《電氣控制與可編程控制器技術》電子課件

1、電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 第七章第七章 FX2N系列系列PLC步進指令步進指令 及狀態(tài)編程法及狀態(tài)編程法 狀態(tài)法也叫功能表圖法，是程序編制的重 要方法及工具。近年來不少PLC廠商結合此法 開發(fā)了相關的指令。FX2N系列PLC的步進順控 指令及大量的狀態(tài)軟元件就是為狀態(tài)編程法安 排的。 狀態(tài)轉移圖（SFC）是狀態(tài)編程的重要工 具，包含了狀態(tài)編程的全部要素。進行狀態(tài)編 程時，一般先繪出狀態(tài)轉移圖，再轉換成狀態(tài) 梯形圖（STL）或指令表。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 本章介紹狀態(tài)指令、狀態(tài)元件、狀態(tài)三要 素、狀態(tài)編程思想，狀態(tài)轉移圖與狀態(tài)梯形圖 對應關系。然后說明常見狀態(tài)轉移圖

2、的編程方 法，并結合實例介紹狀態(tài)編程思想在順序控制 中的應用。 一、一、FX2N系列步進指令及使用說明系列步進指令及使用說明 1FX2N系列步進指令 FX2N系列步進指令有兩條，其指令助記符 與功能如表7-1所示。 第一節(jié)第一節(jié) 步進指令與狀態(tài)轉移圖表示方法步進指令與狀態(tài)轉移圖表示方法 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 表7-1 步進階梯指令助記符與功能 S R E T 指令助記符、名稱功能步進梯形圖的表示程序步 STL 步進接點指令步進接點驅動1 RET 步進返回指令步進程序結束返回1 FX2N系列PLC步進指令所使用的狀態(tài)軟元件S 有1000個，其分類、編號、數(shù)量和用途見表6-11。

3、步進接點指令只有常開接點，連接步進接點 的其它繼電器接點用指令LD或LDI開始。步進返 回指令(RET)用于狀態(tài)(S)流程結束時，返回主程序 (母線)。步進指令在狀態(tài)轉移圖和狀態(tài)梯形圖中的 表示如圖7-1所示。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-1 步進指令表示方法 圖7-1(b)中每個狀態(tài)的內母線上都將提供三種功能： 驅動負載(OUT Yi); 指定轉移條件(LD/LDI Xi); 指定轉移目標(SET Si)。 稱為狀態(tài)的三要素。后兩個功能是必不可少的。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 使用步進指令時應先設計狀態(tài)轉移圖 (SFC),再由狀態(tài)轉移圖轉換成狀態(tài)梯形圖 (STL)

4、。狀態(tài)轉移圖中的每個狀態(tài)表示順序 控制的每步工作的操作,因此常用步進指令實 現(xiàn)時間或位移等順序控制的操作過程。使用 步進指令不僅可以簡單、直觀地表示順序操 作的流程圖，而且可以非常容易地設計多流 程順序控制，并且能夠減少程序條數(shù)，程序 易于理解。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 2步進指令的使用說明 （1）步進接點在狀態(tài)梯形圖中與左母線相連， 具有主控制功能，STL右側產(chǎn)生的新母線上的接 點要用LD或LDI指令開始。RET指令可以在一系 列的STL指令最后安排返回，也可以在一系列的 STL指令中需要中斷返回主程序邏輯時使用。 （2）當步進接點接通時，其后面的電路才能按邏 輯動作。如果步進

5、接點斷開，則后面的電路則全 部斷開，相當于該段程序跳過。若需要保持輸出 結果，可用SET和RST指令。 （3）可以在步進接點內處理的順控指令如表7-2 所示。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 表7-2 可在狀態(tài)內處理的順控指令一覽表 指令 狀態(tài) LD/LDI/LDP/LDF AND/ANI/ANDP/ANDF OR/ORI/ORP/ORF/INV/OUT SET/RST,PLS/PLF ANB/ORB MPS/MRD/MPP MC/MCR 初始狀態(tài)/一般狀態(tài)可以使用 可以使用不可使用 分支, 匯 合 狀 態(tài) 輸出 處理 可以使用 可以使用 不可使用 轉移 處理 可以使用 不可使用 不可使

