三菱FX系列PLC原理及应用 课件 第5章步进指令及状态编程法

PLC控制技术步进指令及状态编程法1回顾和测试下面程序的含义是（其中Z0=10)：答案：当X001接通运行一次加法，将D10的内容+D1的内容，送到D2回顾和测试说明下面MOV指令的传送功能：$MOVSMOV答案：$MOV传送字符串SMOV移位传送BMOV将D5~D8传送到D10~D12FMOV将D0传送到D10~D12回顾和测试根据下面的梯形图使用cmp指令实现同样的功能。答案：步进指令及状态编程法状态编程法概述单流程结构多流程结构状态编程的注意事项状态编程法设计的典型实例导学内容状态编程法采用顺序功能表SFC（SequentialFunctionChart）语言。单流程结构SFC图单流程结构STL图状态软元件在SFC图中，将每个状态软元件视作一个控制工序，状态软元件包括初始状态和工作状态。（1）初始状态状态软元件S0~S9共10个作为初始状态，用双框表示。（2）普通状态S20~S899为非停电保持普通状态，S900~S4095是作为停电保持用的普通状态，普通状态用单框表示。一般情况不用S10~S19作为普通状态。2.状态指令FX3U系列PLC的步进指令只有两条，分别是STL和RET指令。STL指令用于生成状态触点；RET指令为状态程序结束指令，当梯形图和SFC图块混合在一起时，在每个SFC程序块的最后都需要RET指令表示该程序块的结束。9（状态编程法概述）状态的三要素1.状态的三要素每个状态应该具备三种功能，称为状态的三要素。如图5-1所示为普通状态S20的顺序功能表SFC图，可以看到S20状态的三要素：（1）输出驱动，S20状态输出驱动Y000（OUTY000）;（2）转移条件，当X001接通时转移到下个状态(LDX001)，TRAN表示转移;（3）指定转移目标，S20的转移目标为S21状态（SETS21）。2.状态的详细动作状态S20的详细动作为：当状态S20接通（S20为ON）时，Y000接通（Y000为ON）；当满足转移条件X001=ON时转移到S21；则S21状态接通（S21为ON），同时上一个状态S20断开（S20为OFF），Y000断开（Y000为OFF）。10（状态编程法概述）3.状态编程法的特点状态编程法在执行过程中始终只对处于工作的状态执行输出，不工作状态的全部输出均无效。状态编程法最大优点在于，在编程时只需要考虑每一步工作状态的逻辑控制与执行的输出，以及步与步之间的转换条件。因此，状态编程具有流程化的编程特点，编程思路清晰。11（状态编程法概述）SFC图和STL图1.SFC图SFC图的编程思想是将控制过程的一个周期分为若干个阶段，每个阶段简称为“步”（STEP），步与步之间通过指定的条件进行转换，来完成全部的控制过程。第一个双框为初始状态S0最后的方框为S24状态在右边出现转移条件，并以“TRAN”结束表示转换。12（状态编程法概述）2.STL图STL图是描述SFC图的梯形图程序，在STL图中使用步进STL指令生成状态触点，在状态流程结束时使用RET指令返回。在进行状态编程时，一般先绘出SFC图，再转换成状态梯形图或指令表程序。133.指令表（状态编程法概述）不同软件STL图表示形式：14状态编程法编程的步骤：确定状态的三要素-->（绘制流程图-->）绘制SFC图（-->转换成STL图）状态编程法的特点：（1）SFC图以便于理解的方式表现各工序和整个控制流程，顺序控制变得简单。（2）将复杂的任务或过程分解成了若干个工序（状态），无论多么复杂的过程均能分化为小的工序，并给局部程序的编写带来方便。（3）掌握每个工序的三要素，输出驱动、工序转移的条件和转移的方向，就可以进行SFC图的设计。（4）SFC图容易理解，可读性强，能清晰地反映全部控制工艺过程。即使对第三方人员也能轻易理解工序的动作，能够便于维护。状态编程法按照流程的基本结构分成单流程结构和多流程结构。