第十讲可编程控制器的顺序控制

第十讲可编程控制器的顺序控制 • 本讲你将学习以下内容： • 1、了解顺序功能图的构成。 • 2、掌握顺序控制设计法的设计规律 • 3、掌握顺序功能控制的步骤 • 4、理解顺序功能图的三种结构

本讲教学目的： 1、掌握顺序控制设计法的设计规律 2、掌握顺序功能控制的步骤 3、状态转移图转换为梯形图步骤

一、顺序控制设计法和功能流程图 顺序控制：按照工艺过程预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，让生产过程的各个执行机构自动有序的进行操作。系统工艺过程顺序控制法的思路顺序功能图以机械下面手为例来说明顺序功能图的绘制方法梯形图

案例1：机械手顺序控制

对于一个顺序控制我们需要首先分析下面三个问题：对于一个顺序控制我们需要首先分析下面三个问题： 8 1、机械手可以化分为那几步? 2、每一步都做了什么事? 3 、由一步向另外一步转化时需要哪些件? 4 5 7 3 1 6 2

机械手的工作过程： 至SQ2处已夹紧至SQ1处碰到SQ3 启动且B点有物品 SQ1 下降加紧上升左移初始位置碰到SQ1 已松开碰到SQ2 碰到SQ4 右移上升松开下降步转移转移条件负载功能流程图

开始二、绘制功能流程图的基本步骤启动第1步下降下限位第2步夹紧定时5S 定时时间到第3步上升上限位第4步左行左限位第5步下降下限位定时5S 第6步放松定时时间到第7步上升上限位第8步右行右限位

1、步的划分 1）步的划分原则 ①概念:将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步.并且用编程元件M或S来代表各步。步是根据PLC输出状态的变化来划分的,在任何一步内，各输出状态不变，但是相邻步之间输出状态是不同的。例如：

2）步的分类 ①初始步：初始状态所对应的步，即系统等待命令的相对静止状态。用双线的方框表示。每个顺序功能图至少要一个初始步。一般初始步由M8002触点驱动。 M8002 S0

M8002 S0 X0 Y0 S20 X4 S21 T0 k30 ②活动步:当系统处于某步所在阶段时，该步处于活动的状态，其相对应的状态被执行。当此步变为不活动步时，该步对应的非存储性动作被停止执行。某一步变为活动步的两个条件: ①该步的前级步为活动步； ② 相应的转换条件得到满足。

2、负载（或动作）：某一步要向被控系统发出某些“命令”，将这些动作或命令简称为负载（或动作）。2、负载（或动作）：某一步要向被控系统发出某些“命令”，将这些动作或命令简称为负载（或动作）。 M8002 S0 T0 K50 S21

3、转移 功能表图中步的活动状态的顺序进展按有向连线规定的路线和方向进行。活动状态的进展方向习惯上是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述的方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。 M8002 S0 T0 K50 S21

4、转换：转换是用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。4、转换：转换是用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。 M8002 S0 T0 K50 S21

5、转换条件的确定 ①使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。 ②转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开 ③转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。 S0 X0 Y0 S21 X0.X1 S22 T0 K20 X0+X1 S23

初始步名称 工作步名称或表4.1 功能流程图图元

功能流程图的绘制规则： （1）一个功能流程图至少要有一个初始步。（2）顺序控制过程的所有步按控制过程的进行顺序从上到下画在一条竖带上，表示步的矩形框内写步的名称。（3）步与步不能直接相连，必须用转移分开。（4）转移与转移不能直接相连，必须用步分开，转移目的地明确时用表示，转移目的地会产生歧义时用表示。（5）转移条件画在转移上，在旁边写上转移条件的名称。（6）负载画在步的右边，连到相应的步上。

负载负载初始步(停止) 初始步(停止) 转移条件0（启动）转移条件0（启动）工作步1 负载工作步1 负载转移条件1 转移条件1 工作步2 负载工作步2 负载转移条件2 转移条件2 转移条件n-1 转移条件n-1 工作步n 负载工作步n 负载转移条件n 转移条件n (b)自动循环 (a)手动循环按照以上规则，顺序控制的两种循环方式的功能流程图如下图所示。

三、状态转移图与步进梯形图 状态转移图状态转移图（SFC）就是用步（用S电器表示）、转移、转移条件（用可编程控制器的软电器表示）、负载（用可编程控制器的软电器表示）来描述顺序控制过程的一种图形。可见，状态转移图就是功能流程图在可编程控制器上的具体实现。采用步进指令进行程序设计时，首先要设计系统的顺序功能图（状态转移图），然后将顺序功能图转换成梯形图就是步进梯形图（STL）。步进梯形图

