机床电气及PLC控制（第三版） 课件 课题12 交通灯的控制

【项目分析】

通过用PLC实现对交通灯系统的控制，掌握步进指令的编程及程序输入、运行调试的方法。项目5

交通灯的控制机床电气及PLC控制高等教育出版社【学习目标】应知1.掌握步进指令的功能。2.理解顺序功能图（SFC）的含义。应会1.掌握顺序功能图的编写，学会利用顺序功能图编写步进程序。2学会运用步进指令实现控制功能。3.进一步熟悉编程软件的使用。项目5交通灯的控制机床电气及PLC控制高等教育出版社任务5.1PLC步进指令的编程项目5

交通灯的控制机床电气及PLC控制高等教育出版社【新课导入】1.简略复习“项目4”的内容；2.简略介绍教材“项目5”的主要教学内容与10～16学时的教学安排。3.简略介绍本次课（任务5.1）的主要教学内容与6～10学时的教学安排。

在生产过程控制中，常见的一类控制是顺序控制，为了能简单、快捷的编写顺序控制程序，在PLC中设置了步进指令(stepladderinstruction，简称STL指令)，以完成步进控制。步进顺序控制编程的思路就是将一个复杂的顺序控制过程分解为若干个工作步，弄清各个步的工作细节，再依据总的控制顺序要求，将这些步联系起来，形成功能图，进而编制梯形图程序。

一、状态寄存器

状态寄存器已在“阅读材料FX3U系列PLC简介”及表3-9中介绍。状态寄存器是用于编制顺序控制程序的一种编程元件，常与步进指令配合使用，通常将S0～S9用于初始过程（初始步），将S10～S19用于自动返回工作原点。此外，在步进控制结束处，须用RET指令使STL指令复位。STL触点用符号“”或符号“┨STL┠”表示。【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社

二、顺序功能图

顺序功能图（SFC）是一种通用的PLC程序设计语言，它主要由步、动作、有向线段、转移条件组成，如图5-1所示。

1.顺序功能图的组成(1)步——将一个复杂的顺序程序分解成若干个状态，这个状态称为步。步用单线框表示，框中编号可以是PLC中的辅助继电器M或状态寄存器S的编号。注意：任何一个步进控制系统必须要有一个初始状态步，用双线框表示，初始状态步的寄存器编号为S0～S9。当前运行的步称为活动步，不运行的步称为静止步。(2)动作——工作步的右边所连接的即本步的工作对象，简称动作，当该步为活动步时，工作对象动作。【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社（P142）图5-1SFC的组成

二、顺序功能图

1.顺序功能图的组成(3)有向线段——有向线段表示状态的转移方向，在顺序功能图上，将代表各步的方框按先后顺序排列，并用有向线段将它们连接起来，表示从上到下或从左到右这两个方向的有向连线的箭头可以不画。(4)转移条件——转移用与有向连线垂直的短线来表示，将相邻的两状态隔开。转移条件标注在转移短线旁边。转移条件是与转移逻辑相关的触点，可以是动合触点，也可以是动断触点及它们的组合。

2.顺序功能图的分类

根据生产工艺和复杂程度的不同，SFC的基本结构可以分为单一顺序、选择性分支、并行性分支、循环分支4种。【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社

二、顺序功能图

P143图5-2顺序功能图的分类【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社

二、顺序功能图2.顺序功能图的分类(1)单一顺序——如图5-2(a)图所示，单一顺序是由一系列相继激活的步组成，每个步后面仅有一个转移，每个转移之后只有一个步。(2)选择分支——如图5-2(b)所示的选择分支中共有两个分支，根据分支转移条件a、e来决定究竟选择哪一个分支。(3)并行分支——如图5-2(c)图所示，若在某一步执行完后，需要同时启动若干条分支，那么这种结构称为并行分支。分支开始时采用双水平线与各分支相连，双水平线上需要一个转移，转移对应的条件称为公共转移条件。(4)循环分支——如图5-2(d)循环分支用一个个顺序控制过程的反复执行。在活动步S21，只要转移条件C满足时，就回到S20开始循环。【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社

三、步进指令STL、RETFX系列PLC的步进指令可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。步进指令STL、RET的助记符、逻辑功能属性见表5-1。P143表5-1STL、RET的助记符、逻辑功能属性

说明如下：(1)STL指令称为“步进开始”指令。功能是将步进触点接到左母线。其操作元件是状态器S。(2)步进梯形图指令具有主控功能。步进触点接通，与之相连的电路被驱动；步进触点断开，与之相连的电路停止。若要在步进触点断开时仍然保持线圈输出，则要使用SET指令。(3)RET指令称为“步进返回”指令，其功能是返回到原来的左母线位置。RET指令没有操作数，仅在最后一步的末行使用，否则程序不能运行。机床电气及PLC控制高等教育出版社助记符逻辑功能梯形图表示操作元件STL步进开始在左母线上连接S的动合触点SRET步进返回返回左母线

四、顺序功能图与步进梯形图之间的转换

使用步进指令STL和步进返回指令RET可以将顺序功能图转为步进梯形图，其对应关系如图5-3所示。顺序功能图转为步进梯形图时，编程顺序为先进行负载的驱动处理，然后进行转移处理。没有负载的状态则不必进行负载驱动处理。每步的状态寄存器S在梯形图中用STL的触点表示，STL指令为与主母线连接的动合触点指令，它在梯形图中占一行。然后进行驱动处理，它可以直接驱动各种线圈（可以是Y、M、S、T、C的线圈）及应用指令或通过触点驱动线圈，若通过触点驱动线圈，开始的触点使用LD、LDI指令；转移条件可用单触点，也可以用组合触点。转移目标用SET或OUT实现，最后使用RET指令返回原来的主母线。【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社

