第四單元順序功能圖

1、第四單元第四單元 順序功能圖順序功能圖任務一任務一 運料小車運料小車 任務二任務二 按鈕式人行道交通燈按鈕式人行道交通燈 任務三任務三 自動門控制系統(tǒng)自動門控制系統(tǒng) 任務四任務四 液體混合裝置液體混合裝置任務五任務五 沖床機械手的運動沖床機械手的運動 任務六任務六 十字路口交通燈十字路口交通燈任務七任務七 用凸輪實現(xiàn)的旋轉工作臺用凸輪實現(xiàn)的旋轉工作臺 任務八任務八 組合鉆床組合鉆床 任務九任務九 大小球分選系統(tǒng)大小球分選系統(tǒng) 任務一任務一 運料小車運料小車 一、任務提出一、任務提出 在自動化生產線上經常使用運料小車，如圖4-1所示，貨物通過運料小車M從A地運到B地，在B地卸貨后小車M再從B地返

2、回A地待命。本任務用PLC來控制運料小車的工作。 圖4-1 運料小車示意圖 二、原理分析二、原理分析 為了用PLC控制器來實現(xiàn)任務，PLC需要3個輸入點，4個輸出點，輸入輸出點分配見表4-1。表4-1 輸入輸出點分配表輸入繼電器作用輸出繼電器作用X0啟動按鈕Y0小車右行X1右限位開關Y1小車左行X2左限位開關Y2裝料Y3卸料根據(jù)控制要求，畫出時序圖如圖4-2所示。 圖4-2 運料小車時序圖 運料小車的一個工作周期分為裝料、右行、卸料和左行4步，再加上等待裝料的初始步，一共有5步。各限位開關、按鈕和定時器提供的信號是各步之間的轉換條件，由此畫出順序功能圖如圖4-3所示。 圖4-3 運料小車單周期

3、工作方式順序功能圖 運料小車單周期工作方式梯形圖如圖4-4所示。 圖4-4 運料小車單周期工作方式梯形圖三、知識鏈接三、知識鏈接 1經驗設計法與順序控制設計法 第三單元中各梯形圖的設計方法一般稱為經驗設計法，經驗設計法沒有一套固定的方法步驟可循，具有很大的試探性和隨意性，對于不同的控制系統(tǒng)，沒有一種通用的容易掌握的設計方法。 順序控制設計法是一種先進的設計方法，很容易被初學者接受，有經驗的工程師使用順序控制設計法，也會提高設計的效率，程序調試、修改和閱讀也更方便。 所謂順序控制，就是按照生產工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內部狀態(tài)和時間的順序，生產過程的各個執(zhí)行機構自動有序地進

4、行操作。使用順序控制設計法時首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖。 2順序功能圖 順序功能圖由步、有向連線、轉換、轉換條件和動作（或稱命令）五部分組成。 （1）步 順序控制設計法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步，可以用編程元件M和S來代表各步。 1)初始步 2)活動步 （2）與步對應的動作或命令 一個步可以有多個動作，也可以沒有任何動作。如果某一步有多個動作，可以用圖4-5中的兩種畫法來表示。 圖4-5 一個步后有多個動作的順序功能圖畫法 （3）有向連線 在畫順序功能圖時，將代表各步的方框按它們成為活動步的先后次序順序

5、排列，并用有向連線將它們連接起來。 （4）轉換 轉換用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來表示，轉換將相鄰兩步分隔開。 （5）轉換條件 轉換條件可以用文字語言、布爾代數(shù)表達式或圖形符號標注在表示轉換的短線的旁邊，使用得最多的是布爾代數(shù)表達式（見圖4-6）。圖4-6 轉換與轉換條件（6）繪制順序功能圖時的注意事項： 1)兩個步之間必須用一個轉換隔開，兩個步絕對不能直接相連。 2)兩個轉換之間必須用一個步隔開，兩個轉換也不能直接相連。 3)順序功能圖中的初始步一般對應于系統(tǒng)等待起動的初始狀態(tài)，初始步是必不可少的。 4)自動控制系統(tǒng)應能多次重復執(zhí)行同一工藝過程，因此在順序功能圖中一般應有由步和有向連線

6、組成的閉環(huán)，即在完成一次工藝過程的全部操作之后，應從最后一步返回初始步，系統(tǒng)停留在初始狀態(tài)。 5)在順序功能圖中，只有當某一步的前級步是活動步時，該步才有可能變成活動步。如果用沒有斷電保持功能的編程元件代表各步（本任務中代表各步的M0M4），進入RUN工作方式時，它們均處于OFF狀態(tài)，必須用初始化脈沖M8002的常開觸點作為轉換條件，將初始步預置為活動步，否則因順序功能圖中沒有活動步，系統(tǒng)將無法工作。 6)順序功能圖是用來描述自動工作過程的，如果系統(tǒng)有自動、手動兩種工作方式，這時還應在系統(tǒng)由手動工作方式進入自動工作方式時，用一個適當?shù)男盘枌⒊跏疾街脼榛顒硬?。四、任務實施四、任務實?1將三個模

7、擬按鈕開關的常開觸點分別接到PLC的X0X2（如圖4-9所示的輸入部分），并連接PLC電源。檢查電路正確性，確保無誤。圖4-9 運料小車的控制電路 2. 輸入圖4-4的梯形圖，進行程序調試，調試時要注意動作順序，運行后先按下SB，觀察各輸出的變化，等Y0接通后，再按下SQ1（模擬右限位開關），觀察各輸出的變化，等Y1接通后，再按下SQ2（模擬左限位開關），觀察各輸出的變化，檢查是否完成了運料小車所要求的功能。任務二任務二 按鈕式人行道交通燈按鈕式人行道交通燈 一、任務提出一、任務提出 在道路交通管理上有許多按鈕式人行道交通燈，如圖4-13所示，正常情況下，汽車通行，即Y3綠燈亮，Y5紅燈亮；當