6、用 表中的棧操作指令MPS/MRD/MPP在狀態(tài)內不 能直接與步進接點后的內母線連接，應接在LD或 LDI指令之后，如圖7-2所示。 在STL指令內允許使用跳轉指令，但其操作復 雜，廠家建議最好不使用。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 Y001 Y001 Y001 STL內母線 S10 X001X003 X004 X005 MPS MRD MPP LD X001 圖7-2 棧操作指令在狀態(tài)內的正確使用 （4）允許同一編號元件的線圈在不同的STL接點 后面多次使用。但是應注意，同一編號定時器線 圈不能在相鄰的狀態(tài)中出現(xiàn)。在同一個程序段中， 同一狀態(tài)繼電器地址號只能使用一次。 電氣控制與可編

7、程控制器技術 電子課件 （5）在STL指令的內母線上將LD或LDI指令編 程后，對圖7-3（a）所示沒有觸點的線圈Y003將 不能編程，應改成按圖7-3（b）電路才能對Y003 編程。 或或 （ a a）（ b b） 圖7-3 狀態(tài)內沒有觸點線圈的編程 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 （6）為了控制電 機正反轉時避免兩 個線圈同時接通短 路，在狀態(tài)內可實 現(xiàn)輸出線圈互鎖， 方法如圖7-4所示。 S20 X001 S21 Y001 Y002 Y001 Y002 正轉 反轉 狀態(tài)地址號 圖7-4 輸出線圈的互鎖 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 二、狀態(tài)轉移圖（二、狀態(tài)轉移圖（SFC）的

8、建立及其特點的建立及其特點 狀態(tài)轉移圖是狀態(tài)編程法的重要工具。狀態(tài) 編程的一般設計思想是：將一個復雜的控制過程 分解為若干個工作狀態(tài)，弄清各工作狀態(tài)的工作 細節(jié)（如狀態(tài)功能、轉移條件和 轉移方向），再 依據(jù)總的控制順序要求，將這些工作狀態(tài)聯(lián)系起 來，就構成了狀態(tài)轉移圖，簡稱為SFC圖。SFC 圖可以在備有A7PHP/HGP等圖示圖像外圍設備和 與其對應編程軟件的個人計算機上編程。根據(jù) SFC圖進而可以編繪出狀態(tài)梯形圖STL。下面介 紹圖7-5中某臺車自動往返控制的SFC建立。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 臺車自動往返一個工作周期的控制工藝要求 如下。 （1）按下啟動鈕SB，電機M正轉

9、，臺車前進， 碰到限位開關SQ1后，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5s后，第二次前進，碰到限 位開關XSQ3，再次后退。 （3）當后退再次碰到限位開關SQ2時，臺車 停止。 下面運用狀態(tài)編程思想說明建立SFC圖的方法。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 （1）將整個過程按工序要求分解。 由PLC的輸出點Y021控制電機M正轉驅 動臺車（前進），由Y023控制M反轉（后 退）。為了解決延時5S，選用定時器T0。將 啟動按鈕SB及限位開關SQ1、SQ2、SQ3分 別接于X000、X011、X012、X013。分析其 一個工作周期的控制要求

10、，有五個工序要順 序控制，如圖7-6所示。 （2）對每個工序分配狀態(tài)元件，說明每個狀 態(tài)的功能與作用，轉移條件。如表7-3所示。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 表7-3 工序狀態(tài)元件分配、功能與作用、轉移條件 工 序分配的 狀態(tài)元件 功能與作用轉移條件 0 初始狀態(tài)S0PLC上電作好工作準備RUN后M8002 產(chǎn)生1個脈沖 1 第一次前進S20驅動輸出線圈Y021，M正轉X000（SB） 2 第一次后退S21驅動輸出線圈Y023，M反轉X011（SQ1） 3 暫停5秒S22驅動定時器T0延時5SX012（SQ2） 4 第二次前進S23驅動輸出線圈Y021，M正轉T0 5 第二次后退S2

11、4驅動輸出線圈Y023，M反轉X013（SQ3） 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 根據(jù)表7-3 可繪出狀態(tài)轉 移圖如圖7-7所 示。圖中初始 狀態(tài)S0要用雙 框，驅動S0的 電路要在對應 的狀態(tài)梯形圖 中的開始處繪 出。SFC圖和狀 態(tài)梯形圖結束 時要使用RET和 END指令。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 三、狀態(tài)轉移圖（三、狀態(tài)轉移圖（SFC）轉換成轉換成 狀態(tài)梯形圖（狀態(tài)梯形圖（STL）、）、指令表程序指令表程序 由以上分析可看出，SFC圖基本上是以機 械控制的流程表示狀態(tài)（工序）的流程，而 STL圖全部是由繼電器來表示控制流程的程序。 我們仍以圖7-7的SFC圖為例，將其

