第6章PLC步进顺控指令及其应用

第6章PLC步进顺控指令及其应用

所谓顺序控制，就是按照生产工艺的流程顺序，在各个输入信号及内部软元件的作用下，使各个执行机构自动有序地运行。使用顺序功能图设计程序时，首先应根据系统的工艺流程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图或写出指令表。

状态转移图6.1步进顺控指令及其编程方法6.2单流程的程序设计6.3选择性流程的程序设计6.4

并行性流程的程序设计6.5复杂流程及跳转流程的程序设计6.6用辅助继电器实现顺序6.76.1状态转移图 6.1.1流程图 实训8的彩灯循环点亮，实际上这是一个顺序控制，整个控制过程可分为如下4个阶段（或叫工序）：复位、黄灯亮、绿灯亮、红灯亮。

每个阶段又分别完成如下的工作（也叫动作）：初始及停止复位，亮黄灯、延时，亮绿灯、延时，亮红灯、延时。各个阶段之间只要延时时间到就可以过渡（也叫转移）到下一阶段。因此，可以很容易地画出其工作流程图。

流程图对大家来说并不陌生，那么，如何让PLC来识别大家所熟悉的流程图呢？这就要将流程图“翻译”成如图6-2所示的状态转移图。

6.1.2状态转移图 如何将流程图转化为状态转移图呢？ 只要进行如下的变换（即“汉译英”）： 一是将流程图中的每一个阶段（或工序）用PLC的一个状态继电器来表示。

二是将流程图中的每个阶段要完成的工作（或动作）用PLC的线圈指令或功能指令来实现。

三是将流程图中各个阶段之间的转移条件用PLC的触点或电路块来替代。

四是流程图中的箭头方向就是PLC状态转移图中的转移方向。

1．设计状态转移图的方法和步骤 ①将整个控制过程按任务要求分解成若干道工序，其中的每一道工序对应一个状态（即步），并分配状态继电器。 ②搞清楚每个状态的功能。

彩灯循环点亮控制系统的各状态功能如下。 S0：PLC初始及停止复位（驱动ZRSTS20S22区间复位指令）。 S20：亮黄灯、延时（驱动Y0、T0的线圈，使黄灯亮1

s）。

S21：亮绿灯、延时（驱动Y1、T1的线圈，使绿灯亮1

s）。 S22：亮红灯、延时（驱动Y2、T2的线圈，使红灯亮1

s）。

③找出每个状态的转移条件和方向，即在什么条件下将下一个状态“激活”。

彩灯循环点亮控制系统的各状态转移条件如下。

S0：初始脉冲M8002，停止按钮（常开触点）X0，并且，这两个条件是或的关系。

S20：一个是启动按钮X1，另一个是从S22来的定时器T2的延时闭合触点。

S21：定时器T0的延时闭合触点。 S22：定时器T1的延时闭合触点。

④根据控制要求或工艺要求，画出状态转移图。

经过以上4步，可画出彩灯循环点亮的控制系统的状态转移图，如图6-2所示。

2．状态的三要素 状态转移图中的状态有驱动负载、指定转移方向和转移条件三个要素，

3．状态转移和驱动的过程 当PLC开始运行时，M8002产生一初始脉冲使初始状态S0置1，进而使ZRST指令有效，使S20～S22复位。

当按下启动按钮X1时，状态转移到S20，使S20置1，同时S0在下一扫描周期自动复位，S20马上驱动Y0、T0（亮黄灯、延时）。

当延时到转移条件T0闭合时，状态从S20转移到S21，使S21置1，同时驱动Y1、T1（亮绿灯、延时），而S20则在下一扫描周期自动复位，Y0、T0线圈也就断电。

当转移条件T1闭合时，状态从S21转移到S22，使S22置1，同时驱动Y2、T2（亮红灯、延时），而S21则在下一扫描周期自动复位，Y1、T1线圈也就断电。

当转移条件T2闭合时，状态转移到S20，使S20又置1，同时驱动Y0、T0（亮黄灯、延时），而S22则在下一扫描周期自动复位，Y2、T2线圈也就断电，开始下一个循环。