8、行人想過馬路，就按按鈕。當按下按鈕X0（或X1）之后，主干道交通燈從綠（5s）綠閃（3s）黃（3s）紅（20s），當主干道紅燈亮時，人行道從紅燈亮轉為綠燈亮，15s以后，人行道開始閃爍，閃爍5s后轉入主干道綠燈亮，人行道紅燈亮。本任務利用PLC控制按鈕人行道交通燈，用并行序列的順序功能圖編程。圖4-13 按鈕式人行道交通燈示意圖二、原理分析二、原理分析 為了用PLC控制器來實現(xiàn)任務，PLC需要2個輸入點，5個輸出點，輸入輸出點分配見表4-2。表4-2 輸入輸出點分配表輸入繼電器作用輸出繼電器作用X0SB1按鈕Y1主干道紅燈X1SB2按鈕Y2主干道黃燈Y3主干道綠燈Y5人行道紅燈Y6人行道綠燈

9、由提出的任務畫出時序圖，如圖4-14所示。圖4-14 按鈕式人行道交通燈時序圖 主干道的一個工作周期分為4步，分別為綠燈亮、綠燈閃爍、黃燈亮和紅燈亮，用M1M4表示。人行道的一個工作周期分為3步，分別為紅燈亮、綠燈亮和綠燈閃爍，用M5M7表示。再加上初始步M0，一共有8步構成。各按鈕和定時器提供的信號是各步之間的轉換條件，由此畫出順序功能圖如圖4-15 所示。圖4-15 按鈕式人行道交通燈順序功能圖 圖4-16 按鈕式人行道交通燈梯形圖（1） 按鈕式人行道交通燈梯形圖如圖4-16所示。圖4-16 按鈕式人行道交通燈梯形圖（2）三、知識鏈接三、知識鏈接 1順序功能圖的基本結構 順序功能圖有三種基

10、本結構，單序列、并行序列和選擇序列，如圖4-17所示。圖4-17 順序功能圖的三種基本結構 2用啟-保-停電路實現(xiàn)的并行序列的編程方法 （1）并行序列分支的編程方法 并行序列中各單序列的第一步應同時變?yōu)榛顒硬?。對控制這些步的啟-保-停電路使用同樣的啟動電路，可以實現(xiàn)這一要求。 （2）并行序列合并的編程方法 圖4-16中步M0之前有一個并行序列的合并，該轉換實現(xiàn)的條件是所有的前級步（即步M4和M7）都是活動步和轉換條件T4滿足。由此可知，應將M4、M7和T4的常開觸點串聯(lián)，作為控制M0的啟-保-停電路的啟動電路。四、任務實施四、任務實施 1將二個模擬按鈕開關的常開觸點分別接到PLC的X0和X1（

11、如圖4-18所示的輸入部分），并連接PLC電源。檢查電路正確性，確保無誤。圖4-18 按鈕式人行道PLC接線圖 2輸入圖4-16所示的梯形圖，進行程序調試，調試時要注意動作順序，運行后可任意按下X0（或X1），監(jiān)控觀察各輸出（Y1Y3、Y4、Y5）和相關定時器（T0T4）的變化，檢查是否完成了按鈕式人行道交通燈所要求的功能。任務三任務三 自動門控制系統(tǒng)自動門控制系統(tǒng) 一、任務提出一、任務提出 許多公共場所的門口都有自動門，如圖4-21所示。人靠近自動門時，紅外感應器X0為ON，Y0驅動電機高速開門，碰到開門減速開關X1時，變?yōu)榈退匍_門。碰到開門極限開關X2時電機停轉，開始延時。若在05s內紅外

12、感應器檢測到無人，Y2起動電機高速關門。碰到關門減速開關X3時，改為低速關門，碰到關門極限開關X4時電機停轉。在關門期間若感應器檢測到有人，停止關門，T1延時05s后自動轉換為高速開門。本任務利用PLC控制自動門，用選擇序列的順序控制功能圖編程。圖4-21 自動門控制示意圖二、原理分析二、原理分析 為了用PLC控制器來實現(xiàn)自動門控制系統(tǒng)，PLC需要5個輸入點，4個輸出點，輸入輸出點分配見表4-3。表4-3 輸入輸出點分配表 輸入繼電器作用輸出繼電器作用X0紅外感應器Y0電機高速開門X1開門減速開關Y1電機低速開門X2開門極限開關Y2電機高速關門X3關門減速開關Y3電機低速關門X4關門極限開關

13、如圖4-22a是自動門控制系統(tǒng)在關門期間無人要求進出的時序圖，如圖4-22b所示是自動門控制系統(tǒng)在關門期間又有人要求進出時的時序圖。 圖4-22 自動門控制系統(tǒng)時序圖設計選擇序列的順序功能圖如圖4-23所示。 圖4-23 自動門順序功能圖 設計的梯形圖如圖4-24所示 。 圖4-24 自動門控制梯形圖三、知識鏈接三、知識鏈接1用啟-保-停電路實現(xiàn)的選擇序列的編程方法（1）選擇序列分支的編程方法 如果某一步的后面有一個由N條分支組成的選擇序列，該步可能轉換到不同的N步去，應將這N個后續(xù)步對應的輔助繼電器的常閉觸點與該步的線圈串聯(lián)，作為結束該步的條件。如圖4-23中步M4之后有一個選擇序列的分支，

