第5章步进指令

5.1SFC图5.2步进指令简介5.2.1步进梯形图指令5.2.2步进梯形图指令的动作与SFC表示5.2.3SFC图与STL图的互换5.2.4SFC流程的形态5.3SFC图的编程应用5.3.1单流程的编程应用5.3.2并行分支与汇合流程的编程应用5.3.3选择性分支与汇合流程的编程应用,本章难点:步进指令和SFC图的编程应用,本章重点介绍FX系列PLC的2条步进梯形图指令、状态转移图(SFC)及其编程应用。,本章要点:,步进指令的功能、符号及使用方法SFC的特点及其流程形态步进指令和SFC图的编程应用,状态转移图也称顺序功能图(SFC图)，用于编制复杂的顺控程序，比梯形图更直观，一个控制过程可以分为若干个阶段，这些阶段称为状态。状态与状态之间由转换分隔。相邻的状态具有不同的动作。当相邻两状态之间的转换条件得到满足时，就实现转换，即上一状态的动作结束而下一状态的动作开始，可用状态转移图描述控制系统的控制过程，状态转移图具有直观、简单的特点，是设计PLC顺序控制程序的一种重要工具。状态器软元件是构成状态转移图的基本元件。FX2N系列PLC有状态器900点(S0S899)。其中S0S9共10个称为初始状态器，是状态转移图的起始状态,S20S899可用于普通状态。,5.1SFC图,图5.1是一个简单状态转移图实例。状态器用框图表示。框内是状态器元件号，状态器之间用有向线段连接。其中从上到下，从左到右的箭头可以省去不画，有向线段上的垂直短线和它旁边标注的文字符号或逻辑表达式表示状态转移条件。旁边的线圈等是输出信号。,图5.1状态转移图,5.1SFC图,在图5.1中，状态器S20有效时，输出Y5接通，程序等待转换条件X3动作。当X3接通时，状态就由S20转到S21，这时Y5断开。下面以图5.2所示的机械手为例，进一步说明状态转移图。机械手将工作从A点向B点移送。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。抓手对物件的松,开、夹紧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。该机械手工作原点在左上方，按下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移的顺序依次运行，它有手动、自动等几种操作方式。图5.3示出了自动运行方式的状态转移图。,图5.2机械手工作示意图,5.1SFC图,图5.3机械手自动方式状态图,5.1SFC图,RSTY1,状态图的特点是由某一状态转移到下一状态后，前一状态自动复位。S2为初始状态，用双线框表示。当辅助继电器M8041、M8044接通时，状态从S2向S20转移，下降输出Y0动作。当下限位开关X1接通时，状态S20向S21转移，下降输出Y0切断，夹紧输出Y1接通并保持。同时启动定时器T0。1s后定时器T0的触点动作，转至状态S22，上升输出Y2动作。当上升限位开关X2动作时，状态转移到S23，右移输出Y3动作。右移限位开关X3接通，转到S24状态，下降输出Y0再次动作。当下降限位开关X1又接通时，状态转移至S25，使输出Y1复位，即夹钳松开，同时启动定时器T1。1s之后状态转移到S26，上升输出Y2动作。到上限位开关X2接通，状态转移至S27，左移输出Y4动作，到达左限位开关X4接通，状态返回S2，又进入下一个循环。,5.1SFC图,5.2.1步进梯形图指令,5.2步进指令简介,FX系列PLC的步进指令有两条：步进开始指令STL和步进结束指令RET。1步进开始指令STL梯形图符号为：STL指令的意义为激活某个状态。在梯形图上体现为从母线上引出的状态触点。STL指令有建立子母线的功能，以使该状态的所有操作均在子母线上进行。步进开始指令在梯形图中的情况如图5.4所示。图中每个状态器都有三个功能：驱动有关负载、指定转换目标和转移条件(状态三要素)。其中指定转移目标和指定转移条件是必不可少，而驱动负载则视具体情况，也可能不进行实际的负载驱动。图5.4中Y3为S21驱动的负载，S22为其转移目标，X2为其转移条件。,5.2.1步进梯形图指令,5.2步进指令简介,图5.4步进开始指令STL的符号及含义,STL指令的含义是提供一个步进触点，其对应状态的三个要素均在步进触点之后的子母线上实现。若对应的状态是开启的(即“激活”)，则状态的负载驱动和转移才有可能。若对应状态是关闭的，则负载驱动和状态转移就不可能发生。因此，除初始状态外，其他所有状态只有在其前一个状态处于激活且转移条件成,5.2.1步进梯形图指令,5.2步进指令简介,立时才能开启。同时一旦下一个状态被“激活”，上一个状态会自动关闭。从PLC程序的循环扫描执行原理出发，在状态编程程序段落中，所谓“激活”可以理解为该段程序被扫描执行。而“关闭”则可以理解为该段程序被跳过，未被扫描执行。这样，状态转移图的分析就变得条理十分清楚，无需考虑状态时间的繁杂联锁关系，可以理解为：“只干自己需要干的事，无需考虑其他。”另外，这也方便程序的阅读理解，使程序的试运行、调试、故障检查与排除变得非常容易，这就是运用状态编程思想解决顺控问题的优点。