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1、,模块四 PLC步进顺控 指令及其应用,项目一 彩灯循环点亮的PLC控制 一 任务导入 用梯形图或指令表编程固然为广大电气技术人员所接受，但对于一些复杂的控制程序，尤其是顺序控制程序，由于其内部的联锁、互动关系极其复杂，用梯形图或指令表编程有一定的难度，且程序的可读性也比较差。因此，PLC厂家为了方便用户的应用，开发出了顺序功能图语言。顺序功能图（Sequentiaal Function Chart，SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特征的一种图形语言，专门用于编制顺序控制程序。,例如有一个彩灯循环点亮的程序，其控制要求为：闭合起动按钮，彩灯依次按黄、绿、红的顺序点亮1s，并循环；运行中
2、，若按停止按钮彩灯立即熄灭。 从上述的控制要求中，可以知道彩灯循环点亮，实际上这是一个顺序控制，整个控制过程可分为如下4个阶段（或叫工序）：复位、黄灯亮、绿灯亮、红灯亮。这种类型的程序最适合用顺序功能图的思想编程。,二 相关知识 学习情境1 状态继电器(S) 状态S是构成顺序功能图（SFC）的 基本要素,是对工序步进型控制进行简易编程的重要软元件，与步进阶梯图（STL）指令组合使用。 状态软元件与辅助继电器一样，有无数的常开触点与常闭触点，在PLC的程序内可随意使用，次数不限。如果不作步进状态程序中状态软组件，状态（S）可在一般的顺序控制程序中作辅助继电器（M）使用，其地址码按十进制编码。 F
3、X2N系列PLC的状态继电器通常分为以下几类：, 初始状态继电器S0S9共10点。 回零状态继电器S10S19共10点。 通用状态继电器S20S499共480点。 保持状态继电器S500S899共400点。 报警用状态继电器S900S999共100点，这100个状态继电器可用作外部故障诊断输出。,学习情境2 顺序功能图 彩灯循环点亮的控制过程每个阶段分别完成如下的工作（也叫动作）：初始及停止复位，亮黄灯、延时，亮绿灯、延时，亮红灯、延时。各个阶段之间只要延时时间到就可以过渡（也叫转移）到下一阶段。因此，可以很容易地画出其工作流程图，如图4-1所示。,图4-1 彩灯工作流程图,流程图对大家来说并
4、不陌生，那么， 如何让PLC来识别大家所熟悉的流程图呢？ 这就要将流程图“翻译”成PLC能识别的顺序功能图。,图4-2 顺序功能图的组成,如何将流程图转化为顺序功能图呢？ 只要进行如下的变换（即“汉译英”）： 一是将流程图中的每一个阶段（或工序）用PLC的一个状态继电器来表示。 二是将流程图中的每个阶段要完成的工作（或动作）用PLC的线圈指令或功能指令来实现。 三是将流程图中各个阶段之间的转移条件用PLC的触点或电路块来替代。 四是流程图中的箭头方向就是PLC顺序功能图中的转移方向。,学习情境3 步进顺控指令 FX系列PLC的步进顺控指令有两条：一条是步进触点（也叫步进开始）指令STL（Ste
5、p Ladder），一条是步进返回（也叫步进结束）指令RET。 STL、 RET指令的功能、梯形图表示、所占的程序步如表所示。 STL是步进开始指令， 用于“激活”某个状态， 以使该状态的负载可以被驱动。 RET是步进返回（也叫步进结束）指令，使步进顺控程序执行完毕时，非步进顺控程序的操作在主母线上完成。,表 步进阶梯指令助记符与功能,学习情境4 顺序功能图与步进梯形图之间的转换 使用步进顺控指令STL和RET可以将顺序功能图转换为步进梯形图，其对应关系如图4-3所示。将顺序功能图转换为步进梯形图时，编程顺序为先进行负载的驱动处理，然后进行状态的转移处理。当然，没有负载的状态不必进行负载驱动处
