可编程控制器原理与编程 (5)

1、第五章第五章 状态转移图及步进指令状态转移图及步进指令u教学提示：前章介绍的基本逻辑指令和梯形图主要用于设计满足教学提示：前章介绍的基本逻辑指令和梯形图主要用于设计满足一般控制要求的一般控制要求的PLC程序。对于复杂控制系统来说，系统输入输出程序。对于复杂控制系统来说，系统输入输出点数较多，工艺复杂，每一工序的自锁要求及工序与工序间的相互点数较多，工艺复杂，每一工序的自锁要求及工序与工序间的相互连锁关系也复杂，直接采用逻辑指令和梯形图进行设计较为困难。连锁关系也复杂，直接采用逻辑指令和梯形图进行设计较为困难。在实际控制系统中，可将生产过程的控制要求以工序划分成若干段，在实际控制系统中，可将生产

2、过程的控制要求以工序划分成若干段，每一个工序完成一定的功能，在满足转移条件后，从当前工序转移每一个工序完成一定的功能，在满足转移条件后，从当前工序转移到下道工序，这种控制通常称为顺序控制。为了方便地进行顺序控到下道工序，这种控制通常称为顺序控制。为了方便地进行顺序控制设计，许多可编程控制器设置有专门用于顺序控制或称为步进控制设计，许多可编程控制器设置有专门用于顺序控制或称为步进控制的指令，制的指令，FX2N PLC在基本逻辑指令之外增加了两条步进指令，在基本逻辑指令之外增加了两条步进指令，同时辅之以大量的状态器同时辅之以大量的状态器S，结合状态转移图就很容易编出复杂的，结合状态转移图就很容易编

3、出复杂的顺序控制程序顺序控制程序 u教学要求：本章要求学生熟练掌握教学要求：本章要求学生熟练掌握FX2N的步进指令和状态转移的步进指令和状态转移图的功能、应用范围和使用方法。重点让学生掌握步进指令和状态图的功能、应用范围和使用方法。重点让学生掌握步进指令和状态转移图编程的规则、步骤与编程方法，并能编写一些工程控制程序转移图编程的规则、步骤与编程方法，并能编写一些工程控制程序 第四章第四章 状态转移图及步进指令状态转移图及步进指令 5.1 状态转移图状态转移图5.2 步进梯形图及步进指令步进梯形图及步进指令5.4.3 选择分支与汇合状态编程选择分支与汇合状态编程5.4 状态转移图常见流程状态得编

4、程状态转移图常见流程状态得编程5.4.1 单流程状态编程单流程状态编程5.2.1 步进梯形图步进梯形图5.3 步进梯形图指令编程基本方法步进梯形图指令编程基本方法5.2.2 步进指令步进指令5.4.2 跳转与重复状态编程跳转与重复状态编程5.4.4 并行分支与汇合状态并行分支与汇合状态5.4.5 分支与汇合得组合分支与汇合得组合5.5 状态转移图及步进指令的应用实例状态转移图及步进指令的应用实例5.1 状态转移图状态转移图u状态转移图（状态转移图（SFC, Sequential Function Chart）是描述）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是基于状控制系统的控制过程、功

5、能和特性的一种图形，是基于状态（工序）的流程以机械控制的流程来表示态（工序）的流程以机械控制的流程来表示 ：uFX2N系列系列PLC共有状态器共有状态器S0S999 S0S9为初始状态为初始状态 S10S499为普通型为普通型 S500S899为断电保持型为断电保持型 S900S999为信号报警型为信号报警型 S10S19在功能指令（在功能指令（FNC60）IST的使用的使用中被用作回零状态器中被用作回零状态器 u状态转移图表示法状态转移图表示法 图图5.1 状态转移图表示法状态转移图表示法 u状态转移图的画法状态转移图的画法 在状态转移图中，用矩形框来表示在状态转移图中，用矩形框来表示“步步

