《可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)》項(xiàng)目三 機(jī)械手的PLC控制-單序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)法

項(xiàng)目三機(jī)械手的PLC控制——單序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)法3.1項(xiàng)目任務(wù)3.2項(xiàng)目分析與實(shí)施小結(jié)

鞏固與提高習(xí)題與思考

學(xué)習(xí)目標(biāo)：本項(xiàng)目從機(jī)械手的PLC控制入手，以機(jī)械手的PLC設(shè)計(jì)為主線，以狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法為設(shè)計(jì)手段，詳細(xì)介紹機(jī)械手的PLC設(shè)計(jì)過程。通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠領(lǐng)會(huì)可編程序控制器的單序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法的設(shè)計(jì)思路，熟悉較復(fù)雜順序控制項(xiàng)目的分析與實(shí)施的方法及步驟，掌握并熟練應(yīng)用步進(jìn)指令，形成一定的PLC設(shè)計(jì)實(shí)踐能力。

教學(xué)提示：

(1)在項(xiàng)目二的基礎(chǔ)上，運(yùn)用單序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法對(duì)機(jī)械手控制進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，然后在“鞏固與提高”環(huán)節(jié)中增加項(xiàng)目任務(wù)的功能。

(2)充分利用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試與運(yùn)行，在條件不充裕的情況下，讓學(xué)生在仿真環(huán)境中進(jìn)行模擬調(diào)試與運(yùn)行。3.1項(xiàng)目任務(wù)

1．機(jī)械手的一般介紹工業(yè)機(jī)械手是近些年在自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域從工業(yè)機(jī)器人中發(fā)展起來的一個(gè)分支產(chǎn)物。其特點(diǎn)是通過對(duì)控制核心PLC進(jìn)行編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能性和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度控制，具有準(zhǔn)確地在各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，是企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的重要標(biāo)志之一。

2．機(jī)械手的控制特點(diǎn)機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控系統(tǒng)五部分組成。驅(qū)動(dòng)-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)是聯(lián)動(dòng)關(guān)系，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中可以分為機(jī)械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式，其中液壓式操作力最大。在實(shí)際生產(chǎn)中，氣動(dòng)控制的機(jī)械手由于其控制簡(jiǎn)單，更符合生產(chǎn)實(shí)際，應(yīng)用最廣。但在教學(xué)中用氣動(dòng)機(jī)械手輔助教學(xué)也存在一定的缺點(diǎn)：一是成本較高，不利于一對(duì)一地開展教學(xué)活動(dòng)；二是動(dòng)作變化少，一般只能實(shí)現(xiàn)四個(gè)自由度；三是需要?dú)庠?，噪音較大。在本項(xiàng)目中，動(dòng)力部分采用了步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)部分使用了同步帶，提高了控制精度。在機(jī)械結(jié)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，考慮了PLC控制的需要，具有多點(diǎn)位置控制，還可以用脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)無位置聯(lián)系條件下的多點(diǎn)控制，從而根據(jù)不同的動(dòng)作需要，編制較多的練習(xí)程序。

3．機(jī)械手的控制要求圖3-1所示為機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。機(jī)械手右、上為原點(diǎn)，開機(jī)時(shí)機(jī)械手自動(dòng)回原點(diǎn)，按啟動(dòng)按鈕SB1，機(jī)械手先向下運(yùn)動(dòng)碰到下限位SQ2，向下運(yùn)動(dòng)停止，電磁鐵通電，吸住工件，延時(shí)1秒鐘，機(jī)械手向上運(yùn)動(dòng)碰到上限位SQ1，向上運(yùn)動(dòng)停止，機(jī)械手向左旋轉(zhuǎn)，碰到左限位SQ3，向左運(yùn)動(dòng)停止，機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng)，碰到下限位SQ2，向下運(yùn)動(dòng)停止，電磁鐵斷電，松開工件，延時(shí)1秒鐘，機(jī)械手再向上運(yùn)動(dòng)，碰到上限位SQ1，向上運(yùn)動(dòng)停止，機(jī)械手向右旋轉(zhuǎn)，碰到右限位SQ4，向右旋轉(zhuǎn)停止，然后機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)。如果在任意時(shí)刻按下停止按鈕SB2，則機(jī)械手完成一個(gè)工作周期到達(dá)原點(diǎn)后停止。圖3-2所示為機(jī)械手的實(shí)物外形圖。圖3-1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖3-2機(jī)械手的實(shí)物外形圖

4．機(jī)械手的主要性能指標(biāo)

1)機(jī)械手的自由度和結(jié)構(gòu)該機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型，具有兩個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)沿Z軸(上下方向)升降、繞Ｚ軸旋轉(zhuǎn)。運(yùn)動(dòng)全部由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，手爪采用電磁方式控制。

2)機(jī)械手的主要性能指標(biāo)在Z軸上，最大移動(dòng)距離為90?mm。轉(zhuǎn)盤繞Z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，最小控制轉(zhuǎn)角為15°，最大轉(zhuǎn)角為135°。在兩個(gè)自由度的相應(yīng)位置上，裝有限位開關(guān)SQ1～SQ4，其作用是機(jī)械手的位置控制以及防止因運(yùn)動(dòng)過限而損壞。

3)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)流程運(yùn)動(dòng)流程為：手臂下降→手爪抓緊(電磁鐵吸合)→手臂上升→順時(shí)針旋轉(zhuǎn)→手臂下降→手爪放松(電磁鐵放松)→手臂上升→逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)→返回原位，還可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)其他控制流程。

4)機(jī)械手控制機(jī)械手的升降、旋轉(zhuǎn)的控制流程由PLC實(shí)現(xiàn)，機(jī)械手的行走由步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，手爪動(dòng)作由電磁鐵實(shí)現(xiàn)。

5)機(jī)械手與PLC的接線機(jī)械手上的輸出部分有：上升、下降、左旋、右旋、步進(jìn)上、步進(jìn)下、步進(jìn)左、步進(jìn)右、吸合、COM、+24?V。以上各點(diǎn)與PLC的輸出(Y)相連。機(jī)械手上的輸入部分有：上限、下限、中限、左限、右限、上升、下降、左旋、右旋、啟動(dòng)、停止、暫停、自動(dòng)、手動(dòng)、單步、單周期、回原點(diǎn)、COM。以上各點(diǎn)與PLC的輸入(X)相連。3.2項(xiàng)目分析與實(shí)施下面圍繞機(jī)械手的控制要求，介紹機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，并適時(shí)穿插PLC的相關(guān)知識(shí)。

