项目4_大小球分拣机械手的多方式控制

1、可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 教学目标教学目标 项目项目4 大小球分拣大小球分拣 机械手的多方式控制机械手的多方式控制 知识目标：知识目标： 1.学习多种工作方式的系统顺序控制程序设计的方法 2.学习多种工作方式的系统顺序控制功能图的绘制 3.学习多种工作方式的系统顺序控制法设计 4.掌握步进指令使用规则和编程方法 能力目标：能力目标： 1.会根据实际控制要求设计多分支流程顺序控制PLC的外围电 路 2.会根据实际控制要求设计多分支流程顺序控制状态转移图 3.具备状态编程的思想和能力 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 任务：大、小球分拣机械手的控制。在复杂的顺 序控制中常用

2、选择性，并行性流程的组合，通过 此任务的训练，学习较复杂的流程的程序设计方 法，掌握多种工作方式的编程方法和技巧。 项目任务项目任务 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 为了满足生产的需要，很多工业设备要设置 多种工作方式，例手动与自动（包括单步、单周 期、连续和自动返回初始点状态）工作方式。如 何将多种工作方式的功能融入到一个程序中，是 梯形图设计的难点之一。 相关理论知识 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 一、操作方式的分类 设备的操作方式大致分为手动和自动两种方式，在这 两种方式下再分成其他运行方式。其中手动方式是用各自 的按钮使各个负载单独接通或断开的方式，该方式下按动

3、回原点按钮时，被控的机械自动向原点回归。 自动方式又分为单步运行、单周期运行和连续运行等 方式。单步运行为按动一次启动按钮，动作前进一个工步 或工序。单周期运行是在原点位置按动启动按钮，自动运 行一遍再在原点停止；若在中途按动停止按钮就停止运行 ；再按启动按钮，从断点处继续运行，回到原点后自动停 止。连续运行方式是在原点位置按动启动按钮，开始连续 的反复运行；若中途按动停止按钮，动作将继续到原点为 止才停止。 对于多工作方式的编程，一般情况，配合初始状态指 令的编程，可以很方便地实现；如果不使用初始状态指令 也可以通过跳转指令来实现。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 具有多种工作方式

4、的 控制系统的梯形图总体结 构如图2-4-1所示。旋转 手动方式时手动开关X1为 OFF，执行公用程序和手 动程序。遇主程序结束指 令，则结束，不再执行自 动程序。若选择自动工作 方式时X0为ON，将跳过 手动程序，执行自动程序 。 图2-4-1手动/自动程序结构 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 二、跳转指令CJ（P）FNC00 1功能：在满足跳转条件之 后的各个扫描周期中， PLC将不再扫描跳转指令 与跳转指针Pn之间的程序 ，即跳到以指针Pn为入口 的程序段中执行。直到跳 转的条件不再满足，跳转 停止进行。 图2-4-2 跳转指令使用说明 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术

5、 2操作数范围：D：P0P63（允许变址修 改） 3程序步：CJ、CJ（P） 3步；标号P 1步 4程序表达方式：跳转指令在梯形图中使用的 情况如图2-4-2所示，图中跳转指针P8、P9分别 对应CJ P8及CJ P9二条跳转指令。 当X0置l，跳转指令CJ P8执行条件满足，程 序从CJ P8指令处跳至标号P8处，X0常闭触点断 开，仅执行梯形图中的最后三行程序。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 图2-4-2中跳转发生前后输入或其他器件，发生变化 对程序执行结果的影响如表2-4-1所示 表2-4-1跳转对元器件状态的影响 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 从表中可以看到以下

