第6章順序控制編程與應用

6.1順序控制設計法6.2基本流程的程序設計6.3用輔助繼電器實現(xiàn)順序控制梯形圖的編程方法

第6章FX系列PLC順序控制編程與應用

本章教學重點：（1）順序控制設計的步驟；（2）單流程、選擇流程、并行流程的程序設計及應用；（3）步進順控指令的編程方法。第6章FX系列PLC順序控制編程與應用

本章能力要求：通過本章的學習，讀者應該掌握順序控制設計的基本步驟和內容，能夠熟練進行單流程、選擇流程和并行流程的程序設計，并轉換成步進梯形圖和指令表程序。第6章FX系列PLC順序控制編程與應用

用梯形圖設計程序是PLC控制系統(tǒng)設計的一種重要方法，但是對于一些復雜的控制程序，尤其是順序控制程序，由于內部存在很多的聯(lián)鎖和互鎖關系，用梯形圖設計程序存在一定的難度。順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種語言，專門用于編制順序控制程序。第6章FX系列PLC順序控制編程與應用

所謂的順序控制，就是按照生產工藝的流程順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態(tài)和時間的順序，使生產過程中各個執(zhí)行機構自動而有序地進行工作。順序控制設計法又稱步進控制設計法，它是一種先進的設計方法，很容易被初學者接受；同時對于有經驗的工程師來說，也可以提高設計的效率，程序的調試、修改和閱讀也很方便。6.1.1順序控制設計步驟利用順序控制設計法進行設計的基本步驟及內容如下：1．步的劃分分析被控對象的工作過程及控制要求，將系統(tǒng)的工作過程劃分成若干階段，這些階段稱為“步”。步是根據PLC輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來的步進入新的步。如圖6-1所示，整個工作過程可劃分為4步。在使用順序功能圖編程時，步是用狀態(tài)繼電器S或輔助繼電器M進行表達的，步的這種劃分方法也使代表各步的編程元件的狀態(tài)和各輸出量的狀態(tài)之間有著簡單的邏輯關系。

圖6-1步的劃分2．轉換條件的確定轉換條件是使系統(tǒng)從當前步進入下一步的條件。常見的轉換條件可以是外部輸入信號，例如按鈕、行程開關的接通、斷開等；也可以是PLC內部產生的信號，例如定時器、計數器觸點的通斷等；轉換條件還可能是若干個信號與、或、非的邏輯組合。順序控制設計法是用轉換條件去控制代表各步的編程元件，使它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制各輸出繼電器。3．順序功能圖的繪制根據上述分析畫出描述系統(tǒng)工作過程的順序功能圖。這是順序功能設計法中最關鍵的一個步驟。順序功能圖的繪制方法將在下面章節(jié)進行介紹。4．梯形圖的繪制根據順序功能圖，采用步進順控指令等編程方式設計出梯形圖。有關設計方式將在6.2和6.3節(jié)進行介紹。6.1.2順序功能圖順序功能圖是一種通用的技術語言，可以讓不同專業(yè)的人員之間進行技術交流。1．順序功能圖的組成要素順序功能圖主要由步、有向線段、轉換、轉換條件和動作等要素組成。（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成若干狀態(tài)不同且順序相連的階段，這些階段稱為步（Step），可以用編程軟件（如狀態(tài)繼電器S和輔助繼電器M）來代表各步。下面舉一個例子來說明，如圖6-2所示，送料小車開始停在左側限位開關X4處，按下起動按鈕X0，Y2變?yōu)镺N，打開儲料斗的閘門進行裝料，同時定時器T0開始定時。圖6-2小車工作示意圖10s后關閉儲料斗的閘門，Y0變?yōu)镺N并開始右行，碰到限位開關X3后Y3為ON，開始停車卸料，同時定時器T1定時。5s后Y1變?yōu)镺N，開始左行，碰到限位開關X4后返回初始狀態(tài)，停止運行。根據Y0~Y3的狀態(tài)變化繪制時序圖，如圖6-3所示。顯然一個工作周期分為裝料、右行、卸料和左行4步，另外還應該設置等待起動的初始步，分別用S0、S20、S21、S22、S23來代表這5步。