第6章PLC步進順控指令及其應用

第6章PLC步進順控指令及其應用

所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝的流程順序，在各個輸入信號及內(nèi)部軟元件的作用下，使各個執(zhí)行機構自動有序地運行。使用順序功能圖設計程序時，首先應根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖或寫出指令表。

狀態(tài)轉移圖6.1步進順控指令及其編程方法6.2單流程的程序設計6.3選擇性流程的程序設計6.4

并行性流程的程序設計6.5復雜流程及跳轉流程的程序設計6.6用輔助繼電器實現(xiàn)順序6.76.1狀態(tài)轉移圖 6.1.1流程圖 實訓8的彩燈循環(huán)點亮，實際上這是一個順序控制，整個控制過程可分為如下4個階段（或叫工序）：復位、黃燈亮、綠燈亮、紅燈亮。

每個階段又分別完成如下的工作（也叫動作）：初始及停止復位，亮黃燈、延時，亮綠燈、延時，亮紅燈、延時。各個階段之間只要延時時間到就可以過渡（也叫轉移）到下一階段。因此，可以很容易地畫出其工作流程圖。

流程圖對大家來說并不陌生，那么，如何讓PLC來識別大家所熟悉的流程圖呢？這就要將流程圖“翻譯”成如圖6-2所示的狀態(tài)轉移圖。

6.1.2狀態(tài)轉移圖 如何將流程圖轉化為狀態(tài)轉移圖呢？ 只要進行如下的變換（即“漢譯英”）： 一是將流程圖中的每一個階段（或工序）用PLC的一個狀態(tài)繼電器來表示。

二是將流程圖中的每個階段要完成的工作（或動作）用PLC的線圈指令或功能指令來實現(xiàn)。

三是將流程圖中各個階段之間的轉移條件用PLC的觸點或電路塊來替代。

四是流程圖中的箭頭方向就是PLC狀態(tài)轉移圖中的轉移方向。

1．設計狀態(tài)轉移圖的方法和步驟 ①將整個控制過程按任務要求分解成若干道工序，其中的每一道工序對應一個狀態(tài)（即步），并分配狀態(tài)繼電器。 ②搞清楚每個狀態(tài)的功能。

彩燈循環(huán)點亮控制系統(tǒng)的各狀態(tài)功能如下。 S0：PLC初始及停止復位（驅動ZRSTS20S22區(qū)間復位指令）。 S20：亮黃燈、延時（驅動Y0、T0的線圈，使黃燈亮1

s）。

S21：亮綠燈、延時（驅動Y1、T1的線圈，使綠燈亮1

s）。 S22：亮紅燈、延時（驅動Y2、T2的線圈，使紅燈亮1

s）。

③找出每個狀態(tài)的轉移條件和方向，即在什么條件下將下一個狀態(tài)“激活”。

彩燈循環(huán)點亮控制系統(tǒng)的各狀態(tài)轉移條件如下。

S0：初始脈沖M8002，停止按鈕（常開觸點）X0，并且，這兩個條件是或的關系。

S20：一個是啟動按鈕X1，另一個是從S22來的定時器T2的延時閉合觸點。

S21：定時器T0的延時閉合觸點。 S22：定時器T1的延時閉合觸點。

④根據(jù)控制要求或工藝要求，畫出狀態(tài)轉移圖。

經(jīng)過以上4步，可畫出彩燈循環(huán)點亮的控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉移圖，如圖6-2所示。

2．狀態(tài)的三要素 狀態(tài)轉移圖中的狀態(tài)有驅動負載、指定轉移方向和轉移條件三個要素，

3．狀態(tài)轉移和驅動的過程 當PLC開始運行時，M8002產(chǎn)生一初始脈沖使初始狀態(tài)S0置1，進而使ZRST指令有效，使S20～S22復位。

