第4章步进顺控指令的应用

第4章步进顺控指令的应用4.1步进顺控指令基本知识4.2步进顺控指令的应用4.3本章技能检验4.1步进顺控指令基本知识

4.1.1步进指令步进指令STL、RET的助记符、电路表示等指令属性如表4-1所示。步进指令的使用说明如下：1．STL指令只能和状态元件配合使用，表示状态元件的常开触点（只有常开触点，无常闭触点）与左母线相连。步进接点接通，需要用SET指令进行置位。步进接点如同主控指令一样，将左母线移到新的临时位置，即移到步进接点右边，相当于临时母线。所以，步进指令后的接点必须使用“取”（LD、LDI）指令。步进指令的使用说明如下：2．步进接点具有主控功能。步进节点接通，与之相连的电路被执行。步进接点断开，与之相连的电路停止执行。若要在步进接点断开时仍然保持线圈的输出，要使用置位指令SET而不要使用输出指令OUT。3．RET指令称为“步进返回”，其功能是返回到原来左母线的位置，即RET指令使LD点返回母线。在一系列STL指令的最后，必须写入RET指令，表明步进梯形图指令的结束。STL指令只对状态器S有效，RET指令仅在最后一个状态的末行使用一次，否则程序报错不能运行。4.1.2状态转移图和步进梯形图

状态转移图（SFC图）主要由“状态步”、“转移条件”和“驱动负载”3部分组成，其主要类型有单流程、选择性分支与汇合、并行性分支与汇合、跳转和重复的处理。1．单流程如图4-1(a)所示，初始状态步一般使用初始状态继电器S0～S9，SFC图将一个控制程序分成若干状态步，每个状态步用一个状态继电器S表示，由每个状态步驱动对应的负载，完成对应的动作。状态步必须满足对应的转移条件才能处于动作状态（状态继电器得电）。

(a)SFC图（状态转移图）(b)STL图（步进梯形图）(c)指令程序图4-1SFC图的3种表达方式初始状态步可以由梯形图的接点作为转移条件，也常常用M8002（初始化脉冲）的接点作为转移条件。当一个状态步处于动作状态时，如果与下面相连的转移条件接通后，该状态步将自动复位，它在下面的状态步置位处于动作状态，并驱动对应的负载。如图4-1（a）所示，当PLC初次运行时，M8002产生一个脉冲，使初始状态继电器S0得电，即初始状态步动作，S0没有驱动负载，处于等待状态，当转移条件X0和X3都闭合时，S0失电复位，S20得电置位，S20所驱动的负载Y0也随之得电。SFC图便于阅读，也便于设计。SFC图也可以用STL图（步进梯形图）来表示，如图4-1（b）所示，状态步的线圈要用SET指令。其主控接点用STL指令，主控接点右边为副母线。在SFC图结束后要用RET指令，图4-1（c）所示为图4-1（a）和图4-1（b）的指令程序。步进指令具有以下特点：

1）转移源自动复位功能当用STL指令进入初始状态S0时，如果转移条件X0和X3接通，状态器S20将接通，同时转移源状态器S0自动复位。2）允许双重输出步进梯形图中，由STL驱动的不同状态器可以驱动同一输出，使得双线圈输出成为可能。3）主控功能使用STL指令时，相当于建立一个子母线，要用LD指令从子母线开始编程；使用RET指令之后，返回到总母线，LD指令从总母线开始编程。2．选择性分支与汇合从多个分支流程中选择某一个单支流程，称之为选择性分支。在选择分支状态转移图中，有多个分支，只能选择其中的一条分支。（1）选择序列分支的编程方法如图4-2所示的步S20之后有一个选择序列的分支。当S20为活动步时，如果转换条件X1满足，将转换到步S21；如果转换条件X2满足，将转换到步S22；如果转换条件X3满足，将转换到步S23；如果某一步的后面有N条选择序列的分支，则该步的STL触点开始的电路中应有N条分别指明各转换条件和转换目标的并联电路。对于图4-2中步S20之后的这三条支路有三个转换条件X1、X2和X3，可能进入步S21、S22和步S23，所以在S20的STL触点开始的电路块中，有三条由X1、X2和X3作为置位条件的串联电路。STL触点具有与主控指令（MC）相同的特点，即LD点移到了STL触点的右端，对于选择序列分支对应的电路的设计，是很方便的。用STL指令设计复杂系统的梯形图时更能体现其优越性。（a）顺序功能图（b）梯形图（c）指令表图4-2选择序列分支的编程方法示例（2）选择序列合并的编程方法