6、”或或“状态状态”，方框中，方框中用状态器用状态器S及其编号表示及其编号表示 与控制过程的初始情况相对应的状态称为初始状态，每个状态与控制过程的初始情况相对应的状态称为初始状态，每个状态的转移图应有一个初始状态，初始状态用双线框来表示的转移图应有一个初始状态，初始状态用双线框来表示 。与步。与步相关的动作或命令用与步相连的梯形图符来表示相关的动作或命令用与步相连的梯形图符来表示 。当某步激活。当某步激活时，相应动作或命令被执行时，相应动作或命令被执行 。一个活动步可以有一个或几个动。一个活动步可以有一个或几个动作或命令被执行作或命令被执行 步与步（状态与状态）之间用有向线段来连接，如果进行方向

7、步与步（状态与状态）之间用有向线段来连接，如果进行方向是从上到下或从左到右，则线段上的箭头可以不画，状态转移图是从上到下或从左到右，则线段上的箭头可以不画，状态转移图中，会发生步的活动状态的进展，该进展按有向连续规定的线路中，会发生步的活动状态的进展，该进展按有向连续规定的线路进行，这种进展是由转换条件的实现来完成的进行，这种进展是由转换条件的实现来完成的 转换的符号是一条短划线，它与步间的有向连接线段相垂直。转换的符号是一条短划线，它与步间的有向连接线段相垂直。在短划线旁可用文字语言、布尔表达式或图形符号标注转换条件在短划线旁可用文字语言、布尔表达式或图形符号标注转换条件 【例例5-1】运料

8、小车的控制运料小车的控制 控制要求：控制要求：图图5.2中料车处于原点，下限位开关中料车处于原点，下限位开关LS1被压合，料斗被压合，料斗门关上，原点指示灯亮门关上，原点指示灯亮 当选择开关当选择开关SA闭合，按下启动按钮闭合，按下启动按钮SB1料斗门打开，料斗门打开，时间为时间为8s，给料车装料，给料车装料 装料结束，料斗门关上，延时装料结束，料斗门关上，延时1s后料车上升，直至压后料车上升，直至压合上限位开关合上限位开关LS2后停止，延时后停止，延时1s之后卸料之后卸料10s，料车复，料车复位并下降至原点，压合位并下降至原点，压合LS1后停止后停止 当开关当开关SA断开，料车工作一个循环后

9、停止在原位，指断开，料车工作一个循环后停止在原位，指示灯亮示灯亮 按下停车按钮按下停车按钮SB2后则立即停止运行后则立即停止运行 图图5.2 运料小车的控制运料小车的控制运料小车控制状态转移图运料小车控制状态转移图 图图5.3 运料小车控制状态转移图运料小车控制状态转移图5.2 步进梯形图及步进指令步进梯形图及步进指令5.2.1 步进梯形图步进梯形图 图图5.4是将图是将图5.3的状态转移图（的状态转移图（SFC图）改画成步图）改画成步进梯形图（进梯形图（STL图）及对其编程的例子图）及对其编程的例子 STL图是以继电器梯形图的风格来表示图是以继电器梯形图的风格来表示 SFC图则把基于状态（工

10、序）的流程以机械控制的图则把基于状态（工序）的流程以机械控制的流程来表示流程来表示 用步进指令对状态器的触点编程，则该触点用符号用步进指令对状态器的触点编程，则该触点用符号表示表示 LD M8002 SET S0 STL S0 复位程序（略） LD X003 ANI Y003 SET S20 STL S20 OUT Y000 LD X000 SET S21 STL S21 LDI T0 OUT Y003 LD M8000 OUT T 0 K 80 LD T0 OUT T1 K 10 LD T1 SET S22LD X001OUT S0STL S22LDI Y002OUT Y001LD X004

11、SET S23 LD X001OUT S0STL S23OUT T2K 10LD T2SET S24LD X001OUT S0STL S24OUT Y004 OUT T3 K 100 LD T3 SET S25 LD X001OUT S0STL S25 LDI Y001 OUT Y002 LD X003 AND X002 OUT S21 LD X003 ANI X002 OUT S0 LD X001 OUT S0 RET END （a）（b）图5.4 运料小车控制编程(a)步进梯形图 (b)指令程序5.2.2 步进指令步进指令 1. 指令定义及应用对象指令定义及应用对象 表表5.1 步进指令的