當按下啟動按鈕X1時，狀態(tài)轉移到S20，使S20置1，同時S0在下一掃描周期自動復位，S20馬上驅動Y0、T0（亮黃燈、延時）。

當延時到轉移條件T0閉合時，狀態(tài)從S20轉移到S21，使S21置1，同時驅動Y1、T1（亮綠燈、延時），而S20則在下一掃描周期自動復位，Y0、T0線圈也就斷電。

當轉移條件T1閉合時，狀態(tài)從S21轉移到S22，使S22置1，同時驅動Y2、T2（亮紅燈、延時），而S21則在下一掃描周期自動復位，Y1、T1線圈也就斷電。

當轉移條件T2閉合時，狀態(tài)轉移到S20，使S20又置1，同時驅動Y0、T0（亮黃燈、延時），而S22則在下一掃描周期自動復位，Y2、T2線圈也就斷電，開始下一個循環(huán)。

在上述過程中，若按下停止按鈕X0，則隨時可以使狀態(tài)S20～S22復位，同時Y0～Y2、T0～T2的線圈也復位，彩燈熄滅。

4．狀態(tài)轉移圖的特點 形成了狀態(tài)轉移圖。狀態(tài)轉移圖和流程圖一樣，具有如下特點。

①可以將復雜的控制任務或控制過程分解成若干個狀態(tài)。無論多么復雜的過程都能分解為若干個狀態(tài)，有利于程序的結構化設計。

②相對某一個具體的狀態(tài)來說，控制任務簡單了，給局部程序的編制帶來了方便。

③整體程序是局部程序的綜合，只要搞清楚各狀態(tài)需要完成的動作、狀態(tài)轉移的條件和轉移的方向，就可以進行狀態(tài)轉移圖的設計。

④這種圖形很容易理解，可讀性很強，能清楚地反映整個控制的工藝過程。

6.1.3狀態(tài)轉移圖的理解 若對應狀態(tài)“有電”（即“激活”），則狀態(tài)的負載驅動和轉移處理才有可能執(zhí)行；若對應狀態(tài)“無電”（即“未激活”），則狀態(tài)的負載驅動和轉移處理就不可能執(zhí)行。

可以將狀態(tài)轉移圖理解為“接力賽跑”，只要跑完自己這一棒，接力棒傳給下一個人，就由下一個人去跑，自己就可以不跑了。或者理解為“只干自己需要干的事，無需考慮其他”。6.2步進順控指令及其編程方法 6.2.1步進順控指令 STL（StepLadder）是步進開始指令，以使該狀態(tài)的負載可以被驅動。

RET是步進返回（也叫步進結束）指令，使步進順控程序執(zhí)行完畢時，非步進順控程序的操作在主母線上完成。

6.2.2狀態(tài)轉移圖的編程方法 狀態(tài)轉移圖的編程原則為：先進行負載的驅動處理，然后進行狀態(tài)的轉移處理。圖6-2的指令表程序如表6-1所示，其狀態(tài)梯形圖如圖6-3所示。

表6-1 圖6-2的指令表

圖6-3狀態(tài)梯形圖

6.2.3編程注意事項6.3單流程的程序設計 所謂單流程就是指狀態(tài)轉移只有一個流程，沒有其他分支。由單流程構成的狀態(tài)轉移圖就叫單流程狀態(tài)轉移圖。

6.3.1設計方法和步驟 單流程控制的程序設計比較簡單，其設計方法和步驟如下。

①根據(jù)控制要求，列出PLC的I/O分配表，畫出I/O分配圖。

②將整個工作過程按工作步序進行分解，每個工作步序對應一個狀態(tài)，將其分為若干個狀態(tài)。

③理解每個狀態(tài)的功能和作用，即設計驅動程序。 ④找出每個狀態(tài)的轉移條件和轉移方向。

⑤根據(jù)以上分析，畫出控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉移圖。 ⑥根據(jù)狀態(tài)轉移圖寫出指令表。

