《PLC应用技术》ppt课件第四单元 顺序功能图.ppt

1、a1 第四单元 顺序功能图 任务一 运料小车 任务二 按钮式人行道交通灯 任务三 自动门控制系统 任务四 液体混合装置 任务五 冲床机械手的运动 任务六 十字路口交通灯 任务七 用凸轮实现的旋转工作台 任务八 组合钻床 任务九 大小球分选系统 a2 任务一 运料小车 一、任务提出 在自动化生产线上经常使用运料小车，如图4-1所示，货物通过运料小车M从A 地运到B地，在B地卸货后小车M再从B地返回A地待命。本任务用PLC来控制运料小 车的工作。 图4-1 运料小车示意图 a3 二、原理分析 为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要3个输入点，4个输出点，输 入输出点分配见表4-1。 表4-1 输

2、入输出点分配表 输入继电器作用输出继电器作用 X0启动按钮Y0小车右行 X1右限位开关Y1小车左行 X2左限位开关Y2装料 Y3卸料 a4 根据控制要求，画出时序图如图4-2所示。 图4-2 运料小车时序图 a5 运料小车的一个工作周期分为装料、右行、卸料和左行4步，再加上等待装料 的初始步，一共有5步。各限位开关、按钮和定时器提供的信号是各步之间的转换 条件，由此画出顺序功能图如图4-3所示。 图4-3 运料小 车单周期工作方 式顺序功能图 a6 运料小车单周期工作方 式梯形图如图4-4所示。 图4-4 运料小车单周 期工作方式梯形图 a7 三、知识链接 1经验设计法与顺序控制设计法 第三单

3、元中各梯形图的设计方法一般称为经验设计法，经验设计法没有一套固 定的方法步骤可循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种 通用的容易掌握的设计方法。 顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，有经验的工程 师使用顺序控制设计法，也会提高设计的效率，程序调试、修改和阅读也更方便。 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下， 根据内部状态和时间的顺序，生产过程的各个执行机构自动有序地进行操作。使用 顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能 图画出梯形图。 a8 2顺序功能图 顺序功能图由步、有向连线、转换、转

4、换条件和动作（或称命令）五部分组成。 （1）步 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的 阶段，这些阶段称为步，可以用编程元件M和S来代表各步。 1)初始步 2)活动步 （2）与步对应的动作或命令 一个步可以有多个动作，也可以没有任何动作。如果某一步有多个动作，可以用 图4-5中的两种画法来表示。 图4-5 一个步后有多个动作的顺序功能图画法 a9 （3）有向连线 在画顺序功能图时，将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列， 并用有向连线将它们连接起来。 （4）转换 转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。 （5）转换条件 转

5、换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线 的旁边，使用得最多的是布尔代数表达式（见图4-6）。 图4-6 转换与转换条件 a10 （6）绘制顺序功能图时的注意事项： 1)两个步之间必须用一个转换隔开，两个步绝对不能直接相连。 2)两个转换之间必须用一个步隔开，两个转换也不能直接相连。 3)顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，初始步是必不 可少的。 4)自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应 有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后 一步返回初始步，系统停留在初始状态。 5)在顺序功能图中，只

6、有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活 动步。如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步（本任务中代表各步的 M0M4），进入RUN工作方式时，它们均处于OFF状态，必须用初始化脉冲M8002的 常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，否则因顺序功能图中没有活动步， 系统将无法工作。 6)顺序功能图是用来描述自动工作过程的，如果系统有自动、手动两种工作方 式，这时还应在系统由手动工作方式进入自动工作方式时，用一个适当的信号将初 始步置为活动步。 a11 四、任务实施 1将三个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0X2（如图4-9所示的输入部 分），并连接PLC电源。检查电路正确