12、轉換成 STL圖和指令表程序，如圖7-8所示。讀者會 發(fā)現(xiàn)，從SFC圖轉換成STL圖，寫出指令表程 序是非常容易的。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-8 臺車自動往返控制的狀態(tài)梯形圖（STL圖）和指令表 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 第二節(jié)第二節(jié) 編制編制SFC圖的注意事項和規(guī)則圖的注意事項和規(guī)則 一、編制一、編制SFC圖的注意事項圖的注意事項 （1）對狀態(tài)編程時必須使用步進接點指令 STL。程序的最后必須使用步進返回指令RET， 返回主母線。 （2）初始狀態(tài)的軟元件用S0S9,要用雙框表 示；中間狀態(tài)軟元件用S20S899等狀態(tài)，用單 框表示。若需要在停電恢復后繼續(xù)原狀態(tài)

13、運行 時，可使用S500S899停電保持狀態(tài)元件。此 外S10S19在采用狀態(tài)初始化指令FNC60（IST） 時,可用于特殊目的。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 （3）狀態(tài)編程順序為：先進行驅動，再進行 轉移，不能顛倒。 （4）當同一負載需要連續(xù)多個狀態(tài)驅動時， 可使用多重輸出，在狀態(tài)程序中，不同時“激 活”的“雙線圈”是允許的，如圖7-9（a）。另 外,相鄰狀態(tài)使用的T、C元件，編號不能相同。 如圖7-9(b)所示。 （5）負載的驅動、狀態(tài)轉移條件可能為多 個元件的邏輯組合，視具體情況，按串、并聯(lián) 關系處理，不能遺漏。如圖7-10（a）。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 Y00

14、1 Y001 Y001 S22 S21 S20 STL (a) T 1 K20 K10 S40T 1 S42T 1 S43T 1 不能 編程 (b) 圖7-9 同一負載需要多個狀態(tài)驅動可使用多重輸出， 但相鄰狀態(tài)定時器編號不能相同 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-10 負載組合驅動、狀態(tài)向不連續(xù)狀態(tài)轉移的處理 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 （7）在STL與RET指令之間不能使用MC、 MCR指令。 （8）初始狀態(tài)可由其他狀態(tài)驅動，但運行 開始必須用其他方法預先作好驅動，否則狀態(tài) 流程不可能向下進行。一般用系統(tǒng)的初始條件， 若無初始條件，可用M8002（PLC從 STOPRU

15、N切換時的初始脈沖）進行驅動。 二、編制二、編制SFC圖的規(guī)則圖的規(guī)則 1若向上轉移（稱重復）、向非相連的下 面轉移或向其他流程狀態(tài)轉移（稱跳轉），稱 為順序不連續(xù)轉移，順序不連續(xù)轉移的狀態(tài)不 能使用SET指令，要用OUT指令進行狀態(tài)轉移， 并要在SFC圖中用“”符號表示轉移目標。如圖 7-11所示。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-11 非連續(xù)轉移在SFC圖中的表示 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 2在流程中要表示 狀態(tài)的自復位處理時， 要用“ ”符號表示,自 復位狀態(tài)在程序中用 RST指令表示，如圖7- 12所示。 3.SFC圖中的轉移 條件不能使用ANB, ORB,MP

16、S, MRD,MPP 指令。應按圖7-13(b) 所示確定轉移條件。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 4.狀態(tài)轉移圖中和流程不能交叉，應按圖7-14 處理。 5若要對某個區(qū)間狀態(tài)進行復位，可用區(qū)間 復位指令ZRST按圖7-15（a）處理；若要使某個 狀態(tài)中的輸出禁止，可按圖7-15（b）所示方法處 理；若要使PLC的全部輸出繼電器(Y)斷開，可用 特殊輔助繼電器M8034接成圖7-15（c）電路，當 M8034為ON時，PLC繼續(xù)進行程序運算，但所有 輸出繼電器（Y）都斷開了。 為了有效地編制SFC圖,常需要采用表7-4所示 的特殊輔助繼電器。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7

17、-15 狀態(tài)區(qū)域復位和輸出禁止的處理 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 表7-4 SFC圖中常采用的特殊繼電器功能與用途 地址號名稱功能與用途 M8000RUN監(jiān)視器 可編程控制器在運行過程中,它一直處于接通狀態(tài)?？勺鳛轵寗铀?的程序輸入條件與表示可編程控制器的運行狀態(tài)來使用。 M8002初始脈沖 在可編程控制器接通瞬間，產(chǎn)生1個掃描周期的接通信號。用于程序 的初始設定與初始狀態(tài)的置位. M8040禁止轉移 在驅動該繼電器時,禁止在所有程序步之間轉移。在禁止轉移狀態(tài)下, 狀態(tài)內的程序仍然動作,因此輸出線圈等不會自動斷開. M8046STL動作 任一狀態(tài)接通時,M8046仍自動接通,可用于

