可编程控制器技术（第三版）课件 任务七 PLC实现组合机床动力头运动控制；任务八 PLC控制大小球传送系统

可编程控制器技术(第三版)——任务七PLC实现组合机床动力头运动控制主编何琼任务七PLC实现组合机床动力头运动控制任务目标任务描述任务实施任务检查与评价知识链接巩固与拓展

任务目标（1）掌握组合机床运动工作流程，学会画流程图。（2）掌握利用PLC进行对象控制时，I/O点的确定，能实际正确接线。（3）能应用顺序控制设计法，能使用软件熟练编制程序。任务描述

任务内容在工业控制中，很多设备的动作都具有一定的顺序，如机械手的物件搬运、流水线的工件分拣与包装、安装机械上的流程控制等。这些动作是一步接一步进行的，可以很容易的画出其工作流程图。本学习任务采用组合机床动力头为控制对象，分析工业控制中的顺序控制过程及相应的设计方法。某组合机床运动示意图。工作过程为：工作台开始停在左边，限位开关SQ1为ON，按下启动按钮SB0后，先快速前进，直至限位开关SQ2处，即SQ2为ON转为慢速前进，对工件开始加工，加工到限位开关SQ3为ON时，转为快退，快退到限位开关SQ2为ON时再次快进，快进到限位开关SQ3为ON时，然后转为慢速前进，加工到规定尺寸SQ4为ON时，最后快进回原位限位开关SQ1为ON是停止，完成了一个工作周期。实线为工进慢速运动，虚线为快速运动任务描述任务描述实施条件校内教学做一体化教室，PLC实训装置（含FX3U-48MRPLC基本单元)，个人计算机（可以上网），电工常用工具若干，连接导线。任务实施步骤一

准备工作。步骤二读懂控制要求。

实线为工进慢速运动，虚线为快速运动任务实施类别元件I/O点编号备注输入SB0X0启动按钮SQ1X1限位开关SQ2X2限位开关SQ3X3限位开关SQ4X4限位开关输出YV1Y0电磁阀（控制主轴运动方向）YV2Y1电磁阀（控制主轴运动速度）步骤三设计PLC控制I/O分配表任务实施步骤四画出I/O硬件接线图

任务实施步骤五设计任务程序。步骤六下载程序。步骤七运行程序，整体调试。步骤八

整理技术文件。状态转移图任务检查与评价知识链接

一、什么是状态转移图（SFC）

状态转移图也称顺序功能图，是一种将复杂任务或工作过程分解成若干工序(或状态)表达出来，同时又反映出工序(或状态)的转移条件和方向的图。它既有工艺流程图的直观，又有利于复杂控制逻辑关系的分解与综合的特点。状态转移图表达了控制意图，它将一个复杂的顺序控制过程分解为若干个状态，每个状态具有不同的动作，状态与状态之间由转换条件分隔，互不影响。当相邻两状态之间的条件得到满足时，就实现转移，即上面的动作结束而下一个状态的开始。知识链接二、状态继电器S在FX3U系列PLC中有专用软元件状态继电器S，它们的分类、编号、数量及用途如下：S0～

S910点用于状态转移图SFC的初始状态S10～S1910点用于多运行模式控制中用作返回

原点的状态S20～

S499480点用于状态转移图SFC的中间状态S500～

S899400点具有停电保持作用，用于需停电保持状态工作场合S900～

S999100点用作报警元件使用知识链接

1.分析系统，分离状态，进行状态编号

认真分析系统控制要求，将系统的工作过程分解成若干个连续的阶段，这些阶段称为“状态”或“步”，状态数要适当，画出流程图。再将流程图中的“状态”或“步”用PLC的状态继电器来表示。给每个状态继电器编号，同一支路尽量使用相连的编号，但不得重复使用。

2.找各状态所需执行的任务列出每一个状态完成的操作或驱动的负载，用PLC的指令来实现。有的状态可能只有状态转移而没有其他的操作和负载驱动，所有的驱动均列在状态编号的右侧。三.状态转移图编程的步骤知识链接