M8002 S0 X0 S21 Y1 X3 T37 S22 SET Y4 T37 S23 Y0 X2 S24 Y2 X4 S25 Y1 X3 S26 RST Y4 T38 T38 S27 Y0 X2 Y3 S28 X5 1、状态转移图（顺序功能图SFC）

初始步 工作步负载转移条件 1、状态转移图（顺序功能图SFC）是一种通用的技术语言。主要由步、转移、转移条件和负载（动作或命令）组成。转移每一步所完成的工作将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的工作阶段使系统由前级步进入下一步的信号称为转移条件

（1）为初始步选定一个初始化状态继电器。FX系列PLC的初始化状态继电器是S0~S9，共10个。一个初始化状态继电器标志一连串顺序动作的开始。（1）为初始步选定一个初始化状态继电器。FX系列PLC的初始化状态继电器是S0~S9，共10个。一个初始化状态继电器标志一连串顺序动作的开始。 • （2）为每个工作步选定一个状态继电器。 • （3）把转移条件全部用PLC的软电器来表示。 • （4）把负载全部用PLC的软电器来表示。 • （5）参照功能流程图，把各步的名称替换为所选定的状态继电器（S电器）的编号；把全部转移条件替换为PLC的相应软电器的符号；把全部负载替换为PLC的相应软电器的符号。 • （6）在初始步上加上一个进入初始步的转移和转移条件（如+M8002）绘制状态转移图（SFC）的具体步骤：

几点说明： • 若某个负载在连续两步以上都通电的，则在该负载开始通电的步中，用SET指令使其置位，而在该负载结束通电的步中，用RST指令使其复位，该负载开始通电步和结束通电步之间的步，不再画该负载。 • 在某步中未用SET指令置位的负载，当该步结束时该负载即自动断电。 • 状态继电器所起的作用是：①标志一个步； ②驱动对应的负载；③提供转移到下一步的条件（为下一步的状态继电器置位）

2、步进指令及梯形图 步进指令又称STL指令。 • 步进指令STL只有与状态继电器S配合时才具有步进功能。使用STL指令的状态继电器常开触点，称为STL触点，图形符号是，没有常闭的STL触点。用状态继电器代表功能图的各步，每一步都具有三种功能：负载的驱动处理、指定转换条件和指定转换目标。使STL复位的指令是RET指令。

Y000 S20 驱动处理转换条件 S20 Y000 转换目标 X001 X001 转换条件 SET S21 S21 S21 转换目标驱动处理步进指令及梯形图 STL S20 OUT Y000 LD X001 SET S21 STL S21 图4.1STL指令与状态转移图

（1） 画状态转移图和步进梯形图时的注意事项 STL触点是与左母线相连的常开触点，类似于主控触点，并且同一状态继电器的STL触点只能使用一次（并行序列的合并除外）。与STL触点相连的触点应使用LD或LDI指令，使用过STL指令后，应用RET指令使LD点返回左母线。梯形图中同一元件的线圈可以被不同的STL触点驱动，即使用STL指令时，允许双线圈输出。但同一定时器线圈不能出现在相邻的两个步中。如图4.2. STL触点之后不能使用MC/MCR指令。

S50 S50 S50 T50 S50 S50 S55 S55 S55 （b）（a）（c） Y001 T50 T50 K10 K10 T50 T50 K20 Y001 T50 K20 图4.2 同一软电器线圈的重复使用

状态转移时，转移瞬间（一个扫描周期），相邻两个状态同时接通，对有互锁要求的负载，在程序中应采取互锁措施，在硬件上也应采取互锁措施。如图4.3状态转移时，转移瞬间（一个扫描周期），相邻两个状态同时接通，对有互锁要求的负载，在程序中应采取互锁措施，在硬件上也应采取互锁措施。如图4.3 跨步转移或跨流程转移时，状态转移图的画法如图4.4 状态转移图中的转移线不能交叉.如图4.5. 在步进梯形图中，程序开始运行时，初始化状态继电器由STL触点外的其他触点（如8002）用SET指令置位。顺序控制过程结束后，如果还要回到初始状态，初始化状态继电器由STL触点和其他类型的触点共同驱动，由OUT指令置位。

Y001 KM2 S10 Y000 X1 Y1 KM1 X2 Y2 KM2 X001 KM1 Y000 … … S11 Y001 COM COM ～ X002 S12 图4.3 相邻步中互锁的处理

S25 S25 S25 S25 S26 S26 S27 S26 S26 S27 S27 S27 S27 S25 S28 S28 S28 S28 转移方式表达方式转移方式表达方式（a）向上转移（b）向下转移

S1 S1 S0 S0 S10 S20 S10 S21 S20 S11 S21 S11 S21 S12 S22 S12 S22 转移方式表达方式（c）跨流程转移图4.4 跨步转移或跨流程转移时的处理