如图4-3所示的步S24之前有一个由三条支路组成的选择序列的合并。当步S21为活动步，转换条件X2得到满足时；或者步S22为活动步，转换条件X3得到满足时；或者步S23为活动步，转换条件X4得到满足时，都将使步S24变为活动步，同时将步S21、S22和S23变为不活动步。在梯形图中，由S21、S22和S23的STL触点驱动的电路块中均有转换目标S24，对它们的后续步S24的置位是用SET指令来实现的，对相应的前级步的复位是由系统程序自动完成的。其实在设计梯形图时，没有必要特别留意选择序列的合并如何处理，只要正确地确定每一步的转换条件和转换目标，就能自然地实现选择序列的合并。（a）顺序功能图（b）梯形图（c）指令表图4-3选择序列合并的编程方法示例分支、合并的处理程序中，不能用MPS、MRD、MPP、ANB、ORB等指令。如图4-4所示，为选择性分支与汇合状态转移图和步进梯形图。图中转移条件X1和X4在同一时间只能有一个接通状态。当S20置位时，若X1接通，状态就向S21转移，S20自动复位。以后即使X4接通，S23也不会置位。即状态器S20的转移方向由转移条件X1和X4的状态决定。汇合状态S25可作为S22、S24中任一状态的转移目标，由S22或S24置位，同时前一个状态器S22或S24自动复位。

（a）状态转移图（b）步进梯形图

（c）指令表

图4-4选择性分支与汇合3．并行性分支与汇合

同时并行处理多个分支流程，称之为并行性分支与汇合。（1）并行序列分支的编程方法如图4-5所示的功能图中，步S20之后有一个并行序列的分支即S21、S31和S41。当步S20是活动步时，且转换条件X0满足时，步S21、S31和S41同时变为活动步，这三个序列同时开始工作。在梯形图中，用S20的STL触点和X0的常开触点组成的串联电路来控制SET指令对S21、S31和S41同时置位，同时系统程序将前级步S20变为不活动步。（a）顺序功能图（b）梯形图（c）指令表图4-5并行序列分支的编程方法示例（2）并行序列合并的编程方法

如图4-6所示并行序列合并处的转换有三个前级步S21、S31和S41，根据转换实现的基本规则，当它们均为活动步且转换条件X6满足时，将实现并行序列的合作。在梯形图中，用S21、S31和S41的STL触点（均对应STL指令）和X6的常开触点组成串联电路使S45置位。在图4-6中，S21、S31和S41的STL触点均出现了两次，如果不涉及并行序列的合并，同一状态继电器的STL触点只能在梯形图中使用一次。串联的STL触点的个数不能超过8个，换句话说，一个并行序列中的序列数不能超过8个。

（a）顺序功能图（b）梯形图（c）指令表图4-6并行序列合并的编程方法示例

图4-7为并行性分支与汇合状态转移图和步进梯形图。图中水平双线表示并行工作。当S21置位时，若转换条件X0接通，从状态器S21分两路同时进入状态器S22和S24，使之同时置位，各分支流程同时动作，而状态器S21被复位。待各分支流程全部处理完毕后，S23和S25同时接通，此时若转移条件X3接通，汇合状态S26置位，S23、S25全部自动复位。多条支路汇合在一起，实际为STL指令的连续使用，在梯形图中是STL触点串联。

