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1、第四章第四章 可编程控制器与顺序控制可编程控制器与顺序控制4 4. .1 1 顺序控制及其描述顺序控制及其描述4 4. .2 2 状态转移图与步进梯形图状态转移图与步进梯形图4 4. .3 3 单流程的顺序控制单流程的顺序控制 4.4 4.4 复杂流程的顺序控制复杂流程的顺序控制 14.1 4.1 顺序控制及其描述顺序控制及其描述4.1.1 4.1.1 顺序控制顺序控制采用前面所讲的继电器逻辑来编制程序，最大的优点是电路工作原理比较直观，但这种程序方式对步进控制的设计就很困难，电路工作原理不易理解。功能图就是针对这一问题而产生的。特点：能够把复杂的控制转化为按顺序逐步（状态）完成。能够把复杂的
2、控制转化为按顺序逐步（状态）完成。在基本指令的基础上，增加了两条步进顺控指令，在基本指令的基础上，增加了两条步进顺控指令，STLSTL、RETRET，配配合使用的是状态元件。合使用的是状态元件。处理方法：控制过程分为不同的状态，在一个状态下，要完控制过程分为不同的状态，在一个状态下，要完成一个或几个操作，当满足状态转移条件时，就跳转到下一个工成一个或几个操作，当满足状态转移条件时，就跳转到下一个工作状态，执行下面的不同操作。作状态，执行下面的不同操作。24.1 4.1 顺序控制及其描述顺序控制及其描述4.1.2 4.1.2 顺序控制定义顺序控制定义定义：在PLC的实际应用过程中，经常会遇到一些
3、要求顺序动作的过程。这种过程要求前一个动作结束之后方能进行下一个动作。这种过程称为步进顺控。国家标准（试行草案） :“根据预先规定的程序或条件，对控制过程各阶段顺序地进行自动控制，称为顺序控制。控制过程中由逻辑规则所决定的信息传输与转换所具有的次序，就是顺序”。设计思想：引入了状态转移图，步进顺控程序根据状态图进行编制。优点：每个状态都有一个相对独立的任务及相关的控制信号，不用同时考虑其它的状态，使编程简单直观、不易出错。34.1 4.1 顺序控制及其描述顺序控制及其描述4.1.3 4.1.3 顺序控制与功能流程图顺序控制与功能流程图顺序控制的具体解释：若一个工作过程可以划分成0,n个阶段，工
4、作过程初始时处于第0个阶段（停止阶段），工作过程开始后，自动进入第1个阶段，同时第0个阶段结束；当第2个阶段的开始条件（第1个阶段的结束条件）满足，自动进入第2个阶段，同时第1个阶段结束；当第n个阶段的开始条件（第n1个阶段的结束条件）满足，自动进入第n个阶段，同时第n1个阶段结束；当第n个阶段的结束条件满足，则进入第个阶段（停止，待再次启动后开始新的循环），或直接进入第个阶段（从第个阶段开始自动进行新一轮循环），同时第n个阶段结束。按这样的方式进行的工作过程称为顺序工作过程顺序工作过程，对顺序工作过程进行控制就是顺序控制顺序控制，顺序工作过程中各个工作阶段的先后关系（衔接方式）就是顺序顺序。
5、 44.1 4.1 顺序控制及其描述顺序控制及其描述4.1.3 4.1.3 顺序控制与功能流程图顺序控制与功能流程图顺序工作过程中的一个工作阶段称为一个步步，其中第个阶段是停止阶段，该阶段一般称为初始步初始步，其余各阶段称为工作步工作步。从一步过渡到另一步称为转移转移，而一个步结束（下一个步开始）的条件称为转移条件转移条件。每个步中都可能会有一些电器通电，每步中工作的电器称为该步的负载负载。只要知道一个顺序控制过程的步、转移、转移条件和负载，就可以清楚地描述顺序控制过程。通常，顺序控制过程用功能流程图来描述，功能流程图功能流程图就是用步、转移、转移条件和负载来描述顺序控制过程的一种流程图。54
6、.1 4.1 顺序控制及其描述顺序控制及其描述4.1.4 4.1.4 功能流程图的绘制功能流程图的绘制1. 一个功能流程图至少要有一个初始步；2. 顺序控制过程的所有步按控制过程的进行顺序从上到下画在一条竖带上，表示步的矩形框内写步的名称；3. 步与步不能直接相连，必须用转移分开；4. 转移与转移不能直接相连，必须用步分开，转移目的地明确时用“”表示转移，转移目的地会产生歧义时用“”表示转移；5. 转移条件画在转移上，即表示转移条件的“”画在表示转移的“”或“”上，二者垂直（如 ），在“”旁写上转移条件的名称；6. 负载画在步的右边，连到相应的步上。当一个负载要在连续几步内工作时，则该负载仅画