12、定义与应用对象步进指令的定义与应用对象指令符名称指令意义STL 步进指令在顺控程序上面进行工序步进型控制的指令RET 步进复位指令表示状态流程的结束，返回主程序（母线）的指令2. 指令功能及说明指令功能及说明(1)主控功能主控功能 STL指令仅仅对状态器指令仅仅对状态器S有效有效 STL指令将状态器指令将状态器S的触点与主母线相连并提供主控功能的触点与主母线相连并提供主控功能 使用使用STL指令后，触点的右侧起点处要使用指令后，触点的右侧起点处要使用LD (LDI)指令，步进复位指令指令，步进复位指令RET使使LD点返回主母线点返回主母线 (2) 自动复位功能自动复位功能用用STL指令时，新的

13、状态器指令时，新的状态器S被置位，前一个状态被置位，前一个状态器器S将自动复位将自动复位 OUT指令和指令和SET指令都能使转移源自动复位，另指令都能使转移源自动复位，另外还具有停电自保持功能外还具有停电自保持功能 OUT指令在状态转移图中只用于向分离的状态转指令在状态转移图中只用于向分离的状态转移，而不是向相邻的状态转移移，而不是向相邻的状态转移 状态转移源自动复位须将状态转移电路设置在状态转移源自动复位须将状态转移电路设置在STL回路中，否则原状态不会自动复位回路中，否则原状态不会自动复位 (3) 驱动功能驱动功能 (4) 步进复位指令步进复位指令RET功能功能 5.3 步进梯形图指令编程

14、基本方法步进梯形图指令编程基本方法(1) 输出的驱动方法输出的驱动方法 l如图如图5.5所示，从状态内的母线，一旦写入所示，从状态内的母线，一旦写入LD或或LDI指令后，对不需要触点的指令就不能再编程。指令后，对不需要触点的指令就不能再编程。需要按下图的方法改变这样的回路需要按下图的方法改变这样的回路 图图5.5 输出的驱动输出的驱动（a）错误的驱动方法；（）错误的驱动方法；（b）正确的驱动方法；（）正确的驱动方法；（c）正确的驱动方法）正确的驱动方法 （a）（b）（c）(2) MPS/MRD/MPP指令的位置指令的位置 l在状态内，不能直接从在状态内，不能直接从STL内母线中直接使用内母线中

15、直接使用MPS/MRD/MPP指令（见图指令（见图5.6），而应在），而应在LD或或LDI指令以后编制程序指令以后编制程序 图图5.6 MPS/MRD/MPP指令的位置指令的位置 (3) 状态的转移方法状态的转移方法 lOUT指令与指令与SET指令对于指令对于STL指令后的状态（指令后的状态（S）具有同样的）具有同样的功能，都将自动复位转移源（见图功能，都将自动复位转移源（见图5.7），此外，还有自保持功），此外，还有自保持功能。但是使用能。但是使用OUT指令时，在指令时，在STL图中用于向分离的状态转移图中用于向分离的状态转移 图图5.7 状态的转移方法状态的转移方法 (4) 转移条件回路中

16、不能使用的指令转移条件回路中不能使用的指令 l在转移条件回路中，不能使用在转移条件回路中，不能使用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP指令（见图指令（见图5.8） 图图5.8 转移条件回路指令的应用转移条件回路指令的应用(5) 符号与的应用场合符号与的应用场合 l在流程中表示状态的复位处理时，用符号表示，而符号则表在流程中表示状态的复位处理时，用符号表示，而符号则表示向上面的状态转移重复或向下面的状态转移（跳转），或者示向上面的状态转移重复或向下面的状态转移（跳转），或者向分离的其他流程上的状态转移（见图向分离的其他流程上的状态转移（见图5.9)图图5.9 符号与的应用符号与的应用(6) 状

17、态复位状态复位 l在选定的区间内的状态同时复位（见图在选定的区间内的状态同时复位（见图5.10） 图图5.10 S0S50的的51点状态器的同时复位点状态器的同时复位 (7) 禁止输出的操作禁止输出的操作图图5.11 禁止运行状态中的输出禁止运行状态中的输出 (8) 断开输出继电器（断开输出继电器（Y）的操作）的操作 图图5.12 断开输出继电器断开输出继电器 (9) SFC图需采用的特殊辅助继电器和逻辑指令图需采用的特殊辅助继电器和逻辑指令 表表5.2 SFC图采用的特殊辅助继电器图采用的特殊辅助继电器软元件号名 称功能和用途M8000RUN监视可编程控制器在运行过程中，需要一直接通的继电器

