第7章單流程步進指令實訓

7.1基礎知識7.2配料小車的PLC控制實訓7.3混料罐的PLC控制實訓7.4機械手的PLC控制實訓7.5機械滑臺的PLC控制實訓7.6紅綠燈信號的PLC控制實訓

本章從介紹步進控制的單流程狀態法入手，通過應用實例的實訓使學生掌握：狀態轉移圖，梯形圖和指令表的編寫方法，重點是狀態轉換圖，圖中包含了程序所需要的全部狀態及狀態間的關聯。針對具體狀態來說，狀態轉換圖給出該狀態的任務及狀態轉換的條件及方向。采用狀態法編程序一般先繪出狀態轉移圖，然后轉換為梯形圖。7.1基礎知識

FX系列PLC除了基本指令20條之外，還有兩條簡單的步進指令，其目標器件是狀態器，用類似于順序功能圖SFC語言的狀態轉移圖方式編程。這種編程方法可用于編制復雜的順控程序，此梯形圖更直觀，也為更多的電氣技術人員所接受。下面介紹步進指令用于順序控制的編程方法。使用PLC完成自動臺車的控制，臺車系統工況示意圖如圖7.1所示。圖7.1臺車自動往返系統工況示意圖

1.控制工藝基礎知識某一個工作周期的控制工藝要求如下：

(1)按下啟動按鈕SB，臺車電機M正轉，臺車前進，碰到限位開關SQ1后，臺車電機M反轉，臺車后退。

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

(3)當后退再次碰到限位開關SQ2時，臺車停止。

2.輸入、輸出端口配置臺車自動往返系統輸入、輸出端口配置如表7-1所示。表7-1臺車自動往返系統輸入、輸出端口配置

3.編程

1)繪制流程圖流程圖是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形，又叫功能表圖(FunctionChart)。流程圖主要由步、轉移(換)、轉移(換)條件、線段和動作(命令)組成。圖7.2是臺車自動往返系統狀態轉移流程圖。該臺車的工作過程一次循環分為前進、后退、延時、前進、后退五個工步。每一步用一個矩形方框表示，方框中用文字表示該步的動作內容或用數字表示該步的標號。與控制過程的初始狀態相對應的步稱為初始步。初始步表示操作的開始。每步所驅動的負載(線圈)用線段與方框連接。方框之間用線段連接，表示工作轉移的方向，習慣的方向是從上至下或從左至右，必要時也可以選用其他方向。線段上的短線表示工作轉移條件。方框與負載連接的線段上的短線表示驅動負載的聯鎖條件，當聯鎖條件得到滿足時才能驅動負載。本例中無聯鎖條件。轉移條件和聯鎖條件可以用文字或邏輯符號標注在短線旁邊。例如用邏輯符號X000表示的轉移條件是動合觸點閉合。當相鄰兩步之間的轉移條件得到滿足時，轉移去執行下一步動作，而上一步動作便結束，這種控制稱為步進控制。圖7.2中，在初始狀態下，按下前進啟動按鈕(X000動合觸點閉合)，則小車由初始狀態轉移到前進步，驅動對應的輸出繼電器Y001，當小車前進至前限位時，X001動合觸點閉合，則小車由前進步轉移到后退步。完成了一個步進，以下的步進讀者可以自行分析。圖7.2臺車自動往返系統流程圖

2)繪制狀態轉移圖順序控制若采用步進指令編程，則需根據流程圖畫出狀態轉移圖。狀態轉移圖是用狀態繼電器(簡稱狀態)描述的流程圖。狀態元件是構成狀態轉移圖的基本元素，是可編程控制器的軟元件之一。FX2共有1000個狀態元件，其分類、編號、數量及用途如表7-2所示。表7-2FX2的狀態元件流程圖中的每一步，可用一個狀態來表示，由此繪出圖7.2所示臺車流程圖的狀態轉移圖，如圖7.4所示。分配狀態的元件如下：注意：雖然S20與S23、S21與S24的功能相同，但它們是狀態轉移圖中的不同工序，也就是不同狀態，故編號也不同。狀態可提供以下三種功能(稱為狀態三要素)：

(1)驅動負載。狀態可以驅動M、Y、T、S等線圈，可以直接驅動和用置位SET指令驅動，也可以通過觸點聯鎖條件來驅動。例如當狀態S20置位后，它可以直接驅動Y001。