(a)状态转移图(b)步进梯形图

(c)指令表图4-7并行性分支与汇合图4．跳转和重复的处理状态转移图除了上述的几种类型外，还有其他非连续的状态转移类型，如图4-8所示。图4-8（a）为向上跳，跳回到上面的状态步（也叫重复），当转移条件X0=1时，从S22状态步跳回到S0状态步。图4-8（b）为向下跳，跳过相邻的状态步，到下面的状态步，当转移条件X0=1时，从S0状态步跳到S23状态步。图4-8（c）为跳向另一条分支（向程序外跳转），当转移条件X0=1时，从S20状态步跳到另外一条分支的S32状态步。图4-8（d）为复位，当转移条件X0=1时，使本状态步S32复位。注意：编程时前三种类型用OUT指令，复位处理时用RST指令。另外，图中应尽量避免线条交叉。

（a）往前跳步（b）往后跳步（c）远程跳步（d）重复图4-8跳转和重复的处理4.2步进顺控指令的应用

4.2.1项目案例——剪板机工作控制

【学习目标】1.理解功能图的特点及在步进顺序控制中的应用。2.熟悉功能图构成的各个要素。3.掌握单流程功能图设计方法和步骤4.掌握步进指令的用法及与功能图的相互转换。【技能目标】1.会采用功能图法设计顺序控制电路。2.会把PLC与外围设备接线连接并调试。【项目描述】一台剪板机如图4-9所示，其控制要求如下：按起动按钮X0，开始送料，当板料碰到限位开关X1时停止，压钳下行将板料压紧时限位开关X2动作，剪刀下行将板料剪断后触及限位开关X3，压钳和剪刀同时上行，分别碰到上限位开关时停止。试画出PLC接线图和状态转移图。图4-9剪板机工作示意图

1．输入/输出(I/O)点分配表根据系统控制功能的要求，本项目需要7个输入点，5个输出点，I/O分配表如表4-2所示。表4-2【任务实施】2．绘制I/O接线图。接线图如图4-10所示。图4-10剪板机控制I/O接线图3．设计梯形图，根据要求如图4-11所示。

（a）状态转移图（b）梯形图(c)指令程序图4-11剪板机控制程序4．安装接线安装接线前应认真检查器件，确保器件符合控制系统的要求。在断电的情况下根据图4-10正确安装和连接器件。5．模拟调试为确保控制系统符合控制要求，在正式运行前应进行必要的模拟调试。具体步骤如下：①断开输出回路的电源；②接通PLC电源，并切换到运行开状态（开关拨到RUN位置）；③按启动按钮，观察输出结果是否符合控制要求；④如果PLC的动作与控制功能的要求不符，应检查并修改程序中的错误；⑤重复第三步、第四步，直到PLC的动作正确无误。4.2.2项目案例——抢答显示系统控制

【项目描述】抢答竞赛抢答器控制程序设计，如图4-15所示控制要求如下：(1)竞赛者若回答主持人所提出的问题时，需抢先按下桌上的按钮（PB）。(2)指示灯（HL）亮后，需等到主持人按下复位键PB4后才熄灭。为了给参赛儿童一些优待，PB11和PB12中任一个按下时，灯L1都亮。为了对教授组做一定限制，灯L3只有在PB31和PB32键都按下时灯才亮。(3)如果竞赛者在主持人打开SW开关的10s内压下按钮电磁线圈将使彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运机会。图4-15抢答器控制示意图【任务实施】

1.输入/输出(I/O)点分配表根据系统控制功能的要求，本项目需要8个输入点，4个输出点，I/O分配表如表4-3所示。表4-3

2.绘制I/O接线图。根据项目要求其接线图如图4-16所示。图4-16抢答器控制I/O接线图3．设计梯形图，图4-17所示。

（彩球机会Y10）（a）状态流程图

(b)梯形图(c)指令程序图4-17抢答器控制程序4．安装接线安装接线前应认真检查器件，确保器件符合控制系统的要求。在断电的情况下根据图4-16正确安装和连接器件。5．模拟调试为确保控制系统符合控制要求，在正式运行前应进行必要的模拟调试。具体步骤如下：①断开输出回路的电源；②接通PLC电源，并切换到运行开状态（开关拨到RUN位置）；③按启动按钮，观察输出结果是否符合控制要求；④如果PLC的动作与控制功能的要求不符，应检查并修改程序中的错误；⑤重复第三步、第四步，直到PLC的动作正确无误。4.2.3项目案例——十字路口交通灯控制