該系統(tǒng)的順序功能圖如圖6-4所示，步在順序功能圖中用矩形框表示，方框中的數字表示該步的編號，如S20等。當系統(tǒng)正工作于某一步時，該步處于活動狀態(tài)，稱為“活動步”。步為活動狀態(tài)時，相應的動作被執(zhí)行；步為非活動狀態(tài)時，相應的非保持型動作被停止執(zhí)行。系統(tǒng)的初始狀態(tài)對應的步稱為“初始步”。初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動命令的相對靜止的狀態(tài)。初始步通常用雙線方框表示，每一個順序功能圖至少有一個初始步。圖6-3系統(tǒng)輸出時序圖圖6-4順序功能圖（2）與步對應的動作所謂“動作”是指某步為活動狀態(tài)時，PLC向被控系統(tǒng)發(fā)出的命令或被控系統(tǒng)應執(zhí)行的動作。動作用矩形框（或橢圓形框）中的文字或符號表示，該矩形框應與相應步的矩形框相連接。如果某一步有幾個動作，可以用圖6-5中的兩種畫法來表示，但是不能說明這些動作之間的順序關系。圖6-5動作的表示方法當步處于活動狀態(tài)時，相應的動作被執(zhí)行。注意標明動作是保持型還是非保持型的。保持型的動作是當該步為活動狀態(tài)時執(zhí)行該動作，當該步變?yōu)榉腔顒訝顟B(tài)時繼續(xù)執(zhí)行該動作；非保持型動作是指當該步為活動狀態(tài)時執(zhí)行該動作，當該步變?yōu)榉腔顒訝顟B(tài)時停止執(zhí)行該動作。一般保持型的動作在順序功能圖中應該用文字或助記符指令標注，而非保持型動作不用標注。（3）有向連線在順序功能圖中，隨著時間的推移和轉換條件的實現(xiàn)，將會發(fā)生步的活動狀態(tài)的變化，這種變化按有向連線規(guī)定的路線和方向進行。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排列，并用有向連線將它們連接起來。步的活動狀態(tài)默認的進展方向是從上到下或從左到右，在這兩個方向上有向連線的箭頭可以省略，如果不是上述默認方向，應在有向連線上用箭頭標注變化方向。若畫圖時有向連線必須中斷（例如在復雜的圖中，或者用幾個圖來表示一個順序功能圖時），應在有向連線中斷之處標明下一步的標號或所在的頁數，例如步40，第5頁。（4）轉換、轉換條件轉換采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。步的活動狀態(tài)的進展是由轉換的實現(xiàn)來完成的，并與控制過程的發(fā)展相對應。步與步之間不允許直接相連，必須有轉換隔開，而轉換與轉換之間也同樣不能直接相連，必須有步隔開。轉換條件是與轉換相關的邏輯命題，轉換條件可以用文字語言、布爾代數表達式或圖形符號標注在表示轉換的短線旁邊。轉換條件X和分別表示當二進制信號X為“1”和“0”的狀態(tài)。符號X↓和X↑分別表示X從“1”（接通）到“0”（斷開）的狀態(tài)以及從“0”到“1”的狀態(tài)。2．順序功能圖的基本結構根據步和步之間轉換的不同情況，順序功能圖有以下幾種不同的基本結構形式。（1）單流程結構順序功能圖的單流程結構形式最為簡單，它由一系列按順序排列、相繼激活的步組成。每一步后面僅有一個轉換，每一個轉換后面只有一個步，如圖6-6所示。在單流程里，有向連線沒有分支與合并。（2）選擇流程結構選擇流程的開始稱為分支，選擇流程的分支是指一個前級步后面緊接著若干個后續(xù)步可供選擇，每分支都有各自的轉換條件，轉換符號只能標在水平連線之下。圖6-7a所示為選擇流程的分支。假設步5為活動步，如果轉換條件e成立，則步5向步6實現(xiàn)轉換；如果轉換條件g成立，則步5向步11實現(xiàn)轉換。分支中一般一次只允許選擇其中一個序列。選擇流程的結束稱為合并，幾個選擇分支合并到一個公共序列上，每個分支都有各自的轉換條件，轉換條件只能標在水平線之上。圖6-7b所示為選擇流程的合并。假設步7為活動步，如果轉換條件m成立，則步7向步13實現(xiàn)轉換；如果步9為活動步，如果轉換條件n成立，則步9向步13實現(xiàn)轉換。