（3）找出各状态间转移的条件状态与状态之间由转移条件来分隔和连接的，转移条件用PLC的触点和电路块来替代。转移条件得到满足时，转移得以实现，即上一步的活动结束而下步的活动开始。转移条件的设定应符合状态分离的要求，应该是上一个状态结束信号又是下一个状态开始信号，一些行程开关、传感器、定时器、计数器通常是转移条件的来源。

（4）绘制状态转移图根据系统的工作流程和控制要求画出状态转移图。

知识链接知识链接（1）SFC在绘制时具体操作如下：垂直连线表示转移，相邻两步的分割线；横杠线表示转移条件；初始步用双层方块表示，其他步用方块表示。动作用PLC相应的指令表示。（2）状态元件序号从小到大，不能颠倒，可以缺号。知识链接（3）在某状态输出时，可以用OUT指令也可以使用SET指令。它们的区别是OUT指令驱动的输出在本步(状态)关闭后自动关闭，使用SET指令驱动的输出可保持到其他步(状态)执行，直到在程序某处使用RST指令使其复位。（4）允许双线圈，即在不同的状态下，对同一个元件多次执行OUT指令。（5）只有当某一状态被“激活”成为活动状态时，则状态的负载驱动和转移出来才可能执行；若对应的状态“未激活”，则状态的负载驱动和转移处理不可能执行。知识链接

利用所学的知识讨论并设计：当按下启动按钮(X1)时，指示灯能按图所示那样反复亮灭。根据控制要求画出状态转移图。（绿灯接Y1，黄灯接Y2，红灯接Y3）。知识链接四、GXWorks2编程软件SFC的编制（一）GXWorks2编程软件SFC的编制步骤1.启动软件（1）选择菜单栏中“工程”----“新建”,如图。

（2）

将程序语言选择为“SFC”----单击“确定”。

弹出现块信息设置对话框。知识链接2.初始块信息设置在块信息设置对话框中输入块标题“初始块”，块类型选择“梯形图块”。块分两种类型：

梯形图块：不属于步状态、游离于整个步结构之外的梯形图部分，如启动、结束、单独关停等内容，这些内容无法编到SFC块中，只能单独处理。

SFC块:步与步相连的状态转移图。

要使SFC工作，第一步必须有一条梯形图语句，要单独作为一个块来处理，是一个梯形图块。知识链接3.初始块程序写入并变换单击“执行”，在左侧框内的“MIAN”列表中就会出现一个编号为“000”的MIAN，如下图所示。知识链接在右上图所示界面的右侧编辑区按梯形图的写法输入程序并变换。出现如右下图所示：知识链接4.新建数据

右键左侧框内的“MIAN”，单击“新建数据”，再单击“确定”，就会出现块信息设置对话框，如图所示。知识链接5.定义SFC块在块信息设置对话框中输入块标题为“主程序”，块类型选择为“SFC块”。单击“执行”，在左侧框内的“MIAN”列表中就会增加一个编号为“001”的MIAN，如图所示。知识链接6.输入程序长按回车，一直到框图与程序一致，最后选“JUMP”，步改为：“0”。如下图所示。知识链接7.按程序修改步编号（1）按程序修改步编号，将光标移到每步的右侧（双击方框右侧有“？”和数字的部分）；（2）在“SFC符号输入”的对话框中将数字改成与程序一致。知识链接8.输入转移条件：光标移到转移条件“？0”处，

（1）在右侧编辑区内输入转移条件------回车；或按键盘“F8”---回车。

（2）按键盘“F4”变换，则转移条件数字前的“？”就会消失，如下图所示。知识链接9.把光标放到步20，写入步20的输出内容，按F4转换后“？20”前的“？”就会消失，如下图所示。知识链接10.同样步骤，完成程序的输入。如图所示，初始步0没有输出，所以有“？”存在。