1．分析被控對(duì)象，明確輸入/輸出信號(hào)為了明確控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)，下面我們分析機(jī)械手的工作過程及特點(diǎn)。

(1)機(jī)械手能夠上、下、左、右運(yùn)動(dòng)，到達(dá)上、下、左、右限位開關(guān)位置時(shí)，上、下、左、右限位開關(guān)分別動(dòng)作。機(jī)械手上下運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)一來控制；機(jī)械手左右運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)二來控制。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)一驅(qū)動(dòng)器正轉(zhuǎn)輸入端為低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)一正轉(zhuǎn)，機(jī)械手向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)一驅(qū)動(dòng)器反轉(zhuǎn)輸入端為低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)二驅(qū)動(dòng)器正轉(zhuǎn)輸入端為低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)一正轉(zhuǎn)，機(jī)械手向左旋轉(zhuǎn)；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)二驅(qū)動(dòng)器反轉(zhuǎn)輸入端為低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)械手向右旋轉(zhuǎn)。

(2)手爪使用電磁鐵，當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，手爪可以吸住鐵質(zhì)工件；電磁鐵斷電，磁性消失，手爪松開工件。根據(jù)以上分析，我們確定了系統(tǒng)的輸入信號(hào)由啟動(dòng)按鈕SB1、停止按鈕SB2、上限位開關(guān)SQ1、下限位開關(guān)SQ2、左限位開關(guān)SQ3、右限位開關(guān)SQ4等6個(gè)輸入元件提供，輸出信號(hào)提供給步進(jìn)電機(jī)一驅(qū)動(dòng)器的正轉(zhuǎn)輸入端(上升)和反轉(zhuǎn)輸入端(下降)，步進(jìn)電機(jī)二驅(qū)動(dòng)器的正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)端(左轉(zhuǎn))和反轉(zhuǎn)輸入端(右轉(zhuǎn))，以及電磁鐵等五個(gè)執(zhí)行元件，據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)分別最少為6和5。

2．選擇PLC根據(jù)項(xiàng)目二選擇PLC的原則及本項(xiàng)目的要求，我們可以選擇三菱FX2N-20MR，但為了滿足后續(xù)提高部分中復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制的要求，我們直接選用了三菱FX2N-48MR機(jī)型。

3．分配I/O點(diǎn)，畫出電氣接線圖

1)?PLC的I/O分配確定好控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)后，就要與PLC的I/O端一一對(duì)應(yīng)，編排地址，列出外部I/O信號(hào)與PLC的I/O端地址編號(hào)分配表。機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的I/O端口地址分配表如表3-1所示。

2)?PLC電氣接線圖可編程序控制器的輸入/輸出端子分配好后，就可以進(jìn)行硬件連接了。機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的電氣接線圖如圖3-3所示。表3-1機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的I/O端口地址分配表圖3-3機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的電氣接線圖

4．軟件設(shè)計(jì)

【相關(guān)知識(shí)8】狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法和相關(guān)指令介紹狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法也叫功能表圖法，是程序編制的重要方法及工具。近年來不少PLC廠商結(jié)合此法開發(fā)了相關(guān)的指令。FX2系列可編程控制器的步進(jìn)順控指令及大量的狀態(tài)軟元件就是為狀態(tài)編程法安排的。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是狀態(tài)編程的重要工具，它包含了狀態(tài)編程的全部要素。進(jìn)行狀態(tài)編程時(shí)，一般先繪出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再轉(zhuǎn)換成梯形圖及指令表。我們首先介紹狀態(tài)編程思想、狀態(tài)元件、狀態(tài)三要素、狀態(tài)指令及狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，然后說明常見狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程及調(diào)試方法，并結(jié)合實(shí)例介紹狀態(tài)編程思想在順序控制中的應(yīng)用。

Ⅰ．狀態(tài)編程思想及狀態(tài)元件用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，沒有一套固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性。對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，沒有一種通用的容易掌握的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時(shí)，用大量的中間單元來完成記憶、聯(lián)鎖和互鎖等功能。由于需要考慮的因素很多，它們往往又交織在一起，因此分析起來非常困難，并且很容易遺漏一些應(yīng)該考慮的問題。修改某一局部電路時(shí)，可能對(duì)系統(tǒng)的其他部分產(chǎn)生意想不到的影響，因此梯形圖的修改也很麻煩，而且用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)出的梯形圖往往很難閱讀，給系統(tǒng)的維修和改進(jìn)帶來了很大的困難。

FX系列PLC為解決以上問題，采用了IEC標(biāo)準(zhǔn)的SFC(SequentialFunctionChart)語言，它以流程圖形式表示機(jī)械動(dòng)作，用于編制復(fù)雜的順序控制程序，使其編程與調(diào)試大為簡(jiǎn)化。FX系列備有兩條步進(jìn)順控指令，并設(shè)有大量狀態(tài)元件，可以用SFC語言的順序功能圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖方式編程。所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地、有秩序地進(jìn)行操作。

1)狀態(tài)編程思想在介紹狀態(tài)編程思想之前，下面先來看看小車自動(dòng)往返系統(tǒng)。某自動(dòng)小車在啟動(dòng)前位于導(dǎo)軌的中部，如圖3-4所示。圖3-4自動(dòng)小車示意圖其一個(gè)工作周期的控制工藝要求如下：

(1)按下啟動(dòng)按鈕SB，小車電機(jī)M正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)，碰到限位開關(guān)SQl后，小車電機(jī)M反轉(zhuǎn)，小車后退。

(2)小車后退碰到限位開關(guān)SQ2后，小車電機(jī)M停轉(zhuǎn)，小車停車，停5?s，第二次前進(jìn)，碰到限位開關(guān)SQ3，再次后退。

(3)當(dāng)后退再次碰到限位開關(guān)SQ2時(shí)，小車停止。為設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)的梯形圖，應(yīng)先安排輸入口、輸出口及機(jī)內(nèi)器件。小車由電機(jī)M驅(qū)動(dòng)，正轉(zhuǎn)(前進(jìn))由PLC的輸出點(diǎn)Y001控制，反轉(zhuǎn)(后退)由Y002控制。為了延時(shí)5?s，選用定時(shí)器T0。將啟動(dòng)按鈕SB及限位開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3分別接于X000、X001、X002、X003。本例及后續(xù)的所有實(shí)例，除特殊說明的以外，都選用FX2系列可編程控制器。根據(jù)對(duì)啟-保-停電路的分析，梯形圖設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)是找出符合控制要求的以輸出為對(duì)象的工作條件。本例的輸出是代表電機(jī)前進(jìn)及后退的兩個(gè)接觸器。分析電機(jī)前進(jìn)和后退的條件，可得出以下幾點(diǎn)。