7、在其开始通电的步中（旁边注明“通电并保持”）和结束通电的步中（旁边注明“复位”）。绘制功能流程的图形符号 64.1 4.1 顺序控制及其描述顺序控制及其描述4.1.5 4.1.5 功能流程图的循环方式功能流程图的循环方式74.2 4.2 状态转移图与步进梯形图状态转移图与步进梯形图4.2.1 4.2.1 概念概念状态转移图就是用步、转移、转移条件、负载来描述顺序控制过程的一种图形。是功能流程图在可编程控制器上的具体实现。完成状态转移图后，即可根据状态转移图导出步进梯形图（也称STL图）。步进指令步进指令步进指令步进指令 STLSTLSTLSTL（步进触点指令） RETRETRETRET（步进返
8、回指令） STL和RET指令只有与状态器S配合才能具有步进功能。例如：STL S200表示状态常开触点，称为STLSTL触点（步进触点）触点（步进触点），它在梯形图中的符号为 ，它没有常闭触点 84.2 4.2 状态转移图与步进梯形图状态转移图与步进梯形图4.2.2 4.2.2 步进顺控指令步进顺控指令的使用说明的使用说明1）STL触点是与左侧母线相连的常开触点，STL触点接通，则对 应的状态为活动步；2）与STL触点相连的触点用LD或LDI指令，执行完RET后返回左 母线；3）STL触点可直接驱动或通过别的触点驱动Y、M、S、T等元件 的线圈；4）PLC只执行活动步对应的电路，所以使用STL
9、指令时允许双线 圈输出；5) STL触点驱动的电路块中不能使用MC和MCR指令，但可以用CJ 指令（最好不要使用）；6)在中断程序和子程序内，不能使用STL指令。94.2 4.2 状态转移图与步进梯形图状态转移图与步进梯形图4.2.3 4.2.3 例子例子例1：某机床上的液压滑台及其驱动系统如图所示，液压滑台的控制就是顺序控制。初始时，滑台停在SQ1处；按下启动按钮SB后，电磁铁YA1和YA3通电，YA2断电，滑台离开SQ1处，快速移向SQ2；当滑台上的挡铁碰到SQ2时，YA1继续通电，但YA3、YA2断电，滑台放慢速度，开始加工过程，滑台移向SQ3；当滑台移至SQ3处时，YA2通电，YA1和
10、YA3断电，滑台快速退回，当退至SQ1处时，YA2、YA1和YA3均断电，滑台停止运动。当再次按下SB时，滑台重复上述过程，其工作过程如图所示。 试设计其控制电路。10例1： 11例1： KM12例1： 液压滑台顺序控制的功能流程图 液压滑台的状态转移图13例1： 0 LD M80021 SET S02 STL S03 LD X0004 SET S105 STL S106 SET Y0017 OUT Y0038 LD X0029 SET S1110 STL S1111 LD X00312 SET S1213 STL S1214 RST Y00115 OUT Y00216 LD X00117 O
11、UT S018 RET19 END 14p练习：彩灯控制的步进梯形图编程p1、红灯亮1sp2、黄灯亮1sp3、绿灯亮1sp4、三灯一起亮1sp5、三灯一起灭1sp返回1154.3 4.3 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.3.1 4.3.1 例子（例子（机械手的控制 ）机械手的控制 下限位X1手夹紧X2手向下Y1=ON手夹紧Y2=ON手向上Y3=ON 工件工件上限位X316 X0启动开关，X1下限位开关，X2机械手夹紧检测，X3上限位开关。 手向下时 Y1ON 手夹紧时 Y2ON 手向上时 Y3ON 工序为：启动手向下至下限位夹紧检测是否夹紧手向上运行至上限位停止。其工作过程为步进过程，即第