以上步骤完成了程序的输入。知识链接(二)SFC转换成步进梯形图

1.执行菜单“工程”---“工程类型更改”，出现“程序类型更改”对话框。2.选则“更改程序语言类型”---点击“确定”

。

GXWorks2编程软件自动将SFC转成梯形图。3.双击左侧框内的“MIAN”，梯形图显示在右侧的编辑区里。知识链接知识链接

小车在初始位置时中间的限位开关XO为“1”状态，按下启动按钮X3。小车按图所示的顺序动作，最后返回并停在初始位置，试画出其顺序控制功能图（状态转移图）和梯形图。（利用GXWorks2编程软件）知识链接

五、步进指令学习1、STL指令STL指令只有和状态继电器S配合才有步进功能。使用STL指令的状态继电器常开触点称为STL触点，用符号表示，没有动断的STL触点。STL指令用于激活某个状态。知识链接2、RET指令RET指令用于返回主母线。该指令使步进指令顺控程序执行完毕时，非步进顺控程序的操作在主母线完成。为防止出现逻辑错误，步进顺控程序的结尾必须使用RET指令步进返回指令。知识链接（1）在GXWorks2编程软件中，STL和RET为单独一行。（2）与STL步进指令触点相连的触点应使用LD或LDI指令，即LD点移到STL触点的右侧，该点成为子母线，下一条STL指令的出现意味着当前STL程序区的结束和新的STL程序区的开始。RET指令意味着整个STL程序区的结束，LD点返回左侧主母线。知识链接六、步进梯形图编程注意事项（1）初始状态必须预先作好驱动,否则状态流程不可能向下进行。一般用控制系统的初始条件,若无初始条件,可用M8002或M8000进行驱动。（2）步进点编号不要重复，在步进开始时，必须使用SET指令使该步进点置位。当STL指令执行时，表示PLC正在执行当前STL后面的梯形图的内容。不同的步中可以重复使用同一个输出线圈知识链接（3）在步进梯形图中，不同步中可以使用同一个输出线圈，因为当上一个步进点结束后，转移到下一个步进点，上一个步进点的所有输出自动复位。（4）同一编号的定时器不要再相邻的步进点使用，不是相邻的步，可以使用。（5）不能同时动作的输出线圈不要设在相邻的步进点内，如果非要这么做，则必须采取连锁保护，包括硬连锁和软连锁。软连锁的应用（6）在STL指令内不能使用MC,MCR指令，可以使用跳转指令。在中断程序和子程序中也不能使用STL指令。（7）需要在停电恢复后继续维持停电前的运行状态时,可使用S500－S899停电保持型状态继电器。巩固与拓展1、在PLC实训装置上模拟实现简易机械手送料系统控制,如图所示。要求机械手将工件从A搬运到B，左上位为原点位，在原点指示灯会亮。自动控制时，按下启动按钮，机械手从原点位置开始，自动完成一个工作周期，若中途按停止按钮，运行到原点后才停止。机械手的上升、下降与左移、右移都是由双线圈两位电磁阀驱动气缸来实现的。抓手对工件的松夹是由一个单线圈两位电磁阀驱动气缸完成，只有在电磁阀通电时抓手才能夹紧。该机械手工作原点位，按下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移的顺序依次运动。机械手工作过程示意如图所示。（延时时间为3S）

巩固与拓展巩固与拓展机械手控制流程图(1)选择合适的PLC，进行I/O分配和硬接线，画出状态转移图。(2)试着用步进梯形图来设计，写出指令语句表。巩固与拓展2.在PLC实训装置上模拟实现液体混合搅拌机控制。图2-5-33为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为上限位、中限位、下限位液位传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅匀电机。巩固与拓展

