《电气控制与PLC实训》课件第7章

第7章单流程步进指令实训

7.1基础知识7.2配料小车的PLC控制实训7.3混料罐的PLC控制实训7.4机械手的PLC控制实训7.5机械滑台的PLC控制实训7.6红绿灯信号的PLC控制实训

本章从介绍步进控制的单流程状态法入手，通过应用实例的实训使学生掌握：状态转移图，梯形图和指令表的编写方法，重点是状态转换图，图中包含了程序所需要的全部状态及状态间的关联。针对具体状态来说，状态转换图给出该状态的任务及状态转换的条件及方向。采用状态法编程序一般先绘出状态转移图，然后转换为梯形图。7.1基础知识

FX系列PLC除了基本指令20条之外，还有两条简单的步进指令，其目标器件是状态器，用类似于顺序功能图SFC语言的状态转移图方式编程。这种编程方法可用于编制复杂的顺控程序，此梯形图更直观，也为更多的电气技术人员所接受。下面介绍步进指令用于顺序控制的编程方法。使用PLC完成自动台车的控制，台车系统工况示意图如图7.1所示。图7.1台车自动往返系统工况示意图

1.控制工艺基础知识某一个工作周期的控制工艺要求如下：

(1)按下启动按钮SB，台车电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，台车电机M反转，台车后退。

(2)台车后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，台车停车，停5s，第二次前进，碰到限位开关SQ3，再次后退。

(3)当后退再次碰到限位开关SQ2时，台车停止。

2.输入、输出端口配置台车自动往返系统输入、输出端口配置如表7-1所示。表7-1台车自动往返系统输入、输出端口配置

3.编程

1)绘制流程图流程图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，又叫功能表图(FunctionChart)。流程图主要由步、转移(换)、转移(换)条件、线段和动作(命令)组成。图7.2是台车自动往返系统状态转移流程图。该台车的工作过程一次循环分为前进、后退、延时、前进、后退五个工步。每一步用一个矩形方框表示，方框中用文字表示该步的动作内容或用数字表示该步的标号。与控制过程的初始状态相对应的步称为初始步。初始步表示操作的开始。每步所驱动的负载(线圈)用线段与方框连接。方框之间用线段连接，表示工作转移的方向，习惯的方向是从上至下或从左至右，必要时也可以选用其他方向。线段上的短线表示工作转移条件。方框与负载连接的线段上的短线表示驱动负载的联锁条件，当联锁条件得到满足时才能驱动负载。本例中无联锁条件。转移条件和联锁条件可以用文字或逻辑符号标注在短线旁边。例如用逻辑符号X000表示的转移条件是动合触点闭合。当相邻两步之间的转移条件得到满足时，转移去执行下一步动作，而上一步动作便结束，这种控制称为步进控制。图7.2中，在初始状态下，按下前进启动按钮(X000动合触点闭合)，则小车由初始状态转移到前进步，驱动对应的输出继电器Y001，当小车前进至前限位时，X001动合触点闭合，则小车由前进步转移到后退步。完成了一个步进，以下的步进读者可以自行分析。图7.2台车自动往返系统流程图

2)绘制状态转移图顺序控制若采用步进指令编程，则需根据流程图画出状态转移图。状态转移图是用状态继电器(简称状态)描述的流程图。状态元件是构成状态转移图的基本元素，是可编程控制器的软元件之一。FX2共有1000个状态元件，其分类、编号、数量及用途如表7-2所示。表7-2FX2的状态元件流程图中的每一步，可用一个状态来表示，由此绘出图7.2所示台车流程图的状态转移图，如图7.4所示。分配状态的元件如下：注意：虽然S20与S23、S21与S24的功能相同，但它们是状态转移图中的不同工序，也就是不同状态，故编号也不同。状态可提供以下三种功能(称为状态三要素)：