18、避免與其他流程同時啟動， 也可用作工序的動作標志. M8047 STL監(jiān)視器 有效 在驅動該繼電器時,編程功能可自動讀出正在動作中的狀態(tài)地址號 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 第三節(jié)第三節(jié) 多流程步進順序控制多流程步進順序控制 在順序控制中，經(jīng)常需要按不同的條件轉 向不同的分支，或者在同一條件下轉向多路分 支。當然還可能需要跳過某些操作或重復某種 操作。也就是說，在控制過程中可能具有兩個 以上的順序動作過程，其狀態(tài)轉移流程圖也具 有兩個以上的狀態(tài)轉移分支，這樣的SFC圖稱 為多流程順序控制。常用的狀態(tài)轉移圖的基本 結構有單流程、選擇性分支、并聯(lián)性分支和跳 步與循環(huán)四種結構。 電氣控制與可

19、編程控制器技術 電子課件 一、單流程結構程序一、單流程結構程序 所謂單流程結構，就是由一系列相繼執(zhí) 行的工步組成的單條流程。其特點是: 每一工步的后面只能有一個轉移的 條件，且轉向僅有一個工步。 狀態(tài)不必按順序編號，其它流程的 狀態(tài)也可以作為狀態(tài)轉移的條件。第一節(jié)中 討論的臺車自動往返控制SFC就是這類結構。 下面再分析一例轉軸的旋轉控制系統(tǒng)。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 (a)轉軸的旋轉控制示意圖 （b）系統(tǒng)監(jiān)控梯形圖（c）轉軸旋轉控制SFC圖 圖7-16輪軸旋轉 控制系統(tǒng)* 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 二、選擇性分支與匯合及其編程二、選擇性分支與匯合及其編程 （一）選擇

20、性分支SFC圖的特點 從多個分支流程中根據(jù)條件選擇某一分支，狀態(tài) 轉移到該分支執(zhí)行，其它分支的轉移條件不能同時 滿足，即每次只滿足一個分支轉移條件，稱為選擇 性分支。圖7-17就是一個選擇性分支的狀態(tài)轉移圖。 其特點是： 1.該狀態(tài)轉移圖有三個分支流程順序。 2S20為分支狀態(tài)。根據(jù)不同的條件（X000、 X010、X020），選擇執(zhí)行其中的一個分支流程。當 X000為ON時執(zhí)行第一分支流程；X010為ON時執(zhí)行 第二分支流程；X020為ON時執(zhí)行第三分支流程。 X000，X010，X020不能同時為ON。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-17 選擇性分支狀態(tài)轉移圖 * 電氣控制與

21、可編程控制器技術 電子課件 3S50為匯合狀態(tài)，可由S22、S32、S42任 一狀態(tài)驅動。 （二）選擇性分支、匯合的編程 編程原則是先集中處理分支狀態(tài)，然后再 集中處理匯合狀態(tài)。 1. 分支狀態(tài)的編程 編程方法是先對分支狀態(tài)S20進行驅動處理 （OUTY000），然后按S21、S31、S41的順序 進行轉移處理。圖7-17的分支狀態(tài)S20如圖7-18 （a），圖7-18（b）是分支狀態(tài)的編程。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-18 分支狀態(tài)S20及其編程 2、匯合狀態(tài)的編程 編程方法是先依次對S21、S22、S31、S32、 S41、S42狀態(tài)進行匯合前的輸出處理編程，然后 按順序

22、從S22（第一分支）、S32（第二分支）、 S42（第三分支）向匯合狀態(tài)S50轉移編程。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-19 匯合狀態(tài)S50及其編程* 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 3.選擇性分支狀 態(tài)轉移圖對應的 狀態(tài)梯形圖 根據(jù)圖7-17 的選擇性分支SFC 圖和上面的指令 表程序，可以繪 出它的狀態(tài)梯形 圖如圖7-20所示。 圖7-20 選擇性分支SFC圖對應的狀態(tài)梯形圖 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 （二）選擇性分支狀態(tài)轉移圖及編程實例 圖7-21為使用傳送帶將大、小球分類選擇 傳送裝置的示意圖。 左上為原點，機械臂的動作順序為下降、 吸住、上升、右行、下