在上述过程中，若按下停止按钮X0，则随时可以使状态S20～S22复位，同时Y0～Y2、T0～T2的线圈也复位，彩灯熄灭。

4．状态转移图的特点 形成了状态转移图。状态转移图和流程图一样，具有如下特点。

①可以将复杂的控制任务或控制过程分解成若干个状态。无论多么复杂的过程都能分解为若干个状态，有利于程序的结构化设计。

②相对某一个具体的状态来说，控制任务简单了，给局部程序的编制带来了方便。

③整体程序是局部程序的综合，只要搞清楚各状态需要完成的动作、状态转移的条件和转移的方向，就可以进行状态转移图的设计。

④这种图形很容易理解，可读性很强，能清楚地反映整个控制的工艺过程。

6.1.3状态转移图的理解 若对应状态“有电”（即“激活”），则状态的负载驱动和转移处理才有可能执行；若对应状态“无电”（即“未激活”），则状态的负载驱动和转移处理就不可能执行。

可以将状态转移图理解为“接力赛跑”，只要跑完自己这一棒，接力棒传给下一个人，就由下一个人去跑，自己就可以不跑了。或者理解为“只干自己需要干的事，无需考虑其他”。6.2步进顺控指令及其编程方法 6.2.1步进顺控指令 STL（StepLadder）是步进开始指令，以使该状态的负载可以被驱动。

RET是步进返回（也叫步进结束）指令，使步进顺控程序执行完毕时，非步进顺控程序的操作在主母线上完成。

6.2.2状态转移图的编程方法 状态转移图的编程原则为：先进行负载的驱动处理，然后进行状态的转移处理。图6-2的指令表程序如表6-1所示，其状态梯形图如图6-3所示。

