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1、第七章FX系列可编程控制器步进梯形指令内容提要：本章阐述了状态编程思想、步进梯形指令及其应用。课程重点：步进梯形指令及其应用。课程难点：步进指令的执行过程和有关主意事项。教学目标：重点掌握步进梯形指令定义及功能；了解状态编程思想；能用步进梯形指令 结合状态编程思想设计相对复杂的控制系统程序。步进指令常用于时间和位移等顺序控制的操作过程。FX系列可编程控制器的步进指 令编程元件是状态继电器S0S899共900点，步进指令均由后备电池提供支持。使用步 进指令时,先设计状态转移图，状态转移图中的每个状态表示顺序工作的一个操作，再将 状态转移图翻译成步进梯形图。状态转移图和步进梯形图可以直观地表示顺序
2、操作的流 程，而且可以减少指令程序的条数和容易被人们所理解。第一节状态编程思想前面章节中所介绍的PLC基本指令，各种型号的PLC大体上都具备，指令符号虽有 所不同，但功能大同小异。应用上述指令，设计一般控制要求的梯形图程序非常方便， 但对复杂控制系统来说，系统输入输出点数较多，工艺复杂、相互连锁关系也复杂，设 计人员在设计中需根据工艺要求，周密地考虑各执行机构的动作及相互关系，保证必要 的连锁保护、自锁及一些特殊控制要求。因为需要考虑的因素很多，设计较为困难。在 设计过程中，往往要经过多次反复的修改和试验，才能使设计符合要求。如何简化设计 步骤，并使程序容易理解又便于维护呢？在分析生产工艺过程
3、对控制的要求后，我们发现不少生产过程都可以划分为若干个 工序，每个工序对应一定的机构动作。在满足某些条件后，它又从一个工序转为另一个 工序，通常这种控制被称为顺序控制。对于顺序控制的梯形图，许多PLC都设置了专门 用于顺序控制或称为步进控制的指令。如三菱公司FX2N系列PLC中的STL指令和 RET(Return)指令。顺序控制是按顺序一步一步来进行控制的，进入下一步决定于转换条件是否满足。 转换条件可以是时间条件，也可以是被控过程中的反馈信号，实际生产中往往是两者的 紧密结合。顺序控制与逻辑控制不同，逻辑控制主要是描述输入输出信号间的静态关系， 而顺序控制则主要是描述输入输出信号间的时间关系
4、。所以顺序控制的基本结构可以用 状态转移图来描述。状态转移图又叫状态流程图或顺序功能图，简称功能图，它是专用于工业顺序控制程 序设计的一种功能说明性语言,是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是 分析、设计PLC顺序控制程序的一种有力工具，具有简单、直观等特点。在中小型可编程控制器程序设计时，采用状态转移图法，首先要根据控制系统的工 艺流程设计状态转移图，再将状态转移图人工转化为梯形图程序。大型或部分中型可编 程控制器，有的可直接采用状态转移图进行编程。状态编程思想是PLC程序设计的一种很重要的很有效的编程方法。一、利用状态编程思想来进行PLC程序设计的步骤首先要根据系统的工作过程来
5、设计状态转移图，即将控制过程分解成若干个连续的 阶段，这些阶被称为“状态”或“步”每一状态都要完成一定的操作。状态与状态（步 与步）之间由转换条件来分隔。当相邻两步之间的转换条件得到满足时，转换得以实现， 即上一步的活动结束而下一步的活动开始，因此不会出现步活动的相互重叠情况。然后将状态转移图转换成梯形图。其PLC程序设计的一般步骤是：1. 按照机械工艺提供的电气执行元件功能表，用不同的PLC输入输出点编号进行定 义，并设计系统的PLC接线图。2. 根据机械运动或工艺过程的工作内容、步骤、顺序和控制要求，对控制过程进行分 解，并按顺序排列各个工序,对应每个工序分配一个不同的状态继电器，不同的状