14、當它的后續(xù)步M5或者M6變?yōu)榛顒硬綍r，它應變?yōu)椴换顒硬?。所以需將M5和M6的常閉觸點串聯(lián)作為步M4的停止條件。 （2）選擇序列合并的編程方法 對于選擇序列的合并，如果某一步之前有N個轉換(即有N條分支在該步之前合并后進入該步)，則代表該步的輔助繼電器的啟動電路由N條支路并聯(lián)而成，各支路由某一前級步對應的輔助繼電器的常開觸點與相應轉換條件對應的觸點或電路串聯(lián)而成。以步M1為例，對應的起動電路由兩條并聯(lián)支路組成，每條支路分別由M0、X0和M6、T1的常開觸點串聯(lián)而成。 2僅有兩步的閉環(huán)的處理 如圖4-25a所示的順序功能圖用啟-保-停電路設計，那么步M3的梯形圖如圖4-25b所示，可以發(fā)現(xiàn)，由于M

15、2的常開觸點和常閉觸點串聯(lián)，它是不能正常工作的。這種順序功能圖的特征是：僅由兩步組成的小閉環(huán)。在M2和X2均為ON時，M3的啟動電路接通，但是這時與它串聯(lián)的M2的常閉觸點卻是斷開的，所以M3的線圈不能通電。出現(xiàn)上述問題的根本原因在于步M2既是步M3的前級步，又是它的后續(xù)步。解決的方法有兩種：（1）以轉換條件作為停止電路 將圖4-25b 中M2的常閉觸點用轉換條件X3的常閉觸點代替即可，如圖4-25c所示。圖4-25 僅有兩步的小閉環(huán)（2）在小閉環(huán)中增設一步 如圖4-26a所示，在小閉環(huán)中增設了M10步就可以解決這一問題，這一步沒有什么操作，它后面的轉換條件“=1”相當于邏輯代數(shù)中的常數(shù)l，即表

16、示轉換條件總是滿足的，只要進入步M10，將馬上轉換到步M2去。圖4-26b是根據(jù)圖4-26a畫出的梯形圖。圖4-26 小閉環(huán)中增設步四、任務實施四、任務實施 1將5個模擬紅外傳感器和限位開關的按鈕開關的常開觸點分別接到PLC的X0X4，如圖4-27所示，并連接PLC電源。檢查電路正確性，確保無誤。圖4-27 自動門輸入電路 2輸入圖4-24所示的梯形圖，進行程序調試，調試時要注意動作順序，運行后先按下X0（模擬有人），再依次按下X1X4，每次操作都要監(jiān)控觀察各輸出（Y0Y3）和相關定時器（T0T1）的變化，檢查是否完成了自動門控制系統(tǒng)所要求的在關門期間無人進出時所要求的功能。 3繼續(xù)調試程序，

17、順序為按下X0X1X2X0X1X2X3X4，監(jiān)控觀察各輸出（Y0Y3）和相關定時器（T0T1）的變化，檢查是否完成了自動門控制系統(tǒng)所要求的在關門期間有人進出時所要求的功能。再把輸入順序改為按下X0X1X2X3X0X1X2X3X4，監(jiān)控觀察各輸出（Y0Y3）和相關定時器（T0T1）的變化，檢查是否完成了自動門控制系統(tǒng)所要求的在關門期間有人進出時所要求的功能。任務四任務四 液體混合裝置液體混合裝置一、任務提出一、任務提出 如圖4-29a所示是某一液體混合裝置，開始時容器是空的，各閥門均關閉，各傳感器均為OFF。按下啟動按鈕后，打開閥YV1，液體A流入容器，中限位開關變?yōu)镺N時，關閉閥YV1，打開閥

18、YV2，液體B流入容器。當液面到達上限位開關時，關閉閥YV2，電機M開始運行，攪動液體，60s后停止攪動，打開閥YV3，放出混合液，當液面降至下限位開關之后再過5s，容器放空，關閉閥YV3，打開閥YV1，又開始下一周期的操作。按下停止按鈕，在當前工作周期的操作結束后，才停止操作(停在初始狀態(tài))。圖4-29 液體混合裝置示意圖和PLC接線圖輸入繼電器作用輸出繼電器作用X0中限位傳感器Y0電磁閥YV1線圈X1上限位傳感器Y1電磁閥YV2線圈X2下限位傳感器Y2電機MX3啟動按鈕Y3電磁閥YV3線圈X4停止按鈕二、原理分析二、原理分析 為了用PLC控制器來實現(xiàn)任務，PLC需要5個輸入點，4個輸出點，

19、輸入輸出點分配見表4-4。表4-4 輸入輸出點分配表由提出的任務畫出時序圖，如圖4-30所示。 圖4-30 液體混合裝置時序圖 液體混合裝置的工作周期劃分為6步。用M0表示初始步，分別用M1M5表示液體A流入容器、液體B流入容器、攪動液體、放出混合液和容器放空。用各限位傳感器、按鈕和定時器提供的信號表示各步之間的轉換條件。畫出順序功能圖如圖4-31所示。 圖4-31 液體混合裝置順序功能圖 用啟-保-停電路設計出梯形圖如圖4-32所示。 圖4-32 液體混合裝置梯形圖三、知識鏈接三、知識鏈接 順序控制設計法中停止的處理 在任務要求中，停止按鈕X4的按下并不是按順序進行的，在任何時候都可能按下停

