可編程控制器技術(第三版)——任務七PLC實現組合機床動力頭運動控制主編何瓊任務七PLC實現組合機床動力頭運動控制任務目標任務描述任務實施任務檢查與評價知識鏈接鞏固與拓展

任務目標（1）掌握組合機床運動工作流程，學會畫流程圖。（2）掌握利用PLC進行對象控制時，I/O點的確定，能實際正確接線。（3）能應用順序控制設計法，能使用軟件熟練編制程序。任務描述

任務內容在工業控制中，很多設備的動作都具有一定的順序，如機械手的物件搬運、流水線的工件分揀與包裝、安裝機械上的流程控制等。這些動作是一步接一步進行的，可以很容易的畫出其工作流程圖。本學習任務采用組合機床動力頭為控制對象，分析工業控制中的順序控制過程及相應的設計方法。某組合機床運動示意圖。工作過程為：工作臺開始停在左邊，限位開關SQ1為ON，按下啟動按鈕SB0后，先快速前進，直至限位開關SQ2處，即SQ2為ON轉為慢速前進，對工件開始加工，加工到限位開關SQ3為ON時，轉為快退，快退到限位開關SQ2為ON時再次快進，快進到限位開關SQ3為ON時，然后轉為慢速前進，加工到規定尺寸SQ4為ON時，最后快進回原位限位開關SQ1為ON是停止，完成了一個工作周期。實線為工進慢速運動，虛線為快速運動任務描述任務描述實施條件校內教學做一體化教室，PLC實訓裝置（含FX3U-48MRPLC基本單元)，個人計算機（可以上網），電工常用工具若干，連接導線。任務實施步驟一

準備工作。步驟二讀懂控制要求。

實線為工進慢速運動，虛線為快速運動任務實施類別元件I/O點編號備注輸入SB0X0啟動按鈕SQ1X1限位開關SQ2X2限位開關SQ3X3限位開關SQ4X4限位開關輸出YV1Y0電磁閥（控制主軸運動方向）YV2Y1電磁閥（控制主軸運動速度）步驟三設計PLC控制I/O分配表任務實施步驟四畫出I/O硬件接線圖

任務實施步驟五設計任務程序。步驟六下載程序。步驟七運行程序，整體調試。步驟八

整理技術文件。狀態轉移圖任務檢查與評價知識鏈接

一、什么是狀態轉移圖（SFC）

狀態轉移圖也稱順序功能圖，是一種將復雜任務或工作過程分解成若干工序(或狀態)表達出來，同時又反映出工序(或狀態)的轉移條件和方向的圖。它既有工藝流程圖的直觀，又有利于復雜控制邏輯關系的分解與綜合的特點。狀態轉移圖表達了控制意圖，它將一個復雜的順序控制過程分解為若干個狀態，每個狀態具有不同的動作，狀態與狀態之間由轉換條件分隔，互不影響。當相鄰兩狀態之間的條件得到滿足時，就實現轉移，即上面的動作結束而下一個狀態的開始。知識鏈接二、狀態繼電器S在FX3U系列PLC中有專用軟元件狀態繼電器S，它們的分類、編號、數量及用途如下：S0～

S910點用于狀態轉移圖SFC的初始狀態S10～S1910點用于多運行模式控制中用作返回

原點的狀態S20～

S499480點用于狀態轉移圖SFC的中間狀態S500～

S899400點具有停電保持作用，用于需停電保持狀態工作場合S900～

S999100點用作報警元件使用知識鏈接

1.分析系統，分離狀態，進行狀態編號

認真分析系統控制要求，將系統的工作過程分解成若干個連續的階段，這些階段稱為“狀態”或“步”，狀態數要適當，畫出流程圖。再將流程圖中的“狀態”或“步”用PLC的狀態繼電器來表示。給每個狀態繼電器編號，同一支路盡量使用相連的編號，但不得重復使用。

2.找各狀態所需執行的任務列出每一個狀態完成的操作或驅動的負載，用PLC的指令來實現。有的狀態可能只有狀態轉移而沒有其他的操作和負載驅動，所有的驅動均列在狀態編號的右側。三.狀態轉移圖編程的步驟知識鏈接