a）選擇流程分支b）選擇流程合并圖6-6單流程結構圖圖6-7選擇流程結構（3）并列流程結構并列流程結構用來表示系統(tǒng)的幾個同時工作的獨立部分的工作情況。并列流程也有開始和結束之分，并列流程的開始稱為分支，并列流程的結束稱為合并。圖6-8a所示為并列流程的分支。它是指當轉換條件e成立后，步4、6、8將會同時激活，為了強調轉換的同步實現(xiàn)，水平連線用雙線表示，當多個后續(xù)步被同時激活后，每一序列接下來的轉換將獨立進行。圖6-8b表示為并列流程的合并。當直接連在雙線上的所有前級步5、7、9都為活動步，且轉換條件d成立時，才能實現(xiàn)轉換，即步10變?yōu)榛顒硬健）并列流程分支b）并列流程合并圖6-8并列流程結構（4）子步結構所謂子步結構是指在順序功能圖中，某一步包含著一系列子步和轉換。如圖6-9所示的順序功能圖采用了子步的結構形式。順序功能圖中步6包含了6.1、6.2、6.3、6.4四個子步。這些子步結構通常表示整個系統(tǒng)中的一個完整子功能，類似于計算機編程中的子程序。采用子步的結構形式，邏輯性強，思路清晰，可以減少設計錯誤，縮短設計時間。圖6-9子步結構(5)其它流程結構除了上述的四種基本流程結構外，還有其他的一些流程結構：跳步、重復和循環(huán)流程結構。這些結構實際上都是選擇流程結構的特殊形式。圖6-10a所示為跳步序列結構，當步3為活動步時，如果轉換條件X0成立，則跳過步4和步5直接進入步6。圖6-10b所示為重復序列結構。當步5為活動步時，如果轉換條件X4不成立而條件X0成立，則重新返回步4，重復執(zhí)行步4和步5。直到轉換條件X4成立，重復結束，轉入步6。在實際控制系統(tǒng)中，順序功能圖往往不是單一地某一種序列結構，而是綜合運用各種結構的組合。

a）跳轉流程結構b）重復流程結構圖6-10其它流程結構3．順序功能圖中轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則在順序功能圖中，步的活動狀態(tài)的進展是由轉換的實現(xiàn)來完成的。轉換實現(xiàn)必須同時滿足兩個條件：（1）該轉換所有的前級步都是活動步。（2）相應的轉換條件得到滿足。當同時具備以上兩個條件時，才能實現(xiàn)步的轉換。即所有由有向連線和相應轉換符號相連的后續(xù)步都變成為活動步，而所有由有向連線和相應轉換符號相連的前級步都變成為非活動步。在單流程和選擇流程的結構中，一個轉換只有一個前級步和一個后續(xù)步。在并行流程結構中一個轉換的前級步或后續(xù)步不止一個，轉換的實現(xiàn)則稱為同步實現(xiàn)，為了強調同步實現(xiàn)，有向連線的水平部分用雙線表示，如圖6-8所示。轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則是根據順序功能圖設計梯形圖的基礎，它適用于任意結構中的轉換。4．順序功能圖的特點由以上分析可知，順序功能圖就是由狀態(tài)、狀態(tài)轉移條件和轉移方向構成的流程圖。順序功能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)，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，順序功能圖可以使控制任務簡單化，給局部程序的編寫帶來了方便。（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，就可以進行程序設計。（4）順序功能圖容易理解，可讀性很強，能清楚地反映整個控制的工藝過程。（5）順序功能圖中兩個步不能直接相連，必須用一個轉換將它們隔開。兩個轉換也不能直接相連，必須用一個步將他們分隔開。（6）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)，初始步可以沒有動作，但它卻是必不可少的，否則系統(tǒng)無法返回到初始狀態(tài)。（7）自動控制系統(tǒng)應能夠多次重復執(zhí)行同一個工藝過程，因此在順序功能圖中一般應具有由步和有向連線構成的閉環(huán)，即在完成一次工藝過程的全部操作之后，應從最后一步返回到初始步或下一個工作周期的第一步。