6.3.2程序設計實例 例1用步進順控指令設計一個三相電動機循環(huán)正反轉的控制系統(tǒng)。

其控制要求如下：按下啟動按鈕，電動機正轉3

s，暫停2

s，反轉3

s，暫停2

s，如此循環(huán)5個周期，然后自動停止；運行中，可按停止按鈕停止，熱繼電器動作也應停止。

解：①根據(jù)控制要求，其I/O分配圖如圖6-4所示。

圖6-4PLC的I/O接線圖

②根據(jù)控制要求可知，這是一個單流程控制程序，其工作流程圖如圖6-5所示；再根據(jù)其工作流程圖可以畫出其狀態(tài)轉移圖，如圖6-6所示。

圖6-5工作流程圖

圖6-6狀態(tài)轉移圖

③圖6-6的指令如表6-2所示。

例2用步進順控指令設計一個彩燈自動循環(huán)閃爍的控制程序。

其控制要求如下：3盞彩燈HL1、HL2、HL3，按下啟動按鈕后HL1亮，1

s后HL1滅HL2亮，1

s后HL2滅HL3亮，1

s后HL3滅，1

s后HL1、HL2、HL3全亮，1

s后HL1、HL2、HL3全滅，1

s后HL1、HL2、HL3全亮，1

s后HL1、HL2、HL3全滅，1

s后HL1亮……如此循環(huán)；隨時按停止按鈕停止系統(tǒng)運行。

圖6-7彩燈閃爍的I/O分配圖

圖6-8彩燈閃爍的狀態(tài)轉移圖

實訓20單流程程序設計 1．實訓目的 2．實訓器材 3．實訓任務

設計一個用PLC控制的將工件從A點移到B點的機械手的控制系統(tǒng)，并在實訓室完成模擬調(diào)試，其控制要求如下。

手動操作時，每個動作均能單獨操作，用于將機械手復歸至原點位置；連續(xù)運行時，在原點位置按啟動按鈕，機械手按圖6-9所示連續(xù)工作一個周期。

圖6-9機械手動作的示意圖

一個周期的工作過程如下：原點→放松（T）→下降→夾緊（T）→上升→右移→下降→放松（T）→上升→左移（同時夾緊）到原點，時間T由教師現(xiàn)場規(guī)定。

說明：①機械手的工作是將工件從A點移到B點；②原點位機械夾鉗處于夾緊位，且機械手處于左上角位；③機械夾鉗為有電放松，無電夾緊。

4．實訓步驟（1）I/O分配（2）程序設計

圖6-10機械手的狀態(tài)轉移圖

（3）系統(tǒng)接線圖

（4）系統(tǒng)調(diào)試 ①輸入程序。 ②靜態(tài)調(diào)試。 ③動態(tài)調(diào)試。

5．實訓報告（1）分析與總結 ①畫出機械手工作流程圖。 ②描述機械手的動作情況，總結操作要領。

（2）鞏固與提高 ①機械手在原點時，哪些信號必須閉合？自動運行時，要求哪些信號必須閉合才能啟動？

②若在右限位增加一個光電檢測，檢測B點是否有工件，若無工件則下降，若有工件則不下降，請在本實訓程序的基礎上設計其程序。

6．能力測試（100分） 用步進順控指令設計一個電鍍槽生產(chǎn)線的控制程序。

其控制要求如下：具有手動和自動控制功能，手動時，各動作能分別操作；自動時，按下啟動按鈕后，從原點開始按圖6-12所示的流程運行一周回到原點；圖中SQ1～SQ4為行車進退限位開關，SQ5、SQ6為吊鉤上、下限位開關。

圖6-12電鍍槽生產(chǎn)線的控制流程6.4選擇性流程的程序設計 6.4.1選擇性流程及其編程 1．選擇性流程程序的特點 由兩個及兩個以上的分支流程組成的，但根據(jù)控制要求只能從中選擇1個分支流程執(zhí)行的程序，稱為選擇性流程程序。