单流程结构就是由一系列顺序执行的工步（状态）组成的单条流程，因此每一工步（状态）的后面只能有一个转移的条件，且仅转向一个工步（状态）。单流程结构创建SFC图的步骤创建状态转移SFC图很像程序流程图，设计思想是将一个复杂的控制过程分解为若干工步，每个工步对应一个状态Si。创建SFC图的步骤：（1）根据工作要求分解成若干个工序；（2）将每个工序分配对应的状态元件Si，并确定每个状态的三要素。（3）画方框绘制每个状态元件，然后用线按照流程连接每个状态，并在两个状态之间添加转移条件绘制SFC图。SFC图流程图转换成STL梯形图SFC图STL图【例】使用状态编程法实现台车的往复运动控制。工作过程为：按下启动按钮SB（X000），电机M（Y021）正转，台车前进，碰到限位开关SQ1（X011）后，电机M（Y023）反转，台车后退；台车后退碰到限位开关SQ2（X012）后，台车电机M停转，台车停车定时（T0）5s后，第二次前进，碰到限位开关SQ3（X013），再次后退。当后退再次碰到限位开关SQ2（X012）时，台车停止。19（单流程结构）1.初始状态第一步创建初始状态，初始状态用S0~S9元件。一般可以使用特殊辅助继电器M8002在PLC上电的第一个扫描周期，使初始状态S0置位，需要梯形图来实现。2.创建SFC图20（单流程结构）STL电路的开头初始状态S0要用双框21状态编程法的特点：根据上面的实例，总结状态编程法具有以下特点：（1）SFC图以便于理解的方式表现各工序和整个控制流程，顺序控制变得简单。（2）将复杂的任务或过程分解成了若干个工序（状态），无论多么复杂的过程均能分化为小的工序，并给局部程序的编写带来方便。（3）掌握每个工序的三要素，输出驱动、工序转移的条件和转移的方向，就可以进行SFC图的设计。（4）SFC图容易理解，可读性强，能清晰地反映全部控制工艺过程。即使对第三方人员也能轻易理解工序的动作，能够便于维护。22（单流程结构）23STL梯形图多流程结构并行分支结构选择分支结构向下跳转向上跳转向上跳转向下跳转向上跳转多流程结构在顺序控制中，经常需要按不同的条件转向不同的分支，或者在同一条件下转向多路分支。也就是说，在控制过程中可能具有两个以上的顺序动作过程，其状态转移流程图也具有两个以上的状态转移分支，这样的SFC图称为多流程顺序控制。选择分支结构选择分支是根据条件选择执行某一分支，不满足选择条件的分支不执行，即每次只执行满足条件的一个分支，称为选择分支。选择分支与汇合的编程分支状态汇合状态特点：1．S20为分支状态。根据不同条件，选择执行其中一个分支流程。当X000为ON时执行第一分支流程；X010为ON时执行第二分支流程；X020为ON时执行第三分支流程。特点：2．S50为汇合状态，可由S22、S32、S42任一状态驱动。分支状态的编程编程原则：先集中处理分支状态，再集中进行汇合处理。汇合状态的编程分支结构的STL图【例】使用状态编程实现闪烁灯的功能，要求实现灯（Y000）亮1秒和灭1.5秒闪烁三次，Y001的亮灭情况相反。设计思路：将闪烁灯分成两个状态：分别实现灯的亮灭。使用选择两条分支：一条是计数器C0计数三次未到，则继续闪烁，另一条是计数到三次结束则回到初始状态。三次未到，继续闪烁循环3次到，结束两个状态分别实现两个灯亮灭循环结构循环结构是选择分支结构的一种特殊形式，当满足某一转移条件，程序发生跳转，如果跳转返回到上面某个状态，即逆向跳转，就构成了循环结构。循环结构必须要满足条件才能结束循环，需要有两条分支，一条是满足循环条件跳出循环，一条是未满足循环条件继续循环，因此循环结构必须是选择分支。32（多流程结构）计数器3次到向上跳转到S20循环计数器3次未到向上跳转到S0循环并行分支多个分支流程同时执行称为并行分支，即每条分支同时并行运行，并行分支的每条分支是同一个条件。X000接通当X002接通时，S30置位