7、性，确保无误。 图4-9 运料小车 的控制电路 2. 输入图4-4的梯形图，进行程序调试，调试时要注意动作顺序，运行后先按下SB， 观察各输出的变化，等Y0接通后，再按下SQ1（模拟右限位开关），观察各输出的变 化，等Y1接通后，再按下SQ2（模拟左限位开关），观察各输出的变化，检查是否完 成了运料小车所要求的功能。 a12 任务二 按钮式人行道交通灯 一、任务提出 在道路交通管理上有许多按钮式人行道交通灯，如图4-13所示，正常情况下，汽 车通行，即Y3绿灯亮，Y5红灯亮；当行人想过马路，就按按钮。当按下按钮X0（或 X1）之后，主干道交通灯从绿（5s）绿闪（3s）黄（3s）红（20s），当

8、主干道 红灯亮时，人行道从红灯亮转为绿灯亮，15s以后，人行道开始闪烁，闪烁5s后转入 主干道绿灯亮，人行道红灯亮。本任务利用PLC控制按钮人行道交通灯，用并行序列 的顺序功能图编程。 图4-13 按钮式人行道交通灯示意图 a13 二、原理分析 为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要2个输入点，5个输出点，输入输出点 分配见表4-2。 表4-2 输入输出点分配表 输入继电器作用输出继电器作用 X0SB1按钮Y1主干道红灯 X1SB2按钮Y2主干道黄灯 Y3主干道绿灯 Y5人行道红灯 Y6人行道绿灯 a14 由提出的任务画出时序图，如图4-14所示。 图4-14 按钮式人行道交通灯时序图 a1

9、5 主干道的一个工作周期分为4步，分别为绿灯亮、绿灯闪烁、黄灯亮和红灯亮，用 M1M4表示。人行道的一个工作周期分为3步，分别为红灯亮、绿灯亮和绿灯闪烁， 用M5M7表示。再加上初始步M0，一共有8步构成。各按钮和定时器提供的信号是各 步之间的转换条件，由此画出顺序功能图如图4-15 所示。 图4-15 按钮式人行道交通灯顺序功能图 a16 图4-16 按钮式 人行道交通灯梯 形图（1） 按钮式人行道 交通灯梯形图如 图4-16所示。 a17 图4-16 按钮式人行道交通灯梯形图（2） a18 三、知识链接 1顺序功能图的基本结构 顺序功能图有三种基本结构，单序列、并行序列和选择序列，如图4-

10、17所示。 图4-17 顺序功能图的三种基本结构 a19 2用启-保-停电路实现的并行序列的编程方法 （1）并行序列分支的编程方法 并行序列中各单序列的第一步应同时变为活动步。对控制这些步的启-保 -停电路使用同样的启动电路，可以实现这一要求。 （2）并行序列合并的编程方法 图4-16中步M0之前有一个并行序列的合并，该转换实现的条件是所有的 前级步（即步M4和M7）都是活动步和转换条件T4满足。由此可知，应将M4、 M7和T4的常开触点串联，作为控制M0的启-保-停电路的启动电路。 a20 四、任务实施 1将二个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0和X1（如图4-18所示的输 入部分）

11、，并连接PLC电源。检查电路正确性，确保无误。 图4-18 按钮式人行道PLC接线图 2输入图4-16所示的梯形 图，进行程序调试，调试时 要注意动作顺序，运行后可 任意按下X0（或X1），监控 观察各输出（Y1Y3、Y4、Y5） 和相关定时器（T0T4）的变 化，检查是否完成了按钮式 人行道交通灯所要求的功能。 a21 任务三 自动门控制系统 一、任务提出 许多公共场所的门口都有自动门，如图4-21所示。人靠近自动门时，红外感 应器X0为ON，Y0驱动电机高速开门，碰到开门减速开关X1时，变为低速开门。碰 到开门极限开关X2时电机停转，开始延时。若在05s内红外感应器检测到无人， Y2起动电

12、机高速关门。碰到关门减速开关X3时，改为低速关门，碰到关门极限开 关X4时电机停转。在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，T1延时05s后自 动转换为高速开门。本任务利用PLC控制自动门，用选择序列的顺序控制功能图编 程。 图4-21 自动门控制示意图 a22 二、原理分析 为了用PLC控制器来实现自动门控制系统，PLC需要5个输入点，4个输出点， 输入输出点分配见表4-3。 表4-3 输入输出点分配表 输入继电器作用输出继电器作用 X0红外感应器Y0电机高速开门 X1开门减速开关Y1电机低速开门 X2开门极限开关Y2电机高速关门 X3关门减速开关Y3电机低速关门 X4关门极限开关 a23