6.1.3步進順控指令及編程方法根據控制系統(tǒng)的順序功能圖設計梯形圖的方法稱為順序控制梯形圖的編程方法。主要有三種基本編程方法：使用起保停電路的編程方法、以轉換為中心的編程方法和步進順控指令編程法。下面將主要介紹步進順控指令編程方法。順序功能圖繪制好后，可以將其轉換成步進梯形圖，進而生成指令表程序。1．步進順控指令多數PLC都有專門用于編制順序控制程序的指令和編程元件。FX系列PLC僅有兩條步進順控指令，其中STL（StepLadder）是步進梯形指令，表示步進開始，以使該狀態(tài)的動作可以被驅動；RET是步進返回指令，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。為防止出現(xiàn)邏輯錯誤，步進順控程序的結尾必須使用RET步進返回指令。2．步進梯形圖的編制STL指令只有與狀態(tài)繼電器S配合才具有步進的功能，使用STL指令的狀態(tài)繼電器的常開觸點稱為STL觸點。使用STL和RET指令編制步進梯形圖的原則為：先進行負載的驅動處理，然后進行狀態(tài)的轉移處理，如圖6-11所示。從圖中可以看出順序功能圖和梯形圖之間的對應關系，STL觸點驅動的電路塊具有三個功能，即對負載的驅動處理、指定轉換條件和指定轉換目標。圖6-11順序功能圖和步進梯形圖除了并行流程的電路外，STL觸點是與左母線相連的常開觸點，當某一步為活動步時，對應的STL觸點接通，該步的負載被驅動。該步后面的轉換條件滿足時，轉換實現(xiàn)，即后續(xù)步對應的狀態(tài)被SET指令或是OUT指令置位，后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?，同時與原活動步對應的狀態(tài)被系統(tǒng)程序復位，原活動步對應的STL觸點斷開。3．編程的注意事項（1）STL指令只有與狀態(tài)繼電器S配合才具有步進功能。S0~S9用于初始步，S10~S19用于自動返回原點。（2）與STL觸點相連的觸點應使用LD或LDI指令，下一條STL指令的出現(xiàn)意味著當前STL程序區(qū)的結束和新的STL程序區(qū)的開始，最后一個STL程序區(qū)結束時一定要用RET指令，否則程序出錯。（3）初始狀態(tài)必須預先作好驅動，否則狀態(tài)流程不能向下進行。M8000是運行監(jiān)視信號，它在PLC的運行開關由STOP→RUN后一直得電，初始狀態(tài)S0一直處在被“激活”的狀態(tài)，直到PLC停電或是PLC運行開關由RUN→STOP。M8002是初始脈沖信號，它只在PLC運行開關由STOP→RUN時產生一個掃描周期的脈沖信號，初始狀態(tài)S0只被它“激活”一次。（4）STL觸點可以直接驅動或通過其他觸點驅動Y，M，S，T，C等元件的線圈。（5）由于CPU只執(zhí)行活動步對應的程序，在沒有并行流程結構時，任何時候只有一個活動步，因此使用STL指令時允許雙線圈輸出，即同一元件的線圈可以分別被幾個不同時閉合的STL觸點驅動。在并行流程結構中，同一元件的線圈不能在同時為活動步的STL程序區(qū)內出現(xiàn)。需要注意的是，狀態(tài)軟元件S在狀態(tài)轉移圖中不能重復使用。（6）STL觸點驅動的電路塊不能使用MC、MCR指令，同樣不能使用棧（MPS）指令，但是可以使用CJ指令。（7）順序不連續(xù)的狀態(tài)轉移不能使用SET指令，應改為OUT指令進行狀態(tài)轉移。（8）在活動狀態(tài)的轉移過程中，相鄰兩個狀態(tài)的狀態(tài)繼電器會同時ON一個掃描周期，可能會引起瞬時的雙線圈問題。因此，要注意兩個問題：一是定時器在下一次運行之前，應將它的線圈斷電復位。因此，同一定時器的線圈不可以在相鄰的狀態(tài)使用。二是為了避免不能同時動作的兩個輸出同時動作，除了在程序中設置軟件互鎖以外，還應在PLC外部設置硬件互鎖電路。（9）需要在停電恢復后繼續(xù)保持電路的運行狀態(tài)時，可以使用S500~S899停電保持型狀態(tài)繼電器。6.2.1單流程的程序設計1．