18、。可作为驱动的程序的输入条件或作为可编程控制器运行状态的显示来使用M8002初始脉冲在可编程控制器由STOPRUN时，仅在瞬间（一个扫描周期）接通的继电器，用于程序的初始设定或初始状态的复位M8040禁止转移驱动该继电器，则禁止在所有状态之间转移。然而，即使在禁止状态转移下，由于状态内的程序仍然动作，因此，输出线圈等不会自动断开。M8046STL动作任一状态接通时，M8046自动接通。用于避免与其他流程同时启动或用作工序的动作标志。M8047STL监视有效驱动该继电器，则编程功能可自动读出正在动作中的状态并加以显示。详细事项请参考各外围设备的手册。表表5.3 可在状态内处理的逻辑指令可在状态内

19、处理的逻辑指令 指令状态LD/LDI/LDP/LDF,AND/ANI/ANDP/ANDF,OR/ORI/ORP/ORF,INV,OUT,SET/RST,PLS/PLFANB/ORBMPS/MRD/MPPMC/MCR初始状态/一般状态可使用可使用不可使用分支，汇合状态输出处理可使用可使用不可使用转移处理可使用不可使用不可使用l注：注：在中断程序与子程序内，不能使用在中断程序与子程序内，不能使用STL指令指令在在STL指令内不禁止使用跳转指令，但其动作复杂，建议不要使用指令内不禁止使用跳转指令，但其动作复杂，建议不要使用（10）停电保持用状态器）停电保持用状态器 （11）利用同一种信号的状态转移）

20、利用同一种信号的状态转移 通过一个按钮开关的接通通过一个按钮开关的接通/断开动作等进行状态转移。进行断开动作等进行状态转移。进行这种状态转移时，需要将转移信号脉冲化编程。转移条件这种状态转移时，需要将转移信号脉冲化编程。转移条件的脉冲化有以下的脉冲化有以下2种方法种方法 在在M0接通接通S50之后（见图之后（见图5.13）,转移条件转移条件M1（B触点）触点）即刻开路，在即刻开路，在S50接通的同时，不向接通的同时，不向S51 图图5.13 利用同利用同一种信号的状态转移转移。在一种信号的状态转移转移。在M0再次接通的情况下，再次接通的情况下，向向S51转移转移 构成转移条件的限位开关构成转移

21、条件的限位开关X030在转动之后使工序进在转动之后使工序进行一次转移，转移到下一工序，见图行一次转移，转移到下一工序，见图5.14。这种场合，。这种场合，将转移条件脉冲化，见图将转移条件脉冲化，见图5.15所示。所示。S30首次动作，虽首次动作，虽然然X030动作，动作，M101动作，但通过自锁脉冲动作，但通过自锁脉冲100使不使不产生转移，当产生转移，当X030再次动作，则再次动作，则M100不动作，不动作，M101动作，则状态从动作，则状态从S30转到转到S31 图图5.13 利用同一种信号的状态转移利用同一种信号的状态转移 图图5.14 限位开关构成的转移条件限位开关构成的转移条件 图图

22、5.15 转移条件脉冲化转移条件脉冲化 （12）上升沿）上升沿/下降沿检测触点使用时的注意事项下降沿检测触点使用时的注意事项 l在状态内使用在状态内使用LDP、LDF、ANDP、ANF、ORP、ORF的的上升沿上升沿/下降沿检测触点时，状态器触点断开时变化的触点，下降沿检测触点时，状态器触点断开时变化的触点，只在状态器触点再次接通时才被检出只在状态器触点再次接通时才被检出 图图5.16 上升沿上升沿/下降沿检测触点使用时的编程下降沿检测触点使用时的编程（a）（b）（a）修改程序前的程序；（）修改程序前的程序；（b）修改程序后的程序）修改程序后的程序 5.4状态转移图常见流程状态的编程状态转移图