(1)第一次前進(jìn)：從啟動(dòng)按鈕SB(X000)按下開始至碰到SQ1(X001)為止。

(2)第二次前進(jìn)：由SQ2(X002)接通，定時(shí)器T0延時(shí)，T0延時(shí)時(shí)間為從開始至SQ3(X003)被接通為止。

(3)第一次后退：從SQl(X001)接通時(shí)起至SQ2(X002)被接通止。

(4)第二次后退：從SQ3(X003)接通時(shí)起至SQ2(X002)被接通止。將這個(gè)往返系統(tǒng)按工序畫出如圖3-5所示的工作順序流程圖，這就是狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的雛形。圖3-5小車的工作順序流程圖從圖3-5中可看到，該圖具有以下特點(diǎn)。

(1)將復(fù)雜的任務(wù)或過程分解成若干個(gè)工序(狀態(tài))。無論多么復(fù)雜的過程，均能分解為小的工序，這有利于程序的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。

(2)相對(duì)某一個(gè)具體的工序來說，控制任務(wù)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化，這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，只要弄清各工序成立的條件、工序轉(zhuǎn)移的條件和轉(zhuǎn)移的方向，就可進(jìn)行這類圖形的設(shè)計(jì)。

(4)這種圖很容易理解，可讀性很強(qiáng)，能清晰地反映全部控制工藝過程。其實(shí)，將圖3-5中的“工序”更換為“狀態(tài)”，就得到了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖——狀態(tài)編程法的重要工具。狀態(tài)編程的一般思想為：將一個(gè)復(fù)雜的控制過程分解為若干個(gè)工作狀態(tài)，弄清各狀態(tài)的工作細(xì)節(jié)(狀態(tài)的功能、轉(zhuǎn)移條件和轉(zhuǎn)移方向)，再依據(jù)總的控制順序要求，將這些狀態(tài)聯(lián)系起來，即可形成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，進(jìn)而編寫梯形圖程序。

2)?FX2的狀態(tài)元件稱為“狀態(tài)”的軟元件是構(gòu)成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的重要元素。狀態(tài)元件是構(gòu)成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的基本元素，是可編程控制器的軟元件之一。FX2系列可編程控制器共有1000個(gè)狀態(tài)元件，其中900點(diǎn)狀態(tài)(S0～S899)可用于構(gòu)成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。狀態(tài)元件(S)用來記錄系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)，是編制順序控制程序的重要編程元件，它與后述的步進(jìn)順控指令STL配合應(yīng)用。狀態(tài)元件有五種類型：初始狀態(tài)元件S0～S9，共10點(diǎn)；返回狀態(tài)元件S10～S19，共10點(diǎn)；一般狀態(tài)元件S20～S499，共480點(diǎn)；具有斷電保持功能的狀態(tài)元件S500～S899，共400點(diǎn)；供報(bào)警用的狀態(tài)元件(可用作外部故障診斷輸出)S900～S999，共100點(diǎn)。在使用狀態(tài)元件時(shí)應(yīng)注意：

(1)狀態(tài)元件與輔助繼電器一樣有無數(shù)的常開和常閉觸點(diǎn)；

(2)狀態(tài)元件不與步進(jìn)順控指令STL配合使用時(shí)，可作為輔助繼電器M使用；

(3)?FX2N系列PLC可通過程序設(shè)定將S0～S499設(shè)置為有斷電保持功能的狀態(tài)元件。狀態(tài)元件的分類、編號(hào)、數(shù)量及用途如表3-2所示。表3-2FX2的狀態(tài)元件注：①狀態(tài)的編號(hào)必須在指定范圍內(nèi)選擇。②各狀態(tài)元件的觸點(diǎn)在PLC內(nèi)部可自由使用，次數(shù)不限。③在不用步進(jìn)順控指令時(shí)，狀態(tài)元件可作為輔助繼電器在程序中使用。④通過參數(shù)設(shè)置，可改變一般狀態(tài)元件和斷電保持狀態(tài)元件的地址分配。

3)?FX2系列PLC的步進(jìn)順控指令

FX2系列PLC的步進(jìn)指令有兩條：步進(jìn)接點(diǎn)指令STL和步進(jìn)返回指令RET。

(1)?STL指令。步進(jìn)接點(diǎn)指令在SWOPC-FXGP/WIN-C軟件中的梯形圖符號(hào)為，在GXDeveloper軟件中表示為插入一行【STLS*】(*為狀態(tài)元件編號(hào)數(shù))，它們只是符號(hào)表述不同，這些符號(hào)和內(nèi)容在梯形圖中不能直接用符號(hào)的形式輸入，只能通過轉(zhuǎn)換來出現(xiàn)。在具體使用開發(fā)軟件時(shí)將會(huì)詳細(xì)介紹。為了更貼近實(shí)際應(yīng)用，本書不使用開發(fā)軟件中沒有的指令及符號(hào)，本書的所有程序全部在開發(fā)軟件中調(diào)試仿真成功。

STL指令的意義為激活某個(gè)狀態(tài)，在梯形圖上體現(xiàn)為從主母線上引出的狀態(tài)接點(diǎn)。STL指令有建立子母線的功能，以使該狀態(tài)的所有操作均在子母線上進(jìn)行。

(2)?RET指令。步進(jìn)返回指令的梯形圖符號(hào)為【RET】。RET指令用于返回主母線，使步進(jìn)順控程序執(zhí)行完畢時(shí)，非狀態(tài)程序的操作在主母線上完成，防止出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。狀態(tài)轉(zhuǎn)移程序的結(jié)尾必須使用RET指令。在開發(fā)系統(tǒng)中，RET指令是在程序轉(zhuǎn)換中自動(dòng)加入，直接輸入時(shí)開發(fā)系統(tǒng)出錯(cuò)。圖3-6中顯示了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖和指令表三者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由圖可知，梯形圖更直觀、清楚，PLC開發(fā)系統(tǒng)提供了這三者之間可以互相轉(zhuǎn)換的功能，為調(diào)試、修改和閱讀程序帶來了方便。這種模式給出了初步檢驗(yàn)程序的方法，即在編寫程序時(shí)一定要三者統(tǒng)一，如果三者不一致，則說明程序肯定有問題，經(jīng)過反復(fù)修改直到三者完全相符才能調(diào)試。圖3-6STL指令使用說明