,5.2.1步进梯形图指令,5.2步进指令简介,2步进结束指令RET梯形图为：RET指令用于返回主母线。使步进顺控程序执行完毕时，非状态程序的操作在主母线上完成，防止出现逻辑错误。状态转移程序的结尾必须使用RET指令。3步进指令的使用说明(1)对状态处理，编程时必须使用步进接点指令STL。STL触点是与左侧母线相连的常开触点，STL触点接通，则对应的状态为活动步，与STL触点相连的触点用LD或LDI指令。(2)程序的最后必须使用步进结束指令RET，返回主母线。(3)STL触点可直接驱动或通过别的触点驱动Y、M、S、T、C等元件的线圈。,5.2.1步进梯形图指令,5.2步进指令简介,(4)PLC只执行活动步对应的电路，所以使用STL指令时允许双线圈输出，但同一个定时器不能在相邻状态器中使用。(5)STL触点驱动的电路块中不能使用MC和MCR指令，但可以用CJ指令(不推荐)。(6)在中断程序和子程序内，不能使用STL指令。(7)状态在转移过程中，两个状态器有一个扫描周期是同时接通的，为避免不能同时接通的两个输出同时驱动，应设置必要的内外部互锁。(8)在SFC图中，状态号不能重复使用。(9)状态编程顺序为：先进行驱动，再进行转移，不能颠倒。,5.2.1步进梯形图指令,5.2步进指令简介,(10)若为顺序不连续转移，不能使用SET指令进行状态转移，应改用OUT指令进行状态转移。(11)初始状态可由其他状态驱动，但运行开始时必须用其他方法外部驱动，否则状态流程不可能向下进行。一般用系统的初始条件，若无初始条件，可用M8002(PLC从STOPRUN切换时的初始脉冲)进行驱动。而一般状态器只能被状态器驱动，不能被外部信号所驱动。(12)需在停电恢复后继续原状态运行时，应使用停电保持状态元件。,5.2.2步进梯形图指令的动作与SFC表示,5.2步进指令简介,运用SFC编程解决顺序控制的方法与步骤如下。为了说明状态编程思想，我们先看一个实例。【例5-1】台车的PLC控制，如图5.5所示。其控制要求如下。(1)按下启动按钮SB，台车电动机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，台车电动机反转，台车后退。(2)台车后退，碰到限位开关SQ2后，台车电动机M停转，台车停车3s，再次前进，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。(4)当再次按下启动按钮SB时，台车重复以上动作。(SQ1、SQ2、SQ3通常处于接通状态，只有当台车碰到时才转为断开状态)。,5.2.2步进梯形图指令的动作与SFC表示,5.2步进指令简介,图5.5自动台车示意图,【解】为设计本控制系统的梯形图，先安排输入、输出口及内部软元件。台车由电动机M驱动，前进(M正转)由PLC的输出点Y0控制，后退(M反转)由Y1控制。为了解决延时3s，选用定时器T0。将启动按钮SB(常开)及限位开关SQ1、SQ2、SQ3(常闭)分别接于X0、X1、X2、X3。其I/O地址分配表和接线图，分别如表5.1、图5.6所示。,5.2.2步进梯形图指令的动作与SFC表示,5.2步进指令简介,图5.6自动台车PLC接线图,5.2.2步进梯形图指令的动作与SFC表示,5.2步进指令简介,表5.1自动台车I/O地址分配表,下面我们以台车往返控制为例，说明设计状态转移图(SFC)的方法和步骤。(1)将整个过程按任务要求分解，其中的每个工序均对应一种状态，并分配状态元件如表5.2所示。,5.2.2步进梯形图指令的动作与SFC表示,5.2步进指令简介,表5.2台车状态元件分配表,注意：虽然S20与S23，S21与S24，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。,5.2.2步进梯形图指令的动作与SFC表示,5.2步进指令简介,(2)弄清每个状态的功能、作用。S0PLC上电动作，做好工作准备。S20前进(输出Y1，驱动电动机M正转)。S21后退(输出Y2，驱动电动机M反转)。S22延时3s(定时器T0，设定为3s，延时到T0动作)。S23同S20。S24同S21。各状态的功能是通过PLC驱动其各种负载来完成的。负载可由状态元件直接驱动，也可由其他软元件触点的逻辑组合驱动，如图5.7所示。,5.2.2步进梯形图指令的动作与SFC表示,5.2步进指令简介,图5.7负载的驱动,(3)找出每个状态的转移条件。即在什么条件下将下一个状态“激活”。状态转移图就是状态和状态转移条件及转移方向构成的流程图，弄清转移条件当然是必要的。经分析可知，本例中各状态的转移条件如下：S20的转移条件是X0(SB的常开触点)；S21的转移条件是(SQ1的常闭触点)；,5.2.2步进梯形图指令的动作与SFC表示,5.2步进指令简介,图5.5状态的转移条件,S22的转移条件是(SQ2的常闭触点)；S23的转移条件是T0；S24的转移条件是(SQ3的常闭触点)。状态的转移条件可以是单一的，也可以有多个元件的串、并联组合。