6、几点： 处于被跳过程序段中的输出继电器Y、辅助继 电器M、状态寄存器S由于该段程序不再执行，即 使梯形图中涉及的工作条件发生变化，它们的工 作状态将保持跳转发生前的状态不变。 被跳过程序段中的时间继电器T及计数器C， 无论其是否具有掉电保持功能，由于相关程序停 止执行，它们的现实值寄存器被锁定，跳转发生 后其计时、计数值保持不变在跳转中止，程序继 续执行时，计时计数将继续进行。另外，计时、 计数器的复位指令具有优先权，即使复位指令位 于被跳过的程序段中，当执行条件满足时，复位 工作也将执行。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 5跳转指令使用注意事项 （1）由于跳转指令具有选择程序段的功

7、 能。在同一程序且位于因跳转而不会被同 时执行 程序段中的同一线圈不被视为双线 圈。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 （2）可以有多条跳转指令使用同一标号。在图2-4-3中， 如X21接通，第一条跳转指令有效，从这一步跳到标号P9 。如果X21断开，而X22接通，则第二条跳转指令有效，程 序从第二条跳转指令处跳到P9处。但不允许一个跳转指令 对应两个标号的情况存在，即在同一程序中不允许存在两 个相同的标号。在编写跳转程序的指令表时，标号需占一 行。 图2-4-3二条跳转指令共用同一标号 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 （3）标号一般设在相关的跳转指令之后，也可以设在跳 转指

8、令之前，如图2-4-4所示。应注意的是，从程序执行 顺序来看，如果X24接通约200ms以上，造成该程序的 执行时间超过了警戒时钟设定值，会发生监视定时器出 错。 图2-4-4指针标号可以设在跳转指令之前 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 （4） 使用CJ(P)指令时，跳转只执行一个扫描周期，但 若用辅助继电器M8000作为跳转指令的工作条件，跳转 就成为无条件跳转。 （5）跳转可用来执行程序初始化工作，如图2-4-5所示 在PLC运行的第一个扫描周期中，跳转CJ P7将不执行， 程序执行初始化程序则被跨过，不再执行。 图2-4-5跳转指令用于程序初始化 可编程控制器应用技术可编程控制

9、器应用技术 6跳转指令的应用 为了提高设备的可靠性和调试的需要，许多设备 要建立两种工作方式。而这就要在程序中编排两 段程序，一段用于手动，一段用于自动，而它们 都有相同的控制对象，只是完成动作的要求不同 而已。在梯形图中，往往会出现双重线圈，用跳 步指令就很容易解决这类问题。其典型的框图如 图2-4-6所示。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 图中输入继电器X0为手动自动转换开关。当X0 置1时，执行自动工作方式，置0时执行手动工作 方式。 图2-4-6自动/手动转换程序 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 三、 子程序指令 子程序是为一些特定的控制目的编制的相对独 立的程序。

10、为了区别于主程序，规定在程序编排 时，将主程序排在前边，子程序排在后边，并以 主程序结束指令FEND(FNC06)将这两部分隔开。 1、子程序调用指令CALL（P）FNC01（16） （1）功能：当子程序调用指令的执行条件为 ON时，CALL指令使程序跳到标号处，子程序被 执行。 （2）操作数范围：D：P0P62（允许变址 修改） （3）程序步：CALL（P） 3步；标号P 1步 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 2、子程序返回指令SRET FNC02 （1）功能：返回主程序 （2）操作数：无 （3）程序步： 1步 3、主程序结束指令FEND FNC06 （1）功能：表示主程序结束。执

11、行到FEND指令时机器进 行输出、输入处理、监视定时器刷新之后，返回0步的程 序。 （2）操作数：无 （3）程序步： 1步 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 4、程序表达方式 子程序调用指令在梯形图中使用的情况如图2-4-7所示， 图2-4-7子程序的使用说明 图中，子程序调用指令CALL安排在主程序段中，X0 是子程序执行的条件，当X0置1时，执行指针标号为P10 的子程序一次。在SRET指令执行后程序回到主程序中的 104步处。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 子程序P10安排在主程序结束指令FEND 之后，标号P10和子程序返回指令SRET之 间的程序构成P10子程序的