（3）找出各狀態間轉移的條件狀態與狀態之間由轉移條件來分隔和連接的，轉移條件用PLC的觸點和電路塊來替代。轉移條件得到滿足時，轉移得以實現，即上一步的活動結束而下步的活動開始。轉移條件的設定應符合狀態分離的要求，應該是上一個狀態結束信號又是下一個狀態開始信號，一些行程開關、傳感器、定時器、計數器通常是轉移條件的來源。

（4）繪制狀態轉移圖根據系統的工作流程和控制要求畫出狀態轉移圖。

知識鏈接知識鏈接（1）SFC在繪制時具體操作如下：垂直連線表示轉移，相鄰兩步的分割線；橫杠線表示轉移條件；初始步用雙層方塊表示，其他步用方塊表示。動作用PLC相應的指令表示。（2）狀態元件序號從小到大，不能顛倒，可以缺號。知識鏈接（3）在某狀態輸出時，可以用OUT指令也可以使用SET指令。它們的區別是OUT指令驅動的輸出在本步(狀態)關閉后自動關閉，使用SET指令驅動的輸出可保持到其他步(狀態)執行，直到在程序某處使用RST指令使其復位。（4）允許雙線圈，即在不同的狀態下，對同一個元件多次執行OUT指令。（5）只有當某一狀態被“激活”成為活動狀態時，則狀態的負載驅動和轉移出來才可能執行；若對應的狀態“未激活”，則狀態的負載驅動和轉移處理不可能執行。知識鏈接

利用所學的知識討論并設計：當按下啟動按鈕(X1)時，指示燈能按圖所示那樣反復亮滅。根據控制要求畫出狀態轉移圖。（綠燈接Y1，黃燈接Y2，紅燈接Y3）。知識鏈接四、GXWorks2編程軟件SFC的編制（一）GXWorks2編程軟件SFC的編制步驟1.啟動軟件（1）選擇菜單欄中“工程”----“新建”,如圖。

（2）

將程序語言選擇為“SFC”----單擊“確定”。

彈出現塊信息設置對話框。知識鏈接2.初始塊信息設置在塊信息設置對話框中輸入塊標題“初始塊”，塊類型選擇“梯形圖塊”。塊分兩種類型：

梯形圖塊：不屬于步狀態、游離于整個步結構之外的梯形圖部分，如啟動、結束、單獨關停等內容，這些內容無法編到SFC塊中，只能單獨處理。

SFC塊:步與步相連的狀態轉移圖。

要使SFC工作，第一步必須有一條梯形圖語句，要單獨作為一個塊來處理，是一個梯形圖塊。知識鏈接3.初始塊程序寫入并變換單擊“執行”，在左側框內的“MIAN”列表中就會出現一個編號為“000”的MIAN，如下圖所示。知識鏈接在右上圖所示界面的右側編輯區按梯形圖的寫法輸入程序并變換。出現如右下圖所示：知識鏈接4.新建數據

右鍵左側框內的“MIAN”，單擊“新建數據”，再單擊“確定”，就會出現塊信息設置對話框，如圖所示。知識鏈接5.定義SFC塊在塊信息設置對話框中輸入塊標題為“主程序”，塊類型選擇為“SFC塊”。單擊“執行”，在左側框內的“MIAN”列表中就會增加一個編號為“001”的MIAN，如圖所示。知識鏈接6.輸入程序長按回車，一直到框圖與程序一致，最后選“JUMP”，步改為：“0”。如下圖所示。知識鏈接7.按程序修改步編號（1）按程序修改步編號，將光標移到每步的右側（雙擊方框右側有“？”和數字的部分）；（2）在“SFC符號輸入”的對話框中將數字改成與程序一致。知識鏈接8.輸入轉移條件：光標移到轉移條件“？0”處，

（1）在右側編輯區內輸入轉移條件------回車；或按鍵盤“F8”---回車。

（2）按鍵盤“F4”變換，則轉移條件數字前的“？”就會消失，如下圖所示。知識鏈接9.把光標放到步20，寫入步20的輸出內容，按F4轉換后“？20”前的“？”就會消失，如下圖所示。知識鏈接10.同樣步驟，完成程序的輸入。如圖所示，初始步0沒有輸出，所以有“？”存在。

以上步驟完成了程序的輸入。知識鏈接(二)SFC轉換成步進梯形圖

1.執行菜單“工程”---“工程類型更改”，出現“程序類型更改”對話框。2.選則“更改程序語言類型”---點擊“確定”