特点：1．S20为分支状态。S20动作,若并行处理条件X000接通，则S21,S31和S41同时动作，三个分支同时开始运行。

特点：2．S30为汇合状态。三个分支流程运行全部结束后，汇合条件X002为ON，则S30动作，S22、S32和S42同时复位。这种汇合，又叫做排队汇合。并行分支状态转移图的编程编程原则：先集中进行并行分支处理，再集中进行汇合处理。分支部分SFC图分支部分STL图当X000接通时，使S21、S31和S41同时置位，三个分支同时运行并行汇合处理编程汇合部分STL图只有在S22、S32和S42三个状态都运行结束，并且X002接通时，才能使S30置位。并行分支是同时开始同时结束。并行分支SFC图并行分支STL图红绿灯控制（并行分支）红绿灯控制因为在路口的东西和南北向同时进行，因此是典型的并行分支。【例】按钮式人行横道交通灯的示意图如图5-43所示。设车道信号红黄绿灯分别为Y001、Y002和Y003，人行横道的红绿灯分别为Y005和Y006，行人过马路通过在马路两边按按钮X000和X001开始红绿灯转换。37（状态编程法设计的典型实例）38绘制SFC图如图5-45所示，设计时需要注意以下方面：（1）并行分支的条件是按钮在马路两边按按钮都可以，因此X000和X001触点并联，条件在并行分支双横线上面。（2）并行分支是同时进入同时跳出，状态S23的执行时间并不是T2的定时时间，而是当S34结束并且T6=ON时S23状态才结束，因此车道红灯Y001=ON的时间是5+15+5+5=30秒。（3）人行道绿灯Y006闪烁5次，采用条件分支向上跳转构成循环结构，使用C0计数循环5次。39（状态编程法设计的典型实例）40（状态编程法设计的典型实例）软元件和编程指令的注意事项1.状态编程中软元件的使用在SFC图中，状态元件S表示步，步与步之间的状态编号可以不连续，但不能重复使用同一个状态元件。在SFC图中，状态的输出驱动元件可以在不同状态多次使用，不认为是双线圈。因为每个状态不同时工作。定时器和输出线圈相同，可以在不同状态中多次使用，但是定时器不能出现在相邻的状态中。41（状态编程的注意事项）2.状态内可以处理的基本指令（1）栈操作指令MPS/MRD/MPP在状态的输出驱动不能直接使用（2）在转移条件的梯形图中如果有复杂的转移条件，不能使用ANB、ORB、MPS、MRD和MPP指令。（3）主控指令MC/MCR在输出和转移条件中都不能使用。42（状态编程的注意事项）3.状态指令使用的范围中断程序和子程序中不可以使用STL指令；在中断程序中，使用SFC程序时不能使用SET或OUT指令驱动状态S；为了防止跳转带来的复杂动作，尽量不要在状态程序中使用跳转指令（CJ）。4.输出的驱动方法43（状态编程的注意事项）出错较多5.使用上升沿、下降沿检测触点的注意事项在状态转移条件中尽量避免使用上升沿和下降沿检测触点的指令，包括LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP和ORF指令，在状态断开过程中发生变化的触点，当状态再次接通时会被检测出来。多流程状态编程的规则1.虚设空状态空状态是在实际工序中并不存在的状态，所以只能虚设，称为虚设状态。45（状态编程的注意事项）2.嵌套分支的合并46（状态编程的注意事项）3.分支回路的限制一个并行分支或选择性分支的电路数限定为8条以下；有多个并行分支与选择性分支时,每个初始状态的电路总数应小于等于16条。4.不能画出流程交叉的SFC图5.选择分支条件应互斥选择结构应该每次只运行一条支路，因此分支条件要相互排斥。如图5-29所示的流程，不能确定是选择还是并行，因此需要修改。6.并行分支后有选择条件不能执行47（状态编程的注意事项）状态监控元件D8040保存正在动作的状态编号【例】使用特殊继电器监控凸轮转轴旋转。凸轮转轴的工作流程：按下启动按钮，转轴的凸轮则按小角度正转（Y021）→小角度反转（Y023）→大角度正转（Y021）→大角度反转（Y023），一个周期结束。输入：启动按钮（X000），正转的小角度限位开关（X011），大角度限位开关（X013），反转的小角度限位开关（X012），大角度限位开关（X010）。输出：电机正转（Y021）电机反转（Y023）步进指令及状态编程M8047接通时，可以通过数据寄存器D8040查看当前运行的状态。M8047接通时，只要有一个状态动作，M8046就动作。状态报警器S900～S999计100个报警状态元件，它们可以在状态报警器置位指令ANS的执行下，由S(·)指定的定时器定时检测一些触点的工作状态，一旦在规定的时间内不动作，即出现触点故障，就会使D(·)指定的报警状态元件置位，并使状态报警器M8048动作报警。操作数S(·)只能指定T0～T199，操作数m=1～32767(100ms单位)，操作数D(·)为S900～S999。51当X000=X001=ON时，指令使S(·)中指定的定时器T0开始定时，在定时1秒内，若X000、X001没有一个断开，则D(·)指定的状态元件S900置位，同时M8048动作。驱动特殊辅助继电器M8049，监控变有效，在D8049中显示S900~S999中动作状态的最小编号；报警状态元件置位同时使状态报警器M8048动作报警，一旦有状态报警元件置位，可以使用报警器复位指令ANR（无操作数指令）进行复位。【例】状态报警器置位、复位指令检测小车往复运动的开关动作是否存在故障52初始化状态指令IST53