S20 S20 S21 S21 S22 S30 S22 S30 S23 S24 S31 S23 S24 S31 S25 S25 （a）（b）图4.5 转移交叉时的处理

在步进梯形图中，非初始化状态继电器（S10及以后的S电器）只能由STL触点用SET指令驱动，不能由其他触点驱动在步进梯形图中，非初始化状态继电器（S10及以后的S电器）只能由STL触点用SET指令驱动，不能由其他触点驱动在步进梯形图中，SET指令与OUT指令对于STL触电后的状态继电器的作用是相同的，当SET指令与OUT指令有效时，它们驱动的状态继电器均置位并保持，即开始下一步，结束当前步。两者的区别在于，SET指令用于向连续的状态转移，而OUT指令用于向分离的状态转移。在步进梯形图中，若STL后触点连接有多条支路，其中没有串联触点的支路要排在最下面。如图4.6.

M8002 M8002 M100 M20 OUT S8 S0 S9 S5 S50 S10 S60 S20 S51 S11 S61 S21 S52 S12 S62 S22 OUT S53 S13 S63 S23 OUT （a）向上转移（b）向下转移（c）向外转移图4.6 OUT指令的使用

RET 在步进梯形图的STL触点后所连的电路中，进行状态转移的支路要排在下面，如图4.7. 用步进梯形图所描述的一个顺序控制过程，在最后一步的STL触点后所连的电路中的最后一条电路必须为“”. 在控制电路中，有时，转移条件由几个触点串联或并联而成，这时转移条件的处理如图4.8 状态继电器的转移目的地可以是其自身，这时在步进梯形图中该状态继电器要用RST指令复位。如图4.9.

S20 Y000 S20 S20 M20 Y000 Y000 Y001 M20 Y002 Y001 Y002 M20 M8000 Y002 (a)错误顺序 Y001 (b)正确顺序 (c)正确顺序图4.7 STL触点后的电路顺序

S0 … S20 S10 S10 Y000 Y000 Y002 Y000 Y002 Y002 M20 X001 M20 SET S11 S0 SET S11 S11 Y002 RET S11 (a)错误 (b)正确 (c)正确图4.8 进行状态转移的支路位置

X007 X007 S50 S50 SET Y001 SET Y001 X010 X010 S50 (a)转移方式 (b)表达方式 S50 X007 SET Y001 X010 SET S50 (c)梯形图图4.9 状态继电器的自复位

OR MPS PLS LD AND LDI PLF INV ANI MRD ORI MC ANB 指令 ANDP SET OUT LDP ORF MPP LDF RST ANDF 状态 ORB MCR 步进梯形图可以使用的基本逻辑指令如表4.2 表4.2 步进梯形图中可用的基本逻辑指令

①STL指令不能用在中断程序和子程序内使用 ②STL指令内可以使用跳转指令，但是容易出错，最好不要使用。顺序控制中经常使用如表4.3所列的特殊辅助继电器来实现一些特殊功能。

表4.3 步进梯形图中常用的特殊辅助继电器

X010 M100 X011 M101 S10 X001 S10 X001 Y001 Y001 X010 M100 SET S11 SET S11 X011 M101 状态内有上升沿检测触点或下降沿检测触点时，状态断开后，若上升沿检测触点或下降沿检测触点的状态发生变化时，则这种变化在状态再次接通时才会被检测出。如图4.10 。 (a)不可用电路 (b)可用电路图4.10 状态中使用上升沿检测触点或下降沿检测触点

例：绘制机械手状态转移图的方法。

（1）分析控制过程，确定输入输出，列出I/O分配表。（1）分析控制过程，确定输入输出，列出I/O分配表。输入地址分配启动按钮（SB1） X0 停止按钮（SB2） X1 上限位开关（SQ1） X2 下限位开关（SQ2） X3 左限位开关（SQ3） X4 右限位开关（SQ4）X5 输出地址分配上升电磁阀（YV1） Y0 下降电磁阀（YV2） Y1 左行电磁阀（YV3） Y2 右行电磁阀（YV4） Y3 夹紧电磁阀（YV5) Y4

开始启动第1步下降下限位第2步夹紧定时5S 定时时间到第3步上升上限位第4步左行左限位第5步下降下限位定时5S 第6步放松定时时间到第7步上升上限位第8步右行右限位（2）绘制顺序功能流程图

M8002 S0 X0 S21 Y1 X3 T37 S22 SET Y4 T37 S23 Y0 X2 S24 Y2 X4 S25 Y1 X3 S26 RST Y4 T38 T38 S27 Y0 X2 Y3 S28 X5 （3）绘制状态转移图

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