20、止按鈕，而且不管什么時候按下停止按鈕都要等到當前工作周期結束后才能響應停止操作。所以停止按鈕X4的操作不能在順序功能圖中直接反映出來，可以用M10間接表示出來。每一個工作周期結束后，再根據(jù)M10的狀態(tài)決定進入下一周期還是返回到初始狀態(tài)。從梯形圖可看出，M10用啟-保-停電路和啟動按鈕X3、停止按鈕X4來控制，按下啟動按鈕X0，M10變?yōu)镺N并保持，按下停止按鈕X1，M10變?yōu)镺FF，但是系統(tǒng)不會馬上返回初始步，因為M10只是在步M5之后起作用。四、任務實施四、任務實施 1將5個模擬按鈕開關的常開觸點分別接到PLC的X0X4（如圖4-29b所示的輸入部分），并連接PLC電源。檢查電路正確性，確保

21、無誤。 2輸入如圖4-32所示的梯形圖，進行程序調試，調試時要注意動作順序，運行后先按下X3（模擬啟動），再依次按下X0（模擬中限位開關），X1（模擬上限位開關），等待一段時間（超過60s）后，按下X2（模擬下限位開關），每次操作都要監(jiān)控觀察各輸出（Y0Y3）和相關定時器（T0T1）的變化，檢查是否完成了液體混合系統(tǒng)所要求的所要求的液體混合功能。 3繼續(xù)調試程序，順序為按下X0X1X2，監(jiān)控觀察各輸出（Y0Y3）和相關定時器（T0T1）的變化，輸出和定時器的變化與上一步相同。再在調試過程中的任何時候（例如按下X0后按下X4），觀察停止功能，是否在當前工作周期結束后才能響應停止操作返回初始步。任

22、務五任務五 沖床機械手的運動沖床機械手的運動 一、任務提出一、任務提出 在機械加工中經常使用沖床，某沖床機械手運動的示意圖如圖4-34所示。初始狀態(tài)時機械手在最左邊，X4為ON；沖頭在最上面，X3為ON；機械手松開，Y0為OFF。按下啟動按鈕X0，Y0變?yōu)镺N，工件被夾緊并保持，2s后Yl被置位，機械手右行，直到碰到X1，以后將順序完成以下動作：沖頭下行，沖頭上行，機械手左行，機械手松開，延時1s后，系統(tǒng)返回初始狀態(tài)。圖4-34 某沖床機械手運動的示意圖二、原理分析二、原理分析 為了用PLC控制器來實現(xiàn)任務，PLC需要5個輸入點，5個輸出點，輸入輸出點分配見表4-5。表4-5 輸入輸出點分配表

23、輸入繼電器作用輸出繼電器作用X0啟動按鈕Y0工件夾緊X1右限位開關Y1機械手右行X2下限位開關Y2機械手左行X3上限位開關Y3沖頭下行X4左限位開關Y4沖頭上行 由輸入輸出點的分配表畫出PLC的外部接線圖，如圖4-35所示。 圖4-35 沖床機械手PLC的外部接線圖 由提出的任務畫出時序圖，如圖4-36所示。從時序圖上可見，工件在整個工作周期都處于夾緊狀態(tài)，一直到完成沖壓后才松開工件，這種命令動作為存儲型命令。 圖4-36 沖床機械手時序圖 沖床機械手的運動周期劃分為7步，依次分別為初始步、工件夾緊、機械手右行、沖頭下行、沖頭上行、機械手左行和工件松開，用M0M6表示。各限位開關、按鈕和定時器

24、提供的信號是各步之間的轉換條件。由此畫出順序功能圖如圖4-37所示。 圖4-37 沖床機械手順序功能圖 用啟-保-停電路設計出梯形圖如圖4-38所示。 圖4-38 沖床機械手梯形圖三、知識鏈接三、知識鏈接 1存儲型命令和非存儲型命令 在順序功能圖中說明命令的語句時應清楚地表明該命令是存儲型的還是非存儲型的。例如某步的存儲型命令“打開1號閥并保持”，是指該步為活動步時1號閥打開，該步為不活動步時1號閥繼續(xù)打開；非存儲型命令“打開1號閥”，是指該步為活動步時打開，為不活動步時關閉。圖4-37中步M1的命令Y0就是存儲型命令，當M1步為活動步時Y0置位，該步為不活動步時Y0繼續(xù)置位，除非在其它步中用

25、復位指令將Y0復位（步）。同理，步中的命令Y0也是存儲型命令，當M6步為活動步時Y0復位，該步為不活動步時Y0繼續(xù)復位，除非在其它步中用置位指令將Y0置位（步1）。 2命令或動作的修飾詞 在順序功能圖中說明存儲型命令時可在命令或動作的前面加修飾詞，例如“R”、“S”。使用動作的修飾詞（見表4-6）可以在一步中完成不同的動作。修飾詞允許在不增加邏輯的情況下控制動作。例如，可以使用修飾詞L來限制配料閥打開的時間等。表4-6 動作的修飾詞N非存儲型當步變?yōu)椴换顒硬綍r動作終止S置位(存儲)當步變?yōu)椴换顒硬綍r動作繼續(xù)，直到動作被復位R復位被修飾詞S，SD，SL或DS啟動的動作被終止L 時間限制步變?yōu)榛顒?/p>

26、步時動作被啟動，直到步變?yōu)椴换顒硬交蛟O定時間到D時間延遲步變?yōu)榛顒硬綍r延遲定時器被啟動，如果延遲之后步仍然是活動的，動作被啟動和繼續(xù)，直到步變?yōu)椴换顒硬絇脈沖當步變?yōu)榛顒硬?，動作被啟動并且只?zhí)行一次SD存儲與時間延遲在時間延遲之后動作被啟動，一直到動作被復位DS延遲與存儲在延遲之后如果步仍然是活動的，動作被啟動直到被復位SL存儲與時間限制步變?yōu)榛顒硬綍r動作被啟動，一直到設定的時間到或動作被復位四、任務實施四、任務實施 1將5個模擬輸入狀態(tài)的按鈕開關的常開觸點分別接到PLC的X0X4（如圖4-35所示的輸入部分），并連接PLC電源。檢查電路正確性，確保無誤。 2輸入如圖4-38所示的梯形圖，進行