單流程結構的設計步驟單流程結構是順序功能圖中最簡單的一種形式，其設計步驟如下：（1）根據控制要求，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，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）根據上述分析，畫出控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉移圖。（6）根據狀態(tài)轉移圖寫出指令表。2．單流程程序設計實例例題1：用步進順控指令設計一個三相異步電動機正反轉循環(huán)的控制系統(tǒng)。其控制要求如下：按下起動按鈕，電動機正轉3s，暫停2s，反轉3s，暫停2s，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，熱繼電器動作也可以使電機停止運行。解：（1）I/O分配根據控制要求，其I/O分配為X0：SB常開觸點（停止按鈕）；X1：SB1常開觸點（起動按鈕）；X2：FR常開觸點（熱繼電器）；Y0：KM1（電機正轉接觸器）；Y1：KM2（電機反轉接觸器）。根據以上分析繪制PLC的I/O接線圖，如圖6-12所示。（2）順序功能圖程序設計通過分析控制要求可知，這是一個單流程控制程序，其工作原理如圖6-13所示。根據工作流程圖畫出順序功能圖如圖6-14所示。圖6-12I/O接線圖圖6-13工作流程圖圖6-14順序功能圖（3）步進梯形圖及指令表程序由順序功能圖6-14可轉換成步進梯形圖，如圖6-15所示，并生成指令表程序如表6-1所示。圖6-15步進梯形圖表6-1指令表程序例題2：設計一個用PLC系統(tǒng)控制的搬運系統(tǒng)，要求將工件從A點搬運至B點?？刂埔笕缦拢菏謩硬僮鲿r，每個動作均能單獨操作，用于將機械手復位至原點位置；連續(xù)運行時，在原點位置按起動按鈕，機械手按圖6-16所示連續(xù)工作一個周期。一個周期的工作過程如下：原點→放松（2s）→下降→夾緊（2s）→上升→右移→下降→放松（2s）→上升→左移并夾緊至原點，原點位于左上限位置。圖6-16機械手動作示意圖（1）I/O分配根據控制要求，其I/O分配為X0：SA1（自動/手動轉換）；X1：SB1常開觸點（停止按鈕）；X2：SB2常開觸點（起動按鈕）；X3：SQ1常開觸點（上限位）；X4：SQ2常開觸點（下限位）；X5：SQ3常開觸點（左限位）；X6：SQ4常開觸點（右限位）；X7：SB3常開觸點（手動上升）；X10：SB4常開觸點（手動下降）；X11：SB5常開觸點（手動左移）；X12：SB6常開觸點（手動右移）；X13：SA2（夾緊/放松）；Y0：YA1（夾緊/放松電磁鐵）；Y1：YA2（上升）；Y2：YA3（下降）；Y3：YA4（左移）；Y4：YA5（右移）；Y5：HL1（原點指示）。根據以上分析繪制PLCI/O接線圖，如圖6-17所示。（2）順序功能圖程序設計通過分析控制要求可知，這是一個單流程控制程序，設計順序功能圖如圖6-18所示。圖6-17PLC系統(tǒng)I/O接線圖圖6-18搬運機械手順序功能圖（3）知識拓展同學們可以根據步進梯形圖和指令表程序的編制原則，將圖6-18搬運機械手的順序功能圖轉換成步進梯形圖和指令表程序，并進行以下思考：1）機械手在原點時，哪些信號是必須閉合的？自動運行時，要求哪些信號必須閉合才能起動？2）若在左限位增加一個光電檢測開關，檢測A點是否有工件，若有工件則機械手自動執(zhí)行程序，若無工件則機械手停留在原點位置，試將程序進行適當修改。6.2.2選擇流程的程序設計由兩個或兩個以上的分支流程組成的，根據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6-19所示為兩個支路的選擇流程程序。1．選擇流程程序的特點（1）從兩個流程中選擇執(zhí)行哪個流程由轉移條件X0和X3決定。（2）轉移條件X0和X3不能同時滿足，哪個先滿足就執(zhí)行哪個分支。（3）當S0處于活動步時，一旦X0轉移條件滿足，程序就向S20轉移，同時S0復位。即使以后X3轉移條件滿足了，程序也不會向S22轉移。（4）選擇流程合并時，狀態(tài)S24可以由S21或S23任意一個驅動。圖6-19選擇流程的結構形式2．選擇流程的編程選擇流程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”。