13、如图4-22a是自动门控制系统在关门期间无人要求进出的时序图，如图4-22b所示 是自动门控制系统在关门期间又有人要求进出时的时序图。 图4-22 自动门控制系统时序图 a24 设计选择序列的顺序功能图如图4-23所示。 图4-23 自动门顺序功能图 a25 设计的梯形图 如图4-24所示 。 图4-24 自动门控制 梯形图 a26 三、知识链接 1用启-保-停电路实现的选择序列的编程方法 （1）选择序列分支的编程方法 如果某一步的后面有一个由N条分支组成的选择序列，该步可能转换到不同的N 步去，应将这N个后续步对应的辅助继电器的常闭触点与该步的线圈串联，作为结束 该步的条件。如图4-23中步

14、M4之后有一个选择序列的分支，当它的后续步M5或者M6 变为活动步时，它应变为不活动步。所以需将M5和M6的常闭触点串联作为步M4的停 止条件。 （2）选择序列合并的编程方法 对于选择序列的合并，如果某一步之前有N个转换(即有N条分支在该步之前合并 后进入该步)，则代表该步的辅助继电器的启动电路由N条支路并联而成，各支路由某 一前级步对应的辅助继电器的常开触点与相应转换条件对应的触点或电路串联而成。 以步M1为例，对应的起动电路由两条并联支路组成，每条支路分别由M0、X0和M6、 T1的常开触点串联而成。 a27 2仅有两步的闭环的处理 如图4-25a所示的顺序功能图用启-保-停电路设计，那么

15、步M3的梯形图如图4- 25b所示，可以发现，由于M2的常开触点和常闭触点串联，它是不能正常工作的。 这种顺序功能图的特征是：仅由两步组成的小闭环。在M2和X2均为ON时，M3的启 动电路接通，但是这时与它串联的M2的常闭触点却是断开的，所以M3的线圈不能 通电。出现上述问题的根本原因在于步M2既是步M3的前级步，又是它的后续步。 解决的方法有两种： （1）以转换条件作为停止电路 将图4-25b 中M2的常闭触点用转换条件X3的常闭触点代替即可，如图4-25c所示。 图4-25 仅有两步的小闭环 a28 （2）在小闭环中增设一步 如图4-26a所示，在小闭环中增设了M10步就可以解决这一问题，

16、这一步没有什 么操作，它后面的转换条件“=1”相当于逻辑代数中的常数l，即表示转换条件总是满 足的，只要进入步M10，将马上转换到步M2去。图4-26b是根据图4-26a画出的梯形图。 图4-26 小闭环中增设步 a29 四、任务实施 1将5个模拟红外传感器和限位开关的按钮开关的常开触点分别接到PLC的 X0X4，如图4-27所示，并连接PLC电源。检查电路正确性，确保无误。 图4-27 自动门输入电路 a30 2输入图4-24所示的梯形图，进行程序调试，调试时要注意动作顺序，运行 后先按下X0（模拟有人），再依次按下X1X4，每次操作都要监控观察各输出 （Y0Y3）和相关定时器（T0T1）的

17、变化，检查是否完成了自动门控制系统所要 求的在关门期间无人进出时所要求的功能。 3继续调试程序，顺序为按下X0X1X2X0X1X2X3X4，监控观察 各输出（Y0Y3）和相关定时器（T0T1）的变化，检查是否完成了自动门控制系 统所要求的在关门期间有人进出时所要求的功能。再把输入顺序改为按下 X0X1X2X3X0X1X2X3X4，监控观察各输出（Y0Y3）和相关定时器 （T0T1）的变化，检查是否完成了自动门控制系统所要求的在关门期间有人进 出时所要求的功能。 a31 任务四 液体混合装置 一、任务提出 如图4-29a所示是某一液体混合装置，开始时容器是空的，各阀门均关闭，各传感 器均为OFF