表6-1 图6-2的指令表

图6-3状态梯形图

6.2.3编程注意事项6.3单流程的程序设计 所谓单流程就是指状态转移只有一个流程，没有其他分支。由单流程构成的状态转移图就叫单流程状态转移图。

6.3.1设计方法和步骤 单流程控制的程序设计比较简单，其设计方法和步骤如下。

①根据控制要求，列出PLC的I/O分配表，画出I/O分配图。

②将整个工作过程按工作步序进行分解，每个工作步序对应一个状态，将其分为若干个状态。

③理解每个状态的功能和作用，即设计驱动程序。 ④找出每个状态的转移条件和转移方向。

⑤根据以上分析，画出控制系统的状态转移图。 ⑥根据状态转移图写出指令表。

6.3.2程序设计实例 例1用步进顺控指令设计一个三相电动机循环正反转的控制系统。

其控制要求如下：按下启动按钮，电动机正转3

s，暂停2

s，反转3

s，暂停2

s，如此循环5个周期，然后自动停止；运行中，可按停止按钮停止，热继电器动作也应停止。

解：①根据控制要求，其I/O分配图如图6-4所示。

图6-4PLC的I/O接线图

②根据控制要求可知，这是一个单流程控制程序，其工作流程图如图6-5所示；再根据其工作流程图可以画出其状态转移图，如图6-6所示。

图6-5工作流程图

图6-6状态转移图

③图6-6的指令如表6-2所示。

例2用步进顺控指令设计一个彩灯自动循环闪烁的控制程序。

其控制要求如下：3盏彩灯HL1、HL2、HL3，按下启动按钮后HL1亮，1

s后HL1灭HL2亮，1

s后HL2灭HL3亮，1

s后HL3灭，1

s后HL1、HL2、HL3全亮，1

s后HL1、HL2、HL3全灭，1

s后HL1、HL2、HL3全亮，1

s后HL1、HL2、HL3全灭，1

s后HL1亮……如此循环；随时按停止按钮停止系统运行。

图6-7彩灯闪烁的I/O分配图

图6-8彩灯闪烁的状态转移图

实训20单流程程序设计 1．实训目的 2．实训器材 3．实训任务

设计一个用PLC控制的将工件从A点移到B点的机械手的控制系统，并在实训室完成模拟调试，其控制要求如下。

手动操作时，每个动作均能单独操作，用于将机械手复归至原点位置；连续运行时，在原点位置按启动按钮，机械手按图6-9所示连续工作一个周期。

图6-9机械手动作的示意图

一个周期的工作过程如下：原点→放松（T）→下降→夹紧（T）→上升→右移→下降→放松（T）→上升→左移（同时夹紧）到原点，时间T由教师现场规定。

说明：①机械手的工作是将工件从A点移到B点；②原点位机械夹钳处于夹紧位，且机械手处于左上角位；③机械夹钳为有电放松，无电夹紧。

4．实训步骤（1）I/O分配（2）程序设计

图6-10机械手的状态转移图

（3）系统接线图

（4）系统调试 ①输入程序。 ②静态调试。 ③动态调试。

5．实训报告（1）分析与总结 ①画出机械手工作流程图。 ②描述机械手的动作情况，总结操作要领。

（2）巩固与提高 ①机械手在原点时，哪些信号必须闭合？自动运行时，要求哪些信号必须闭合才能启动？

②若在右限位增加一个光电检测，检测B点是否有工件，若无工件则下降，若有工件则不下降，请在本实训程序的基础上设计其程序。

6．能力测试（100分） 用步进顺控指令设计一个电镀槽生产线的控制程序。

其控制要求如下：具有手动和自动控制功能，手动时，各动作能分别操作；自动时，按下启动按钮后，从原点开始按图6-12所示的流程运行一周回到原点；图中SQ1～SQ4为行车进退限位开关，SQ5、SQ6为吊钩上、下限位开关。

图6-12电镀槽生产线的控制流程6.4选择性流程的程序设计 6.4.1选择性流程及其编程 1．选择性流程程序的特点 由两个及两个以上的分支流程组成的，但根据控制要求只能从中选择1个分支流程执行的程序，称为选择性流程程序。

图6-13选择性流程程序的结构形式

2．选择性分支的编程 选择性分支的编程与一般状态的编程一样，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执行，简称先驱动后转移。

表6-4选择性分支程序的指令表STLS20LDX010 第2分支的转移条件OUTY000

驱动处理SETS31 转移到第2分支LDX000 第1分支的转移条件LDX020 第3分支的转移条件SETS21 转移到第1分支SETS41 转移到第3分支

表6-5选择性汇合程序的指令表STLS21第1分支驱动处理STLS50OUTY50OUTY042OUTY021LDX001SETS22STLS22SETS50OUTY022STLS31第2分支驱动处理OUTY031由第2分支转移到汇合点LDX011SETS32STLS32由第3分支转移到汇合点OUTY032STLS41第3分支驱动处理SETS50OUTY041

6.4.2程序设计实例 例3用步进指令设计三相电动机正反转的控制程序。其控制要求如下：按正转启动按钮SB1，电动机正转，按停止按钮SB，电动机停止；按反转启动按钮SB2，电动机反转，按停止按钮SB，电动机停止；热继电器具有保护功能。

实训21选择性流程程序设计 1．实训目的 2．实训器材

与第5章实训18相同。 3．实训任务 设计一个三相电动机正反转能耗制动的控制系统，并在实训室完成模拟调试。

其控制要求如下： 按SB1，KM1合，电动机正转；按SB2，KM2合，电动机反转；按SB，KM1或KM2断开，KM3合，能耗制动（制动时间为Ts）；要求有必要的电气互锁，不需按钮互锁；FR动作，KM1或KM2或KM3释放，电动机自由停车；要求用步进顺控指令设计程序。

4．实训步骤（1）I/O分配（2）状态转移图

5．实训报告（1）分析与总结 ①根据三相电动机正反转能耗制动的状态转移图，写出其指令表。

②比较用基本逻辑指令和STL指令编程的异同，并说明各自的优缺点。 ③画出三相电动机正反转能耗制动主电路的接线图。

（2）巩固与提高 ①用另外的方法编制程序。 ②从安全的角度分析一下状态S22的作用，并说明原因。 ③若要在本实训功能的基础上增加手动正、反转功能，则应如何设计其状态转移图？