12、内容， 若主程序带有多个子程序或子程序中嵌 套子程序时，子程序可依次列在主程序结 束指令之后。并以不同的标号相区别。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 4、指令使用的注意事项 标号范围从P0P62，但同一标号不能出现多于1次； CJ指令中用过的标号不能重复再用，但不同的CALL指令 可调用同一标号的子程序。 在子程序中可再CALL子程序，形成子程序嵌套，总数 可有五级嵌套。图2-4-8是一级嵌套的例子。子程序P1是 脉冲执行方式，即X0置1一次，子程序P1只执行一次。当 子程序P1开始执行并X2置1时，程序转去执行子程序P2， 当P2执行完毕后又回到P1原断点处执行P，直到P1执行完

13、成后返回主程序。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 图2-4-8子程序的嵌套 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 5指针P（Point）用于跳转指令和子程序条用 在梯形图中，指针放在左母线的左边。FX1s 有64点 指针（P0P63），FX1n、FX2n、FX2nc有128点指针（ P0P127）。 指针可以出现在相应的跳转指令之前，但是如果反复 跳转的时间超过监控定时器的设定时间，会引起监控定时 器的出错。一个指针只能出现一次，如果出现两次以上， 则会出错。如果用M8000的常开触点驱动CJ指令，相当于 无条件跳转指令，因为运行时特殊辅助继电器M8000总是 ON。设Y、M、S

14、被OUT、SET、RST指令驱动，跳转期间 即使驱动Y、M、S的电路状态改变了，它们依旧保持跳转 前的状态。 P63是END所在的步序，在程序中不需要设置P63. 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 四、初始化指令IST（FNC60） 1功能： IST与STL指令一起使用，用于自动设 置多种工作方式的顺序控制系统的状态和设置有 关的特殊辅助继电器的状态编程。 2操作数范围： S：X、Y、M。用来指定运行模式的起始输入 D1，D2：S20S899。D1指定自动操作模 式中工作状态的最小序号，D2指定自动操作模式 中工作状态的最大序号。 3程序步：IST 7步； 可编程控制器应用技术可编程控

15、制器应用技术 4程序表达方式：IST指令在梯形图中使用的情 况如图2-4-9所示。 图2-4-9初始化指令的程序表达方式 如果M8002接通，执行IST指令，指令指定 自动方式中用到的最小状态编号为S20，最大状 态编号为S29.。从X10开始的连续8个输入点的 功能是固定的。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 5指令使用注意事项 （1）如果驱动该指令，下列元件被自动切换控 制。但是如果驱动输入处于OFF状态，则不变化。 M8040：转移禁止 S0：各个操作的初始状态 M8041：转移开始 S1：原点复归的初始状态 M8042：起动脉冲 S2：自动运行的初始状态 M8047：监控有效

16、可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 （2）如果使用这条指令，则S10S19S可作为原 点复归用。因此，在编程中请勿将这些状态作为 通状态使用。另外，S0S9作为初始状态处理， S0S2作为如上述的各个操作，原点复归以及自 动运行使用。 （3）IST指令应放在程序开始的地方，它必须写 在第一个STL指令之前，且该指令在一个程序中只 能使用一次。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 任务：大、小球分拣机械手的控制（多种工作方式手动 、自动单步、单周期、连续）分拣示意图如图2-4-10所示 。其控制要求如下：起动后，当接近开关检测到有球时电 磁杆就下降，如果电磁铁碰到大球时下限位开关不动

17、作， 如果电磁铁碰到小球时下限位开关动作。电磁杆下降2秒 后电磁铁吸球，吸球1秒后上升，到上限位后机械臂右移 ，如果吸的是小球，机械臂到小球位，电磁杆下降2秒电 磁铁失电释放小球，如果吸的是大球，机械臂就到大球位 ，电磁杆下降2秒，电磁铁失电释放大球，停留1秒上升， 到上限位后机械臂左移到左限位，并重复上述动作。如果 要停止，必须在完成一次上述动作后到左限位停止。 项目操作的内容与步项目操作的内容与步 骤（相关实践知识）骤（相关实践知识） 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 图2-4-10 大小球分拣系统示意图 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 1、根据控制要求，分配输入输出端口