控制要求如下：开始时容器是空的，各阀门均关闭，液位传感器均为OFF，按下启动按钮后，装置就开始按下列约定的规律操作：液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始搅匀。搅匀电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过5秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。按下停止按钮后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。巩固与拓展考核项目考核内容配分考核标准工艺接线、布线工艺20分接线正确、工艺符合标准程序设计I/O配置、梯形图设计、程序编写30分I/O配置合理，能实现控制要求、有创新意识，符合编程规则、输入正确调试与运行程序调试与运行30分会排除故障、符合控制要求安全意识正确使用设备和工具，无操作不当引起的事故10分教师掌握协作精神小组成员分工协作、积极参与10分教师掌握合计教师签字训练评价表谢

谢！可编程控制器技术(第三版)——PLC控制大小球传送系统主编何琼任务八PLC实现大小球传送控制任务目标任务描述任务实施任务检查与评价知识链接巩固与拓展

任务目标（1）学会用状态转移图设计选择性流程。（2）学会用状态转移图设计并行性流程。（3）利用PLC进行对象复杂顺序控制时，能确定I/O点的分配，能实际正确接线。

在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分拣，图8-1就是分拣金属小球大球的机械装置。机械臂将大球、小球分类送到右边两个不同的位置，为保证安全操作，要求机械臂必须在原点状态才能启动运行。任务描述图8-1大小球传送装置任务实施步骤一准备工作通电检查实训装置是否正常，检查PLC与计算机的连接是否正常，置PLC于“STOP”状态。步骤二读懂控制要求如图8-1所示，左上为原点，机械臂的动作顺序为下降、吸住、上升、右行、下降、释放、释放、上升、左行。该控制流程有吸住的是大球还是小球两个分支，且属于选择性分支。机械臂下降时,当电磁铁压着大球时,下限位开关SQ2断开，压着小球时,SQ2接通，以此可判断吸住的是大球还是小球，再根据判断，把球送到指定的位置。类别元件元件号备注输入SB0X000启动按钮SQ1X001上极限限位开关SQ2X002下极限限位开关SQ3X003左行极限限位开关SQ4X004放小球右极限限位开关SQ5X005放大球右极限限位开关输出YA0Y000电磁铁线圈吸球YV1Y001上升线圈YV2Y002下降线圈YV3Y003左移线圈YV4Y004右移线圈任务实施步骤三设计PLC控制I/O分配表PLC输入输出点I/O分配情况如表8-1所示。表8-1

PLC实现大小球传送控制I/O分配表图8-2I/O硬件连接图步骤四画出I/O硬件接线图PLC的外部接线图如图8-2所示任务实施步骤五设计任务程序大小球传送控制的状态转移图和梯形图如图8-3和8-4所示。任务实施图8-3大小球分类选择传送控制状态转移图PLC实现大小球传送控制任务实施图8-4大小球传送步进梯形图任务实施①图8-3为具有二个分支的选择性流程程序，当S24动作后，如果小球分支条件（T0,X2）接通，就顺次执行S20、S21、S23和S40等步；如果大球分支条件（T0、）接通，就顺次执行S31、S32、S33和S40等步。②分支转移条件不能时接通，同一时刻最多只能有一个接通状态。哪个接通，就执行哪个分支流程。③在GXWorks2编程软件中，选择性流程编程分别是选择性流程分支和汇合的输入。几点说明：

任务实施任务实施步骤六下载程序打开编程软件GXWorks2，正确将状态转移图程序输入并下载到PLC。步骤七运行程序，整体调试将PLC的运行方式置于“RUN”位置。小组成员按下启动按钮SB0，观察组合机床动力头的运行情况，并记下运行结果。步骤八整理技术文件一级指标比例二级指标比例得分电路设计及接线20%1.I/O地址分配5%