。

GXWorks2編程軟件自動將SFC轉成梯形圖。3.雙擊左側框內的“MIAN”，梯形圖顯示在右側的編輯區里。知識鏈接知識鏈接

小車在初始位置時中間的限位開關XO為“1”狀態，按下啟動按鈕X3。小車按圖所示的順序動作，最后返回并停在初始位置，試畫出其順序控制功能圖（狀態轉移圖）和梯形圖。（利用GXWorks2編程軟件）知識鏈接

五、步進指令學習1、STL指令STL指令只有和狀態繼電器S配合才有步進功能。使用STL指令的狀態繼電器常開觸點稱為STL觸點，用符號表示，沒有動斷的STL觸點。STL指令用于激活某個狀態。知識鏈接2、RET指令RET指令用于返回主母線。該指令使步進指令順控程序執行完畢時，非步進順控程序的操作在主母線完成。為防止出現邏輯錯誤，步進順控程序的結尾必須使用RET指令步進返回指令。知識鏈接（1）在GXWorks2編程軟件中，STL和RET為單獨一行。（2）與STL步進指令觸點相連的觸點應使用LD或LDI指令，即LD點移到STL觸點的右側，該點成為子母線，下一條STL指令的出現意味著當前STL程序區的結束和新的STL程序區的開始。RET指令意味著整個STL程序區的結束，LD點返回左側主母線。知識鏈接六、步進梯形圖編程注意事項（1）初始狀態必須預先作好驅動,否則狀態流程不可能向下進行。一般用控制系統的初始條件,若無初始條件,可用M8002或M8000進行驅動。（2）步進點編號不要重復，在步進開始時，必須使用SET指令使該步進點置位。當STL指令執行時，表示PLC正在執行當前STL后面的梯形圖的內容。不同的步中可以重復使用同一個輸出線圈知識鏈接（3）在步進梯形圖中，不同步中可以使用同一個輸出線圈，因為當上一個步進點結束后，轉移到下一個步進點，上一個步進點的所有輸出自動復位。（4）同一編號的定時器不要再相鄰的步進點使用，不是相鄰的步，可以使用。（5）不能同時動作的輸出線圈不要設在相鄰的步進點內，如果非要這么做，則必須采取連鎖保護，包括硬連鎖和軟連鎖。軟連鎖的應用（6）在STL指令內不能使用MC,MCR指令，可以使用跳轉指令。在中斷程序和子程序中也不能使用STL指令。（7）需要在停電恢復后繼續維持停電前的運行狀態時,可使用S500－S899停電保持型狀態繼電器。鞏固與拓展1、在PLC實訓裝置上模擬實現簡易機械手送料系統控制,如圖所示。要求機械手將工件從A搬運到B，左上位為原點位，在原點指示燈會亮。自動控制時，按下啟動按鈕，機械手從原點位置開始，自動完成一個工作周期，若中途按停止按鈕，運行到原點后才停止。機械手的上升、下降與左移、右移都是由雙線圈兩位電磁閥驅動氣缸來實現的。抓手對工件的松夾是由一個單線圈兩位電磁閥驅動氣缸完成，只有在電磁閥通電時抓手才能夾緊。該機械手工作原點位，按下降、夾緊、上升、右移、下降、松開、上升、左移的順序依次運動。機械手工作過程示意如圖所示。（延時時間為3S）

鞏固與拓展鞏固與拓展機械手控制流程圖(1)選擇合適的PLC，進行I/O分配和硬接線，畫出狀態轉移圖。(2)試著用步進梯形圖來設計，寫出指令語句表。鞏固與拓展2.在PLC實訓裝置上模擬實現液體混合攪拌機控制。圖2-5-33為兩種液體混合裝置，SL1、SL2、SL3為上限位、中限位、下限位液位傳感器，液體A、B閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、YV3控制，M為攪勻電機。鞏固與拓展