18、。按下启动按钮后，打开阀YV1，液体A流入容器，中限位开关变为ON时， 关闭阀YV1，打开阀YV2，液体B流入容器。当液面到达上限位开关时，关闭阀YV2， 电机M开始运行，搅动液体，60s后停止搅动，打开阀YV3，放出混合液，当液面降至 下限位开关之后再过5s，容器放空，关闭阀YV3，打开阀YV1，又开始下一周期的操 作。按下停止按钮，在当前工作周期的操作结束后，才停止操作(停在初始状态)。 图4-29 液体混合装置示意图和PLC接线图 a32 输入继电器作用输出继电器作用 X0中限位传感器Y0电磁阀YV1线圈 X1上限位传感器Y1电磁阀YV2线圈 X2下限位传感器Y2电机M X3启动按钮Y3

19、电磁阀YV3线圈 X4停止按钮 二、原理分析 为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要5个输入点，4个输出点，输入输出 点分配见表4-4。 表4-4 输入输出点分配表 a33 由提出的任务画出时序图，如图4-30所示。 图4-30 液体混合装置时序图 a34 液体混合装置的工作周期划分为6步。用M0表示初始步，分别用M1M5表示液体A流 入容器、液体B流入容器、搅动液体、放出混合液和容器放空。用各限位传感器、按钮 和定时器提供的信号表示各步之间的转换条件。画出顺序功能图如图4-31所示。 图4-31 液体混合装置顺序功能图 a35 用启-保-停电路设 计出梯形图如图4-32 所示。 图4-32

20、 液体混合装 置梯形图 a36 三、知识链接 顺序控制设计法中停止的处理 在任务要求中，停止按钮X4的按下并不是按顺序进行的，在任何时候都 可能按下停止按钮，而且不管什么时候按下停止按钮都要等到当前工作周期 结束后才能响应停止操作。所以停止按钮X4的操作不能在顺序功能图中直接 反映出来，可以用M10间接表示出来。每一个工作周期结束后，再根据M10 的状态决定进入下一周期还是返回到初始状态。从梯形图可看出，M10用启- 保-停电路和启动按钮X3、停止按钮X4来控制，按下启动按钮X0，M10变为 ON并保持，按下停止按钮X1，M10变为OFF，但是系统不会马上返回初始步， 因为M10只是在步M5之

21、后起作用。 a37 四、任务实施 1将5个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0X4（如图4-29b所示 的输入部分），并连接PLC电源。检查电路正确性，确保无误。 2输入如图4-32所示的梯形图，进行程序调试，调试时要注意动作顺序， 运行后先按下X3（模拟启动），再依次按下X0（模拟中限位开关），X1（模 拟上限位开关），等待一段时间（超过60s）后，按下X2（模拟下限位开关）， 每次操作都要监控观察各输出（Y0Y3）和相关定时器（T0T1）的变化，检 查是否完成了液体混合系统所要求的所要求的液体混合功能。 3继续调试程序，顺序为按下X0X1X2，监控观察各输出（Y0Y3） 和相关定时器

22、（T0T1）的变化，输出和定时器的变化与上一步相同。再在调 试过程中的任何时候（例如按下X0后按下X4），观察停止功能，是否在当前 工作周期结束后才能响应停止操作返回初始步。 a38 任务五 冲床机械手的运动 一、任务提出 在机械加工中经常使用冲床，某冲床机械手运动的示意图如图4-34所示。初始 状态时机械手在最左边，X4为ON；冲头在最上面，X3为ON；机械手松开，Y0为 OFF。按下启动按钮X0，Y0变为ON，工件被夹紧并保持，2s后Yl被置位，机械手右 行，直到碰到X1，以后将顺序完成以下动作：冲头下行，冲头上行，机械手左行， 机械手松开，延时1s后，系统返回初始状态。 图4-34 某冲

23、床机械手运动的示意图 a39 二、原理分析 为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要5个输入点，5个输出点，输入输出点分 配见表4-5。 表4-5 输入输出点分配表 输入继电器作用输出继电器作用 X0启动按钮Y0工件夹紧 X1右限位开关Y1机械手右行 X2下限位开关Y2机械手左行 X3上限位开关Y3冲头下行 X4左限位开关Y4冲头上行 a40 由输入输出点的分配表画出PLC的外部接线图，如图4-35所示。 图4-35 冲床机械手PLC的外部接线图 a41 由提出的任务画出时序图，如图4-36所示。从时序图上可见，工件在整个工作周 期都处于夹紧状态，一直到完成冲压后才松开工件，这种命令动作为存储