(1)驱动负载。状态可以驱动M、Y、T、S等线圈，可以直接驱动和用置位SET指令驱动，也可以通过触点联锁条件来驱动。例如当状态S20置位后，它可以直接驱动Y001。

(2)指定转移的目的地。状态转移的目的地由连接状态之间的线段指定，线段所指的状态即为指定转移的目的地。例如S20转移的目的地为S21。

(3)给出转移条件。状态转移的条件用连接两状态之间的线段上的短线来表示。当转移条件得到满足时，转移的状态被置位，而转移前的状态(转移源)自动复位。例如当X001动合触点瞬间闭合时，状态S20将转移到S21。这时S21被置位，而S20自动复位。状态的转移条件可以是单一的，也可以是多个元件的串、并联组合，如图7.3所示。图7.3状态的转移条件在使用状态时还需要说明以下问题：

(1)状态的置位要用SET指令，这样状态才具有步进功能。它除了提供步进触点外，还提供一般的触点。步进触点(STL触点)只有动合触点，用一般触点有动合触点和动断触点。当状态被置位时，其STL触点闭合，用它去驱动负载。

(2)用状态驱动的M、Y若需在状态转移后继续保持接通，则需用SET指令；若需要复位，则需用RST指令。

(3)只要在不相邻的步进段，可重复使用同一编号的定时器。这样，在一般的步进控制中只需使用2～3个定时器就够了，可以省略很多定时器。

(4)状态也可以作为一般中间继电器使用，其功能与M一样，但作一般中间继电器使用时就不能再提供STL触点。

3)设计步进梯形图前面讲过，每个状态提供一个STL触点，当状态置位时，其步进触点接通。用步进触点连接负载的梯形图称为步进梯形图，它可以根据状态转移图来绘制。由台车状态转移图绘制的步进梯形图如图7.4所示。下面对绘制步进梯形图的要点作一些说明：

(1)状态必须用SET指令置位才具有步进控制功能，这样状态才能提供STL触点。

(2)状态转移图除了并联分支与联接的结构以外，STL触点基本上都是与母线连接的，通过STL触点直接驱动线圈，或通过其他触点来驱动线圈。线圈的通断由STL触点的通断来决定。

(3)在步进程序结束时要用RET指令使后面的程序返回原母线。图7.4台车自动往返控制状态转移图和步进梯形图

4)编制语句表由步进梯形图可用步进指令编制出语句表程序。步进指令由STL/RET指令组成。STL指令称为步进触点指令，用于步进触点的编程；RET指令称为步进返回指令，用于步进结束时返回原母线。由步进梯形图编制语句表的要点是：

(1)对STL触点要用STL指令，而不能用LD指令。

(2)与STL触点直接连接的线圈用OUT指令或SET指令。与STL触点连接的常开触点，应使用LD指令；与STL触点连接的常闭触点，应使用LDI指令，而不能使用AND或ANI指令。

(3)步进程序结束时要写入RET指令。台车自动往返系统语句表如下：

LDM8002

SETS0

STLS0

LDX000

SETS20

STLS20

LDIY002

OUTY001

LDX001

SETS21

STLS21

LDIY001

OUTY002

LDX002

SETS22

STLS22

OUTT0

K50

LDT0

SETS23

STLS23

LDIY002

OUTY001

LDX003

SETS24

STLS24

LDIY001

OUTY002

LDX002

OUTS0

RET

END7.2配料小车的PLC控制实训

1．实训目的实训目的如下：

(1)了解状态的三要素；

(2)认识状态转移图的特点；

(3)掌握状态转移程序的执行情况；

(4)掌握单流程状态转移图的编程原则和编程方法。

2．实训要求启动按钮S01用来开启运料小车，停止按钮S02用来手动停止运料小车。按S01小车从原点启动，KM1接触器吸合使小车向前运行直到碰SQ2开关停，KM2接触器吸合使甲料斗装料5s，然后小车继续向前运行直到碰SQ3开关停，此时KM3接触器吸合使乙料斗装料3s。随后KM4接触器吸合，小车返回原点直到碰SQ1开关停止，KM5接触器吸合使小车卸料5s后完成一次循环。