6、态继电 器对应不同的PLC输出继电器或其它编程元件。3. 用不同的PLC输入继电器或其他编程元件来定义状态转换条件。当某转换条件的 实现内容不止一个时，每个内容均要定义一个PLC元件编号，并以逻辑组合形式表现出 来。4. 画出状态转移图。5. 进行PLC梯形图程序设计。二、状态编程实例为说明状态编程思想，我们来看一个实例：某自动台车在启动前位于导轨的中部， 按下启动按钮后，台车在电机M的带动下，在导轨上来回移动。图7-1是台车的示意图。图7-1台车运动示意图 自动台车在一个工作周期里的控制工艺要求如下：1. 按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进。2. 碰到限位开关SQ1后，电机反转，台车后退
7、。3. 台车后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停止5秒钟。4. 第二次前进碰到限位开关SQ3后，再次后退。5. 当后退到限位开关SQ2时，台车停止。从而，工作周期结束。下面以台车往返控制为例，说明运用状态编程思想设计状态转移图的方法和步骤。1. PLC接线图的设计为设计本控制系统的梯形图，先进行PLC的I/O分配。台车由电机M驱动，正转（前 进）由PLC的输出点Y1控制，反转（后退）由丫2控制；选用定时器T0进行5秒钟的延 时；将起动按钮SB及限位开关SQ1、SQ2、SQ3分别与PLC的输入点X0、XI、X2、X3相 连。其PLC的接线示意图7-2如下：SBSQ1SQ2SQ3X0Y1KMO
8、KM1XIX2Y2X3KM1 KMOCOMCOM正向图7-2台车运动控制PLC接线图2. 台车运动过程分解将整个过程按任务要求分解，其中的每个工序均对应一个状态，每个状态元件的功 能和作用如下：初始状态:S0 PLC上电作好工作准备前进:S20 （输出Y1，驱动电动机M正转）后退:S21 （输出Y2,驱动电动机M反转）延时5秒:S22 （定时器T0,设定为5秒，延时到T0线圈接通）再前进:S23同S20再后退:S24同S21这里注意：虽然S20与S23,S21与S24功能相同，但它们是状态转移图中的不同工 序，也就是不同的状态，故编号也不同。3. 列出每个状态的转移条件状态转移图就是状态和状态
9、转移条件及转移方向构成的流程图，弄清转移条件是非 常有必要的，所谓转移条件就是将下个状态“激活”的条件。经分析可知，本控制系统中， 各状态的转移条件如下：S20的转移条件:SBS21的转移条件:SQ1S22的转移条件:SQ1S23的转移条件:T0S24的转移条件:SQ3状态的转移条件可以是单一的，也可以是多个元件的串、并联组合。4. 经过以上三步，可以得到台车往返控制的顺序状态转移图7-3。M8002 +sooo1X000 + SB fmHYOOlxooi壬 SQi SQ2iY002X0Q2SQ2 SQ22HtOOO |OSO23TOGO 丰Y001X003 十 SQ3SQ2图7-3台车运动状
10、态转移图5. 台车往返运动梯形图设计根据上面的状态转移图，可以很方便的设计出梯形图，如图7-4所示。CTWOK50)|5022图7-4台车运动控制梯形图从梯形图中可看出，在台车的顺序控制过程中，每个状态在驱动负载的同时，还需 对前面的状态进行复位，并置位新状态。为了简化这些操作，许多型号的PLC都有专门用于顺序控制的指令，如日本三菱公司中用于顺序控制的步进梯形指令。第二节步进梯形指令FX2N系列PLC除了基本指令以外，还有两条简单的步进指令，同时还有大量的状态继 电器,这样就可以用类似于SFC语言的状态转移图方式编程。用步进指令设计PLC程序， 通常是利用状态转移图，而且设计的程序与状态转移图