(2)指定轉移的目的地。狀態轉移的目的地由連接狀態之間的線段指定，線段所指的狀態即為指定轉移的目的地。例如S20轉移的目的地為S21。

(3)給出轉移條件。狀態轉移的條件用連接兩狀態之間的線段上的短線來表示。當轉移條件得到滿足時，轉移的狀態被置位，而轉移前的狀態(轉移源)自動復位。例如當X001動合觸點瞬間閉合時，狀態S20將轉移到S21。這時S21被置位，而S20自動復位。狀態的轉移條件可以是單一的，也可以是多個元件的串、并聯組合，如圖7.3所示。圖7.3狀態的轉移條件在使用狀態時還需要說明以下問題：

(1)狀態的置位要用SET指令，這樣狀態才具有步進功能。它除了提供步進觸點外，還提供一般的觸點。步進觸點(STL觸點)只有動合觸點，用一般觸點有動合觸點和動斷觸點。當狀態被置位時，其STL觸點閉合，用它去驅動負載。

(2)用狀態驅動的M、Y若需在狀態轉移后繼續保持接通，則需用SET指令；若需要復位，則需用RST指令。

(3)只要在不相鄰的步進段，可重復使用同一編號的定時器。這樣，在一般的步進控制中只需使用2～3個定時器就夠了，可以省略很多定時器。

(4)狀態也可以作為一般中間繼電器使用，其功能與M一樣，但作一般中間繼電器使用時就不能再提供STL觸點。

3)設計步進梯形圖前面講過，每個狀態提供一個STL觸點，當狀態置位時，其步進觸點接通。用步進觸點連接負載的梯形圖稱為步進梯形圖，它可以根據狀態轉移圖來繪制。由臺車狀態轉移圖繪制的步進梯形圖如圖7.4所示。下面對繪制步進梯形圖的要點作一些說明：

(1)狀態必須用SET指令置位才具有步進控制功能，這樣狀態才能提供STL觸點。

(2)狀態轉移圖除了并聯分支與聯接的結構以外，STL觸點基本上都是與母線連接的，通過STL觸點直接驅動線圈，或通過其他觸點來驅動線圈。線圈的通斷由STL觸點的通斷來決定。

(3)在步進程序結束時要用RET指令使后面的程序返回原母線。圖7.4臺車自動往返控制狀態轉移圖和步進梯形圖

4)編制語句表由步進梯形圖可用步進指令編制出語句表程序。步進指令由STL/RET指令組成。STL指令稱為步進觸點指令，用于步進觸點的編程；RET指令稱為步進返回指令，用于步進結束時返回原母線。由步進梯形圖編制語句表的要點是：

(1)對STL觸點要用STL指令，而不能用LD指令。

(2)與STL觸點直接連接的線圈用OUT指令或SET指令。與STL觸點連接的常開觸點，應使用LD指令；與STL觸點連接的常閉觸點，應使用LDI指令，而不能使用AND或ANI指令。

(3)步進程序結束時要寫入RET指令。臺車自動往返系統語句表如下：

LDM8002

SETS0

STLS0

LDX000

SETS20

STLS20

LDIY002

OUTY001

LDX001

SETS21

STLS21

LDIY001

OUTY002

LDX002

SETS22

STLS22

OUTT0

K50

LDT0

SETS23

STLS23

LDIY002

OUTY001

LDX003

SETS24

STLS24

LDIY001

OUTY002

LDX002

OUTS0

RET

END7.2配料小車的PLC控制實訓

1．實訓目的實訓目的如下：

(1)了解狀態的三要素；

(2)認識狀態轉移圖的特點；

(3)掌握狀態轉移程序的執行情況；

(4)掌握單流程狀態轉移圖的編程原則和編程方法。

2．實訓要求啟動按鈕S01用來開啟運料小車，停止按鈕S02用來手動停止運料小車。按S01小車從原點啟動，KM1接觸器吸合使小車向前運行直到碰SQ2開關停，KM2接觸器吸合使甲料斗裝料5s，然后小車繼續向前運行直到碰SQ3開關停，此時KM3接觸器吸合使乙料斗裝料3s。隨后KM4接觸器吸合，小車返回原點直到碰SQ1開關停止，KM5接觸器吸合使小車卸料5s后完成一次循環。