6、理。,图4-3 顺序功能图与步进梯形图的转换,三、项目实施 1. 分配I/O地址 通过分析控制要求可知，该控制系统有2个输入：起动按钮SB1X1、停止按钮SB2X0；输出有3个：黄灯Y0、绿灯Y1、红灯Y2。由此可以画出彩灯循环点亮的I/O接线图，如图4-4所示。,图4-4 彩灯循环点亮的I/O接线图,2. 顺序功能图的设计 将整个控制过程按任务要求分解成若干道工序，其中的每一道工序对应一个状态（即步），并分配状态继电器。 搞清楚每个状态的功能、作用。 找出每个状态的转移条件和方向，即在什么条件下将下一个状态“激活”。 根据控制要求或工艺要求，画出顺序功能图。 经过以上4步，可画出彩灯循环点亮
7、的控制系统的顺序功能图，如图4-5所示。 将顺序功能图转换为步进梯形图 图4-5的状态梯形图如图4-6所示，其指令表程序如表4-1所示。,4-5 彩灯工作的顺序功能图,图4-6 状态梯形图,表4-1 图4-5的指令表,3.系统调试 四、知识拓展SFC编程注意事项 （1）与STL指令相连的触点要用LD或LDI指令，下一条STL指令的出现意味着当前STL程序区的结束和新的STL程序区的开始。最后一个STL程序区结束时，一定要用RET指令，这就意味着整个STL程序区的结束。 （2）初始状态可由其他状态驱动，但运行开始时，必须用其他方法预先作好驱动，否则状态流程不可能向下进行。一般用系统的初始条件，若
8、无初始条件，可用M8002（PLC从STOPRUN切换时的初始脉冲）进行驱动。,（3）状态编程顺序为：先进行驱动，再进行转移，不能颠倒。 （4）STL触点可以直接驱动或通过别的触点 驱动Y、M、S、T、C等元件的线圈和应用指令。若同一线圈需要在连续多个状态下驱动，则可在各个状态下分别使用OUT指令，也可以使用SET指令将其置位，等到不需要驱动时，用RST指令将其复位。,（5）由于CPU只执行活动步对应的电路块，因此，使用STL指令时允许双线圈输出，但是应注意，同一编号定时器线圈不能在相邻的状态中出现。 为了避免不能同时动作的两个输出（如控制电机正反转的两个交流接触器线圈）出现同时动作，除了在程
9、序中设置软件互锁电路外，还应在PLC外部设置由常闭触点组成的硬件互锁电路。,图4-7 双线圈 图4-8 相邻步定时器,（6）若向上转移（称重复）、向非相 连的下面转移或向其他流程状态转移，称为顺序不连续转移（即跳转） ，顺序不连续转移的状态不能使用SET指令，要用OUT指令进行状态转移，并要在SFC图中用“ ”符号表示转移目标。如图4-10所示。,图4-9 正反转的软件互锁 图4-10 跳转处理,项目二 电镀生产线的PLC控制 一 任务导入 电镀生产线采用专用行车，行车架上装有可升降的吊钩，行车和吊钩各有一台电动机拖动，行车前进和吊钩升降由限位开关控制，生产线定为三槽位，控制要求为：具有手动和
10、自动控制功能，手动时，各动作能分别操作；自动时，按下启动按钮后，从原点开始按图4-12所示的流程运行一周回到原点；图中SQ1SQ4为行车进退限位开关，SQ5、SQ6为吊钩上、下限位开关。 由电镀生产线的控制要求可知，这是一个单流程控制过程，那么如何设计单流程的程序呢？,图4-12 电镀槽生产线的控制流程,二 、 相关知识 学习情境 单流程的程序设计 所谓单流程结构，就是由一系列相继执行的工步组成的单条流程，状态转移只有一个流程，没有其他分支。 其特点是: 每一工步的后面只能有一个转移的条件，且转向仅有一个工步。 状态不必按顺序编号，其它流程的状态也可以作为状态转移的条件。,单流程控制的程序设计
11、比较简单，其设计方法和步骤如下。 根据控制要求，列出PLC的I/O分配表，画出I/O分配图。 将整个工作过程按工作步序进行分解，每个工作步序对应一个状态，将其分为若干个状态。 理解每个状态的功能和作用，即设计驱动程序。 找出每个状态的转移条件和转移方向。 根据以上分析，画出控制系统的状态转移图。 根据状态转移图写出指令表。,三、项目实施 1. 分配I/O地址 通过分析控制要求可知，该控制系统有12个输入，其I/O接线图如图4-13所示。,图4-13电镀生产线控制系统接线图,2. 程序设计 根据控制系统的要求，可将整个控制过程分为19个状态，各步转移的条件为限位开关或定时器的定时时间，由此可以设
