第4章步進順控指令的應(yīng)用

第4章步進順控指令的應(yīng)用4.1步進順控指令基本知識4.2步進順控指令的應(yīng)用4.3本章技能檢驗4.1步進順控指令基本知識

4.1.1步進指令步進指令STL、RET的助記符、電路表示等指令屬性如表4-1所示。步進指令的使用說明如下：1．STL指令只能和狀態(tài)元件配合使用，表示狀態(tài)元件的常開觸點（只有常開觸點，無常閉觸點）與左母線相連。步進接點接通，需要用SET指令進行置位。步進接點如同主控指令一樣，將左母線移到新的臨時位置，即移到步進接點右邊，相當(dāng)于臨時母線。所以，步進指令后的接點必須使用“取”（LD、LDI）指令。步進指令的使用說明如下：2．步進接點具有主控功能。步進節(jié)點接通，與之相連的電路被執(zhí)行。步進接點斷開，與之相連的電路停止執(zhí)行。若要在步進接點斷開時仍然保持線圈的輸出，要使用置位指令SET而不要使用輸出指令OUT。3．RET指令稱為“步進返回”，其功能是返回到原來左母線的位置，即RET指令使LD點返回母線。在一系列STL指令的最后，必須寫入RET指令，表明步進梯形圖指令的結(jié)束。STL指令只對狀態(tài)器S有效，RET指令僅在最后一個狀態(tài)的末行使用一次，否則程序報錯不能運行。4.1.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（SFC圖）主要由“狀態(tài)步”、“轉(zhuǎn)移條件”和“驅(qū)動負(fù)載”3部分組成，其主要類型有單流程、選擇性分支與匯合、并行性分支與匯合、跳轉(zhuǎn)和重復(fù)的處理。1．單流程如圖4-1(a)所示，初始狀態(tài)步一般使用初始狀態(tài)繼電器S0～S9，SFC圖將一個控制程序分成若干狀態(tài)步，每個狀態(tài)步用一個狀態(tài)繼電器S表示，由每個狀態(tài)步驅(qū)動對應(yīng)的負(fù)載，完成對應(yīng)的動作。狀態(tài)步必須滿足對應(yīng)的轉(zhuǎn)移條件才能處于動作狀態(tài)（狀態(tài)繼電器得電）。

(a)SFC圖（狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖）(b)STL圖（步進梯形圖）(c)指令程序圖4-1SFC圖的3種表達(dá)方式初始狀態(tài)步可以由梯形圖的接點作為轉(zhuǎn)移條件，也常常用M8002（初始化脈沖）的接點作為轉(zhuǎn)移條件。當(dāng)一個狀態(tài)步處于動作狀態(tài)時，如果與下面相連的轉(zhuǎn)移條件接通后，該狀態(tài)步將自動復(fù)位，它在下面的狀態(tài)步置位處于動作狀態(tài)，并驅(qū)動對應(yīng)的負(fù)載。如圖4-1（a）所示，當(dāng)PLC初次運行時，M8002產(chǎn)生一個脈沖，使初始狀態(tài)繼電器S0得電，即初始狀態(tài)步動作，S0沒有驅(qū)動負(fù)載，處于等待狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)移條件X0和X3都閉合時，S0失電復(fù)位，S20得電置位，S20所驅(qū)動的負(fù)載Y0也隨之得電。SFC圖便于閱讀，也便于設(shè)計。SFC圖也可以用STL圖（步進梯形圖）來表示，如圖4-1（b）所示，狀態(tài)步的線圈要用SET指令。其主控接點用STL指令，主控接點右邊為副母線。在SFC圖結(jié)束后要用RET指令，圖4-1（c）所示為圖4-1（a）和圖4-1（b）的指令程序。步進指令具有以下特點：