圖6-13選擇性流程程序的結構形式

2．選擇性分支的編程 選擇性分支的編程與一般狀態(tài)的編程一樣，先進行驅動處理，然后進行轉移處理，所有的轉移處理按順序執(zhí)行，簡稱先驅動后轉移。

表6-4選擇性分支程序的指令表STLS20LDX010 第2分支的轉移條件OUTY000

驅動處理SETS31 轉移到第2分支LDX000 第1分支的轉移條件LDX020 第3分支的轉移條件SETS21 轉移到第1分支SETS41 轉移到第3分支

表6-5選擇性匯合程序的指令表STLS21第1分支驅動處理STLS50OUTY50OUTY042OUTY021LDX001SETS22STLS22SETS50OUTY022STLS31第2分支驅動處理OUTY031由第2分支轉移到匯合點LDX011SETS32STLS32由第3分支轉移到匯合點OUTY032STLS41第3分支驅動處理SETS50OUTY041

6.4.2程序設計實例 例3用步進指令設計三相電動機正反轉的控制程序。其控制要求如下：按正轉啟動按鈕SB1，電動機正轉，按停止按鈕SB，電動機停止；按反轉啟動按鈕SB2，電動機反轉，按停止按鈕SB，電動機停止；熱繼電器具有保護功能。

實訓21選擇性流程程序設計 1．實訓目的 2．實訓器材

與第5章實訓18相同。 3．實訓任務 設計一個三相電動機正反轉能耗制動的控制系統(tǒng)，并在實訓室完成模擬調(diào)試。

其控制要求如下： 按SB1，KM1合，電動機正轉；按SB2，KM2合，電動機反轉；按SB，KM1或KM2斷開，KM3合，能耗制動（制動時間為Ts）；要求有必要的電氣互鎖，不需按鈕互鎖；FR動作，KM1或KM2或KM3釋放，電動機自由停車；要求用步進順控指令設計程序。

4．實訓步驟（1）I/O分配（2）狀態(tài)轉移圖

5．實訓報告（1）分析與總結 ①根據(jù)三相電動機正反轉能耗制動的狀態(tài)轉移圖，寫出其指令表。

②比較用基本邏輯指令和STL指令編程的異同，并說明各自的優(yōu)缺點。 ③畫出三相電動機正反轉能耗制動主電路的接線圖。

（2）鞏固與提高 ①用另外的方法編制程序。 ②從安全的角度分析一下狀態(tài)S22的作用，并說明原因。 ③若要在本實訓功能的基礎上增加手動正、反轉功能，則應如何設計其狀態(tài)轉移圖？

6．能力測試（100分） 設計一個用PLC控制的皮帶運輸機的控制系統(tǒng)。

其控制要求如下：供料由電磁閥DT控制；電動機M1～M4分別用于驅動皮帶運輸線PD1～PD4；儲料倉設有空倉和滿倉信號。其動作示意簡圖如圖6-16所示，其具體要求如下。

圖6-16動作示意簡圖

①正常啟動。倉空或按啟動按鈕時的啟動順序為M1、DT、M2、M3、M4，間隔時間5

s。

②正常停止。為使皮帶上不留物料，要求順物料流動方向按一定時間間隔順序停止，即正常停止順序為DT、M1、M2、M3、M4，間隔時間5

s。

③故障后的啟動。為避免前段皮帶上造成物料堆積，要求按物料流動相反方向按一定時間間隔順序啟動，即故障后的啟動順序為M4、M3、M2、M1、DT，間隔時間10

s。

④緊急停止。當出現(xiàn)意外時，按下緊急停止按鈕，則停止所有電動機和電磁閥。 ⑤具有點動功能。6.5并行性流程的程序設計 6.5.1并行性流程及其編程 1．并行性流程程序的特點 由兩個及以上的分支流程組成的，但必須同時執(zhí)行各分支的程序，稱為并行性流程程序。