12、一步工序结束就是第二步的开始，或者说第二步的开始信号也就是第一步的结束信号，其功能流程图如图4-1所示。工作过程一步一步顺序进行，即步进工作控制过程。步进控制又可分为顺序过程控制、选择分支过程控制、并行分支及合并过程控制等几种类型。17X3接通自动关闭过程2同时将整个步进过程结束X1接通自动关闭过程0，同时启动过程1X0接通自动启动过程0 （顺序控制）过程0 Y1（手向下）X0 X1 过程1Y2（手夹紧）过程2 Y3（手向上） X2 X3 结束X2接通自动关闭过程1，同时启动过程2图4.3.1 功能流程图18图4-75 顺序控制步进过程时序图X0X1X2X3Y1Y2Y3图4.3.2 顺序控制时
13、序图194.3 4.3 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.3.2 4.3.2 例子（例子（机械手2的控制 ） 例3：搬运纸箱的机械手如图所示。机械手的主要运动机构是升降气缸和回转气缸。升降挡铁初始时处于行程开关SQ1处，吸盘在A处正上方。系统启动后，如果光电开关TD检测出A处有纸箱，则升降气缸使机械手的升降杆下降，当升降挡铁碰到行程开关SQ2时，吸盘恰好接触到纸箱上表面，继续让升降杆下降，以挤出吸盘和纸箱表面围成的空腔内的空气，形成负压。持续几秒钟，升降杆停止下降，升降气缸使升降杆上升，吸盘带着纸箱上升，当升降挡铁碰到SQ1时，停止上升。回转气缸使回转臂顺时针转180，吸盘运动至B处正上方，
14、回转挡铁碰到行程开关SQ4时停止回转，吸盘下降，当升降挡铁碰到SQ2时，停止下降，并且停止几秒钟，这时，电磁阀HF3开启，吸盘放松纸箱。之后，吸盘上升，当升降挡铁碰到SQ1时，吸盘逆时针转180回到A处正上方，回转挡铁碰到行程开关SQ3时停止回转，如果TD未检测出A处有纸箱，则机械手停止等待；若TD检测出A处有纸箱，则机械手重复上述工作过程。试设计该机械手的控制系统。 20例3： 21例3： 22机械手的工作阶段及负载 I/O端子分配结果 机械手控制过程进行顺序 23例3： 24例3： 25例3： 26例3： 274.4 4.4 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.4.1 4.4.1 选择结构
15、选择结构 根据特定过程的运行结果和动作需要有选择的切换到下一个过程，每一个过程循环执行直到任务完成。 在一个过程进行时，可用两个或多个指令分别触发不同的过程，哪一个过程被触发，取决于过程执行的情况（条件满足者即被触发）。284.4 4.4 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.4.1 4.4.1 选择结构选择结构过程0Y1过程1过程2过程3X0X2X1X3X4Y3Y2Y4X5 结 束分支1分支2在过程0进行中X1闭合选择分支1执行在过程0进行中X2闭合选择分支2执行294.4 4.4 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.4.2 4.4.2 并列分支与汇合控制并列分支与汇合控制 一个过程的结束同时
16、可触发多个过程，每个分支过程都完成了各自的任务后，又重新合并在一起转换到下一个过程。（每个过程独立，但其起始条件相同）304.4 4.4 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.4.2 4.4.2 并列分支与汇合控制并列分支与汇合控制结 束X3接通同时关闭过程2、3。启动过程4过程0过程3过程4过程2过程1X0Y1 X1Y2Y3Y4X3Y5 X2X4分支1分支2X1接通分支1、2同时被启动，并行运行314.4 4.4 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.4.3 4.4.3 思考思考1 1S20Y1S21S22X2X1X3X4Y3Y2X0324.4 4.4 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.4.3