1）轉(zhuǎn)移源自動復(fù)位功能當(dāng)用STL指令進入初始狀態(tài)S0時，如果轉(zhuǎn)移條件X0和X3接通，狀態(tài)器S20將接通，同時轉(zhuǎn)移源狀態(tài)器S0自動復(fù)位。2）允許雙重輸出步進梯形圖中，由STL驅(qū)動的不同狀態(tài)器可以驅(qū)動同一輸出，使得雙線圈輸出成為可能。3）主控功能使用STL指令時，相當(dāng)于建立一個子母線，要用LD指令從子母線開始編程；使用RET指令之后，返回到總母線，LD指令從總母線開始編程。2．選擇性分支與匯合從多個分支流程中選擇某一個單支流程，稱之為選擇性分支。在選擇分支狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中，有多個分支，只能選擇其中的一條分支。（1）選擇序列分支的編程方法如圖4-2所示的步S20之后有一個選擇序列的分支。當(dāng)S20為活動步時，如果轉(zhuǎn)換條件X1滿足，將轉(zhuǎn)換到步S21；如果轉(zhuǎn)換條件X2滿足，將轉(zhuǎn)換到步S22；如果轉(zhuǎn)換條件X3滿足，將轉(zhuǎn)換到步S23；如果某一步的后面有N條選擇序列的分支，則該步的STL觸點開始的電路中應(yīng)有N條分別指明各轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換目標(biāo)的并聯(lián)電路。對于圖4-2中步S20之后的這三條支路有三個轉(zhuǎn)換條件X1、X2和X3，可能進入步S21、S22和步S23，所以在S20的STL觸點開始的電路塊中，有三條由X1、X2和X3作為置位條件的串聯(lián)電路。STL觸點具有與主控指令（MC）相同的特點，即LD點移到了STL觸點的右端，對于選擇序列分支對應(yīng)的電路的設(shè)計，是很方便的。用STL指令設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。（a）順序功能圖（b）梯形圖（c）指令表圖4-2選擇序列分支的編程方法示例（2）選擇序列合并的編程方法

如圖4-3所示的步S24之前有一個由三條支路組成的選擇序列的合并。當(dāng)步S21為活動步，轉(zhuǎn)換條件X2得到滿足時；或者步S22為活動步，轉(zhuǎn)換條件X3得到滿足時；或者步S23為活動步，轉(zhuǎn)換條件X4得到滿足時，都將使步S24變?yōu)榛顒硬?，同時將步S21、S22和S23變?yōu)椴换顒硬?。在梯形圖中，由S21、S22和S23的STL觸點驅(qū)動的電路塊中均有轉(zhuǎn)換目標(biāo)S24，對它們的后續(xù)步S24的置位是用SET指令來實現(xiàn)的，對相應(yīng)的前級步的復(fù)位是由系統(tǒng)程序自動完成的。其實在設(shè)計梯形圖時，沒有必要特別留意選擇序列的合并如何處理，只要正確地確定每一步的轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換目標(biāo)，就能自然地實現(xiàn)選擇序列的合并。（a）順序功能圖（b）梯形圖（c）指令表圖4-3選擇序列合并的編程方法示例分支、合并的處理程序中，不能用MPS、MRD、MPP、ANB、ORB等指令。如圖4-4所示，為選擇性分支與匯合狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖。圖中轉(zhuǎn)移條件X1和X4在同一時間只能有一個接通狀態(tài)。當(dāng)S20置位時，若X1接通，狀態(tài)就向S21轉(zhuǎn)移，S20自動復(fù)位。以后即使X4接通，S23也不會置位。即狀態(tài)器S20的轉(zhuǎn)移方向由轉(zhuǎn)移條件X1和X4的狀態(tài)決定。匯合狀態(tài)S25可作為S22、S24中任一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移目標(biāo)，由S22或S24置位，同時前一個狀態(tài)器S22或S24自動復(fù)位。

（a）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（b）步進梯形圖

（c）指令表

圖4-4選擇性分支與匯合3．并行性分支與匯合

同時并行處理多個分支流程，稱之為并行性分支與匯合。（1）并行序列分支的編程方法如圖4-5所示的功能圖中，步S20之后有一個并行序列的分支即S21、S31和S41。當(dāng)步S20是活動步時，且轉(zhuǎn)換條件X0滿足時，步S21、S31和S41同時變?yōu)榛顒硬剑@三個序列同時開始工作。在梯形圖中，用S20的STL觸點和X0的常開觸點組成的串聯(lián)電路來控制SET指令對S21、S31和S41同時置位，同時系統(tǒng)程序?qū)⑶凹壊絊20變?yōu)椴换顒硬?。（a）順序功能圖（b）梯形圖（c）指令表圖4-5并行序列分支的編程方法示例（2）并行序列合并的編程方法