27、程序調試，調試時要注意動作順序，運行后先按下X0（模擬啟動），2s后再依次按下X1X4，分別模擬右限位、下限位、上限位、左限位，每次操作都要監(jiān)控觀察各輸出（Y0Y4）和相關定時器（T0T1）的變化，檢查是否完成了沖床機械手所要求的運動。任務六任務六 十字路口交通燈十字路口交通燈一、任務提出一、任務提出 某十字路口交通燈如圖4-40所示，當按下啟動按鈕時，首先東西向通行，南北向禁止通行，東西向車道的直行綠燈亮，汽車直行，20s后直行綠燈閃爍3s，隨后黃燈亮3s；接著車道的左轉綠燈亮，20s后左轉綠燈閃爍3s，隨后黃燈亮3s；在東西向車道直行綠燈亮和閃爍的同時，東西向人行道的綠燈同時亮和閃爍。東西

28、向禁止通行后，轉入南北向車道、人行道的通行，順序與東西向相同。本任務研究用PLC來控制十字路口交通燈。圖4-40 某十字路口交通燈示意圖二、原理分析二、原理分析 為了用PLC控制器來實現(xiàn)任務，PLC需要1個輸入點，12個輸出點，輸入輸出點分配見表4-7。表4-7 輸入輸出點分配表輸入繼電器作用輸出繼電器作用X0SB按鈕Y0東西向車道左轉綠燈Y1東西向車道直行綠燈Y2東西向車道黃燈Y3東西向車道紅燈Y4南北向車道左轉綠燈Y5南北向車道直行綠燈Y6南北向車道黃燈Y7南北向車道紅燈Y10東西向人行道紅燈Y11東西向人行道綠燈Y12南北向人行道紅燈Y13南北向人行道綠燈 由輸入輸出點的分配表畫出PLC

29、的外部接線圖，如圖4-41所示。 圖4-41 十字路口交通燈的PLC外部接線圖由提出的任務畫出時序圖，如圖4-42 所示。所示。圖4-42 十字路口交通燈的時序圖 把十字路口交通燈分為四個并行的分支，分別為用東西向車道、東西向人行道、南北向車道和南北向人行道。每個方向車道都有直行、直行閃爍、黃燈、左轉、左轉閃爍、黃燈和紅燈7步，每個方向人行道都有綠燈、綠燈閃爍和紅燈3步，再加上初始步，一共有21步，由此畫出順序功能圖如圖4-43所示。 圖4-43 十字路口交通燈的順序功能圖 用啟-保-停電路設計出梯形圖如圖4-44所示。 圖4-44 用啟-保-停電路設計的十字路口交通燈梯形圖 圖4-45 用以

30、轉換為中心的方法設計的十字路口交通燈梯形圖 用以轉換為中心的方法設計出梯形圖如圖4-45所示。 三、知識鏈接三、知識鏈接 以轉換為中心的梯形圖的編程方法應從步的處理和輸出電路兩方面來考慮。 1. 步的處理 如圖4-46所示為以轉換為中心的編程方法的順序功能圖與梯形圖的對應關系。實現(xiàn)圖中X1對應的轉換需要同時滿足兩個條件，即該轉換的前級步是活動步(M1=1)和轉換條件滿足(X1=1)。在梯形圖中，可以用M1和Xl的常開觸點組成的串聯(lián)電路來表示上述條件。該電路接通時，兩個條件同時滿足，此時應完成兩個操作，即將該轉換的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬剑ㄓ肧ET指令將M2置位）和將該轉換的前級步變?yōu)椴换顒硬剑ㄓ肦ST

31、將M1復位）。圖4-46 以轉換為中心的編程方式 2. 輸出電路 使用這種編程方法時，不能將輸出繼電器的線圈與SET和RST指令并聯(lián)，這是因為圖4-45中前級步和轉換條件對應的串聯(lián)電路接通的時間是相當短的(只有一個掃描周期)，轉換條件滿足后前級步馬上被復位，在下一掃描周期控制置位、復位的串聯(lián)電路被斷開，而輸出繼電器的線圈至少應該在某一步對應的全部時間內被接通。所以應根據(jù)順序功能圖，用代表步的輔助繼電器的常開觸點或它們的并聯(lián)電路來驅動輸出繼電器的線圈。四、任務實施四、任務實施 1將一個模擬按鈕開關的常開觸點接到PLC的X0（如圖4-41所示的輸入部分），并連接PLC電源。檢查電路正確性，確保無誤

32、。 2輸入如圖4-45所示的梯形圖，進行程序調試，運行后先按下X0，監(jiān)控觀察各輸出（Y0Y13）和相關定時器（T0T11）的變化，檢查是否完成了十字路口交通燈所要求的功能。任務七任務七 用凸輪實現(xiàn)的旋轉工作臺用凸輪實現(xiàn)的旋轉工作臺 一、任務提出一、任務提出 在機械加工時，很多場合會用到旋轉工作臺，在圖4-48中，旋轉工作臺用凸輪和限位開關來實現(xiàn)運動控制。在初始狀態(tài)時左限位開關X3為ON，按下啟動按鈕，電動機驅動工作臺沿順時針正轉，轉到右限位開關X4所在位置時暫停5s，之后工作臺反轉，回到限位開關X3所在的初始位置時停止轉動，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。本任務研究利用PLC來控制旋轉工作臺運動。 圖4-4