STL觸點(diǎn)可以驅(qū)動(dòng)Y、M、S、T等繼電器。同一狀態(tài)寄存器的STL觸點(diǎn)只能使用一次。STL電路中不能用MC/MCR指令，可以使用CJP/EJP指令。MPS指令不能緊跟著STL點(diǎn)使用。同一元件的線圈可以被不同的STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，即STL指令可以雙線圈輸出。一系列STL指令的最后必須寫入RET指令。

4)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的三要素對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖進(jìn)行編程，不僅是使用STL、RET指令的問題，還要搞清楚狀態(tài)的特性及要素。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的狀態(tài)有驅(qū)動(dòng)負(fù)載、指定轉(zhuǎn)移目標(biāo)和指定轉(zhuǎn)移條件三個(gè)要素。其中，指定轉(zhuǎn)移目標(biāo)和指定轉(zhuǎn)移條件是必不可少的，而驅(qū)動(dòng)負(fù)載則視具體情況而定，也可能不進(jìn)行實(shí)際的負(fù)載驅(qū)動(dòng)。圖3-6說明了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和梯形圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖中，Y001為其驅(qū)動(dòng)的負(fù)載，S21為其轉(zhuǎn)移目標(biāo)，X001為其轉(zhuǎn)移條件。根據(jù)1993年5月公布的PLC標(biāo)準(zhǔn)(IEC61131)，我們把狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的每一個(gè)轉(zhuǎn)移目標(biāo)稱為步，把轉(zhuǎn)移條件稱為轉(zhuǎn)換，把驅(qū)動(dòng)負(fù)載稱為動(dòng)作(或命令)，再通過有向連線連接。下面對(duì)步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作作具體介紹。

(1)步。將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，這些階段稱為步(Step)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法中用狀態(tài)元件(S)來代表各步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的。在任何一步之內(nèi)，各輸出量的ON/OFF、狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。步的這種劃分方法使代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著極為簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。

(2)初始步。與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱為初始步。初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待啟動(dòng)命令的相對(duì)靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法中用S0～S9來代表初始步。

(3)活動(dòng)步。當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時(shí)，該步處于活動(dòng)狀態(tài)，稱該步為“活動(dòng)步”。步處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行；處于不活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的非存儲(chǔ)型動(dòng)作被停止執(zhí)行。

(4)與步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作或命令?？梢詫⒁粋€(gè)控制系統(tǒng)劃分為被控系統(tǒng)和施控系統(tǒng)，例如在數(shù)控車床系統(tǒng)中，數(shù)控裝置是施控系統(tǒng)，而車床是被控系統(tǒng)。對(duì)于被控系統(tǒng)，在某一步中要完成某些“動(dòng)作”(Action)；對(duì)于施控系統(tǒng)，在某一步中則要向被控系統(tǒng)發(fā)出某些“命令”(Command)。為了敘述方便，下面將命令或動(dòng)作統(tǒng)稱為動(dòng)作，并用矩形框中的文字或符號(hào)表示，該矩形框應(yīng)與相應(yīng)的步的符號(hào)相連。如果某一步有幾個(gè)動(dòng)作，則可以用圖3-7中的兩種畫法來表示，但是并不隱含這些動(dòng)作之間的任何順序。在圖3-6中，Y001線圈應(yīng)在S20為活動(dòng)步時(shí)“通電”，S20為停止步時(shí)斷電，從這個(gè)意義上來說，Y001線圈相當(dāng)于步S20的一個(gè)動(dòng)作，所以將Y001放在步S20的動(dòng)作框內(nèi)。步S20下面的轉(zhuǎn)換條件由X001的常開觸點(diǎn)提供。因此動(dòng)作框中的Y001對(duì)應(yīng)的是Y001線圈，轉(zhuǎn)換條件X001對(duì)應(yīng)的是X001的常開觸點(diǎn)。圖3-7與步對(duì)應(yīng)動(dòng)作的表示方法

(5)有向連線與轉(zhuǎn)換。①有向連線。在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中，隨著時(shí)間的推移和轉(zhuǎn)換條件的實(shí)現(xiàn)，將會(huì)發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)展，這種進(jìn)展按有向連線規(guī)定的路線和方向進(jìn)行。在畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)，將代表各步的方框按它們成為活動(dòng)步的先后次序排列，并用有向連線將它們連接起來。步的活動(dòng)狀態(tài)習(xí)慣的進(jìn)展方向是從上到下或從左至右，在這兩個(gè)方向有向連線上的箭頭可以省略。如果不是上述方向，則應(yīng)在有向連線上用箭頭注明進(jìn)展方向。在可以省略箭頭的有向連線上，為了更易于理解也可以加箭頭。如果在畫圖時(shí)有向連線必須中斷(例如在復(fù)雜的圖中，或用幾個(gè)圖來表示一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí))，則應(yīng)在有向連線中斷之處標(biāo)明下一步的標(biāo)號(hào)和所在的頁數(shù)，例如步S6、12頁等。②轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換用有向連線上與有向連線垂直的短畫線來表示，轉(zhuǎn)換將相鄰兩步分隔開。步的活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來完成的，并與控制過程的發(fā)展相對(duì)應(yīng)。③轉(zhuǎn)換條件。轉(zhuǎn)換條件是與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題，轉(zhuǎn)換條件可以用文字語言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符號(hào)標(biāo)注在表示轉(zhuǎn)換的短線旁邊(見圖3-8)，使用得最多的是布爾代數(shù)表達(dá)式。轉(zhuǎn)換條件X000和X000分別表示當(dāng)輸入信號(hào)X000為ON和OFF時(shí)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)?！黊000和↓X000分別表示當(dāng)X000從0→1狀態(tài)和從1→0狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)。圖3-8(b)中用高電平表示步12為活動(dòng)步，反之則用低電平表示。轉(zhuǎn)換條件X000·表示X000的常開觸點(diǎn)與C000的常閉觸點(diǎn)同時(shí)閉合，在梯形圖中用兩個(gè)觸點(diǎn)的串聯(lián)來表示這樣一個(gè)“與”轉(zhuǎn)換條件。圖3-8轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件為了便于將狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，最好用代表各步的編程元件的元件號(hào)作為步的代號(hào)，并用編程元件的元件號(hào)來標(biāo)注轉(zhuǎn)換條件和各步的動(dòng)作或命令。④轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件。在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中，步的活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來完成的。轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)必須同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：