PLC控制運料小車示意圖如圖7.5所示。圖7.5PLC控制運料小車示意圖

3.實訓內容及步驟實訓內容及步驟如下：

(1)配料小車輸入、輸出端口配置如表7-3所示。

(2)畫出I/O接線圖。

(3)下面有四個小題，學生可以有選擇地進行練習。①要求小車連續循環與單次循環可按S07自鎖按鈕進行選擇，當S07為“0”時，小車連續循環；當S07為“1”時，小車單次循環。根據要求畫出狀態轉移圖，寫出梯形圖程序和語句表，然后用FX2系列PLC簡易編程器或計算機軟件進行程序輸入。配料小車第一題參考狀態轉移圖如圖7.6所示，梯形圖及語句表如圖7.7所示。表7-3配料小車輸入、輸出端口配置圖7.6配料小車第一題狀態轉移圖圖7.7配料小車第一題梯形圖與語句表②小車連續循環，按停止按鈕S02小車完成當前運行環節后，立即返回原點，直到碰SQ1開關時立即停止；當再按啟動按鈕S01時小車重新運行。根據要求畫出狀態轉移圖，寫出梯形圖程序和語句表，然后用FX2系列PLC簡易編程器或計算機軟件進行程序輸入。配料小車第二題參考狀態轉移圖如圖7.8所示，梯形圖及語句表如圖7.9所示。③要求連續作3次循環后自動停止，中途按停止按鈕S02則小車完成一次循環后才能停止。根據要求畫出狀態轉移圖，寫出梯形圖程序和語句表，然后用FX2系列PLC簡易編程器或計算機軟件進行程序輸入。配料小車第三題參考狀態轉移圖如圖7.10所示。圖7.8配料小車第二題參考狀態轉移圖圖7.9配料小車第二題梯形圖及語句表圖7.10配料小車第三題參考狀態轉移圖④啟動按鈕S01用來開啟運料小車，停止按鈕S02用來手動停止運料小車。按S01小車從原點啟動，KM1接觸器吸合使小車向前運行直到碰SQ2開關停。KM2接觸器吸合使甲料斗裝料5s，隨后KM4接觸器吸合小車返回原點碰SQ1開關停。KM5接觸器吸合使小車卸料5s，然后小車再次向前運行直到碰SQ3開關停，此時KM3接觸器吸合使乙料斗裝料3s，隨后KM4接觸器吸合小車返回原點直到碰SQ1開關停止。KM5接觸器吸合使小車卸料5s后完成一次循環。啟動后，小車要連續作3次循環后自動停止。中途按下停止按鈕S02，小車立即停止(料斗裝料及小車卸料均不受此限制)。當再按啟動按鈕S01，小車繼續運行。配料小車第四題參考狀態轉移圖如圖7.11所示。圖7.11配料小車第四題參考狀態轉移圖7.3混料罐的PLC控制實訓

1．實訓目的實訓目的如下：

(1)按混料罐的實訓要求，編制單流程的狀態轉移圖；

(2)掌握狀態三要素法的編程技巧；

(3)學會用三要素編程技巧編制混料罐的梯形圖；

(4)按實訓的要求觀察輸出執行的結果。

2．實訓要求

(1)有一混料罐裝有兩個進料泵控制兩種液料的進罐，裝有一個出料泵控制混合料出罐，另有一個混料泵用于攪拌液料。罐體上裝有三個液位檢測開關SI1、SI4、SI6，分別送出罐內液位低、中、高的檢測信號，罐內與檢測開關對應處有一只裝有磁鋼的浮球作為液面指示器(浮球到達開關位置時開關吸合，離開時開關釋放)?；炝瞎薰に囀疽鈭D如圖7.12所示。在操作面板設有一個混料配方選擇開關S07，用于選擇配方1或配方2；設有一個啟動按鈕S01，當按下S01后，混料罐就按給定的工藝流程開始運行；設有一個停止按鈕S02作為流程的停運開關；循環選擇開關S08作為流程的連續循環與單次循環的選擇開關。圖7.12混料罐工藝示意圖