33、8 用凸輪實現(xiàn)的旋轉工作臺運動二、原理分析二、原理分析 為了用PLC控制器來實現(xiàn)任務，PLC需要3個輸入點，2個輸出點，輸入輸出點分配見表4-8。表4-8 輸入輸出點分配表輸入繼電器作用輸出繼電器作用X0啟動按鈕Y0工作臺正轉X3左限位開關Y1工作臺反轉X4右限位開關由輸入輸出點的分配表畫出PLC的外部接線圖，如圖4-49 所示。圖4-49 旋轉工作臺PLC的外部接線圖由提出的任務畫出時序圖，如圖4-50所示。 圖4-50 旋轉工作臺時序圖 旋轉工作臺的工作周期劃分為4步，除了初始步之外，還包括正轉步、暫停步和反轉步，下面用S0表示初始步，用S20、S21、S22分別表示正轉步、暫停步和反轉步

34、，仍然用各限位開關、按鈕和定時器提供的信號表示各步之間的轉換條件。由此畫出順序功能圖如圖4-51a所示，用步進順控指令設計出梯形圖和指令表如圖4-51b所示。 圖4-51 旋轉工作臺順序功能圖及梯形圖和指令表三、知識鏈接三、知識鏈接 1編程元件狀態(tài)繼電器（S） 狀態(tài)繼電器有5種類型：初始狀態(tài)繼電器S0S9共10點；回零狀態(tài)繼電器S10S19共10點；通用狀態(tài)繼電器S20S499共480點；具有狀態(tài)斷電保持的狀態(tài)繼電器有S500S899，共400點；供報警用的狀態(tài)繼電器（可用作外部故障診斷輸出）S900S999共100點。 在使用狀態(tài)繼電器時應注意： （1）狀態(tài)繼電器與輔助繼電器一樣有無數(shù)的常開

35、和常閉觸點。 （2）狀態(tài)繼電器不與步進順控指令STL配合使用時，可象輔助繼電器M一樣使用。 （3）FX2N系列PLC可通過程序設定將S0S499設置為有斷電保持功能的狀態(tài)器。 2步進順控指令STL指令 步進順控指令也稱步進梯形指令，簡稱為STL指令，F(xiàn)X系列PLC還有一條使STL指令復位的RET指令。利用這兩條指令，可以很方便地編制順序控制梯形圖程序。 從圖4-52可以看出順序功能圖與梯形圖之間的對應關系，STL觸點驅動的電路塊具有3個功能，即對負載的驅動處理、指定轉換條件和指定轉換目標。 圖4-52 STL指令的使用 3使用STL指令應注意的問題 （1）與STL觸點相連的觸點應使用LD或LD

36、I指令，即LD點移到STL觸點的右側，該點成為臨時母線。下一條STL指令的出現(xiàn)意味著當前STL的結束和新的STL的開始。RET指令意味著整個STL程序區(qū)的結束，LD點返回左側母線。各STL觸點驅動的電路一般放在一起，最后一個STL電路結束時一定要使用RET指令。 （2）STL觸點可以直接驅動或通過別的觸點驅動Y，M，S，T等元件的線圈和應用指令。 （3）由于CPU只執(zhí)行活動步對應的電路塊，使用STL指令時允許雙線圈輸出，即不同的STL觸點可以分別驅動同一編程元件的一個線圈。但是同一元件的線圈不能在可能同時為活動步的STL區(qū)內出現(xiàn)。 （4）在步的活動狀態(tài)的轉換過程中，相鄰兩步的狀態(tài)繼電器會同時O

37、N一個掃描周期，可能會引發(fā)瞬時的雙線圈問題。為了避免不能同時接通的兩個輸出(如控制異步電動機正反轉的交流接觸器線圈)同時動作，除了在梯形圖中設置軟件互鎖電路外，還應在PLC外部設置由常閉觸點組成的硬件互鎖電路。 同一定時器的線圈不可以在相鄰的步中使用。 （5）OUT指令與SET指令均可用于步的活動狀態(tài)的轉換，將原來的活動步對應的狀態(tài)寄存器復位，此外還有自保持功能。SET指令用于將STL狀態(tài)繼電器置位為ON并保持，以激活對應的步。SET指令一般用于驅動狀態(tài)繼電器的元件號比當前步的狀態(tài)繼電器元件號大的STL步。在STL區(qū)內的OUT指令用于順序功能圖中的閉環(huán)和跳步，如果想跳回已經處理過的步，或向前跳

38、過若干步，可對狀態(tài)繼電器使用OUT指令。 （6）STL指令不能與MC-MCR指令一起使用。在FOR-NEXT結構中、子程序和中斷程序中，不能有STL程序塊，STL程序塊不能出現(xiàn)在FEND指令之后。 （7）并行序列或選擇序列中分支處的支路數(shù)不能超過8條，總的支路數(shù)不能超過16條。 （8）在轉換條件對應的電路中，不能使用ANB，ORB，MPS，MRD和MPP指令?？捎棉D換條件對應的復雜電路來驅動輔助繼電器，再用后者的常開觸點來作轉換條件。 （9）與條件跳步指令(CJ)類似，CPU不執(zhí)行處于斷開狀態(tài)的STL觸點驅動的電路塊中的指令，在沒有并行序列時，同時只有一個STL觸點接通，因此使用STL指令可以

39、顯著地縮短用戶程序的執(zhí)行時間，提高PLC的輸入、輸出響應速度。四、任務實施四、任務實施 1將三個模擬按鈕開關的常開觸點分別接到PLC的X0、X3、X4（如圖4-49所示的輸入部分），并連接PLC電源。檢查電路正確性，確保無誤。 2. 輸入圖4-51b的梯形圖或指令表，進行程序調試，調試時要注意動作順序，運行后先按下X0（模擬啟動），再依次按下X4、X3，每次操作都要監(jiān)控觀察各輸出（Y0Y1）和相關定時器（T0）的變化，檢查是否完成了旋轉工作臺所要求的功能。任務八任務八 組合鉆床組合鉆床 一、任務提出一、任務提出 某組合鉆床用來加工圓盤狀零件上均勻分布的6個孔（見圖4-55）。放好工件后，按下啟