如图5.8所示。,经过以上三步，可得到台车往返控制的顺序状态转移图及梯形图如图5.9所示。,5.2.3SFC图与STL图的互换,5.2步进指令简介,图5.9台车自动往返系统状态转移流程图,由状态转移图我们可以将其转换成梯形图，由梯形图就可列写出语句表，图5.9对应的梯形图和语句表如图5.10所示。状态转移图、梯形图、语句表三者之间是一一对应的。,5.2.3SFC图与STL图的互换,5.2步进指令简介,图5.9台车自动往返系统状态转移流程图（续),5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,1单流程所谓单流程，是指状态转移只可能有一种顺序。前面介绍的台车自动往返的控制过程只有一种顺序：S0S20S21S22S23S24S0，没有其他可能，所以叫单流程。当然，现实当中并非所有的顺序控制均为一种顺序。含多种路径的叫分支流程。后面我们将介绍并联的分支流程。步进顺控的编程原则为：先进行负载驱动处理，然后进行状态转移处理。从以上顺控程序可看到，负载驱动及转移处理，首先要使用STL指令，这样保证负载驱动和状态转移均是在自母线上进行的。状态的转移使用SET指令，但若为向上转移、向相连的下游转,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,移或向其他流程转移，称为顺序不连续转移，非连续转移不能使用SET指令，而用OUT(或RST)指令，如图5.11所示。图5.11(a)为向上方状态的转移，称之为重复(或循环)；图5.11(b)为向下方状态的转移，称之为跳转；图5.11(c)为向流程外的跳转；图5.11(d)为复位处理。它们都用“”指向转移目标状态号，跳转与重复用OUT指令编程，复位处理用RST指令编程。,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.10台车自动往返系统梯形图与语句表,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.10台车自动往返系统梯形图与语句表(续）,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.11非连续转移状态转移图,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,2分支与汇合的组合流程存在多种工作顺序的状态流程图为分支、汇合流程图。分支流程可分为选择性分支和并行性分支两种。下面介绍分支、汇合流程的编程。1)选择性分支与汇合及其编程(1)选择性分支状态转移图的特点若有多条路径而只能选择其中一条路径来走，这种分支方式称为选择性分支。图5.12就是一个选择性分支的状态转移图。,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.12选择性分支状态转移图,该状态转移图有三个流程图，见图5.13(a)、(b)、(c)所示。S20为分支状态。根据不同的条件(X0，X10，X20)，选择执行其中的一个流程。,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.13图5.12分支流程分解图,X0为ON时执行图5.13(a)，X10为ON时执行图5.13(b)，X20为ON时执行图5.13(c)。X0，X10，X20不能同时为ON。S50为汇合状态，可由S22、S32、S42任一状态驱动。,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.14图5.12中S20的分支状态,(2)选择性分支、汇合的编程编程原则是先集中处理分支状态，然后再集中处理汇合状态。分支状态的编程。编程方法是先进行分支状态的驱动处理，再依顺序进行转移处理。选择结构的状态转移图中，最多可有5个分支。图5.12的分支状态S20见图5.14。,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,按分支状态的编程方法，首先对S20进行驱动处理(OUTY0)，然后按S21、S31、S41的顺序进行转移处理。程序如下。,汇合状态的编程。编程方法是先进行汇合前状态的驱动处理，再依顺序进行向汇合状态的转移处理。图5.12的汇合状态及汇合前状态，如图5.15所示。,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.15汇合状态S50,按照汇合状态的编程方法，依次将S21、S22、S31、S32、S41、S42的输出进行处理，然后按顺序进行从S22(第一分支)、S32(第二分支)、S42(第三分支)向S50的转移。汇合程序如下。,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,（续）,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,2)并行性分支与汇合及其编程(1)并行性分支状态转移图的特点若有多条路径且必须同时执行，这种分支方式称为并行性分支。