2.设计硬件接线图5%

3.元件的选择5%

4.接线情况5%

程序设计与输入40%1.程序设计20%

2.指令的使用5%

3.编程软件使用5%

4.程序输入与下载10%

系统整体运行调试30%1.正确通电5%

2.系统模拟调试10%

3.故障排除15%

职业素养与职业规范10%1.设备操作规范性2%

2.材料利用效率，接线及材料损耗2%

3.工具、仪器、仪表使用情况2%

4.现场安全、文明情况2%

5.团队分工协作情况2%

总计100%

任务检查与评价（1）什么是单流程、选择性流程和并行性流程

前面任务六介绍的组合机床动力头运动工作过程属于单流程，所谓单流程是指状态转移只有一种顺序，没有其他分支。在较复杂的顺序控制中，一般都是多流程的控制，常见的有选择性流程和并行性流程两种。在顺序控制过程常包含几个分支的顺序动作，如果只允许这几个分支选择其中一支执行，这就是选择性流程；如果所有分支需同时开始执行,且全部分支的顺序动作结束后会汇合到同一状态,这就是并行性流程。知识链接（2）GXWorks2编程软件选择性流程的输入图8-5选择性流程分支的输入知识链接图8-6选择性流程汇合的输入知识链接图8-7选择性流程的状态转移图知识链接1）选择性流程步进梯形图编程原则为：先集中处理分支状态。分支处，先进行驱动处理，然后再依次进行转移处理。汇合处，先进行各自的驱动处理，然后再集中进行汇合状态的处理。2）选择性流程注意转换条件设置的合理性。如图8-8所示。图8-8选择性流程条件设置的示意图几点说明：知识链接（3）GXWorks2编程软件并行性流程的输入图8-9并行性流程分支的输入知识链接图8-10并行性流程汇合的输入知识链接图8-11并行性流程状态转移图知识链接①并行性流程注意转换条件设置的合理性。图8-12并行性流程分支条件示意图几点说明：知识链接图8-13并行性流程汇合条件示意图知识链接②并行性分支的汇合最多能实现8个分支的汇合。图8-14并行分支与汇合流程的转换知识链接图中并行性分支与选择性分支的区别有哪些？知识链接

在复杂的顺序控制中，常常会有选择性流程、并行性流程的组合，对于这类复杂的流程如何设计？对几种常见的复杂流程作简单的介绍。①选择性汇合后的选择性分支图8-15(a)所示是一个选择性汇合后的选择性分支的状态转移图，要对这种转移图进行编程，必须要在选择性汇合后和选择性分支前插入一个虚拟状态(如S100)才可以编程，如图8-15(b)所示。几点说明：知识链接图8-15选择性汇合后的选择性分支的改写知识链接

②并行性汇合后的并行性分支

图8-16(a)所示是一个并行性汇合后的并行性分支的状态转移图，要对这种转移图进行编程，可参照选择性汇合后的选择性分支的编程方法，即在并行性汇合后和并行性分支前插入一个虚拟状态(如S101)才可以编程，如图8-16(b)所示。图8-16并行性汇合后的并行性分支的改写知识链接

③选择性汇合后的并行性分支图8-17(a)所示是一个选择性汇合后的并行性分支的状态转移图，要对这种转移图进行编程，必须在选择性汇合后和并行性分支前插入一个虚拟状态(如SlO2)才可以编程，如图8-17(b)所示。图8-17选择性汇合后的并行性分支的改写知识链接④并行性汇合后的选择性分支的编程图8-18(a)所示是一个并行性汇合后的选择性分支的状态转移图，要对这种转移图进行编程，必须在并行性汇合后和选择性分支前插入一个虚拟状态(如S103)才可以编程，如图8-18(b)所示。图8-18并行性汇合后的选择性分支的改写知识链接

⑤在同一流程中，分支或并行汇合总计不能超过16个。

⑥通过等效变换，合并分支线或移动条件，使编程变得更加方便。如图8-19所示。图8-19复杂选择性流程的改写知识链接⑦在移动条件中，不可以使用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP等指令。⑧当状态转移图中的跳转分支较多时，分清属于何种跳转，用箭头表示出来。如图8-20为常见的几种跳转。图8-20几种常见形式的跳