40、動按鈕工件被夾緊，夾緊后壓力繼電器Xl為ON，Y1和Y3使兩只鉆頭同時開始向下進給。大鉆頭鉆到由限位開關X2設定的深度時，Y2使它上升，升到由限位開關X3設定的起始位置時停止上行。小鉆頭鉆到由限位開關X4設定的深度時，Y4使它上升，升到由限位開關X5設定的起始位置時停止上行，同時設定值為3的計數(shù)器的當前值加l。兩個都到位后，Y5使工件旋轉120，旋轉結束后又開始鉆第二對孔。3對孔都鉆完后，計數(shù)器的當前值等于設定值3，轉換條件滿足。Y6使工件松開，松開到位時，系統(tǒng)返回初始狀態(tài)。本任務研究用PLC來控制組合鉆床。圖4-55 某組合鉆床示意圖二、原理分析二、原理分析 為了用PLC控制器來實現(xiàn)任務，P

41、LC需要8個輸入點，7個輸出點，輸入輸出點分配見表4-9。表4-9 輸入輸出點分配表輸入繼電器作用輸出繼電器作用X0啟動按鈕Y0工件夾緊X1夾緊壓力繼電器Y1大鉆下進給X2大鉆下限位開關Y2大鉆退回X3大鉆上限位開關Y3小鉆下進給X4小鉆下限位開關Y4小鉆退回X5小鉆上限位開關Y5工件旋轉X6工件旋轉限位開關Y6工件松開X7松開到位限位開關 如圖4-56所示，用狀態(tài)繼電器S來代表各步，順序功能圖中包含了選擇序列和并行序列。 圖4-56 組合鉆床順序功能圖圖4-57 組合鉆床梯形圖組合鉆床的梯形圖如圖4-57所示。 三、知識鏈接三、知識鏈接 1用步進順控指令實現(xiàn)的選擇序列的編程方法 （1）選擇序

42、列分支的編程方法 圖4-56中的步S24和S27有一個選擇序列的分支。當步S24和S27是活動步(S24為ON，S27為ON)時，如果轉換條件C0不滿足（沒達到3對孔），將轉換到步S28；如果轉換條件C0滿足，將進入步S29。如果在某一步的后面有N條選擇序列的分支，則該步的STL觸點開始的電路塊中應有N條分別指明各轉換條件和轉換目標的并聯(lián)電路。 （2）選擇序列的合并的編程方法 圖4-56中的步S22（S25）之前有一個由兩條支路組成的選擇序列的合并，當S21為活動步，轉換條件X1得到滿足，或者步S28為活動步，轉換條件X6得到滿足，都將使步S22（S25）變?yōu)榛顒硬?，同時系統(tǒng)程序將步S21或步

43、S28復位為不活動步。在圖4-57的梯形圖中，由S21和S28的STL觸點驅動的電路塊中均有轉換目標S22（S25），對它們的后續(xù)步S22（S25）的置位（將它們變?yōu)榛顒硬剑┦怯肧ET指令實現(xiàn)的，對相應前級步的復位（將它變?yōu)椴换顒硬剑┦怯上到y(tǒng)程序自動完成的。 2用步進順控指令實現(xiàn)的并行序列的編程方法（1）并行序列分支的編程方法 圖4-56中分別由S22S24和S25S27組成的兩個單序列是并行工作的，設計梯形圖時應保證這兩個序列同時開始工作和同時結束，即兩個序列的第一步S22和S25應同時變?yōu)榛顒硬剑瑑蓚€序列的最后一步S24和S27應同時變?yōu)椴换顒硬?。在圖4-56中，當步S21是活動步，并且轉

44、換條件X1為ON時，步S22和S25同時變?yōu)榛顒硬?，兩個序列開始同時工作。在圖4-57的梯形圖中，用S21的STL觸點和X1的常開觸點組成的串聯(lián)電路來控制SET指令對S22和S25同時置位，系統(tǒng)程序將前級步S21變?yōu)椴换顒硬?。?）并行序列的合并的編程方法 圖4-56中并行序列合并處的轉換有兩個前級步S24和S27，根據(jù)轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則，當它們均為活動步并且轉換條件滿足，將實現(xiàn)并行序列的合并。未鉆完3對孔時，C0的常閉觸點閉合，轉換條件滿足，將轉換到步S28，即該轉換的后續(xù)步S28變?yōu)榛顒硬?S28被置位)，系統(tǒng)程序自動地將該轉換的前級步S24和S27同時變?yōu)椴换顒硬?。鉆完3對孔時，C0的常

45、開觸點閉合，轉換條件C0滿足，將轉換到步S29。四、任務實施四、任務實施 1將8個模擬按鈕開關的常開觸點分別接到PLC的X0X7，并連接PLC電源。檢查正確性，確保無誤。 2輸入圖4-57的梯形圖，進行程序調試，調試時要注意動作順序。 （1）先按下X0（模擬啟動），觀察各輸出繼電器Y0Y6和計數(shù)器C0的狀態(tài)。 （2）再按下X1（模擬夾緊），觀察各輸出繼電器Y0Y6和計數(shù)器C0的狀態(tài)。 （3）模擬鉆孔，依次按下X2X3X4X5，或者X2X4X3X5，或者X2X4X5X3，或者X4X2X3X5，或者X4X5X2X3，或者X4X2X5X3，X2X3X4X5，每次操作都要監(jiān)控觀察各輸出Y0Y6和計數(shù)器