(a)該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步都是活動(dòng)步；

(b)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。如果轉(zhuǎn)換的前級(jí)步或后續(xù)步不止一個(gè)，則轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)稱為同步實(shí)現(xiàn)。為了強(qiáng)調(diào)同步實(shí)現(xiàn)，有向連線的水平部分用雙線表示，如圖3-9所示。圖3-9轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)條件是不可缺少的，如果取消了第一個(gè)條件，則不能保證系統(tǒng)按順序功能圖規(guī)定的次序工作。取消了第一個(gè)條件后，如果因?yàn)槿藶榈脑蚧蚱骷旧淼墓收显斐上尬婚_關(guān)或指令開關(guān)的誤動(dòng)作，則不管當(dāng)時(shí)處于哪一步，都會(huì)轉(zhuǎn)換到對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件的后續(xù)步，很可能會(huì)造成重大的事故。⑤轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作。

(a)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒?dòng)步；

(b)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的前級(jí)步都變?yōu)椴换顒?dòng)步。轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則是根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)梯形圖的基礎(chǔ)，它適用于順序功能圖中的各種基本結(jié)構(gòu)。在梯形圖中，用編程元件S代表步，當(dāng)某步為活動(dòng)步時(shí)，該步對(duì)應(yīng)的編程元件為ON。當(dāng)該步之后的轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，轉(zhuǎn)換條件對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)或電路接通，電路轉(zhuǎn)換到下一步，上一步自動(dòng)復(fù)位。

5)繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)的注意事項(xiàng)下面是針對(duì)繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)常見的錯(cuò)誤提出的注意事項(xiàng)。

(1)兩個(gè)步絕對(duì)不能直接相連，必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換將它們隔開。

(2)兩個(gè)轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個(gè)步將它們隔開。

(3)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的初始步一般對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)等待啟動(dòng)的初始狀態(tài)。這一步可能沒有什么輸出處于ON狀態(tài)，因此有的初學(xué)者在畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)很容易遺漏這一步。初始步是必不可少的，一方面該步與它的相鄰步相比，從總體上說輸出變量的狀態(tài)各不相同；另一方面如果沒有該步，則無法表示初始狀態(tài)，系統(tǒng)也無法返回停止?fàn)顟B(tài)。

(4)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)能多次重復(fù)執(zhí)行同一工藝過程，因此在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中一般應(yīng)有由步和有向連線組成的閉環(huán)，即在完成一次工藝過程的全部操作之后，應(yīng)從最后一步返回初始步，系統(tǒng)停留在初始狀態(tài)(單周期操作)，在連續(xù)循環(huán)工作方式時(shí)，將從最后一步返回下一工作周期開始運(yùn)行的第一步。

(5)在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中，只有當(dāng)某一步的前級(jí)步是活動(dòng)步時(shí)，該步才有可能變成活動(dòng)步。如果用沒有斷電保持功能的編程元件代表各步，則進(jìn)入RUN工作方式時(shí)，它們均處于OFF狀態(tài)，必須用初始化脈沖M8002的常開觸點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換條件，將初始步預(yù)置為活動(dòng)步，否則因狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中沒有活動(dòng)步，系統(tǒng)將無法工作。如果系統(tǒng)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作方式，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖用來描述自動(dòng)工作過程，這時(shí)還應(yīng)在系統(tǒng)由手動(dòng)工作方式進(jìn)入自動(dòng)工作方式時(shí)，用一個(gè)適當(dāng)?shù)男盘?hào)將初始步置為活動(dòng)步。

(6)定時(shí)器在下一次運(yùn)行之前，首先應(yīng)復(fù)位。同一定時(shí)器可以在不同的步使用(一般不要這樣做)，但是如果用于相鄰的兩步，則在步的活動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，該定時(shí)器的線圈不能斷開，當(dāng)前值不能復(fù)位，將導(dǎo)致定時(shí)器的非正常運(yùn)行。

(7)狀態(tài)編程順序?yàn)椋合冗M(jìn)行驅(qū)動(dòng)，再進(jìn)行轉(zhuǎn)移，不能顛倒。

(8)對(duì)狀態(tài)處理，編程時(shí)必須使用步進(jìn)接點(diǎn)指令STL。

(9)程序的最后必須使用步進(jìn)返回指令RET返回主母線。

(10)驅(qū)動(dòng)負(fù)載使用OUT指令。當(dāng)同一負(fù)載需要連續(xù)多個(gè)狀態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)，可使用多重輸出，也可使用SET指令將負(fù)載置位，等到負(fù)載不需驅(qū)動(dòng)時(shí)用RST指令將其復(fù)位。在狀態(tài)程序中，不同時(shí)“激活”的“雙線圈”是允許的。另外，相鄰狀態(tài)使用的T、C元件其編號(hào)不能相同。

(11)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件可能為多個(gè)元件的邏輯組合，視具體情況按串、并聯(lián)關(guān)系處理，不能遺漏。

(12)若為順序不連續(xù)轉(zhuǎn)移，則不能使用SET指令進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移，應(yīng)改用OUT指令進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。

(13)在STL與RET指令之間不能使用MC、MCR指令。

(14)需在停電恢復(fù)后繼續(xù)原狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，可使用S500→S899停電保持狀態(tài)元件。

6)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)法的本質(zhì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法實(shí)際上是試圖用輸入信號(hào)X直接控制輸出信號(hào)Y，如果無法直接控制，或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)記憶、聯(lián)鎖、互鎖等功能，則只好被動(dòng)地增加一些輔助元件和輔助觸點(diǎn)。由于不同系統(tǒng)的輸出量Y與輸入量X之間的關(guān)系各不相同，以及它們對(duì)聯(lián)鎖、互鎖的要求千變?nèi)f化，因此不可能找出一種簡(jiǎn)單通用的設(shè)計(jì)方法。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)法是用輸入量X控制代表各步的編程元件S，再用它們控制輸出量Y。任何復(fù)雜系統(tǒng)的代表步的輔助繼電器的控制電路，其設(shè)計(jì)方法都是相同的，并且很容易掌握。由于代表步的輔助繼電器是依次按順序變?yōu)镺N/OFF狀態(tài)的，因此實(shí)際上已經(jīng)基本解決了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法中的記憶、聯(lián)鎖等問題。不同控制系統(tǒng)的輸出電路都有其特殊性，因?yàn)椴絊是根據(jù)輸出量Y的ON/OFF狀態(tài)劃分的，S與Y之間具有很簡(jiǎn)單的相等或“與”的邏輯關(guān)系，輸出電路的設(shè)計(jì)極為簡(jiǎn)單。由于以上原因，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)法具有簡(jiǎn)單、規(guī)范、通用的優(yōu)點(diǎn)。