23、常见流程状态的编程5.4.1 单流程状态编程单流程状态编程l“单流程单流程”是指仅有单一的出、入口的单流程。是指仅有单一的出、入口的单流程。图图5.17所示台车运动控制就是典型的所示台车运动控制就是典型的“单流程单流程” 图图5.17 台车单流程运动时序图台车单流程运动时序图 台车运动时序如下：台车运动时序如下：按下启动按钮按下启动按钮PB，台车前进，限位开关，台车前进，限位开关LS11动作后，台车马动作后，台车马上后退。（上后退。（LS11通常处于断开状态，只有台车前进到位时才转通常处于断开状态，只有台车前进到位时才转为接通，其它限位开关的动作也相同）为接通，其它限位开关的动作也相同） 台车

24、后退，限位开关台车后退，限位开关LS12动作后，停动作后，停5秒钟再次前进，直到限秒钟再次前进，直到限位关位关LS13动作，台车马上后退动作，台车马上后退 不久限位开关不久限位开关LS12动作，这时驱动台车的电机停转动作，这时驱动台车的电机停转 解：解：控制程序如图控制程序如图5.18 ，PLC由由STOPRUN时，初时，初始脉冲辅助继电器始脉冲辅助继电器M8002令令S0置位（置位（S0ON） S0S9用作初始状态用作初始状态 图图5.18 台车运动的控制程序台车运动的控制程序5.4.2 跳转与重复状态编程跳转与重复状态编程u向下面的状态直接转移或向系列外的状态转移称为跳转，向下面的状态直接

25、转移或向系列外的状态转移称为跳转，向上面的状态转移则称为重复或循环，见图向上面的状态转移则称为重复或循环，见图5.19所示所示 图图5.19跳转，重复或循环跳转，重复或循环u在图在图5.20中，跳转的转移目标状态和重复（循环）的转移目标中，跳转的转移目标状态和重复（循环）的转移目标状态都可以用加目标状态来表示，转移目标状态用状态都可以用加目标状态来表示，转移目标状态用OUT指令编程指令编程 图图5.20 跳转的转移目标状态图跳转的转移目标状态图图图5.21 选择性分支选择性分支5.4.3 选择性分支与汇合状态编程选择性分支与汇合状态编程（1）选择性分支）选择性分支选择性分支先进行驱动处理，然后

26、进行转移处理。所有的选择性分支先进行驱动处理，然后进行转移处理。所有的转移处理按顺序继续进行转移处理按顺序继续进行,见图见图 5.21 即使负载驱动回路也不能直接在即使负载驱动回路也不能直接在STL指令后面使用指令后面使用MPS指令指令 （2）选择汇合）选择汇合 首先只进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序首先只进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序继续进行汇合状态转移处理，在使用中要注意程继续进行汇合状态转移处理，在使用中要注意程序的顺序号，分支列与汇合列不能交叉（见图序的顺序号，分支列与汇合列不能交叉（见图5.22） 在分支与汇合的转移处理中程序中，不能用在分支与汇合的转移处理中程序中，不能用

27、MPS,MRD,MPP,ANB,ORB指令指令 图图5.22 选择性分支汇合的编程选择性分支汇合的编程图图5.23 并行分支并行分支 5.4.4 并行分支与汇合状态并行分支与汇合状态（1）并行分支）并行分支l并行分支流程的编程首先进行驱动处理，然后进行转移并行分支流程的编程首先进行驱动处理，然后进行转移处理。所有的转移处理按顺序继续进行，见图处理。所有的转移处理按顺序继续进行，见图5.23 （2）并行汇合）并行汇合 l首先只进行汇合前状态的驱动处理，然后依次执行向汇首先只进行汇合前状态的驱动处理，然后依次执行向汇合状态的转移处理，见图合状态的转移处理，见图5.24 图图5.24 并行分支汇合的

28、并行分支汇合的SFC（3）转移条件的设置位置）转移条件的设置位置l并行分支与汇合点中不容许在图并行分支与汇合点中不容许在图5.25（a）所示的符号）所示的符号1、2或符号或符号*3、*4的位置设置转移条件，转移条件的设置应按的位置设置转移条件，转移条件的设置应按图图5.25（b）所示）所示1、2、3、4的位置进行设置的位置进行设置 图图5.25 转移条件的设置位置转移条件的设置位置（a）错误的设置位置；）错误的设置位置；(b) 正确的设置位置正确的设置位置（a）（a）错误的设置位置；(b) 正确的设置位置（b）（4）多个初始状态的）多个初始状态的SFC图的编程图的编程图图5.26 多个初始状态