PLC控制运料小车示意图如图7.5所示。图7.5PLC控制运料小车示意图

3.实训内容及步骤实训内容及步骤如下：

(1)配料小车输入、输出端口配置如表7-3所示。

(2)画出I/O接线图。

(3)下面有四个小题，学生可以有选择地进行练习。①要求小车连续循环与单次循环可按S07自锁按钮进行选择，当S07为“0”时，小车连续循环；当S07为“1”时，小车单次循环。根据要求画出状态转移图，写出梯形图程序和语句表，然后用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入。配料小车第一题参考状态转移图如图7.6所示，梯形图及语句表如图7.7所示。表7-3配料小车输入、输出端口配置图7.6配料小车第一题状态转移图图7.7配料小车第一题梯形图与语句表②小车连续循环，按停止按钮S02小车完成当前运行环节后，立即返回原点，直到碰SQ1开关时立即停止；当再按启动按钮S01时小车重新运行。根据要求画出状态转移图，写出梯形图程序和语句表，然后用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入。配料小车第二题参考状态转移图如图7.8所示，梯形图及语句表如图7.9所示。③要求连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02则小车完成一次循环后才能停止。根据要求画出状态转移图，写出梯形图程序和语句表，然后用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入。配料小车第三题参考状态转移图如图7.10所示。图7.8配料小车第二题参考状态转移图图7.9配料小车第二题梯形图及语句表图7.10配料小车第三题参考状态转移图④启动按钮S01用来开启运料小车，停止按钮S02用来手动停止运料小车。按S01小车从原点启动，KM1接触器吸合使小车向前运行直到碰SQ2开关停。KM2接触器吸合使甲料斗装料5s，随后KM4接触器吸合小车返回原点碰SQ1开关停。KM5接触器吸合使小车卸料5s，然后小车再次向前运行直到碰SQ3开关停，此时KM3接触器吸合使乙料斗装料3s，随后KM4接触器吸合小车返回原点直到碰SQ1开关停止。KM5接触器吸合使小车卸料5s后完成一次循环。启动后，小车要连续作3次循环后自动停止。中途按下停止按钮S02，小车立即停止(料斗装料及小车卸料均不受此限制)。当再按启动按钮S01，小车继续运行。配料小车第四题参考状态转移图如图7.11所示。图7.11配料小车第四题参考状态转移图7.3混料罐的PLC控制实训

1．实训目的实训目的如下：

(1)按混料罐的实训要求，编制单流程的状态转移图；

(2)掌握状态三要素法的编程技巧；

(3)学会用三要素编程技巧编制混料罐的梯形图；

(4)按实训的要求观察输出执行的结果。

2．实训要求

(1)有一混料罐装有两个进料泵控制两种液料的进罐，装有一个出料泵控制混合料出罐，另有一个混料泵用于搅拌液料。罐体上装有三个液位检测开关SI1、SI4、SI6，分别送出罐内液位低、中、高的检测信号，罐内与检测开关对应处有一只装有磁钢的浮球作为液面指示器(浮球到达开关位置时开关吸合，离开时开关释放)。混料罐工艺示意图如图7.12所示。在操作面板设有一个混料配方选择开关S07，用于选择配方1或配方2；设有一个启动按钮S01，当按下S01后，混料罐就按给定的工艺流程开始运行；设有一个停止按钮S02作为流程的停运开关；循环选择开关S08作为流程的连续循环与单次循环的选择开关。图7.12混料罐工艺示意图