如圖4-6所示并行序列合并處的轉(zhuǎn)換有三個前級步S21、S31和S41，根據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則，當(dāng)它們均為活動步且轉(zhuǎn)換條件X6滿足時，將實現(xiàn)并行序列的合作。在梯形圖中，用S21、S31和S41的STL觸點（均對應(yīng)STL指令）和X6的常開觸點組成串聯(lián)電路使S45置位。在圖4-6中，S21、S31和S41的STL觸點均出現(xiàn)了兩次，如果不涉及并行序列的合并，同一狀態(tài)繼電器的STL觸點只能在梯形圖中使用一次。串聯(lián)的STL觸點的個數(shù)不能超過8個，換句話說，一個并行序列中的序列數(shù)不能超過8個。

（a）順序功能圖（b）梯形圖（c）指令表圖4-6并行序列合并的編程方法示例

圖4-7為并行性分支與匯合狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖。圖中水平雙線表示并行工作。當(dāng)S21置位時，若轉(zhuǎn)換條件X0接通，從狀態(tài)器S21分兩路同時進入狀態(tài)器S22和S24，使之同時置位，各分支流程同時動作，而狀態(tài)器S21被復(fù)位。待各分支流程全部處理完畢后，S23和S25同時接通，此時若轉(zhuǎn)移條件X3接通，匯合狀態(tài)S26置位，S23、S25全部自動復(fù)位。多條支路匯合在一起，實際為STL指令的連續(xù)使用，在梯形圖中是STL觸點串聯(lián)。

(a)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(b)步進梯形圖

(c)指令表圖4-7并行性分支與匯合圖4．跳轉(zhuǎn)和重復(fù)的處理狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖除了上述的幾種類型外，還有其他非連續(xù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移類型，如圖4-8所示。圖4-8（a）為向上跳，跳回到上面的狀態(tài)步（也叫重復(fù)），當(dāng)轉(zhuǎn)移條件X0=1時，從S22狀態(tài)步跳回到S0狀態(tài)步。圖4-8（b）為向下跳，跳過相鄰的狀態(tài)步，到下面的狀態(tài)步，當(dāng)轉(zhuǎn)移條件X0=1時，從S0狀態(tài)步跳到S23狀態(tài)步。圖4-8（c）為跳向另一條分支（向程序外跳轉(zhuǎn)），當(dāng)轉(zhuǎn)移條件X0=1時，從S20狀態(tài)步跳到另外一條分支的S32狀態(tài)步。圖4-8（d）為復(fù)位，當(dāng)轉(zhuǎn)移條件X0=1時，使本狀態(tài)步S32復(fù)位。注意：編程時前三種類型用OUT指令，復(fù)位處理時用RST指令。另外，圖中應(yīng)盡量避免線條交叉。

（a）往前跳步（b）往后跳步（c）遠(yuǎn)程跳步（d）重復(fù)圖4-8跳轉(zhuǎn)和重復(fù)的處理4.2步進順控指令的應(yīng)用

4.2.1項目案例——剪板機工作控制

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.理解功能圖的特點及在步進順序控制中的應(yīng)用。2.熟悉功能圖構(gòu)成的各個要素。3.掌握單流程功能圖設(shè)計方法和步驟4.掌握步進指令的用法及與功能圖的相互轉(zhuǎn)換。【技能目標(biāo)】1.會采用功能圖法設(shè)計順序控制電路。2.會把PLC與外圍設(shè)備接線連接并調(diào)試?！卷椖棵枋觥恳慌_剪板機如圖4-9所示，其控制要求如下：按起動按鈕X0，開始送料，當(dāng)板料碰到限位開關(guān)X1時停止，壓鉗下行將板料壓緊時限位開關(guān)X2動作，剪刀下行將板料剪斷后觸及限位開關(guān)X3，壓鉗和剪刀同時上行，分別碰到上限位開關(guān)時停止。試畫出PLC接線圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。圖4-9剪板機工作示意圖