選擇流程合并的編程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。圖6-19所示的選擇流程可以轉換成步進梯形圖，如圖6-20所示。圖6-20選擇流程的步進梯形圖圖6-20選擇流程的指令表程序如表6-2所示。表6-2選擇流程的指令表程序3．選擇流程程序設計實例例題3：用步進指令設計三相異步電機正反轉能耗制動的控制系統(tǒng)。其控制要求如下：按下正轉按鈕SB1，KM1接通，電動機正轉；按下反轉按鈕SB2，KM2接通，電動機反轉；按下停止按鈕SB，KM1或KM2斷開，KM3接通，進行能耗制動5秒鐘。要求有必要的電氣互鎖，若熱繼電器FR1動作，電動機停車。圖6-21PLC系統(tǒng)I/O接線圖解：（1）I/O分配根據控制要求，其I/O分配為X0：SB；X1：SB1；X2：SB2；X3：FR1（常開）。Y0：KM1；Y1：KM2；Y2：KM3。根據以上分析繪制PLC的I/O接線圖，如圖6-21所示。（2）順序功能圖程序設計通過分析控制要求可知，這是一個選擇流程控制程序，設計順序功能圖如圖6-22所示。圖6-22電機正反轉能耗制動的順序功能圖（3）步進梯形圖和指令表程序將上述順序功能圖轉換為步進梯形圖，如圖6-23所示。指令表程序略。圖6-23電機正反轉能耗制動的步進梯形圖例題4：設計一選擇性工作傳輸機控制系統(tǒng)，用于將大球、小球分類并分送至兩個不同的位置，其工作示意圖如圖6-24所示。傳輸機左、右運動由三相異步電機M驅動，上下運動則由電磁閥驅動氣缸來完成。解：（1）工作分析根據工作示意圖可知，選擇性工作傳輸機的動作有：上、下、左、右，分別對應驅動線圈Y2，Y0，Y4和Y3去執(zhí)行。由Y1去接通電磁鐵吸住球體。當吸到的是小球時機構到達下限位，則X2動作。否則，到了一定時間還沒有動作就說明機構不能到達下限，即吸到的是大球。再判斷，將球送到指定的位置。圖6-24選擇性工作傳輸機工作示意圖（2）I/O分配通過以上分析，繪制PLC系統(tǒng)的I/O接線圖，如圖6-25所示。圖6-25PLC外部I/O接線圖（3）順序功能圖程序設計通過以上分析可知，這是一個選擇流程控制程序，設計順序功能圖如圖6-26所示。圖6-26選擇性工作傳輸機順序功能圖6.2.3并行流程的程序設計由兩個或兩個以上的分支流程組成的，必須同時執(zhí)行各分支的程序，稱為并行流程程序。圖6-27所示為兩個并行分支的并行流程程序。1．并行流程的特點根據工作示意圖可知，選擇性工作傳輸機的動作有：上、下、左、右，分別對應驅動線圈Y2，Y0，Y4和Y3去執(zhí)行。由Y1去接通電磁鐵吸住球體。當吸到的是小球時機構到達下限位，則X2動作。否則，到了一定時間還沒有動作就說明機構不能到達下限，即吸到的是大球。再判斷，將球送到指定的位置。2．并行流程的編程并行流程分支的編程與選擇流程分支的編程一樣，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。并行流程合并的編程也是先進行匯合狀態(tài)的驅動處理，然后按順序向匯合狀態(tài)進行轉移處理。圖6-27所示的并行流程轉換的步進梯形圖如圖6-28所示，指令表程序如表6-3所示。圖6-27并行流程的結構圖6-28并行流程步進梯形圖表6-3并行流程的指令表程序3．并行流程程序設計實例例題5：設計一個用PLC控制的十字路口交通燈的控制系統(tǒng)，其控制要求如下：自動運行時，按起動按鈕，交通燈系統(tǒng)按圖6-29所示要求開始工作（綠燈閃爍的周期為1s）；按停止按鈕，所有信號燈都熄滅；手動運行時，兩方向的黃燈同時閃爍，周期是1s。圖6-29交通燈系統(tǒng)工作示意圖解：（1）I/O分配根據控制要求，其I/O分配為X0：起動按鈕SB1；X1：手動開關SA；X2：停止按鈕SB0；Y0：東西向綠燈；Y1：東西向黃燈；Y2：東西向紅燈；Y3：南北向綠燈；Y4：南北向黃燈；Y5：南北向紅燈。繪制I/O接線圖如圖6-30所示。圖6-30PLC系統(tǒng)I/O接線圖（2）順序功能圖程序設計根據交通燈控制要求，繪制出其工作時序圖，如圖6-31所示。