(2)混料罐的工艺流程如下：

3．实训内容及步骤实训内容及步骤如下：

(1)混料罐输入、输出端口配置如表7-4所示。

(2)画出I/O接线图。

(3)以下有四个小题，学生可以有选择地进行练习。①要求混料罐连续循环与单次循环可按S08自锁按钮进行选择，当S08为“0”时，混料罐连续循环；当S08为“1”时，混料罐单次循环。根据要求画出状态转移图，写出梯形图程序和语句表，然后用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入。混料罐第一题参考状态转移图如图7.13所示，梯形图和语句表如图7.14所示。表7-4混料罐输入、输出端口配置图7.13混料罐第一题参考状态转移图图7.14混料罐第一题梯形转移图及语句表②要求混料罐连续循环，按停止按钮S02混料罐立即停止；当再按启动按钮S01，混料罐继续运行。根据要求画出状态转移图，写出梯形图程序和语句表，然后用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入。混料罐第二题参考状态转移图如图7.15所示。③要求连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02混料罐完成一次循环后才能停止。根据要求画出状态转移图，写出梯形图程序和语句表，然后用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入。混料罐第三题参考状态转移图如图7.16所示。图7.15混料罐第二题参考状态转移图图7.16混料罐第三题参考状态转移图④在操作面板设有一个混料配方选择开关S07，用于选择配方1或配方2。设有一个启动按钮S01，当按动S01后，混料罐就按给定的工艺流程连续不断地循环3次，直到液位检测开关SI1动作后自动停止。设有一个停止按钮S02，中途按停止按钮S02混料罐完成一次循环后才能停止。混料罐第四题参考状态转移图如图7.17所示。图7.17混料罐第四题参考状态转移图7.4机械手的PLC控制实训

1．实训目的实训目的如下：

(1)掌握按机械手应用与生产线的搬运原则编制单流程状态转移图；

(2)正确理解OUT指令和SET指令在输出控制中的应用特点；

(3)学会正确调试程序的方法。

2．实训要求机械手的工艺示意图如图7.18所示。具体实训要求如下：图7.18机械手的工艺示意图

(1)机械手“取与放”搬运系统，定义原点为左上方所达到的极限位置，其左限位开关闭合，上限位开关闭合，机械手处于放松状态。

(2)搬运过程是机械手把工件从A处搬到B处。

(3)工件的上升和下降、左移和右移均由电磁阀驱动气缸来实现。

(4)当工件处于B处上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测B处有无工件，只有在B处无工件时才能发出下放信号。

(5)机械手工作过程：启动机械手下降到A处位置→夹紧工件→夹住工件上升到顶端→机械手横向移动到右端，进行光电检测→下降到B处位置→机械手放松，把工件放到B处→机械手上升到顶端→机械手横向移动返回到左端原点处。

3.实训内容及步骤实训内容及步骤如下：

(1)机械手输入、输出端口配置如表7-5所示。

(2)画出I/O接线图。

(3)以下有四个小题，学生可以有选择地进行练习。①要求机械手连续循环与单次循环可按S08自锁按钮进行选择，当S08为“0”时，机械手连续循环；当S08为“1”时，机械手单次循环。根据要求画出状态转移图，写出梯形图程序和语句表，然后用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入。机械手第一题参考状态转移图如图7.19所示，参考梯形图及语句表如图7.20所示。表7-5机械手输入、输出端口配置续表图7.19机械手第一题参考状态流程图图7.20机械手第一题的梯形图及语句表②要求机械手连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02机械手完成一次循环后才能停止。根据要求画出状态转移图，写出梯形图程序和语句表，然后用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入。机械手第二题参考状态转移图如图7.21所示。③机械手连续循环，按停止按钮S02机械手立即停止；当再按启动按钮S01，机械手继续运行。根据要求画出状态转移图，写出梯形图程序和语句表，然后用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行程序输入。机械手第三题参考状态转移图如图7.22所示。④机械手连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02机械手立即停止。当再按启动按钮S01时，机械手继续运行。机械手第四题参考状态转移图如图7.23所示。图7.21机械手第二题参考状态转移图图7.22机械手第三题参考状态转移图图7.23机械手第四题参考状态转移图7.5机械滑台的PLC控制实训