S(·)中是运行模式的起始输入，D1(·)中是实用状态的最小编号（自动模式用），D2(·)中是实用状态的最大编号（自动模式用）。当M8000=ON，对X020～X027进行选择，对程序中S20～S27初始化。5455状态编程的编程技巧1.状态的成批复位若要对某个区间状态进行复位，可用区间复位指令ZRST，图5-34（a）在梯形图块中设置对S0~S50复位。2.禁止输出56（状态编程的注意事项）3.使用同一信号实现状态转移如果想通过同一个信号（按钮/开关）的动作进行状态转移，使用脉冲触点指令（M2800~M3017）可以将信号脉冲化后实现。当第一次接通X001按钮，第一个M2800上升沿接通当第二次接通X001按钮，第二个M2800上升沿接通使用X001按钮实现多个状态转移4.流程的分离在程序中可以使用多个SFC图块和梯形图块组合编程，将程序分成具有多个初始状态的SFC块后分离编程，每个SFC块都以RET结束。58（状态编程的注意事项）电机顺序启停（单流程跳转）【例5-7】四台电机M1~M4，当按下启动按钮（X000）时，按照M1

M2

M3

M4顺序每隔2、3、4秒顺序启动，当按下停止按钮（X001）时按照相反的顺序M4

M3

M2

M1每隔4、3、2秒停止。当电机在顺序启动过程中随时按停止按钮，都可以逆序停止。59（状态编程法设计的典型实例）设计的难点：停止按钮随时按下，在不同的状态停止流程不同，因此需要在每个状态设置停止条件分支，当按下停止按钮时进入分支。（1）电机M1启动后在多个状态都要运行，可以使用SET和RST指令保持电机在多个状态为ON（如图中），也可以在多个状态（如在S20~S23）使用OUT指令。（2）在SFC图中设置的条件分支当按停止按钮（X001）时，分别跳转到不同的状态，例如，当启动M1电机后按停止按钮，则应该跳转到只停止M1电机的S27状态；而启动M4电机后按停止按钮，则需要跳转到顺序停止4台电机的S25状态60（状态编程法设计的典型实例）61大小球传送（选择分支结构）【例5-8】使用传送带将大、小球分类选择传送。工作过程：机械臂开始停止在原点，机械臂的动作顺序为下降、吸球、上升、右行、下降、释放、上升、左行。大小不同的球分别传送到大小桶。62（状态编程法设计的典型实例）（1）选择分支是由限位开关X002确定，当X002=ON表