四、顺序功能图与步进梯形图之间的转换

P144图5-3顺序功能图与步进梯形图的转换【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社

五、步进梯形图编程的规则(1)初始步在程序运行开始前必须先用其它方法进行驱动，否则状态流程不可能向下进行。一般用系统的初始条件驱动，如果没有初始条件，则可用M8002进行驱动。M8002为PLC的初始化脉冲。(2)步进梯形图的编程顺序：先进行驱动处理，后进行转移。(3)编程时必须使用STL指令对应功能图上的每一步。(4)各STL触点的驱动电路一般放在一起，最后一个STL电路结束时，一定要使用步进返回指令RET使其返回主母线。(5)STL触点可以直接驱动，也可以通过别的触点驱动。如Y、M、S、T、C等元件的线圈或应用指令。与STL触点相连的触点应使用LD或LDI指令，STL触点的右边不能使用MPS指令。在转移条件对应的电路中，不能使用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP指令。【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社

五、步进梯形图编程的规则(6)驱动负载使用OUT指令。当同一个负载需要连续多步驱动时，可使用多重输出，也可使用SET指令将负载置位，等负载不需要驱动时，再用RST指令将其复位。(7)由于CPU只执行活动步对应的电路块，因此使用STL指令时允许“双线圈”输出，即不同的STL触点可以分别驱动同一编程元件的一个线圈，如图5-4所示，S20和S22驱动的是同一个线圈，但是同一元件的线圈在同一个活动步中不能重复出现。另外，相邻的活动步不能重复使用同一个定时时器T和计数器C，因为指令会互相影响，导致定时器和讲数器无法复位。对于分隔的两个状态，可以使用同一个定时器T或计数器C。【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社

五、步进梯形图编程的规则(8)在步的活动状态的转移过程中，相邻两步的状态器会同时接通一个扫描周期，此时可能会引发瞬间的双线圈问题，为了避免不能同时接通的两个线圈同时动作，一般会在梯形图中设置软件互锁电路，还可以在PLC的外部设置由动断触点组成的硬件互锁电路。(9)SET指令和OUT指令均可以用于步的活动状态转移，可将原来的活动步对应原状态寄存器复位，将后续步置为活动步，此外还有自保持功能。(10)并行分支和选择分支的分支处的支路数不能超过8。

P145图5-4双线圈输出【基础知识】步进指令及其编程方法机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤步骤一：实训准备

按表5-2准备完成本任务所需的工具、器材和设备。P145表5-2完成任务5.1所需的设备、工具、器材明细表机床电气及PLC控制高等教育出版社序号名称型

号规

格单位数量1单相交流电源

220V、36V、6V

2FX3U系列PLC主机FX3U-32MR/ES

台13计算机

装有GX–Works2PLC编程软件台14实验开关板

块15塑料软铜线

若干6电工和PLC实训通用工具

试电笔、榔头、螺丝刀、电工刀、电工钳、尖嘴钳、剥线钳、活络扳手等（详见表1-1）套1

步骤二：单一顺序功能图编程练习

图5-5所示为单一顺序功能图及程序梯形图，图中S3步转换到S22步必须满足两个条件：前级步S3是活动步（即S3为“ON”）且转换条件满足（即T0为“ON”）。同样，在S22步转换到S23步之前，S22及T1必须同时为“ON”。(1)输入如图5-5所示的程序。(2)运行程序，启动编程器或编程软件的监控功能，对S3、S22、S23及T0、T1、T2中的当前值进行监控，观察Y000、Y001及Y002的输出是否正确。(3)将定时器（T0、T1、T2）的定时时间常数K10改为K20，再次运行程序，观察并记录Y000、Y001及Y002的输出情况。机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤二：单一顺序功能图编程练习

P146图5-5单一顺序功能图及程序梯形图机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤三：选择分支顺序功能编程练习

图5-6所示为选择分支顺序功能图和程序梯形图，图中X001和X003为选择转换条件。当S3为活动步时，若X001为“ON”则状态转向S22；若X003为“ON”则状态转向S23，但X001和X003不能同时为“ON”。状态寄存器S24由S22及X002或S23及X004置位。(1)输入如图5-6所示的程序。(2)运行程序，启动编程器或编程软件的监控功能，对S3、S22、S23、S24进行监控，令X001、X002、X004、X005先后接通，观察并记录Y001～Y004的状态。(3)令X001断开，X003、X002、X004、X005接通，观察并记录Y001～Y004的状态。机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤三：选择分支顺序功能编程练习

P147图5-6选择分支顺序功能图及程序梯形图机床电气及PLC控制高等教育出版社

工作步骤

步骤四：并行分支顺序功能图编程练习

图5-7所示为并行分支顺序功能图和程序梯形图。当S3为活动步时，只要X001转换条件成立则S22及S24同时变为“ON”。在S26步之前有一个并行顺序，该转换实现的条件是S23及S25都是活动步且X004转换条件满足，故将S23和S25串联后作为启动条件。(1)输入如图5-7所示的程序。(2)