1．实训目的实训目的如下：

(1)掌握按机械滑台的工艺流程要求编写顺序控制选择分支的状态转移图；

(2)学会时间控制和计数控制的编程原则；

(3)学会正确调试程序的方法。

2．实训要求机械滑台上带有主轴动力头，在操作面板上装有启动按钮S01、停止按钮S02(其工作方式按实训要求2选定)。机械滑台工艺示意图如图7.24所示。图7.24机械滑台工艺示意图

(1)当工作台在原始位置时，按下循环启动按钮S01，电磁阀YV1得电，工作台快进，同时由接触器KM1驱动的动力头电机M启动。

(2)当工作台快进到达A点时，行程开关SI4压合，YV1、YV2得电，工作台由快进切换成工进，进行切削加工。

(3)当工作台工进到达B点时，SI6动作，工进结束，YV1、YV2失电，同时工作台停留3s，YV3得电，工作台作横向退刀，同时主轴电机M停转。

(4)当工作台到达C点时，行程开关SI5压合，此时YV3失电，横退结束，YV4得电，工作台作纵向退刀。

(5)工作台退到D点碰到开关SI2后，YV4失电，纵向退刀结束，YV5得电，工作台横向进给直到原点，压合开关SI1为止，此时YV5失电完成一次循环。

3．实训内容及步骤实训内容及步骤如下：

(1) PLC控制机械滑台输入、输出端口配置如表7-6所示。

(2)画出I/O接线图。

(3)以下有四个小题，学生可以有选择地进行练习。①机械滑台连续循环与单次循环可按S07自锁按钮进行选择，当S07为“0”时，机械滑台连续循环；当S07为“1”时，机械滑台单次循环。机械滑台第一题参考状态转移图如图7.25所示，参考梯形图和语句表如图7.26所示。表7-6PLC控制机械滑台输入、输出端口配置图7.25机械滑台第一题参考状态转移图图7.26机械滑台第一题梯形图和语句表②连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02机械滑台立即停止运行，并按原路径返回，直到压合开关SI1才能停止；当再按启动按钮S01时，机械滑台重新计数运行。机械滑台第二题参考状态转移图如图7.27所示。③机械滑台连续循环，按停止按钮S02机械滑台立即停止运行；当再按启动按钮S01时，机械滑台继续运行。机械滑台第三题参考状态转移图如图7.28所示。④启动后，滑台要连续作3次循环后自动停止。按下停止按钮S02后，滑台要待一个工作循环结束(即到原点压合行程开关SI1)后才停止。机械滑台第四题参考状态转移图如图7.29所示。图7.27机械滑台第二题参考状态转移图图7.28机械滑台第三题参考状态转移流程图及语句表图7.29机械滑台第四题参考状态转移图7.6红绿灯信号的PLC控制实训

1．实训目的实训目的如下：

(1)按照红绿灯的时间控制原则正确编写状态转移图；

(2)正确理解状态开启和状态关闭对输出的影响；

(3)学会正确调试程序的方法。

2．实训要求红绿灯的工艺要求示意图如图7.30所示。设置一个控制开关S01，当它接通时，信号灯控制系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。设置一个控制开关S02，其工作方式可根据要求选定。图7.30红绿灯的工艺要求示意图工艺流程如下：

(1)南北红灯亮并保持15s，同时东西绿灯亮但保持10s，到10s时东西绿灯闪亮3次(每周期1s)后熄灭；继而东西黄灯亮，并保持2s，到2s后，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭绿灯亮。

(2)东西红灯亮并保持10s，同时南北绿灯亮但保持5s，到5s时南北绿灯闪亮3次(每周期1s)后熄灭；继而南北黄灯亮，并保持2s，到2s后，南北黄灯熄灭，南北红灯亮，同时东西红灯熄灭绿灯亮。