3-26人行橫道交通燈I/O接線圖

2．設計按鈕式人行道控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉移圖

根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求，繪制的狀態(tài)轉移圖見圖3-27所示。初始狀態(tài)是車道綠燈、人行橫道紅燈。當按下人行橫道按鈕(X0或X1)后，系統(tǒng)進入并行運行狀態(tài)，車道綠燈、人行橫道紅燈，并且開始延時，這是具有兩個分支的并行流程。30?s后車道變?yōu)辄S燈，再經10?s變?yōu)榧t燈。然后再經過5?s后人行橫道變?yōu)榫G燈，15?s后人行橫道綠燈開始閃爍，5?s后人行橫道變?yōu)榧t燈，再過5?s返回初始狀態(tài)。圖3-27人行橫道交通燈順序功能圖

3．設計按鈕式人行橫道控制系統(tǒng)的PLC程序

當PLC由狀態(tài)“STOP”到“RUN”時，初始狀態(tài)S0為“ON”，這時車道綠燈Y3亮，人行橫道紅燈Y5亮。按下人行橫道按鈕X0或X1時，進入并行分支，S21和S30同時為“ON”，此時，車道綠燈Y3亮，人行橫道紅燈Y5亮，紅綠燈狀態(tài)不變化。30?s后車道變?yōu)辄S燈Y2亮，再過10?s，車道紅燈Y1亮，同時啟動T2開始定時，5?s后T2觸點接通S31，人行橫道綠燈Y6亮，15?s后人行橫道綠燈Y6開始閃爍，S32、S33每個1?s循環(huán)接通1次，一共接通5次。S32、S33循環(huán)接通的次數(shù)由計數(shù)器C0設定，若計數(shù)器沒有記夠5次，則跳轉到S32繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行；若計數(shù)器已經記夠5次，則狀態(tài)向S34轉移，人行橫道紅燈Y5亮，同時給計數(shù)器C0復位，

5s后返回到初始狀態(tài)(人行橫道綠燈閃爍5?s也可用設定值為

5?s的定時器串聯(lián)特殊輔助繼電器M8013完成)。在狀態(tài)轉移過程中，即使按下人行橫道按鈕X0或X1也無效。根據(jù)圖3-17，使用STL指令來完成順序功能圖的轉換，編制的步進梯形圖程序和指令表程序分別如圖3-28和圖3-29所示。圖3-28人行道交通燈控制系統(tǒng)梯形圖圖3-29人行橫道交通燈控制系統(tǒng)指令表

4．調試運行

(1)按如圖3-26所示的I/O接線圖將PLC與對應的輸入、輸出設備連接起來。

(2)利用GX軟件編制如圖3-28所示的梯形圖程序，將編譯無誤的程序下載到PLC中，并將模式選擇開關撥至“RUN”狀態(tài)。

(3)當PLC運行時，可以使用GX軟件中的監(jiān)視功能監(jiān)控整個程序的運行過程，以方便調試程序。在GX軟件上，單擊“在線”→“監(jiān)視”→“監(jiān)視開始”，可以全面監(jiān)控PLC的運行，這時可以觀察到定時器的定時值會隨著程序的運行而動態(tài)變化，得電閉合的觸點和線圈會變藍。借助于GX軟件的監(jiān)控功能，可以檢查哪些線圈和觸點該得電時沒有得電，從而為進一步修改程序提供幫助。五、知識拓展——跳步、重復和循環(huán)序列編程

利用SFC指令編制用戶程序時，有時程序需要跳轉或重復，此時則用OUT指令代替SET指令即可。

1．部分重復的編程方法

在一些情況下，需要返回某個狀態(tài)重復執(zhí)行一段程序，可以采用部分重復的編程方法，如圖3-30所示。

2．同一分支內跳轉的編程方法

在一條分支的執(zhí)行過程中，由于某種需要跳過幾個狀態(tài)，執(zhí)行下面的程序。此時，可以采用同一分支內跳轉的編程方法，如圖3-31所示。圖3-30部分重復編程圖3-31同一分支內跳轉編程

3．跳轉到另一條分支的編程方法

在某種情況下，要求程序從一條分支的某個狀態(tài)跳轉到另一條分支的某個狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。此時，可以采用跳轉到另一條分支的編程方法，如圖3-32所示。圖3-32跳轉到另一條分支的編程步進順控指令應用實訓一機械手的PLC控制

一、實訓目的

(1)熟悉步進順控指令的編程方法；

(2)掌握單流程程序的編制；

(3)掌握機械手的程序設計及其外部接線。二、實訓器材

(1)可編程控制器1臺(FX2N-48MR)；

(2)機械手模擬顯示模塊1塊(帶指示燈、接線端口及按鈕等)；

(3)實訓控制臺1個；

(4)電工常用工具1套；

(5)手持式編程器或計算機1臺；

(6)連接導線若干。三、實訓要求

要求機械手將工件從A點夾住轉移到B點。機械手動作控制過程如圖3-33所示。

(1)機械原點：機械夾鉗處于夾緊位，機械手處于左上角位。機械夾鉗為有電放松，無電夾緊。

(2)連續(xù)運行：在機械原點位，按啟動按扭，機械手按工作循環(huán)圖連續(xù)工作一個周期。圖3-33為機械手工作循環(huán)圖。原點→下降→夾緊(T)→上升→右移→下降→放松(T)→上升→左移→原點，時間T由教師現(xiàn)場規(guī)定。

(3)手動操作：單獨按鈕控制上升、下降、左移、右移、松開、夾緊等動作，將機械手回到機械原點。圖3-33機械手動作示意圖四、實訓步驟

1．I/O地址分配和接線圖

根據(jù)機械手動作控制要求，I/O地址分配如表3-6所示。

I/O接線圖如圖3-34所示。

2．編制狀態(tài)轉移圖

根據(jù)該系統(tǒng)