控制要求如下：開始時容器是空的，各閥門均關閉，液位傳感器均為OFF，按下啟動按鈕后，裝置就開始按下列約定的規律操作：液體A閥門打開，液體A流入容器。當液面到達SL2時，SL2接通，關閉液體A閥門，打開液體B閥門。液面到達SL1時，關閉液體B閥門，攪勻電機開始攪勻。攪勻電機工作6秒后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當液面下降到SL3時，SL3由接通變為斷開，再過5秒后，容器放空，混合液閥門關閉，開始下一周期。按下停止按鈕后，在當前的混合液操作處理完畢后，才停止操作（停在初始狀態上）。鞏固與拓展考核項目考核內容配分考核標準工藝接線、布線工藝20分接線正確、工藝符合標準程序設計I/O配置、梯形圖設計、程序編寫30分I/O配置合理，能實現控制要求、有創新意識，符合編程規則、輸入正確調試與運行程序調試與運行30分會排除故障、符合控制要求安全意識正確使用設備和工具，無操作不當引起的事故10分教師掌握協作精神小組成員分工協作、積極參與10分教師掌握合計教師簽字訓練評價表謝

謝！可編程控制器技術(第三版)——PLC控制大小球傳送系統主編何瓊任務八PLC實現大小球傳送控制任務目標任務描述任務實施任務檢查與評價知識鏈接鞏固與拓展

任務目標（1）學會用狀態轉移圖設計選擇性流程。（2）學會用狀態轉移圖設計并行性流程。（3）利用PLC進行對象復雜順序控制時，能確定I/O點的分配，能實際正確接線。

在生產過程中，經常要對流水線上的產品進行分揀，圖8-1就是分揀金屬小球大球的機械裝置。機械臂將大球、小球分類送到右邊兩個不同的位置，為保證安全操作，要求機械臂必須在原點狀態才能啟動運行。任務描述圖8-1大小球傳送裝置任務實施步驟一準備工作通電檢查實訓裝置是否正常，檢查PLC與計算機的連接是否正常，置PLC于“STOP”狀態。步驟二讀懂控制要求如圖8-1所示，左上為原點，機械臂的動作順序為下降、吸住、上升、右行、下降、釋放、釋放、上升、左行。該控制流程有吸住的是大球還是小球兩個分支，且屬于選擇性分支。機械臂下降時,當電磁鐵壓著大球時,下限位開關SQ2斷開，壓著小球時,SQ2接通，以此可判斷吸住的是大球還是小球，再根據判斷，把球送到指定的位置。類別元件元件號備注輸入SB0X000啟動按鈕SQ1X001上極限限位開關SQ2X002下極限限位開關SQ3X003左行極限限位開關SQ4X004放小球右極限限位開關SQ5X005放大球右極限限位開關輸出YA0Y000電磁鐵線圈吸球YV1Y001上升線圈YV2Y002下降線圈YV3Y003左移線圈YV4Y004右移線圈任務實施步驟三設計PLC控制I/O分配表PLC輸入輸出點I/O分配情況如表8-1所示。表8-1

PLC實現大小球傳送控制I/O分配表圖8-2I/O硬件連接圖步驟四畫出I/O硬件接線圖PLC的外部接線圖如圖8-2所示任務實施步驟五設計任務程序大小球傳送控制的狀態轉移圖和梯形圖如圖8-3和8-4所示。任務實施圖8-3大小球分類選擇傳送控制狀態轉移圖PLC實現大小球傳送控制任務實施圖8-4大小球傳送步進梯形圖任務實施①圖8-3為具有二個分支的選擇性流程程序，當S24動作后，如果小球分支條件（T0,X2）接通，就順次執行S20、S21、S23和S40等步；如果大球分支條件（T0、）接通，就順次執行S31、S32、S33和S40等步。②分支轉移條件不能時接通，同一時刻最多只能有一個接通狀態。哪個接通，就執行哪個分支流程。③在GXWorks2編程軟件中，選擇性流程編程分別是選擇性流程分支和匯合的輸入。幾點說明：

任務實施任務實施步驟六下載程序打開編程軟件GXWorks2，正確將狀態轉移圖程序輸入并下載到PLC。步驟七運行程序，整體調試將PLC的運行方式置于“RUN”位置。小組成員按下啟動按鈕SB0，觀察組合機床動力頭的運行情況，并記下運行結果。步驟八整理技術文件一級指標比例二級指標比例得分電路設計及接線20%1.I/O地址分配5%