6．能力测试（100分） 设计一个用PLC控制的皮带运输机的控制系统。

其控制要求如下：供料由电磁阀DT控制；电动机M1～M4分别用于驱动皮带运输线PD1～PD4；储料仓设有空仓和满仓信号。其动作示意简图如图6-16所示，其具体要求如下。

图6-16动作示意简图

①正常启动。仓空或按启动按钮时的启动顺序为M1、DT、M2、M3、M4，间隔时间5

s。

②正常停止。为使皮带上不留物料，要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺序停止，即正常停止顺序为DT、M1、M2、M3、M4，间隔时间5

s。

③故障后的启动。为避免前段皮带上造成物料堆积，要求按物料流动相反方向按一定时间间隔顺序启动，即故障后的启动顺序为M4、M3、M2、M1、DT，间隔时间10

s。

④紧急停止。当出现意外时，按下紧急停止按钮，则停止所有电动机和电磁阀。 ⑤具有点动功能。6.5并行性流程的程序设计 6.5.1并行性流程及其编程 1．并行性流程程序的特点 由两个及以上的分支流程组成的，但必须同时执行各分支的程序，称为并行性流程程序。

图6-17并行性流程程序的结构形式

2．并行性分支的编程 并行性分支的编程与选择性分支的编程一样，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执行。

表6-6并行性分支程序的指令表STLS20SETS21转移到第1分支OUTY000驱动处理SETS31转移到第2分支LDX000转移条件SETS41转移到第3分支

3．并行性汇合的编程 并行性汇合的编程与选择性汇合的编程一样，也是先进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序向汇合状态进行转移处理。

表6-7并行性汇合程序的指令表

4．编程注意事项 ①并行性流程的汇合最多能实现8个流程的汇合。 ②在并行性分支、汇合流程中，不允许有如图6-18（a）所示的转移条件，而必须将其转化为图6-18（b）后，再进行编程。

图6-18并行性分支、汇合流程的转化

6.5.2程序设计实例 例4用步进指令设计一个按钮式人行横道指示灯的控制程序。其控制要求如下：按X0或X1按钮，人行横道和车道指示灯按图6-19所示点亮。

图6-19按钮式人行横道指示灯的示意图

图6-20PLC外部接线图

实训22并行性流程的程序设计 1．实训目的 2．实训器材 3．实训任务

设计一个用PLC控制的十字路口交通灯的控制系统，并在实训室完成模拟调试。

其控制要求如下： 自动运行时，按一下启动按钮，信号灯系统按图6-22所示要求开始工作（绿灯闪烁的周期为1

s）；按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭；手动运行时，两方向的黄灯同时闪动，周期是1

s。

图6-22交通灯自动运行的动作要求

4．实训步骤（1）I/O分配（2）程序设计

图6-23交通灯控制的时序图

5．实训报告（1）分析与总结 ①根据图6-24所示状态转移图写出其对应的指令表。

图6-24交通灯控制的状态转移图

②对照图6-24所示的状态转移图理解计算机中的状态梯形图，并给梯形图加必要的设备注释。 ③比较一下选择性流程和并行性流程的异同。

（2）巩固与提高 ①在图6-24所示的状态转移图中，如何将M8013改为由定时器和计数器组成的振荡电路？

②请用单流程设计本实训程序。 ③描述该交通灯的动作情况，并与实际的交通灯进行比较，在此基础上设计一个功能更完善的控制程序。

6．能力测试（100分） 设计一个用PLC控制的双头钻床的控制系统。双头钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔，如图6-26所示。

图6-26双头钻床的工作示意图

其控制过程如下：操作人员将工件放好后，按下启动按钮，工件被夹紧，夹紧时压力继电器为ON，此时两个钻头同时开始向下进给。

大钻头钻到设定的深度（SQ1）时，钻头上升，升到设定的起始位置（SQ2）时，停止上升；小钻头钻到设定的深度（SQ3）时，钻头上升，升到设定的起始位置（SQ4）时，停止上升。

两个都到位后，工件旋转120°，旋转到位时SQ5为ON，然后又开始钻第2对孔，3对孔都钻完后，工件松开，松开到位时，限位开关SQ6为ON，系统返回初始位置，系统要求具有急停、手动和自动运行功能。6.6复杂流程及跳转流程的