圖6-17并行性流程程序的結構形式

2．并行性分支的編程 并行性分支的編程與選擇性分支的編程一樣，先進行驅動處理，然后進行轉移處理，所有的轉移處理按順序執(zhí)行。

表6-6并行性分支程序的指令表STLS20SETS21轉移到第1分支OUTY000驅動處理SETS31轉移到第2分支LDX000轉移條件SETS41轉移到第3分支

3．并行性匯合的編程 并行性匯合的編程與選擇性匯合的編程一樣，也是先進行匯合前狀態(tài)的驅動處理，然后按順序向匯合狀態(tài)進行轉移處理。

表6-7并行性匯合程序的指令表

4．編程注意事項 ①并行性流程的匯合最多能實現(xiàn)8個流程的匯合。 ②在并行性分支、匯合流程中，不允許有如圖6-18（a）所示的轉移條件，而必須將其轉化為圖6-18（b）后，再進行編程。

圖6-18并行性分支、匯合流程的轉化

6.5.2程序設計實例 例4用步進指令設計一個按鈕式人行橫道指示燈的控制程序。其控制要求如下：按X0或X1按鈕，人行橫道和車道指示燈按圖6-19所示點亮。

圖6-19按鈕式人行橫道指示燈的示意圖

圖6-20PLC外部接線圖

實訓22并行性流程的程序設計 1．實訓目的 2．實訓器材 3．實訓任務

設計一個用PLC控制的十字路口交通燈的控制系統(tǒng)，并在實訓室完成模擬調(diào)試。

其控制要求如下： 自動運行時，按一下啟動按鈕，信號燈系統(tǒng)按圖6-22所示要求開始工作（綠燈閃爍的周期為1

s）；按一下停止按鈕，所有信號燈都熄滅；手動運行時，兩方向的黃燈同時閃動，周期是1

s。

圖6-22交通燈自動運行的動作要求

4．實訓步驟（1）I/O分配（2）程序設計

圖6-23交通燈控制的時序圖

5．實訓報告（1）分析與總結 ①根據(jù)圖6-24所示狀態(tài)轉移圖寫出其對應的指令表。

圖6-24交通燈控制的狀態(tài)轉移圖

②對照圖6-24所示的狀態(tài)轉移圖理解計算機中的狀態(tài)梯形圖，并給梯形圖加必要的設備注釋。 ③比較一下選擇性流程和并行性流程的異同。

（2）鞏固與提高 ①在圖6-24所示的狀態(tài)轉移圖中，如何將M8013改為由定時器和計數(shù)器組成的振蕩電路？

②請用單流程設計本實訓程序。 ③描述該交通燈的動作情況，并與實際的交通燈進行比較，在此基礎上設計一個功能更完善的控制程序。

6．能力測試（100分） 設計一個用PLC控制的雙頭鉆床的控制系統(tǒng)。雙頭鉆床用來加工圓盤狀零件上均勻分布的6個孔，如圖6-26所示。

圖6-26雙頭鉆床的工作示意圖

其控制過程如下：操作人員將工件放好后，按下啟動按鈕，工件被夾緊，夾緊時壓力繼電器為ON，此時兩個鉆頭同時開始向下進給。

大鉆頭鉆到設定的深度（SQ1）時，鉆頭上升，升到設定的起始位置（SQ2）時，停止上升；小鉆頭鉆到設定的深度（SQ3）時，鉆頭上升，升到設定的起始位置（SQ4）時，停止上升。

兩個都到位后，工件旋轉120°，旋轉到位時SQ5為ON，然后又開始鉆第2對孔，3對孔都鉆完后，工件松開，松開到位時，限位開關SQ6為ON，系統(tǒng)返回初始位置，系統(tǒng)要求具有急停、手動和自動運行功能。6.6復雜流程及跳轉流程的