1．輸入/輸出(I/O)點分配表根據(jù)系統(tǒng)控制功能的要求，本項目需要7個輸入點，5個輸出點，I/O分配表如表4-2所示。表4-2【任務(wù)實施】2．繪制I/O接線圖。接線圖如圖4-10所示。圖4-10剪板機控制I/O接線圖3．設(shè)計梯形圖，根據(jù)要求如圖4-11所示。

（a）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（b）梯形圖(c)指令程序圖4-11剪板機控制程序4．安裝接線安裝接線前應(yīng)認(rèn)真檢查器件，確保器件符合控制系統(tǒng)的要求。在斷電的情況下根據(jù)圖4-10正確安裝和連接器件。5．模擬調(diào)試為確?？刂葡到y(tǒng)符合控制要求，在正式運行前應(yīng)進行必要的模擬調(diào)試。具體步驟如下：①斷開輸出回路的電源；②接通PLC電源，并切換到運行開狀態(tài)（開關(guān)撥到RUN位置）；③按啟動按鈕，觀察輸出結(jié)果是否符合控制要求；④如果PLC的動作與控制功能的要求不符，應(yīng)檢查并修改程序中的錯誤；⑤重復(fù)第三步、第四步，直到PLC的動作正確無誤。4.2.2項目案例——搶答顯示系統(tǒng)控制

【項目描述】搶答競賽搶答器控制程序設(shè)計，如圖4-15所示控制要求如下：(1)競賽者若回答主持人所提出的問題時，需搶先按下桌上的按鈕（PB）。(2)指示燈（HL）亮后，需等到主持人按下復(fù)位鍵PB4后才熄滅。為了給參賽兒童一些優(yōu)待，PB11和PB12中任一個按下時，燈L1都亮。為了對教授組做一定限制，燈L3只有在PB31和PB32鍵都按下時燈才亮。(3)如果競賽者在主持人打開SW開關(guān)的10s內(nèi)壓下按鈕電磁線圈將使彩球搖動，以示競賽者得到一次幸運機會。圖4-15搶答器控制示意圖【任務(wù)實施】

1.輸入/輸出(I/O)點分配表根據(jù)系統(tǒng)控制功能的要求，本項目需要8個輸入點，4個輸出點，I/O分配表如表4-3所示。表4-3

2.繪制I/O接線圖。根據(jù)項目要求其接線圖如圖4-16所示。圖4-16搶答器控制I/O接線圖3．設(shè)計梯形圖，圖4-17所示。

（彩球機會Y10）（a）狀態(tài)流程圖

(b)梯形圖(c)指令程序圖4-17搶答器控制程序4．安裝接線安裝接線前應(yīng)認(rèn)真檢查器件，確保器件符合控制系統(tǒng)的要求。在斷電的情況下根據(jù)圖4-16正確安裝和連接器件。5．模擬調(diào)試為確保控制系統(tǒng)符合控制要求，在正式運行前應(yīng)進行必要的模擬調(diào)試。具體步驟如下：①斷開輸出回路的電源；②接通PLC電源，并切換到運行開狀態(tài)（開關(guān)撥到RUN位置）；③按啟動按鈕，觀察輸出結(jié)果是否符合控制要求；④如果PLC的動作與控制功能的要求不符，應(yīng)檢查并修改程序中的錯誤；⑤重復(fù)第三步、第四步，直到PLC的動作正確無誤。4.2.3項目案例——十字路口交通燈控制

【項目描述】控制要求：（1）系統(tǒng)工作受開關(guān)控制，起動開關(guān)ON則系統(tǒng)工作；起動開關(guān)OFF則系統(tǒng)停止工作。（2）控制對象有六個：東西方向紅燈兩個,南北方向紅燈兩個，東西方向黃燈兩個,南北方向黃燈兩個，東西方向綠燈兩個,南北方向綠燈兩個，如圖4-19是十字路口交通信號燈示意圖。信號燈的動作受開關(guān)總體控制，按一下起動按鈕，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)動作；按一下停止按鈕，所有信號燈都熄滅。信號燈控制的具體要求如表4-4所示。圖4-19十字路口交通燈控制示意圖根據(jù)十字路口交通信號燈的控制要求，可作出信號燈的控制時序圖如圖4-20所示。圖4-20十字路口交通燈控制的時序圖【任務(wù)實施】圖1-9PLC接線電柜1.輸入/輸出(I/O)點分配表根據(jù)系統(tǒng)控制功能的要求，本項目需要3個輸入點，6個輸出點，I/O分配表如表4-5所示。表4-5(I/O)點分配表2.繪制I/O接線圖。接線圖如圖4-21所示。