46、C0的變化。 （4）根據(jù)Y5或Y6的狀態(tài)按下X6或X7。 （5）重復第（3）、（4）步兩次。任務九任務九 大小球分選系統(tǒng)大小球分選系統(tǒng) 一、任務提出一、任務提出 在實際生產中，許多工業(yè)設備設置有多種工作方式，如手動和自動工作方式，自動又包括連續(xù)、單周期、單步和自動返回初始狀態(tài)工作方式。 某機械手用來分選鋼質大球和小球，如圖4-59所示，控制面板如圖4-60所示。 本任務研究用PLC實現(xiàn)具有多種工作方式的大小球分選系統(tǒng)。 圖4-59 機械手分選大、小球示意圖圖4-60 機械手控制面板 系統(tǒng)設有手動和自動兩種工作方式，手動方式時，系統(tǒng)的每一個動作都要靠6個手動按鈕控制，接到輸入繼電器的各限位開關都

47、不起作用。自動工作方式又分以下4種工作形式。 1單周期工作方式：按下啟動按鈕X16后，從初始步開始，機械手按規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。 2連續(xù)工作方式：在初始狀態(tài)按下啟動按鈕后，機械手從初始步開始一個周期一個周期地反復連續(xù)工作，按下停止按鈕，并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。 3單步工作方式：從初始步開始，按一下啟動按鈕，系統(tǒng)轉換到下一步，完成該步的任務后，自動停止工作并停留在該步，再按一下啟動按鈕，才往前走一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調試。 4回原點工作方式：在選擇單周期、連續(xù)和單步工作方式之前，系統(tǒng)應處于原點狀態(tài)；如果不滿足這一條件

48、，可選擇回原點工作方式。機械手在最上面、最左邊且電磁鐵線圈斷電時，稱為系統(tǒng)處于原點狀態(tài)（初始狀態(tài)）。二、原理分析二、原理分析 為了用PLC控制器來實現(xiàn)任務，PLC需要19個輸入點，5個輸出點，輸入輸出點分配見表4-10。表4-10 輸入輸出點分配表輸入繼電器作用輸出繼電器作用X1左限位Y0機械手上升X2大球右限位Y1機械手下降X3小球右限位Y2機械手右行X4上限位Y3機械手左行X5下限位Y4電磁鐵吸合X10手動X11回原點X12單步X13單周期X14連續(xù)X15回原點啟動X16自動啟動X17自動停止X20手動吸合X21手動釋放X22手動上升X23手動下降X24手動右行X25手動左行由輸入輸出點分

49、配表畫出PLC的外部接線圖如圖4-61所示。 圖4-61 大小球分選系統(tǒng)的PLC外部接線圖自動工作方式的順序功能圖如圖4-62所示。 圖4-62 大小球分選自動程序順序功能圖梯形圖如圖4-63所示。 圖4-63 具有多種工作方式的大小球分選系統(tǒng)梯形圖三、知識鏈接三、知識鏈接 1狀態(tài)初始化指令IST和初始化程序 FX2N系列PLC的狀態(tài)初始化指令IST與STL指令一起使用，專門用來設置具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)和設置有關的特殊輔助繼電器的狀態(tài)。IST指令只能使用一次，它應放在程序開始的地方，被它控制的STL電路應放在它的后面。 機械手控制系統(tǒng)的順序功能圖如圖4-62所示。該系統(tǒng)的初始化

50、程序（見圖4-63）用來設置初始狀態(tài)和原點位置條件。IST指令中的S20和S30用來指定在自動操作中用到的最低和最高的狀態(tài)繼電器的元件號，IST中的源操作數(shù)可取X、Y和M，圖4-63中IST指令的源操作數(shù)X10用來指定與工作方式有關的輸入繼電器的首元件，它實際上指定從X10開始的8個輸入繼電器具有以下的意義： Xl0：手動 X11：回原點 X12：單步運行 X13：單周期運行(半自動) X14：連續(xù)運行(全自動) X15：回原點啟動 X16：自動操作啟動 X17：停止 X10X14中同時只能有一個處于接通狀態(tài)，必須使用選擇開關（見圖4-60），以保證這5個輸入中不可能有兩個同時為ON。 IST

51、指令的執(zhí)行條件滿足時，初始狀態(tài)繼電器S0S2和下列的特殊輔助繼電器被自動指定為以下功能，以后即使IST指令的執(zhí)行條件變?yōu)镺FF，這些元件的功能仍保持不變： M8040：禁止轉換 M8041：轉換啟動 M8042：啟動脈沖 M8043：回原點完成 M8044：原點條件 M8047：STL監(jiān)控有效 S0：手動操作初始狀態(tài)繼電器 S1：回原點初始狀態(tài)繼電器 S2：自動操作初始狀態(tài)繼電器 如果改變了當前選擇的工作方式，在“回原點方式”標志M8043變?yōu)镺N之前，所有的輸出繼電器將變?yōu)镺FF。 2手動程序 手動程序用初始狀態(tài)繼電器S0控制，因為手動程序、自動程序（單步、單周期、連續(xù)）和回原點程序均用STL點驅動，這3部分程序不會同時被驅動，所以用STL指令和IST指令編程時，手動程序、自動程序和回原點程序的每一步對應一小段程序，每一步與其他步是完全隔離開的。只要根據(jù)控制要求將這些程序段按一定的順序組合在一起，就可以完成控制任務。既節(jié)約了編程的時間，又減少了編程錯誤。 3自動返回原點程序 自動返回原點