24、型命令。 图4-36 冲床机械手时序图 a42 冲床机械手的运动周期划分为7步，依次分别为初始步、工件夹紧、机械手右行、 冲头下行、冲头上行、机械手左行和工件松开，用M0M6表示。各限位开关、按钮和 定时器提供的信号是各步之间的转换条件。由此画出顺序功能图如图4-37所示。 图4-37 冲床机 械手顺序功能图 a43 用启-保-停电 路设计出梯形图 如图4-38所示。 图4-38 冲床机械 手梯形图 a44 三、知识链接 1存储型命令和非存储型命令 在顺序功能图中说明命令的语句时应清楚地表明该命令是存储型的 还是非存储型的。例如某步的存储型命令“打开1号阀并保持”，是指该 步为活动步时1号阀打

25、开，该步为不活动步时1号阀继续打开；非存储型 命令“打开1号阀”，是指该步为活动步时打开，为不活动步时关闭。图 4-37中步M1的命令Y0就是存储型命令，当M1步为活动步时Y0置位，该步 为不活动步时Y0继续置位，除非在其它步中用复位指令将Y0复位（步 ）。同理，步中的命令Y0也是存储型命令，当M6步为活动步时Y0 复位，该步为不活动步时Y0继续复位，除非在其它步中用置位指令将Y0 置位（步1）。 a45 2命令或动作的修饰词 在顺序功能图中说明存储型命令时可在命令或动作的前面加修饰词，例如“R”、“S”。 使用动作的修饰词（见表4-6）可以在一步中完成不同的动作。修饰词允许在不增加逻 辑的情

26、况下控制动作。例如，可以使用修饰词L来限制配料阀打开的时间等。 表4-6 动作的修饰词 N非存储型当步变为不活动步时动作终止 S置位(存储)当步变为不活动步时动作继续，直到动作被复位 R复位被修饰词S，SD，SL或DS启动的动作被终止 L 时间限制步变为活动步时动作被启动，直到步变为不活动步或设定时间到 D时间延迟 步变为活动步时延迟定时器被启动，如果延迟之后步仍然是活动的，动作 被启动和继续，直到步变为不活动步 P脉冲当步变为活动步，动作被启动并且只执行一次 SD存储与时间延迟在时间延迟之后动作被启动，一直到动作被复位 DS延迟与存储在延迟之后如果步仍然是活动的，动作被启动直到被复位 SL存

27、储与时间限制步变为活动步时动作被启动，一直到设定的时间到或动作被复位 a46 四、任务实施 1将5个模拟输入状态的按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0X4 （如图4-35所示的输入部分），并连接PLC电源。检查电路正确性，确保 无误。 2输入如图4-38所示的梯形图，进行程序调试，调试时要注意动作 顺序，运行后先按下X0（模拟启动），2s后再依次按下X1X4，分别模拟 右限位、下限位、上限位、左限位，每次操作都要监控观察各输出 （Y0Y4）和相关定时器（T0T1）的变化，检查是否完成了冲床机械手 所要求的运动。 a47 任务六 十字路口交通灯 一、任务提出 某十字路口交通灯如图4-40所示，

28、当按下启动按钮时，首先东西向通行，南北向禁止通行，东西向车道 的直行绿灯亮，汽车直行，20s后直行绿灯闪烁3s，随后黄灯亮3s；接着车道的左转绿灯亮，20s后左转绿灯闪 烁3s，随后黄灯亮3s；在东西向车道直行绿灯亮和闪烁的同时，东西向人行道的绿灯同时亮和闪烁。东西向禁 止通行后，转入南北向车道、人行道的通行，顺序与东西向相同。本任务研究用PLC来控制十字路口交通灯。 图4-40 某十字路口交 通灯示意图 a48 二、原理分析 为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要1个输入点，12个输出点，输入输出点分 配见表4-7。 表4-7 输入输出点分配表 输入继电器作用输出继电器作用 X0SB按钮Y