由時序圖可知，東西方向和南北方向各信號燈是兩個同時進行的獨立順序控制過程，是一個典型的并行流程控制程序。設計順序功能圖如圖6-32所示，轉換成步進梯形圖如圖6-33所示。（3）思考交通信號燈的控制程序也可以編制成單流程結構，同學們可以思考設計。圖6-31交通燈工作時序圖圖6-32交通燈順序功能圖圖6-33交通燈步進梯形圖6.2.4跳步和循環(huán)流程的程序設計前面詳細介紹了順序功能圖的三種基本結構，即單流程、選擇流程和并行流程。下面再介紹兩種常見的流程結構：跳轉和循環(huán)流程。1．跳轉流程的程序設計凡是不連續(xù)的狀態(tài)之間的轉移都稱為跳轉。跳轉其實屬于選擇序列的一種特殊情況，有正向跳轉、逆向跳轉、向其他程序跳轉等多種形式，如圖6-34所示。必須注意的是，跳轉流程中狀態(tài)的轉移都使用OUT指令而不用SET指令。圖6-35中，當步S21是活動步，并且X5轉移條件滿足時，將跳過步S22，由步S21進展到步S23。這種跳步與S21~S23組成的主序列中有向連線的方向相同，屬于正向跳步。當步S24是活動步，而且轉換條件時，將從步S24返回到步S23，稱為逆向跳步。a）正向跳轉b）逆向跳轉c）向其他程序跳轉圖6-34跳轉流程的形式2．循環(huán)流程的程序設計在設計梯形圖程序時，經常會遇到一些需要多次重復的操作，例如要求某電動機正轉運行5s，反轉運行10s，重復10次后停止運行。如果將這個過程分為20步，一步一步的地編程，顯然是非常繁瑣的，可以借助用計算機高級語言中的循環(huán)語句的思想來設計順序功能圖。圖6-35中，假設要求重復執(zhí)行4次由步S23和步S24組成的工藝過程，用C0控制循環(huán)次數，它的設定值等于循環(huán)次數4。每執(zhí)行一次循環(huán)，在步S24中使C0的當前值增加1。每次執(zhí)行完循環(huán)的最后一步之后，根據C0的當前值是否為零來判斷是否應該結束循環(huán)，這是用步S24之后選擇序列的分支來實現(xiàn)的。如果轉移條件，則系統(tǒng)返回到步S23，如果轉移條件，則系統(tǒng)由步S24進展到步S25。在循環(huán)程序執(zhí)行之前或執(zhí)行之后，應將控制循環(huán)的計數器復位。復位后，計數器的當前值為零，才能保證下一次循環(huán)時計數器能正常工作，復位操作應放在循環(huán)之外。循環(huán)其實也屬于選擇序列的一種特殊情況。圖6-35復雜的順序功能圖3．復雜流程程序設計實例例題6：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，人行道和車道指示燈工作如圖6-36所示。解：（1）I/O分配通過對控制要求和指示燈工作時序圖的分析，繪制出PLC系統(tǒng)I/O接線圖，如圖6-37所示。圖6-36按鈕式人行橫道指示燈工作時序圖圖6-37PLC系統(tǒng)I/O接線圖（2）順序功能圖程序設計根據控制要求，當未按下X0或X1按鈕時，人行道紅燈和車道綠燈亮；當按下X0或X1時，人行道指示燈和車道指示燈同時開始運行，因此該流程是具有兩個分支的并行性流程。順序功能圖程序如圖6-38所示。圖6-38按鈕式人行橫道指示燈順序功能圖（3）步進梯形圖程序根據步進指令的編程方法，將按鈕式人行橫道指示燈順序功能圖轉換為步進梯形圖，如圖6-39所示。圖6-39按鈕式人行橫道指示燈步進梯形圖前面主要介紹了使用步進順控指令來設計順序控制梯形圖，下面簡單介紹如何使用輔助繼電器進行順序控制梯形圖的程序設計。6.3.1程序設計思路（1）用輔助繼電器M來代替順序功能圖中的狀態(tài)繼電器S。當某一步為活動步時，對應的輔助繼電器為ON，當轉移實現(xiàn)時，該轉移的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬剑凹壊阶優(yōu)榉腔顒硬?。?）根據順序功能圖設計梯形圖。因為多數轉移條件都是短暫信號，即它存在的時間比激活后續(xù)步所用的時間要短，因此應該使用帶有保持功能（起保停電路或置位復位電路）的電路來控制代表步的輔助繼電器M，然后通過輔助繼電器M的觸點來控制輸出繼電器Y。這種設計思想僅使用了與觸點、線圈有關的指令，是一種通用的編程方法，適用于任意型號的PLC。