7)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的基本結(jié)構(gòu)

(1)單序列。單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步的后面僅有一個(gè)轉(zhuǎn)換，每一個(gè)轉(zhuǎn)換的后面只有一個(gè)步。例如，圖3-5所示的小車自動(dòng)往返的控制過程以及圖3-10(a)只有一種順序，所以叫單系列。

(2)選擇序列。①分支及合并的定義。選擇序列的開始稱為分支(見圖3-10(b))，將每一個(gè)分支看做一個(gè)單序列。轉(zhuǎn)換符號(hào)只能標(biāo)在水平連線之下。圖3-10(b)中有三個(gè)分支：如果步S23是活動(dòng)步，并且轉(zhuǎn)換條件X004=1，則將發(fā)生由步S23→步S24的進(jìn)展，形成第一分支；如果步S23是活動(dòng)步，并且X005=1，則將發(fā)生由步S23→步S25的進(jìn)展，形成第二分支；如果步S23是活動(dòng)步，并且X006=1，則將發(fā)生由步S23→步S26的進(jìn)展，形成第三分支。如果將選擇條件X005改為X005·X004，則當(dāng)X005和X004同時(shí)為ON時(shí)，將優(yōu)先選擇X004對(duì)應(yīng)的序列。一般只允許同時(shí)選擇一個(gè)序列，即選擇序列中的各序列是互相排斥的，其中的任何兩個(gè)序列都不應(yīng)同時(shí)執(zhí)行。選擇序列的結(jié)束稱為合并(見圖3-10(b))，幾個(gè)選擇序列合并到一個(gè)公共序列時(shí)，用與需要重新組合的序列相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換符號(hào)和水平連線來表示，轉(zhuǎn)換符號(hào)只允許標(biāo)在水平連線之上。如果步S24是活動(dòng)步，并且轉(zhuǎn)換條件X007=1，則將發(fā)生由步S24→步S27的進(jìn)展；如果步S25是活動(dòng)步，并且X010=1，則將發(fā)生由步S25→步S27的進(jìn)展；如果步S26是活動(dòng)步，并且X011=1，則將發(fā)生由步S26→步S27的進(jìn)展。圖3-10單一序列和選擇序列②分支及合并的編程。編程原則是先集中處理分支狀態(tài)，然后集中處理匯合狀態(tài)。分支狀態(tài)的編程方法是先進(jìn)行分支狀態(tài)前的驅(qū)動(dòng)處理，再依由左至右的順序進(jìn)行轉(zhuǎn)移處理。例如圖3-10(b)的處理程序如下：

STLS23 ；分支前的驅(qū)動(dòng)處理

LDX004

SETS24 ；轉(zhuǎn)移到第一分支

LDX005

SETS25 ；轉(zhuǎn)移到第二分支

LDX006

SETS26 ；轉(zhuǎn)移到第三分支匯合狀態(tài)的編程方法是：先進(jìn)行匯合狀態(tài)前的驅(qū)動(dòng)處理，再依由左至右順序進(jìn)行向匯合狀態(tài)的轉(zhuǎn)移處理。例如圖3-10(b)的匯合處理程序如下：

STLS24；第一分支轉(zhuǎn)移到匯合點(diǎn)STLS25，第二分支轉(zhuǎn)移到匯合點(diǎn)STLS26；第三分支轉(zhuǎn)移到匯合點(diǎn)

LDX00LDX010LDX011

SETS27SETS27SETS27在實(shí)際編程中沒有這么規(guī)范和集中處理的嚴(yán)格要求，在具體項(xiàng)目中按實(shí)際要求畫出流程圖草圖，草圖中最先工作或工作最多的分支畫在圖的左邊，然后按思路一個(gè)分支又一個(gè)分支地編程，遵從先左邊分支再右邊分支，每個(gè)分支從上到下的編寫規(guī)則，將每一個(gè)分支看做一個(gè)單序列編程。

8)區(qū)間復(fù)位指令

(1)區(qū)間復(fù)位指令要素。指令的助記符、指令代碼、操作數(shù)、程序步如表3-3所示。

(2)指令說明。區(qū)間復(fù)位指令ZRST(ZoneReset，F(xiàn)NCAO)將[D1]～[D2]指定的元件號(hào)范圍內(nèi)的同類元件成批復(fù)位，目標(biāo)操作數(shù)可以取T、C和D(字元件)，或Y、M和S(位元件)。[D1]和[D2]指定的應(yīng)為同一類元件，[D1]的元件號(hào)應(yīng)小于[D2]的元件號(hào)。如果[D1]的元件號(hào)大于[D2]的元件號(hào)，則只有[D1]指定的元件被復(fù)位。單個(gè)位元件和字元件可以用RST指令復(fù)位。例如，“ZRSTM500M599”指令可以將M500～M599之間的元件復(fù)位。雖然ZRST指令是17位處理指令，但[D1]和[D2]也可以指定32位計(jì)數(shù)器。表3-3區(qū)間復(fù)位指令要素

9)運(yùn)用狀態(tài)編程思想解決順控問題的方法與步驟下面仍以小車往返控制為例，說明運(yùn)用狀態(tài)編程思想設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(SFC)的方法和步驟。

(1)將整個(gè)過程按任務(wù)要求分解，其中的每個(gè)工序均對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)，并分配狀態(tài)元件如下：①初始狀態(tài)S0④延時(shí)5?s

S22②前進(jìn)S20⑤再前進(jìn)S23③后退S21⑥再后退S24注意：雖然S20與S23，S21與S24的功能相同，但它們是狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的不同工序，也就是不同狀態(tài)，故編號(hào)也不同。

(2)弄清每個(gè)狀態(tài)的功能、作用。

S0?PLC上電，做好工作準(zhǔn)備

S20?前進(jìn)(輸出Y1，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn))