29、0东西向车道左转绿灯 Y1东西向车道直行绿灯 Y2东西向车道黄灯 Y3东西向车道红灯 Y4南北向车道左转绿灯 Y5南北向车道直行绿灯 Y6南北向车道黄灯 Y7南北向车道红灯 Y10东西向人行道红灯 Y11东西向人行道绿灯 Y12南北向人行道红灯 Y13南北向人行道绿灯 a49 由输入输出点的分配表画 出PLC的外部接线图，如图 4-41所示。 图4-41 十字路 口交通灯的PLC外 部接线图 a50 由提出的任务画出时序图，如图4-42 所示。 图4-42 十字路口交通灯的时序图 a51 把十字路口交通灯分为四个并行的分支，分别为用东西向车道、东西向人行道、南北向车道和 南北向人行道。每个方向

30、车道都有直行、直行闪烁、黄灯、左转、左转闪烁、黄灯和红灯7步， 每个方向人行道都有绿灯、绿灯闪烁和红灯3步，再加上初始步，一共有21步，由此画出顺序功 能图如图4-43所示。 图4-43 十字路口交通灯的顺序功能图 a52 用启-保-停电路 设计出梯形图如 图4-44所示。 图4-44 用启-保-停 电路设计的十字路口 交通灯梯形图 a53 图4-45 用以转换 为中心的方法设计 的十字路口交通灯 梯形图 用以转换为中心 的方法设计出梯形 图如图4-45所示。 a54 三、知识链接 以转换为中心的梯形图的编程方法应从步的处理和输出电路两方面来考虑。 1. 步的处理 如图4-46所示为以转换为中

31、心的编程方法的顺序功能图与梯形图的对应关系。实 现图中X1对应的转换需要同时满足两个条件，即该转换的前级步是活动步(M1=1)和转 换条件满足(X1=1)。在梯形图中，可以用M1和Xl的常开触点组成的串联电路来表示上 述条件。该电路接通时，两个条件同时满足，此时应完成两个操作，即将该转换的后 续步变为活动步（用SET指令将M2置位）和将该转换的前级步变为不活动步（用RST 将M1复位）。 图4-46 以转换为中心的编程方式 a55 2. 输出电路 使用这种编程方法时，不能将输出继电器的线圈与SET和RST指令并联， 这是因为图4-45中前级步和转换条件对应的串联电路接通的时间是相当短 的(只有

32、一个扫描周期)，转换条件满足后前级步马上被复位，在下一扫描周 期控制置位、复位的串联电路被断开，而输出继电器的线圈至少应该在某 一步对应的全部时间内被接通。所以应根据顺序功能图，用代表步的辅助 继电器的常开触点或它们的并联电路来驱动输出继电器的线圈。 四、任务实施 1将一个模拟按钮开关的常开触点接到PLC的X0（如图4-41所示的输入部分）， 并连接PLC电源。检查电路正确性，确保无误。 2输入如图4-45所示的梯形图，进行程序调试，运行后先按下X0，监控观察各 输出（Y0Y13）和相关定时器（T0T11）的变化，检查是否完成了十字路口交通灯 所要求的功能。 a56 任务七 用凸轮实现的旋转工

33、作台 一、任务提出 在机械加工时，很多场合会用到旋转工作台，在图4-48中，旋转工作台用 凸轮和限位开关来实现运动控制。在初始状态时左限位开关X3为ON，按下启 动按钮，电动机驱动工作台沿顺时针正转，转到右限位开关X4所在位置时暂 停5s，之后工作台反转，回到限位开关X3所在的初始位置时停止转动，系统 回到初始状态。本任务研究利用PLC来控制旋转工作台运动。 图4-48 用凸轮实现的旋转工作台运动 a57 二、原理分析 为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要3个输入点，2个输出点，输入 输出点分配见表4-8。 表4-8 输入输出点分配表 输入继电器作用输出继电器作用 X0启动按钮Y0工作台正