圖4-21十字路口交通燈控制I/O接線圖起動按鈕SB1接于輸入繼電器X0端，停止按鈕SB2接于輸入繼電器X1端。東西方向的綠燈接于輸出繼電器Y0端，東西方向黃燈接于輸入繼電器Y1端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器Y2端；南北方向綠燈接于輸出繼電器Y4端，南北方向的黃燈接于輸出繼電器Y5端，南北方向紅燈接于輸出繼電器Y6端。輸出端的電源為直流24V。3.設(shè)計梯形圖，如圖4-22所示。（a）狀態(tài)流程圖

(b)(c)

(d)梯形圖(e)程序指令根據(jù)控制要求，圖4-22(a)中的S21、S22和S32、S33兩步都是控制綠燈的閃爍，且在3S內(nèi)閃3次，用來實現(xiàn)這種效果的元件是特殊輔助繼電器M8013，因為M8013能夠產(chǎn)生1S的脈沖周期，在這里剛好符合綠燈閃爍的控制要求。而對于圖4-22的（b）和（c）來說，它們完全可以實現(xiàn)上圖(a)中的動作效果，同時還可以簡化設(shè)計的步驟。4.2.4項目案例——三相異步電動機正反轉(zhuǎn)Y-△起動【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.熟悉步進順序控制的應(yīng)用。2.掌握選擇跳轉(zhuǎn)序列順序控制的設(shè)計方法和步驟3.熟悉步進指令的用法，功能圖、梯形圖和指令程序間的相互轉(zhuǎn)換?！炯寄苣繕?biāo)】1.會應(yīng)用選擇跳轉(zhuǎn)序列設(shè)計PLC順序控制電路。2.會把PLC與外圍設(shè)備接線連接并調(diào)試。【項目描述】電動機M能實現(xiàn)正、反向控制，同時正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)起動要求星/三角形起動。主電路如圖4-26所示。功能要求：（1）按動正向啟動按鈕SB2，KM1和KM4閉合（星形起動），經(jīng)過3秒后，KM4斷開，KM3閉合實現(xiàn)正向三角形運行；（2）按動反向啟動按鈕SB3，KM2和KM4閉合（星形起動），經(jīng)過3秒后，KM4斷開，KM3閉合實現(xiàn)反向三角形運行，按停止按鈕SB1，電動機M停止工作。圖4-26三相異步電動機正反轉(zhuǎn)Y-△起動控制電路圖【任務(wù)實施】1.輸入/輸出(I/O)點分配表根據(jù)系統(tǒng)控制功能的要求，本項目需要3個輸入點，4個輸出點，I/O分配表如表4-6所示。表4-6(I/O)點分配表2.繪制I/O接線圖。接線圖如圖4-27所示。3.設(shè)計梯形圖，圖4-28所示。（a）功能流程圖

（b）梯形圖(c)程序指令4.3本章技能檢驗1．設(shè)計四臺電動機的順序起動、逆序停止的功能圖，具體控制要求如下：(1)當(dāng)按下起動按鈕SB1：M1→3s后→M2→3s后→M3→3s后→M4。(2)當(dāng)按下停止按鈕SB2：M4→2s后→M3→2s后→M2→2s后→M1。(3)中途出現(xiàn)停止指令也能按反向順序停機。2.皮帶運輸機廣泛地運用于冶金、化工、機械、煤礦和建材等工業(yè)生產(chǎn)中。圖4-29所示為某原材料皮帶運輸機的示意圖。原材料從料斗經(jīng)過1、2兩臺皮帶運輸機送出，由電磁閥YV控制從料斗向1送料，1、2分別由電動機M1、M2控制，SB1、SB2分別為