图5.16就是一个并行性分支的状态转移图。,图5.16并行性分支状态转移图,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.16中，状态S20后有3个分支，状态S20结束后，当X0为ON时这三个分支同时开始，3个分支的顺序动作全部执行完后，且X7为ON时，S30置位，S23、S26、S29同时复位。像这种在各条路径都执行后，才会往下继续执行，具有等待功能的方式，称之为并进合流。(2)并行性分支、汇合的编程编程原则是先集中处理分支状态，然后再集中处理汇合状态。分支状态的编程。与一般状态的编程一样，先进行驱动处理，然后进行转移处理。所有的转移处理按顺序继续进行。图5.16的分支状态S20的编程如图5.17所示。,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.17图5.16中S20的分支状态,汇合状态的编程。并行汇合前先对各状态的输出处理分别编程，然后再从左到右进行汇合处理。如图5.18所示。,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.18图5.16中的汇合状态S30,5.2.4SFC流程的形态,5.2步进指令简介,图5.15图5.16中的汇合状态S30（续）,并行性分支的状态转移图中，最多也只能有5个分支。,5.3.1单流程的编程应用,5.3SFC图的编程应用,【例5-2】利用SFC单流程编程实现十字路口交通灯的PLC控制，控制要求与例4-2相同。【解】在本例中，由于控制要求与例4-2相同，所以其I/O地址分配、输入/输出接线图、时序图也与例4-2完全相同。在此我们只需采用步进梯形指令单流程编程实现其控制要求即可，其状态转移图如图5.19(a)所示。由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作视为一个顺序动作，每一个时序同时有两个输出，一个输出控制东西方向的信号灯，另一个输出控制南北方向的信号灯。,5.3.1单流程的编程应用,5.3SFC图的编程应用,图5.19用SFC单流程编程实现十字路口交通灯的PLC控制程序,5.3.1单流程的编程应用,5.3SFC图的编程应用,图5.19用SFC单流程编程实现十字路口交通灯的PLC控制程序（续）,5.3.1单流程的编程应用,5.3SFC图的编程应用,状态转移图对应的步进梯形图如图5.19(b)所示，现简单分析一下工作原理。当启动按钮SB1按下时，X0接通，S0置1，系统进入S0状态，驱动Y2、Y4，使南北红灯及东西绿灯同时亮，同时驱动定时器T0，定时器的设定时间为25s，25s后，状态转移到S20，在S20状态下，Y2继续保持，但Y4受控于M5013，即东西方向的绿灯闪亮。在本状态下，同时也驱动定时器T1，定时时间为3s，3s时间到，状态转移到S21，在S21状态下，Y2仍然被驱动，南北方向红灯继续亮，同时驱动T2、Y5，东西方向的绿灯灭，Y5口驱动的是东西方向的黄灯，故东西方向的黄灯亮，绿灯灭。T2的定时时间为2s，2s时间到，状态转移到S22，在S22状态下，同时驱动Y0、Y6及T3，南北方向的绿灯亮，东西方向的红灯亮，T3的定时时间为25s，25s时间到，状态转移到S23。在S23状,5.3.1单流程的编程应用,5.3SFC图的编程应用,态下，驱动T4、Y6，东西方向的红灯继续亮，而南北方向的绿灯驱动口Y0受控于M5013，故南北方向的绿灯闪亮。T4的定时时间是3s，3s后，状态转移到S24。在S24状态下，同时驱动Y6、Y1及T5，即东西方向的红灯、南北的黄灯亮，T5定时器的定时时间为2s，2s时间到，定时器T5的触点接通，状态又重新转移到S0。即南北方向的红灯、东西方向的绿灯亮，系统将重复上述的动作顺序，周而复始的继续工作。当停止按钮SB2被按下时，或东西、南北向的绿灯同时点亮时，S0S24状态器复位，信号灯全部熄灭。用SFC并行分支与汇合流程编程实现十字路口交通灯控制的状态转移图如图5.20所示。,5.3.1单流程的编程应用,5.3SFC图的编程应用,5.3.1单流程的编程应用,5.3SFC图的编程应用,图5.20用SFC并行分支与汇合流程编程实现十字路口交通灯控制的状态转移,5.3.2并行分支与汇合流程的编程应用,5.3SFC图的编程应用,【例5-3】利用SFC并行分支与汇合流程编程实现十字路口交通灯的PLC控制，控制要求与例7-2相同。【解】在本例中，由于控制要求与例7-2相同，所以其I/O地址分配、输入/输出接线图、时序图也与例7-2完全相同。在此我们采用步进梯形指令并联分支、汇合编程的方法来实现十字路口交通灯的控制功能，其状态转移图如图5.20所示。由图可知，我们把东西方向信号灯的控制作为左面的并联分支，南北方向信号灯的控制作为并联分支的右面支路。,5.3.3选择性分支与汇合流程的编程应用,5.3