29、的多个初始状态的SFC图的编程图的编程（5）回路总数）回路总数图图5.26 多个初始状态的多个初始状态的SFC图的编程图的编程l对所有的初始状态（对所有的初始状态（S1S9），每个初始状态的回路总数），每个初始状态的回路总数不超过不超过16条条 ,并且在每一分支点，分支数不能大于并且在每一分支点，分支数不能大于8个个 l注意：不能进行从汇合线或汇合前的状态开始向分离状态的转移处理或复位处理，一注意：不能进行从汇合线或汇合前的状态开始向分离状态的转移处理或复位处理，一定要设置虚拟状态，从分支线上向分离状态进行转移与复位处理定要设置虚拟状态，从分支线上向分离状态进行转移与复位处理 5.4.5 分支

30、与汇合的组合分支与汇合的组合图图5.28 分支与汇合的组合形态分支与汇合的组合形态（a）选择汇合选择；（）选择汇合选择；（b）并行汇合并行；（）并行汇合并行；（c）选择汇合并行；）选择汇合并行；（d）并行汇合选择；（）并行汇合选择；（e）选择并行分支汇合）选择并行分支汇合5.5 状态转移图及步进指令的应用实例状态转移图及步进指令的应用实例【例例5-1】四皮带运输机系统四皮带运输机系统 u运输系统由电动料斗和及运输系统由电动料斗和及M1M4四台电动机驱动四台电动机驱动的四条皮带运输机组成，如图的四条皮带运输机组成，如图5.29（a）所示）所示 图5.29 （a）控制要求为：控制要求为： u运输系

31、统由电动料斗和及运输系统由电动料斗和及M1M4四台电动机驱动四台电动机驱动的四条皮带运输机组成，如图的四条皮带运输机组成，如图5.29（a）所示）所示 （1）逆物流方向起动）逆物流方向起动 按下起动按钮按下起动按钮SB1，振铃，振铃30s，起动，起动1皮带；延时皮带；延时2s，起，起动动2皮带；再延时皮带；再延时3s，起动，起动3皮带；再延时皮带；再延时4s，起动，起动4皮带并同时开启料斗，起动完毕皮带并同时开启料斗，起动完毕 （2）顺物流方向顺序停车）顺物流方向顺序停车 按下停止按钮按下停止按钮SB2，关闭料斗，延时，关闭料斗，延时10s,停止停止4皮带；皮带；再延时再延时4s，停止，停止3

32、皮带；再延时皮带；再延时3s，停止，停止2皮带；再延皮带；再延时时2s，停止，停止1皮带，停车完毕皮带，停车完毕 皮带运输系统的的皮带运输系统的的SFC图如图图如图5.29（b）所示）所示 图图5.29 四皮带运输机系统四皮带运输机系统（b）（a）四电动机驱动皮带运输机）四电动机驱动皮带运输机;(b)皮带运输机系统的单流程皮带运输机系统的单流程SFC 【例例5-2】大、小球分类选择传送的机械大、小球分类选择传送的机械 u如图如图5.31，左上方为原点指示，其动作顺序为下降，左上方为原点指示，其动作顺序为下降，吸住、上升、右行、下降、释放、上升、左行吸住、上升、右行、下降、释放、上升、左行 u当

33、电磁铁接近球时，接近开关当电磁铁接近球时，接近开关PS0接通，此时，下限接通，此时，下限位开关位开关LS2断开，则为大球断开，则为大球 uLS2导通，则为小球导通，则为小球 图图5.31 大、小球分类选择传送机械大、小球分类选择传送机械解：解：若为小球（若为小球（X002ON），左侧流程有效；若为大），左侧流程有效；若为大球（球（X002=OFF），则右侧的流程有效），则右侧的流程有效 若为小球时，吸球臂右行至压住若为小球时，吸球臂右行至压住LS4，X004动作；动作；若为大球时，则右行至压住若为大球时，则右行至压住LS5，X005动作。然后向动作。然后向汇合状态汇合状态S30转移转移 若驱动特殊辅助继电器若驱动特殊辅助继电器M8040，则禁止所有的状态，则禁止所有的状态转移。右移输出