S21?后退(輸出Y2，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn))

S22?延時(shí)5?s(定時(shí)器T0，設(shè)定為5?s，延時(shí)到T0動(dòng)作)

S23?同S20

S24?同S21各狀態(tài)的功能是通過PLC驅(qū)動(dòng)其各種負(fù)載來完成的。負(fù)載可由狀態(tài)元件直接驅(qū)動(dòng),也可由其他軟元件觸點(diǎn)的邏輯組合驅(qū)動(dòng)。

(3)找出每個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件，即在什么條件將下一個(gè)狀態(tài)“激活”。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖就是狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件及轉(zhuǎn)移方向構(gòu)成的流程圖。弄清轉(zhuǎn)移條件是非常重要的一步。經(jīng)分析可知，本例中各狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件如下：

S20轉(zhuǎn)移條件SB

S21轉(zhuǎn)移條件SQl

S22轉(zhuǎn)移條件SQ2

S23轉(zhuǎn)移條件T0

S24轉(zhuǎn)移條件SQ3狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件可以是單一的，也可以有多個(gè)元件的串、并聯(lián)組合。經(jīng)過以上三步，可得到小車往返控制的順控狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3-11(a)所示，圖3-11(b)為對(duì)應(yīng)的梯形圖。在圖3-11中，Ladder0對(duì)應(yīng)梯形圖中的0步，初始狀態(tài)S0步?jīng)]有動(dòng)作，也就沒有對(duì)應(yīng)的梯形圖，因而還保留了*號(hào)，S0下面的轉(zhuǎn)移條件對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第3步；S20對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第7步；S20下面的轉(zhuǎn)移條件對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第10步；S21對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第13步；S21下面的轉(zhuǎn)移條件對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第16步；S22對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第19步；S22下面的轉(zhuǎn)移條件對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第23步；S23對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第26步；S23下面的轉(zhuǎn)移條件對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第29步；S24對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第32步；S24下面的轉(zhuǎn)移條件對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第35步。注意：圖3-11(b)中的第38步即[RET]指令是在SFC轉(zhuǎn)換為梯形圖的過程中自動(dòng)加入的，在編寫S24下面的轉(zhuǎn)移條件對(duì)應(yīng)的梯形圖時(shí)無法輸入此指令。Ladder1對(duì)應(yīng)的梯形圖為圖3-11(b)中的第39步。圖3-11小車自動(dòng)往返系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖1特別提示：Ladder0和Ladder1對(duì)應(yīng)的梯形圖一定不能省，否則在程序轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)出錯(cuò)。很多教材中將圖3-11(a)和(b)合畫在一起，成為圖3-12的形式，這種形式便于理解編程過程，但是這與實(shí)際的開發(fā)和編程過程相差太遠(yuǎn)，編者認(rèn)為在用SFC方法編程的過程中，已將每一步理解得相當(dāng)清楚和透徹，若要整體分析理解程序，用梯形圖最明白不過了，因而編者在本書中就不采用合畫在一起的形式編寫，嚴(yán)格按實(shí)際的在開發(fā)軟件中常用的方法來編寫。由上面的分析和編程過程可見，用SFC編程的優(yōu)點(diǎn)很突出，將復(fù)雜的控制過程分解成一步一步的狀態(tài)，每一個(gè)狀態(tài)具體做什么驅(qū)動(dòng)，需要具備哪些條件都一一確定，這樣很方便調(diào)試、修改和閱讀程序,給開發(fā)應(yīng)用PLC帶來了極大的便利,很容易被初學(xué)者接受，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的工程師，也會(huì)提高設(shè)計(jì)的效率。圖3-12小車自動(dòng)往返系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖2

Ⅱ．單序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程

(1)單序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程方法。單序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖遵從步進(jìn)順控的編程原則，即先進(jìn)行負(fù)載驅(qū)動(dòng)處理，然后進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移處理。小車自動(dòng)往返系統(tǒng)就是典型的單系列結(jié)構(gòu)。從圖3-11中的程序可看到，負(fù)載驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)移處理首先要使用STL指令，這樣保證負(fù)載驅(qū)動(dòng)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移均是在子母線上進(jìn)行的。狀態(tài)的轉(zhuǎn)移使用SET指令，但若為向上游轉(zhuǎn)移、向非相連的下游轉(zhuǎn)移或向其他流程轉(zhuǎn)移，則稱為順序不連續(xù)轉(zhuǎn)移(非連續(xù)轉(zhuǎn)移不能使用SET指令，而用OUT指令)。

(2)狀態(tài)的開啟與關(guān)閉及狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖執(zhí)行的特點(diǎn)。STL指令的含義是提供一個(gè)步進(jìn)接點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)狀態(tài)的三個(gè)要素均在步進(jìn)接點(diǎn)之后的子母線上實(shí)現(xiàn)。若對(duì)應(yīng)的狀態(tài)是開啟的(即“激活”)，則狀態(tài)的負(fù)載驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)移才有可能；若對(duì)應(yīng)狀態(tài)是關(guān)閉的，則負(fù)載驅(qū)動(dòng)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移就不可能發(fā)生。因此，除初始狀態(tài)外，其他所有狀態(tài)只有在其前一個(gè)狀態(tài)處于激活且轉(zhuǎn)移條件成立時(shí)才能開啟。同時(shí)一旦下一個(gè)狀態(tài)被“激活”，上一個(gè)狀態(tài)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。從PLC程序的循環(huán)掃描執(zhí)行原理出發(fā)，在狀態(tài)編程程序段落中，“激活”可以理解為該段程序被掃描執(zhí)行，“關(guān)閉”則可以理解為該段程序被跳過，未能掃描執(zhí)行。這樣，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的分析其條理就變得十分清楚，無需考慮狀態(tài)間的繁雜聯(lián)鎖關(guān)系，可以理解為“只干自己需要干的事，無需考慮其他”。另外，這也方便程序的閱讀理解，使程序的試運(yùn)行、調(diào)試以及故障的檢查和排除變得非常容易，這就是運(yùn)用狀態(tài)編程思想解決順控問題的優(yōu)點(diǎn)。