(2)混料罐的工藝流程如下：

3．實訓內容及步驟實訓內容及步驟如下：

(1)混料罐輸入、輸出端口配置如表7-4所示。

(2)畫出I/O接線圖。

(3)以下有四個小題，學生可以有選擇地進行練習。①要求混料罐連續循環與單次循環可按S08自鎖按鈕進行選擇，當S08為“0”時，混料罐連續循環；當S08為“1”時，混料罐單次循環。根據要求畫出狀態轉移圖，寫出梯形圖程序和語句表，然后用FX2系列PLC簡易編程器或計算機軟件進行程序輸入。混料罐第一題參考狀態轉移圖如圖7.13所示，梯形圖和語句表如圖7.14所示。表7-4混料罐輸入、輸出端口配置圖7.13混料罐第一題參考狀態轉移圖圖7.14混料罐第一題梯形轉移圖及語句表②要求混料罐連續循環，按停止按鈕S02混料罐立即停止；當再按啟動按鈕S01，混料罐繼續運行。根據要求畫出狀態轉移圖，寫出梯形圖程序和語句表，然后用FX2系列PLC簡易編程器或計算機軟件進行程序輸入?；炝瞎薜诙}參考狀態轉移圖如圖7.15所示。③要求連續作3次循環后自動停止，中途按停止按鈕S02混料罐完成一次循環后才能停止。根據要求畫出狀態轉移圖，寫出梯形圖程序和語句表，然后用FX2系列PLC簡易編程器或計算機軟件進行程序輸入?；炝瞎薜谌}參考狀態轉移圖如圖7.16所示。圖7.15混料罐第二題參考狀態轉移圖圖7.16混料罐第三題參考狀態轉移圖④在操作面板設有一個混料配方選擇開關S07，用于選擇配方1或配方2。設有一個啟動按鈕S01，當按動S01后，混料罐就按給定的工藝流程連續不斷地循環3次，直到液位檢測開關SI1動作后自動停止。設有一個停止按鈕S02，中途按停止按鈕S02混料罐完成一次循環后才能停止?；炝瞎薜谒念}參考狀態轉移圖如圖7.17所示。圖7.17混料罐第四題參考狀態轉移圖7.4機械手的PLC控制實訓

1．實訓目的實訓目的如下：

(1)掌握按機械手應用與生產線的搬運原則編制單流程狀態轉移圖；

(2)正確理解OUT指令和SET指令在輸出控制中的應用特點；

(3)學會正確調試程序的方法。

2．實訓要求機械手的工藝示意圖如圖7.18所示。具體實訓要求如下：圖7.18機械手的工藝示意圖

(1)機械手“取與放”搬運系統，定義原點為左上方所達到的極限位置，其左限位開關閉合，上限位開關閉合，機械手處于放松狀態。

(2)搬運過程是機械手把工件從A處搬到B處。

(3)工件的上升和下降、左移和右移均由電磁閥驅動氣缸來實現。

(4)當工件處于B處上方準備下放時，為確保安全，用光電開關檢測B處有無工件，只有在B處無工件時才能發出下放信號。

(5)機械手工作過程：啟動機械手下降到A處位置→夾緊工件→夾住工件上升到頂端→機械手橫向移動到右端，進行光電檢測→下降到B處位置→機械手放松，把工件放到B處→機械手上升到頂端→機械手橫向移動返回到左端原點處。

3.實訓內容及步驟實訓內容及步驟如下：

(1)機械手輸入、輸出端口配置如表7-5所示。

(2)畫出I/O接線圖。

(3)以下有四個小題，學生可以有選擇地進行練習。①要求機械手連續循環與單次循環可按S08自鎖按鈕進行選擇，當S08為“0”時，機械手連續循環；當S08為“1”時，機械手單次循環。根據要求畫出狀態轉移圖，寫出梯形圖程序和語句表，然后用FX2系列PLC簡易編程器或計算機軟件進行程序輸入。機械手第一題參考狀態轉移圖如圖7.19所示，參考梯形圖及語句表如圖7.20所示。表7-5機械手輸入、輸出端口配置續表圖7.19機械手第一題參考狀態流程圖圖7.20機械手第一題的梯形圖及語句表②要求機械手連續作3次循環后自動停止，中途按停止按鈕S02機械手完成一次循環后才能停止。根據要求畫出狀態轉移圖，寫出梯形圖程序和語句表，然后用FX2系列PLC簡易編程器或計算機軟件進行程序輸入。機械手第二題參考狀態轉移圖如圖7.21所示。③機械手連續循環，按停止按鈕S02機械手立即停止；當再按啟動按鈕S01，機械手繼續運行。根據要求畫出狀態轉移圖，寫出梯形圖程序和語句表，然后用FX2系列PLC簡易編程器或計算機軟件進行程序輸入。機械手第三題參考狀態轉移圖如圖7.22所示。④機械手連續作3次循環后自動停止，中途按停止按鈕S02機械手立即停止。當再按啟動按鈕S01時，機械手繼續運行。機械手第四題參考狀態轉移圖如圖7.23所示。圖7.21機械手第二題參考狀態轉移圖圖7.22機械手第三題參考狀態轉移圖圖7.23機械手第四題參考狀態轉移圖7.5機械滑臺的PLC控制實訓