2.設計硬件接線圖5%

3.元件的選擇5%

4.接線情況5%

程序設計與輸入40%1.程序設計20%

2.指令的使用5%

3.編程軟件使用5%

4.程序輸入與下載10%

系統整體運行調試30%1.正確通電5%

2.系統模擬調試10%

3.故障排除15%

職業素養與職業規范10%1.設備操作規范性2%

2.材料利用效率，接線及材料損耗2%

3.工具、儀器、儀表使用情況2%

4.現場安全、文明情況2%

5.團隊分工協作情況2%

總計100%

任務檢查與評價（1）什么是單流程、選擇性流程和并行性流程

前面任務六介紹的組合機床動力頭運動工作過程屬于單流程，所謂單流程是指狀態轉移只有一種順序，沒有其他分支。在較復雜的順序控制中，一般都是多流程的控制，常見的有選擇性流程和并行性流程兩種。在順序控制過程常包含幾個分支的順序動作，如果只允許這幾個分支選擇其中一支執行，這就是選擇性流程；如果所有分支需同時開始執行,且全部分支的順序動作結束后會匯合到同一狀態,這就是并行性流程。知識鏈接（2）GXWorks2編程軟件選擇性流程的輸入圖8-5選擇性流程分支的輸入知識鏈接圖8-6選擇性流程匯合的輸入知識鏈接圖8-7選擇性流程的狀態轉移圖知識鏈接1）選擇性流程步進梯形圖編程原則為：先集中處理分支狀態。分支處，先進行驅動處理，然后再依次進行轉移處理。匯合處，先進行各自的驅動處理，然后再集中進行匯合狀態的處理。2）選擇性流程注意轉換條件設置的合理性。如圖8-8所示。圖8-8選擇性流程條件設置的示意圖幾點說明：知識鏈接（3）GXWorks2編程軟件并行性流程的輸入圖8-9并行性流程分支的輸入知識鏈接圖8-10并行性流程匯合的輸入知識鏈接圖8-11并行性流程狀態轉移圖知識鏈接①并行性流程注意轉換條件設置的合理性。圖8-12并行性流程分支條件示意圖幾點說明：知識鏈接圖8-13并行性流程匯合條件示意圖知識鏈接②并行性分支的匯合最多能實現8個分支的匯合。圖8-14并行分支與匯合流程的轉換知識鏈接圖中并行性分支與選擇性分支的區別有哪些？知識鏈接

在復雜的順序控制中，常常會有選擇性流程、并行性流程的組合，對于這類復雜的流程如何設計？對幾種常見的復雜流程作簡單的介紹。①選擇性匯合后的選擇性分支圖8-15(a)所示是一個選擇性匯合后的選擇性分支的狀態轉移圖，要對這種轉移圖進行編程，必須要在選擇性匯合后和選擇性分支前插入一個虛擬狀態(如S100)才可以編程，如圖8-15(b)所示。幾點說明：知識鏈接圖8-15選擇性匯合后的選擇性分支的改寫知識鏈接

②并行性匯合后的并行性分支

圖8-16(a)所示是一個并行性匯合后的并行性分支的狀態轉移圖，要對這種轉移圖進行編程，可參照選擇性匯合后的選擇性分支的編程方法，即在并行性匯合后和并行性分支前插入一個虛擬狀態(如S101)才可以編程，如圖8-16(b)所示。圖8-16并行性匯合后的并行性分支的改寫知識鏈接

③選擇性匯合后的并行性分支圖8-17(a)所示是一個選擇性匯合后的并行性分支的狀態轉移圖，要對這種轉移圖進行編程，必須在選擇性匯合后和并行性分支前插入一個虛擬狀態(如SlO2)才可以編程，如圖8-17(b)所示。圖8-17選擇性匯合后的并行性分支的改寫知識鏈接④并行性匯合后的選擇性分支的編程圖8-18(a)所示是一個并行性匯合后的選擇性分支的狀態轉移圖，要對這種轉移圖進行編程，必須在并行性匯合后和選擇性分支前插入一個虛擬狀態(如S103)才可以編程，如圖8-18(b)所示。圖8-18并行性匯合后的選擇性分支的改寫知識鏈接

⑤在同一流程中，分支或并行匯合總計不能超過16個。

⑥通過等效變換，合并分支線或移動條件，使編程變得更加方便。如圖8-19所示。圖8-19復雜選擇性流程的改寫知識鏈接⑦在移動條件中，不可以使用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP等指令。⑧當狀態轉移圖中的跳轉分支較多時，分清屬于何種跳轉，用箭頭表示出來。如圖8-20為常見的幾種跳轉。圖8-20幾種常見形式的跳