18、，并画出端口的接 线原理图。 （1）I/O分配表如表2-4-2所示。 表2-4-2输入输出端口分配 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 （2）端口接线图如图2-4-11所示。 图2-4-11 端口的接线原理图 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 （3）基于多方式工作，各工作方式的切换可以设计一个 控制面板如图2-4-12所示 X10X14中同时只能有一个处于接通状态，所以必 须使用选择开关，以保证这5个输入中不可能有两个同时 为ON。 图2-4-12 控制面板 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 2、根据控制要求设计状态转移图 （1）根据控制要求可得出自动控制过程分 成若干步

19、，把每一步用状态来表示，找出 其驱动处理的对象，和状态转移的条件。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 （2）根据控制要求，把整个控制过程分成若干 个小的功能模块，逐个完成程序设计 初始化程序 系统的初始化程序用来设置初始化和原点位 置条件。该系统的初始化程序见图2-4-13 图2-4-13 初始化程序 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 图2-4-13中IST指令的源操作数X10用来指定与工作方式 有关的输入继电器的首元件。它实际上指定了从X10开始 的8个输入继电器，它们分别具有以下意义： X10：手动 X11：回原点 X12：单步运行

20、 X13：单周期执行 （半自动） X14：连续运行（自动） X15：回原点启动 X16：自动操作启动 X17：停止 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 IST指令的执行条件满足时，初始状态S0S2 和下列的特殊辅助继电器被自动指定为以下功能 ，以后即使IST指令的执行条件变为OFF这些元件 的功能仍然保持不变： M8040：为1时禁止所有的状态转化 M8041：转化起动 M8042：起动脉冲 M8043：回原点完成 M8044：原点条件满足 M8047：STL监控有效 S0：手动操作初始状态 S1：回原点初始状态 S2：自动操作初始状态 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 如果改变

21、了当前选择的工作方式，在“回原点 完成”标志M8043变为ON之前，所有的输出继电 器将变为OFF。STL监控有效标志M8047的线圈“ 通电”时，当前的活动步对应的状态的元件号按从 大到小的顺序排列，存放在特殊数据寄存器 D8040D8047中，因此可以监控8点活动步对应 的状态元件号。此外，若有任何一个状态变为ON ，特殊辅助继电器M8046将为ON。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 手动程序 手动程序用初始状态S0控制，见图2-4-14所示，因为手动 程序、自动程序（不包括回原点程序）和回原点程序均用 STL触点驱动，这3部分程序的切换由IST指令控制，不会 同时被驱动。 如果

22、不使用IST指令作初始化编程，则可以用CJ指令来 切换自动程序和手动程序。 图2-4-14 手动控制程序 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 自动返回原点程序 自动返回原点的系统顺序功能梯形图如图2-4- 15所示，当原点条件满足时，辅助继电器M8044 （原点条件）为ON。自动返回结束后，用SET指 令将M8043（回原点完成）置为ON并用RST指 令将回原点顺序功能图中的最后一步S12复位。 其系统梯形图见图2-4-18所示。 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 图2-4-15 自动返回原点状态转移图及梯形图程序 可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术 自动程序 自动程序的状态转移图如图2-4-16所示，特 殊辅助继电器M8041（转换起动）和M8044（原 点条件）是从自动程序的初始步S2转换到下一步 S20的转换条件。其梯形图参见图2-41所示。 使用IST指令后，系统的手动、自动、单周期 、单步、连续和回原点这几种工作方式的切换是 系统程序自动完成的，但是必须按照前述的规定 ，安排IST指令中指定的控制工作方式用的输入继 电器X10X17的元件号顺序。工作方式的切换是 通过特殊辅助继电器M8040M8042