1．實訓目的實訓目的如下：

(1)掌握按機械滑臺的工藝流程要求編寫順序控制選擇分支的狀態轉移圖；

(2)學會時間控制和計數控制的編程原則；

(3)學會正確調試程序的方法。

2．實訓要求機械滑臺上帶有主軸動力頭，在操作面板上裝有啟動按鈕S01、停止按鈕S02(其工作方式按實訓要求2選定)。機械滑臺工藝示意圖如圖7.24所示。圖7.24機械滑臺工藝示意圖

(1)當工作臺在原始位置時，按下循環啟動按鈕S01，電磁閥YV1得電，工作臺快進，同時由接觸器KM1驅動的動力頭電機M啟動。

(2)當工作臺快進到達A點時，行程開關SI4壓合，YV1、YV2得電，工作臺由快進切換成工進，進行切削加工。

(3)當工作臺工進到達B點時，SI6動作，工進結束，YV1、YV2失電，同時工作臺停留3s，YV3得電，工作臺作橫向退刀，同時主軸電機M停轉。

(4)當工作臺到達C點時，行程開關SI5壓合，此時YV3失電，橫退結束，YV4得電，工作臺作縱向退刀。

(5)工作臺退到D點碰到開關SI2后，YV4失電，縱向退刀結束，YV5得電，工作臺橫向進給直到原點，壓合開關SI1為止，此時YV5失電完成一次循環。

3．實訓內容及步驟實訓內容及步驟如下：

(1)?PLC控制機械滑臺輸入、輸出端口配置如表7-6所示。

(2)畫出I/O接線圖。

(3)以下有四個小題，學生可以有選擇地進行練習。①機械滑臺連續循環與單次循環可按S07自鎖按鈕進行選擇，當S07為“0”時，機械滑臺連續循環；當S07為“1”時，機械滑臺單次循環。機械滑臺第一題參考狀態轉移圖如圖7.25所示，參考梯形圖和語句表如圖7.26所示。表7-6PLC控制機械滑臺輸入、輸出端口配置圖7.25機械滑臺第一題參考狀態轉移圖圖7.26機械滑臺第一題梯形圖和語句表②連續作3次循環后自動停止，中途按停止按鈕S02機械滑臺立即停止運行，并按原路徑返回，直到壓合開關SI1才能停止；當再按啟動按鈕S01時，機械滑臺重新計數運行。機械滑臺第二題參考狀態轉移圖如圖7.27所示。③機械滑臺連續循環，按停止按鈕S02機械滑臺立即停止運行；當再按啟動按鈕S01時，機械滑臺繼續運行。機械滑臺第三題參考狀態轉移圖如圖7.28所示。④啟動后，滑臺要連續作3次循環后自動停止。按下停止按鈕S02后，滑臺要待一個工作循環結束(即到原點壓合行程開關SI1)后才停止。機械滑臺第四題參考狀態轉移圖如圖7.29所示。圖7.27機械滑臺第二題參考狀態轉移圖圖7.28機械滑臺第三題參考狀態轉移流程圖及語句表圖7.29機械滑臺第四題參考狀態轉移圖7.6紅綠燈信號的PLC控制實訓

1．實訓目的實訓目的如下：

(1)按照紅綠燈的時間控制原則正確編寫狀態轉移圖；

(2)正確理解狀態開啟和狀態關閉對輸出的影響；

(3)學會正確調試程序的方法。

2．實訓要求紅綠燈的工藝要求示意圖如圖7.30所示。設置一個控制開關S01，當它接通時，信號燈控制系統開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。設置一個控制開關S02，其工作方式可根據要求選定。圖7.30紅綠燈的工藝要求示意圖工藝流程如下：

(1)南北紅燈亮并保持15s，同時東西綠燈亮但保持10s，到10s時東西綠燈閃亮3次(每周期1s)后熄滅；繼而東西黃燈亮，并保持2s，到2s后，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅綠燈亮。

(2)東西紅燈亮并保持10s，同時南北綠燈亮但保持5s，到5s時南北綠燈閃亮3次(每周期1s)后熄滅；繼而南北黃燈亮，并保持2s，到2s后，南北黃燈熄滅，南北紅燈亮，同時東西紅燈熄滅綠燈亮。