23、降、釋放、上升、左行。 機械臂下降時，當電磁鐵壓著大球時，下限位 開關LS2（X002）斷開；壓著小球時，LS2接通， 以此可判斷是大球還是小球。 左、右移分別由Y004、Y003控制；上升、 下降分別由Y002、Y000控制，將球吸住由Y001 控制。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-21 大小球分類選擇傳送裝置示意圖* 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 根據(jù)工藝要求，該控制流程可根據(jù)LS2的 狀態(tài)（即對應大、小球）有兩個分支，此處 應為分支點，且屬于選擇性分支。分支在機 械臂下降之后根據(jù)LS2的通斷，分別將球吸住、 上升、右行到LS4（小球位置X004動作）或 LS5（大球

24、位置X005動作）處下降，此處應 為匯合點。然后再釋放、上升、左移到原點。 其狀態(tài)轉移圖如圖722所示。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-22 大小球分類選 擇傳送的狀態(tài)轉移圖 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 二、并行分支與匯合的編程二、并行分支與匯合的編程 （一）并行分支狀態(tài)轉移圖及其特點 當滿足某個條件后使多個流程分支同時執(zhí) 行的分支流程稱為并行分支，如圖723所示。 圖中當X000接通時，狀態(tài)同時轉移，使S21、 S31和S41同時置位，三個分支同時運行，只 有在S22、S32和S42三個狀態(tài)都運行結束后， 若X002接通，才能使S30置位，并使S22、S32 和S42

25、同時復位。它有二個特點： 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-23 并行分支流程結構* 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 （二）并行分支狀態(tài)轉移圖的編程 編程原則是先集中進行并行分支處理，再 集中進行匯合處理。 1并行分支的編程 編程方法是先對分支狀態(tài)進行驅動處理，然 后按分支順序進行狀態(tài)轉移處理。圖7-24（a） 為分支狀態(tài)S20圖，圖7-24（b）是并行分支狀 態(tài)的編程。 2、并行匯合處理編程 編程方法是先進行匯合前狀態(tài)的驅動處理， 然后按順序進行匯合狀態(tài)的轉移處理。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-24 并行分支的編程 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 按照并

26、行匯合的編程方法，應先進 行匯合前的輸出處理，即按分支順序對 S21、S22、S31、S32、S41、S42進行輸 出處理，然后依次進行從S22、S32、S42 到S30的轉移。圖725（a）為S30的并 行匯合狀態(tài), 圖7-25（b）是各分支匯合 前的輸出處理和向匯合狀態(tài)S30轉移的編 程。 3.并行分支SFC圖對應的狀態(tài)梯形圖 根據(jù)圖7-23的SFC圖和上面的指令表程 序，可以繪出它的狀態(tài)梯形圖如圖7-26 所示。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-25 并行匯合的編程 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-26 并行分支 SFC圖的狀態(tài)梯形圖 電氣控制與可編程控制器技術

27、電子課件 4、并行分支、匯合編程應注意的問題 （1）并行分支的匯合最多能實現(xiàn)8個分支的匯合， 如圖727所示。 （2）并行分支與匯合流程中，并聯(lián)分支后面 不能使用選擇轉移條件，在轉移條件*后不允 許并行匯合，如圖728（a）所示,應改成圖7- 28(b)后，方可編程。 （三）并行分支、匯合編程實例 圖729為按鈕式人行橫道交通燈控制示意 圖。車道信號由狀態(tài)S21控制綠燈（Y003）亮， 人行橫道信號由狀態(tài)S30控制紅燈（Y005）亮。 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 圖7-29 人行橫道交通燈控制 電氣控制與可編程控制器技術 電子課件 人過橫道，應按路兩邊的人行橫道按鈕X000 或X001，車道綠燈亮30秒后由狀態(tài)S22控制車道 黃燈（Y002）亮10秒，然后由狀態(tài)S23控制車道 紅燈（Y001）亮5秒后,啟動狀態(tài)S31使人行橫道的 紅燈變?yōu)榫G燈（Y006）點亮。 人行橫道綠燈亮15秒后，由狀態(tài)S32和S33交 替控制橫道綠燈進行0.5秒閃爍，閃爍5次，人行 橫道變?yōu)榧t燈亮,人行橫道禁止通行。5秒后返回 初始狀態(tài)。 人行橫道交通燈控制的狀態(tài)轉