11、有严格而明确的对应关系。设计 时，首先要按工艺及控制要求画出系统的状态转移图，用状态寄存器对各状态命名，标 出与各状态对应的执行元件的PLC输出编号和各转换条件的PLC输入编号。然后利用步 进指令编程。许多型号的PLC都有专门用于顺序控制的指令，日本三菱公司中用于顺序控制的指 令有两条：步进梯形指令(Step Ladder Instruction)简称STL指令，以及使步进指令复 位的RET(Return)指令。步进指令只能与状态继电器配合使用，三菱公司FX2N系列PLC的状态继电器元件有 900点(S0S899)。状态继电器S可以象普通辅助继电器一样，使用OUT、SET、RST等 输出指令和
12、LD、AND、OR等触点连接指令，在这种情况下，它的功能与有断电保持功能 的辅助继电器M完全相同。但当状态继电器S与STL指令一起使用时，其功能就不一样 了。STL指令只可对状态继电器S的触点使用，因此，STL指令又称为步进触点指令，用 T卜表示。RET为步进返回指令，用于步进触点返回左侧母线o STL和RET指令通常要配 合使用。一、步进梯形指令的功能STL指令与RET(Return)指令具有如下功能：1 .主控功能STL指令是用来将状态继电器S的触点与母线相连并提供主控功能。 主控功能是指当使用STL指令时，与STL触点相连的起始触点要使用LD(LDI)指令。使 用STL指令后，LD(LD
13、I)触点均移至STL触点的右侧，直至出现RET指令为止。步进复位 指令RET使LD触点返回左母线；另外，当再次出现STL指令时，以STL触点开始的回路 块也同样与原母线相连。2. 自动复位功能 指状态转移后原状态会自动复位的功能。当使用STL指令时，新 的状态继电器S被置位，前一个状态继电器S将自动复位。如图7-5中，当S020被置位 后，S020的STL触点接通，其控制的负载Y000被驱动；当X000触点接通后，下一步的 S021将被置位，当X010触点接通后，负载Y002被驱动，同时PLC将S020自动复位， Y000也断开。而图7-6中，当X000触点接通后，S021被置位，其STL触点
14、接通，但状 态继电器S020没有复位，此时，S020和S021的STL触点都接通。也就是说，只有在STL 回路中，自动复位功能才有效。图7-5状态转移图7-6状态转移图3. 负载驱动功能 当STL触点接通后，与这个触点相连的回路块才可执行。STL触 点可直接驱动负载（如对Y000），也可通过其它触点驱动负载（如对Y002），如图7-5 所示，当STL触点断开后，与这个触点相连的回路块将不执行。4. 步进复位功能 如上所述，因为使用STL指令时，LD（LDI）触点被右移，所以在 需要把LD（LDI）触点返回到母线上时，要有RET指令。值得注意的是，STL指令与RET 指令并不需要成对使用，但在系
15、列STL电路结束时，一定要写入RET指令，否则程序将 进行出错处理。二、步进指令的执行过程和有关规定步进指令的执行过程如图7-7所示，图7-7a、图7-7b、图7-7c分别是相对应的状 态转移图、步进梯形图及其指令表程序。当步S020为活动步时，S020的STL触点控制的负载Y000接通，当转换条件X000 成立时，下一步的S021将被置位，负载Y002接通，同时PLC自动将S020断开（复位）， Y000也断开。LD M8002 SET SOOO STL SOOO LD X010SET S020STL S020 OUT YQOO LD X000 SET S021STL S021OUT YQ02LD X001 SET SOOO RETa)b)c)图7-7步进指令用法a）状态转移图 b）步进梯形图c）指令表程序从状态转移图和步进梯形图中可看出,每一状态提供三个功能:驱动负载、指定转换 条件、激活目标即置位新状态（同时前面的状态自动复位）。在状态转移图中，系统的初始状态应放在最前面，在可编程控制器开始执行用户程 序时，一般用只接通一个扫描周期的初始化脉冲M8002将初始状态激活，为下一步活动 状态的转移动作作准备。当需要从某一步返回初始步时，应对初