17、 4.4.3 思考思考2 2S20X0S30X3S22X2S21X1334.4 4.4 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.4.4 4.4.4 循环控制过程循环控制过程 循环实际上也是跳转（有时状态的转移是不连续的，根据工艺流程要求，要向较远的状态转移。这种转移一般称为状态的跳转），只是反复跳转直到某个条件满足为止。 注意：所有的跳转都必须用out指令驱动，不能用set指令。这是跳转和转移的跟本区别。看p103344.4 4.4 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.4.4 4.4.4 循环控制过程循环控制过程过程0过程3过程4过程2过程1X0Y1 X1Y2Y4Y3X3Y5X2X4354.4 4
18、.4 单流程的顺序控制单流程的顺序控制4.4.5 4.4.5 复杂流程设计例子复杂流程设计例子例4：圆球搬运系统如图所示。圆球搬运装置在行程开关SQ1处接受其它装置送来的圆球，然后把大圆球放到行程开关SQ2处的大圆球框中，小圆球放到行程开关SQ3处的小圆球框中。初始时，圆球搬运装置由制动器固定在SQ1处，制动器由电磁铁YA3控制，YA3断电时制动。圆球搬运装置由交流异步电动机驱动运行，运行至SQ2处时，电磁铁YA1通电，打开大球托的门，大球滚入大球框；运行至SQ3处时，电磁铁YA2通电，打开小球托的门，小球滚入小球框。球托中有无球由接近开关NB1和NB2判断。圆球搬运装置在SQ1处接收到的可能
19、只是大球，或者只是小球，也可能大球小球都有。如果大球小球都有，立即启动右行，如果只有大球或只有小球，延时10s后启动右行。球放进球框后，搬运装置立即返回SQ1处，准备下一轮工作。试设计其控制电路。36例4： 37例4： 38例4： 39例4： 40例4： 41步步 进进 过过 程程 实例实例小车后限位X2前限位X1车向前 Y0=ON车向后 Y2=ON小车门漏斗门小车启动按钮X042 手动控制运动包括以下几种情况：手动操作按钮X14接通并且小车底门关闭时，小车向前运动并停止在最前端位置，前限位开关X1接通；手动操作按钮X16接通，翻门打开，货物通过漏斗装车，7S后自动关闭漏斗的翻门；手动按钮X1
20、5接通，小车向后运动直至后限位开关X2接通；手动操作按钮X17 接通，底门打开将小车中货物卸下。小车运动，分手动、自动控制。小车运动，分手动、自动控制。自动控制又分单循环和自动循环运行。自动控制又分单循环和自动循环运行。43 手动功能控制工作方式选择开关工作方式选择开关自动功能叙述手动操作按钮功能X14 小车向前X15 小车向后X16 漏斗翻门开X17 小车底门打开单 循 环X12自动循环X13手 动X11工作方式选择开关示意图44 小车的单循环运行是指，小车处于最后端位置，即后限位开关X2接通，启动按钮接通，并且小车底门已关闭，小车将向前运动，直至前限位开关X1接通。继而翻斗门打开7S，货物
21、装入小车中。小车向后运动直至后限位开关X2接通，最后小车底门打开5S卸下货物。由此完成一个循环运动。 自动循环过程与单循环过程不同之处不仅仅是完成一个循环而是将连续自动循环。 4546 功能图中每一个状态表明一个动作工步。M8002是一个特殊功能继电器。PLC只要运行M8002就输出一个单脉冲信号驱动S0作为初始状态。当启动按钮接通并且满足输入条件即底门关闭及小车处于最后端位置，过程1受激，工作状态将从初始状态转移到小车向前运行状态，直至X1接通过程2受激，小车向前运行状态结束漏斗翻门打开，同时，时间继电器T1线圈受激。T1线圈受激7S后T1触点接通，过程3受激，过程2结束。小车向后运动直至后限位开关X2接通，过程4受激过程3结束小车翻门打开，同时T2线圈受激。5秒后T2触点接通。此时如果工作方式处于单循环工作方式即X12接通，小车回归原初始状态，等待启动按钮重新按下开始第二次循环。如果工作方式处于自动方式即X13接通状态将转移至过程2，此时，又将接通Y0小车又将向前运行，重复以上过程。 4748