【例】彩燈自動(dòng)閃爍程序的編寫。設(shè)有4個(gè)彩燈分別接于輸出端口Y000、Y001、Y002、Y003，當(dāng)接通X000時(shí)，各彩燈每隔1秒依次點(diǎn)亮，反復(fù)循環(huán)。彩燈控制程序如圖3-13所示。對(duì)應(yīng)的程序指令如圖3-14所示。通過分析比較狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖、指令表三種編程方法，顯而易見，SFC圖最簡(jiǎn)捷、方便，每個(gè)過程一看就清清楚楚，一目了然，而要讀懂用指令編寫的程序就有些費(fèi)力，梯形圖雖然較容易讀懂，但是由于梯形圖中沒有狀態(tài)符號(hào)，因而不能直接編程，只能通過指令列表或SFC轉(zhuǎn)換而來。圖3-13彩燈控制程序圖3-14程序指令表如果在初學(xué)階段碰到狀態(tài)圖程序不會(huì)編寫，或者出現(xiàn)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的梯形圖輸不進(jìn)(提示有問題)等問題，這時(shí)可用指令輸入，然后互相轉(zhuǎn)換。在項(xiàng)目二中我們已經(jīng)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)正反轉(zhuǎn)、自動(dòng)往返進(jìn)行了編程，下面我們根據(jù)單序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法來設(shè)計(jì)機(jī)械手的控制程序。

(1)根據(jù)機(jī)械手控制要求畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。我們回顧機(jī)械手的控制要求：開機(jī)后機(jī)械手自動(dòng)回右、上原點(diǎn)，按啟動(dòng)按鈕SB1，機(jī)械手先向下運(yùn)動(dòng)，碰到下限位SQ2后，向下運(yùn)動(dòng)停止，電磁鐵通電，吸住工件，延時(shí)1秒鐘，機(jī)械手向上運(yùn)動(dòng)，碰到上限位SQ1后，向上運(yùn)動(dòng)停止，機(jī)械手向左旋轉(zhuǎn)，碰到左限位SQ3后，向左運(yùn)動(dòng)停止，機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng)，碰到下限位SQ2后，向下運(yùn)動(dòng)停止，電磁鐵斷電，松開工件，延時(shí)1秒鐘，機(jī)械手再向上運(yùn)動(dòng)，碰到上限位SQ1后，向上運(yùn)動(dòng)停止，機(jī)械手向右旋轉(zhuǎn)，碰到右限位SQ4后，向右旋轉(zhuǎn)停止，然后機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)。如果在任意時(shí)刻按下停止按鈕SB2，則機(jī)械手完成一個(gè)工作周期到達(dá)原點(diǎn)后停止。機(jī)械手的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3-15所示。

(2)根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖得到梯形圖，如圖3-16所示。圖3-15機(jī)械手的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖3-16機(jī)械手的梯形圖

(3)按照畫出的梯形圖進(jìn)行軟件編程。在項(xiàng)目一中介紹了SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，這里介紹另一個(gè)編程軟件——GXDeveloper軟件，它是一個(gè)三菱全系列PLC(FX、AnU、QnA和Q系列)程序設(shè)計(jì)軟件，支持梯形圖、指令表、SFC、ST、FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，可進(jìn)行程序的在線更改、監(jiān)控及調(diào)試，結(jié)構(gòu)化程序的編寫(分部程序設(shè)計(jì))，可制作成標(biāo)準(zhǔn)化程序在其他同類系統(tǒng)中使用。若再安裝三菱PLC的仿真調(diào)試軟件——GXSimulator，則能支持三菱所有型號(hào)PLC的外部I/O信號(hào)模擬，設(shè)定軟件狀態(tài)與數(shù)值。下面介紹建立程序的基本步驟。單擊“開始”按鈕，在“程序”項(xiàng)的級(jí)聯(lián)菜單下找到“MELSOFT應(yīng)用程序”，在此應(yīng)用項(xiàng)下單擊“GXDeveloper”便可啟動(dòng)程序。也可用鼠標(biāo)雙擊桌面上的圖標(biāo)GXDeveloper快捷方式啟動(dòng)GXDeveloper程序。①新建文件。創(chuàng)建一個(gè)新工程，點(diǎn)擊菜單中的“文件”/“新文件”，彈出如圖3-17所示的對(duì)話窗口來選定PLC類型，按“確定”先打開編程軟件，創(chuàng)建一個(gè)新工程，在“PLC系列”中選擇“FXCPU”系列，在“PLC類型”中選擇“FX2N”類型，確定系統(tǒng)寄存器中的內(nèi)容以及有關(guān)參數(shù)，如圖3-17所示。當(dāng)要編輯保存在PLC或磁盤中的程序時(shí)，可通過打開或讀取調(diào)入已有的程序。圖3-17創(chuàng)建新工程當(dāng)要編輯保存在PLC或磁盤中的程序時(shí)，可通過打開或讀取調(diào)入已有的程序。②把編制的梯形圖輸入計(jì)算機(jī)，以END語句結(jié)尾，然后進(jìn)行程序轉(zhuǎn)換，可用功能鍵F4或菜單操作。如果輸入的程序有錯(cuò)，則在程序轉(zhuǎn)換過程中會(huì)顯示出來，也可通過菜單“工具”查詢程序的正確性。只有當(dāng)梯形圖轉(zhuǎn)換完畢后，才能進(jìn)行程序的傳送。③梯形圖與指令表的轉(zhuǎn)換。要將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表，可以應(yīng)用軟件中梯形圖和指令轉(zhuǎn)換功能來實(shí)現(xiàn)，按下快捷按鈕或進(jìn)行菜單操作都可實(shí)現(xiàn)梯形圖的轉(zhuǎn)換。圖3-18所示的指令表即為圖3-16所示的梯形圖轉(zhuǎn)換而來的。④將通信線連接PLC與電腦，把程序?qū)懭隤LC。將PLC面板上的編程開關(guān)撥到STOP位置，打開窗口的梯形圖界面，選擇“在線”菜單，選中“PLC寫入”菜單命令，如圖3-19所示，彈出“PLC寫入”對(duì)話框，如圖3-20所示，在“PLC寫入”對(duì)話框中進(jìn)行傳送設(shè)置，在執(zhí)行讀取及寫入前選中MAIN、PLC參數(shù)(否則不能執(zhí)行對(duì)程序的讀取、寫入)，然后點(diǎn)擊“執(zhí)行”和“是”即可，如圖3-21所示。圖3-22所示為程序?qū)懭牒蛯懭胪瓿纱翱?。圖3-18機(jī)械手的指令表圖3-19選中“PLC寫入”圖3