12、计出机械手的顺序功能图如图4-14所示。,4-14 电镀生产线的顺序功能图,3. 系统调试 四、知识拓展 （一） 三相电动机循环正反转的控制系统 用步进顺控指令设计一个三相电动机循环正反转的控制系统。其控制要求如下：按下启动按钮，电动机正转3 s，暂停2 s，反转3 s，暂停2 s，如此循环5个周期，然后自动停止；运行中，可按停止按钮停止，热继电器动作也应停止。 通过分析控制要求可知，该控制系统有3个输入：停止按钮SBX0，启动按钮SB1X1，热继电器FRX2；有2个输出：正转接触器KM1Y1，反转接触器KM2Y2，其I/O接线图如图4-15所示。,图4-15 PLC的I/O接线图,根据控制要
13、求可知，这是一个单流程控制程序，其工作流程图如图4-16所示；再根据工作流程图可以画出其顺序功能图，如图4-17所示。,图4-17 状态转移图,图4-16 工作流程图,（二） 步进梯形图程序中电动机的过载保护 在电动机的控制程序中，若需要过载保护参与程序控制，可采用如图4-15所示的I/O接线图，将热继电器的常开触点接入输入继电器X2的端口，利用X2触点控制程序。 （1）电动机过载时状态继电器复位的程序 第一种方法可采用如图4-17所示程序中的方法，也可在程序的第一行写入如图4-18所示程序进行过载保护和停止控制。,图4-18 用ZRST指令实现过载保护程序,图4-19 用M8034实现过载保
14、护程序,（2）电动机过载时禁止所有输出的程序 利用特殊辅助继电器M8034，在程序的第一行写入如图4-19所示程序进行过载保护。,项目三 电动机正反转能耗制动的PLC控制 一 任务导入 前面项目中的顺序控制均为单流程，在较复杂的顺序控制中，一般都是多流程的控制，常见的有选择性流程和并行性流程，例如，设计一个三相电动机正反转能耗制动的控制系统，其控制要求如下：按SB1，电动机正转；按SB2，电动机反转；按SB，电动机能耗制动，制动时间为3s；要求有必要的电气互锁，不需按钮互锁；FR动作，电动机自由停车；要求用步进顺控指令设计程序。 电动机要选择正转或反转起动，显然，这是一个选择性流程，如何将选择
15、分支的顺序功能图转换为梯形图呢？,二、 相关知识 学习情境 选择性流程及其编程 1、选择性流程程序的特点 由两个及两个以上的分支流程组成的，但根据控制要求只能从中选择1个分支流程执行的程序，称为选择性流程程序。图4-20就是一个选择性分支的状态转移图。其特点是： 该状态转移图有三个分支流程顺序。 S20为分支状态。 S50为汇合状态。,图4-20 选择性流程程序的结构形式,2、选择性分支的编程 选择性分支的编程与一般状态的编程一样，先进行驱动处理，然后进行转移处理，所有的转移处理按顺序执行，简称先驱动后转移。 编程原则是先集中处理分支状态，然后再集中处理汇合状态。 分支状态的编程 编程方法是先
16、对分支状态S20进行驱动处理（OUT Y000），然后按S21、S31、S41的顺序进行转移处理。选择性分支的程序如表4-2所示。,表4-2 选择性分支程序的指令表,汇合状态的编程 编程方法是先依次对S21、S22、S31、S32、S41、S42状态进行汇合前的输出处理编程，然后按顺序从S22（第一分支）、S32（第二分支）、S42（第三分支）向汇合状态S50转移编程。选择性汇合的程序如表4-3所示。,表4-3 选择性汇合程序的指令表,三、项目实施 1. 分配I/O地址 通过分析控制要求可知，该控制系统有4个输入，其I/O接线图及主电路图如图4-21所示。,图4-21电动机正反转能耗制动系统接线图,2、程序设计 根据控制系统的要求，可将整个控制过程分为5个状态，各步转移的条件为开关或定时器的定时时间，由此可以设计出电动机正反转能耗制动的顺序功能图如图4-22所示。,图4