【项目描述】控制要求：（1）系统工作受开关控制，起动开关ON则系统工作；起动开关OFF则系统停止工作。（2）控制对象有六个：东西方向红灯两个,南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个,南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个,南北方向绿灯两个，如图4-19是十字路口交通信号灯示意图。信号灯的动作受开关总体控制，按一下起动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭。信号灯控制的具体要求如表4-4所示。图4-19十字路口交通灯控制示意图根据十字路口交通信号灯的控制要求，可作出信号灯的控制时序图如图4-20所示。图4-20十字路口交通灯控制的时序图【任务实施】图1-9PLC接线电柜1.输入/输出(I/O)点分配表根据系统控制功能的要求，本项目需要3个输入点，6个输出点，I/O分配表如表4-5所示。表4-5(I/O)点分配表2.绘制I/O接线图。接线图如图4-21所示。

图4-21十字路口交通灯控制I/O接线图起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器X1端。东西方向的绿灯接于输出继电器Y0端，东西方向黄灯接于输入继电器Y1端，东西方向的红灯接于输出继电器Y2端；南北方向绿灯接于输出继电器Y4端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y5端，南北方向红灯接于输出继电器Y6端。输出端的电源为直流24V。3.设计梯形图，如图4-22所示。（a）状态流程图

(b)(c)

(d)梯形图(e)程序指令根据控制要求，图4-22(a)中的S21、S22和S32、S33两步都是控制绿灯的闪烁，且在3S内闪3次，用来实现这种效果的元件是特殊辅助继电器M8013，因为M8013能够产生1S的脉冲周期，在这里刚好符合绿灯闪烁的控制要求。而对于图4-22的（b）和（c）来说，它们完全可以实现上图(a)中的动作效果，同时还可以简化设计的步骤。4.2.4项目案例——三相异步电动机正反转Y-△起动【学习目标】1.熟悉步进顺序控制的应用。2.掌握选择跳转序列顺序控制的设计方法和步骤3.熟悉步进指令的用法，功能图、梯形图和指令程序间的相互转换。【技能目标】1.会应用选择跳转序列设计PLC顺序控制电路。2.会把PLC与外围设备接线连接并调试。【项目描述】电动机M能实现正、反向控制，同时正转和反转起动要求星/三角形起动。主电路如图4-26所示。功能要求：（1）按动正向启动按钮SB2，KM1和KM4闭合（星形起动），经过3秒后，KM4断开，KM3闭合实现正向三角形运行；（2）按动反向启动按钮SB3，KM2和KM4闭合（星形起动），经过3秒后，KM4断开，KM3闭合实现反向三角形运行，按停止按钮SB1，电动机M停止工作。图4-26三相异步电动机正反转Y-△起动控制电路图【任务实施】1.输入/输出(I/O)点分配表根据系统控制功能的要求，本项目需要3个输入点，4个输出点，I/O分配表如表4-6所示。表4-6(I/O)点分配表2.绘制I/O接线图。接线图如图4-27所示。3.设计梯形图，图4-28所示。（a）功能流程图

（b）梯形图(c)程序指令4.3本章技能检验1．设计四台电动机的顺序起动、逆序停止的功能图，具体控制要求如下：(1)当按下起动按钮SB1：M1→3s后→M2→3s后→M3→3s后→M4。(2)当按下停止按钮SB2：M4→2s后→M3→2s后→M2→2s后→M1。(3)中途出现停止指令也能按反向顺序停机。2.皮带运输机广泛地运用于冶金、化工、机械、煤矿和建材等工业生产中。图4-29所示为某原材料皮带运输机的示意图。原材料从料斗经过1、2两台皮带运输机送出，由电磁阀YV控制从料斗向1送料，1、2分别由电动机M1、M2控制，SB1、SB2分别为