6.3.2使用起保停電路的編程方法設計起保停電路的關鍵是找出它的起動條件和停止條件。如圖6-40a所示，M1、M2和M3是順序功能圖中順序相連的三步，X1是步M2之前的轉移條件。由轉換實現(xiàn)的基本原則可知，步M2變?yōu)榛顒硬降臈l件是M1為活動步，并且轉換條件X1=1。在起保停電路中，則應將M1和X1的常開觸點串聯(lián)后作為控制M2的起動電路。當M2和X2均為ON時，步M3變?yōu)榛顒硬剑@時步M2應變?yōu)椴换顒硬?，因此可以將M3=1作為輔助繼電器M2失電的條件,如圖6-40b。a）順序功能圖b）用起保停電路實現(xiàn)圖6-40用起保停電路實現(xiàn)程序設計

由于步是根據輸出變量的狀態(tài)變化來劃分的，因此它們之間有著簡單的對應關系，可以分兩種情況來處理：（1）當某輸出繼電器僅在某一步中為ON時，可以將它的線圈和該步所對應的輔助繼電器M的線圈并聯(lián)。（2）當某輸出繼電器在幾步中都為ON時，應將各有關步的輔助繼電器的常開觸點并聯(lián)后再驅動該輸出繼電器的線圈。1．單流程的程序設計圖6-41是動力頭控制系統(tǒng)的順序功能圖，M0~M4分別代表初始、快進、工進、延時和快退共5步。用起保停電路設計的順序控制梯形圖如圖6-42所示，為了避免出現(xiàn)雙線圈不能將Y1的兩個線圈分別與M1和M2的線圈并聯(lián)。2．選擇流程和并行流程的程序設計圖6-43和圖6-44分別是選擇流程和并行流程的順序功能圖，用起保停電路轉換成順序功能梯形圖分別對應于圖6-45和圖6-46。圖6-41動力頭控制系統(tǒng)順序功能圖圖6-42動力頭控制系統(tǒng)的順序控制梯形圖圖6-43選擇流程的順序功能圖圖6-44并行流程的順序功能圖圖6-45選擇流程的順序控制梯形圖圖6-46并行流程的順序控制梯形圖6.3.3以轉換為中心的編程方法如圖6-47所示，為該編程方法設計的順序功能圖和梯形圖的對應關系。實現(xiàn)圖中X1對應的轉換，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，用M1和X1的常開觸點閉合來表示上述條件。當兩個條件同時滿足時，應完成兩個操作，即將該轉換的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?，用“SETM2”指令將M2置位；將該轉換的前級步變?yōu)椴换顒硬?，用“RSTM1”指令將M1復位。圖6-47以轉換為中心的編程方法1．單流程的程序設計在順序功能圖中，用轉移的前級步對應的輔助繼電器M的常開觸點和轉移條件對應的觸點在電路串聯(lián)，將它作為轉移的后續(xù)步對應的輔助繼電器置位和前級步對應的輔助繼電器復位的條件。這種設計方法特別有規(guī)律，初學者容易掌握，但是在使用這種方法時，不能將輸出繼電器的線圈與SET和RST指令并聯(lián)，因為前級步和轉移條件的串聯(lián)電路接通的時間相當短，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。圖6-48a是某信號燈控制系統(tǒng)的時序圖、順序功能圖，圖6-48b是以轉換為中心的編制方法所繪制的順序控制梯形圖。a）信號燈控制系統(tǒng)順序功能圖b）信號燈控制系統(tǒng)順序控制梯形圖圖6-48單流程的程序設計2．選擇流程和并行流程的程序設計圖6-49a是選擇流程的順序功能圖，6-49b是用以轉換為中心的編程方法設計的順序控制梯形圖。a）選擇流程順序功能圖b）選擇流程順序控制梯形圖圖6-49選擇流程的程序設計圖6-50a是并行流程的順序功能圖，6-50b是用以轉換為中心的編程方法設計的順序控制梯形圖。a）并行流程的順序功能圖b）并行流程的順序控制梯形圖圖6-50并行流程的程序設計習題6-1簡述順序功能圖編程的步驟。6-2順序功能圖的組成要素有哪些？6-3順序功能圖要實現(xiàn)轉換必須滿足什么條件？6-4設計彩燈順序控制系統(tǒng)，并生成步進梯形圖?？刂埔螅海?）A亮1S，滅1S；B亮1S，滅1S；（2）C亮1S，滅1S；D亮1S，滅1S；（3）A、B、C、D亮1S，滅1S；（