34、转 X3左限位开关Y1工作台反转 X4右限位开关 a58 由输入输出点的分配表画出PLC的外部接线图，如图4-49 所示。 图4-49 旋转工作台PLC的外部接线图 a59 由提出的任务画出时序图，如图4-50所示。 图4-50 旋转工作台时序图 a60 旋转工作台的工作周期划分为4步，除了初始步之外，还包括正转步、暂停步和反转步，下 面用S0表示初始步，用S20、S21、S22分别表示正转步、暂停步和反转步，仍然用各限位开关、 按钮和定时器提供的信号表示各步之间的转换条件。由此画出顺序功能图如图4-51a所示，用 步进顺控指令设计出梯形图和指令表如图4-51b所示。 图4-51 旋转工作台顺

35、序功能图及梯形图和指令表 a61 三、知识链接 1编程元件状态继电器（S） 状态继电器有5种类型：初始状态继电器S0S9共10点；回零状态继电器 S10S19共10点；通用状态继电器S20S499共480点；具有状态断电保持的状态 继电器有S500S899，共400点；供报警用的状态继电器（可用作外部故障诊断输 出）S900S999共100点。 在使用状态继电器时应注意： （1）状态继电器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点。 （2）状态继电器不与步进顺控指令STL配合使用时，可象辅助继电器M一样 使用。 （3）FX2N系列PLC可通过程序设定将S0S499设置为有断电保持功能的状态 器。

36、2步进顺控指令STL指令 步进顺控指令也称步进梯形指令，简称为STL指令，FX系列PLC还有一条使STL 指令复位的RET指令。利用这两条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。 a62 从图4-52可以看出顺序功能图与梯形图之间的对应关系，STL触点驱动的电 路块具有3个功能，即对负载的驱动处理、指定转换条件和指定转换目标。 图4-52 STL指令的使用 a63 3使用STL指令应注意的问题 （1）与STL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 点成为临时母线。下一条STL指令的出现意味着当前STL的结束和新的STL的开始。RET 指令意味着整个STL程序区

37、的结束，LD点返回左侧母线。各STL触点驱动的电路一般放 在一起，最后一个STL电路结束时一定要使用RET指令。 （2）STL触点可以直接驱动或通过别的触点驱动Y，M，S，T等元件的线圈和应 用指令。 （3）由于CPU只执行活动步对应的电路块，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。但是同一元件的线圈不能在 可能同时为活动步的STL区内出现。 （4）在步的活动状态的转换过程中，相邻两步的状态继电器会同时ON一个扫 描周期，可能会引发瞬时的双线圈问题。为了避免不能同时接通的两个输出(如控制 异步电动机正反转的交流接触器线圈)同时动作，除了在梯形图中

38、设置软件互锁电路 外，还应在PLC外部设置由常闭触点组成的硬件互锁电路。 同一定时器的线圈不可以在相邻的步中使用。 a64 （5）OUT指令与SET指令均可用于步的活动状态的转换，将原来的活动步对应的 状态寄存器复位，此外还有自保持功能。SET指令用于将STL状态继电器置位为ON并保 持，以激活对应的步。SET指令一般用于驱动状态继电器的元件号比当前步的状态继 电器元件号大的STL步。在STL区内的OUT指令用于顺序功能图中的闭环和跳步，如果 想跳回已经处理过的步，或向前跳过若干步，可对状态继电器使用OUT指令。 （6）STL指令不能与MC-MCR指令一起使用。在FOR-NEXT结构中、子程序

39、和中断 程序中，不能有STL程序块，STL程序块不能出现在FEND指令之后。 （7）并行序列或选择序列中分支处的支路数不能超过8条，总的支路数不能超过 16条。 （8）在转换条件对应的电路中，不能使用ANB，ORB，MPS，MRD和MPP指令。 可用转换条件对应的复杂电路来驱动辅助继电器，再用后者的常开触点来作转换条件。 （9）与条件跳步指令(CJ)类似，CPU不执行处于断开状态的STL触点驱动的电路 块中的指令，在没有并行序列时，同时只有一个STL触点接通，因此使用STL指令可以 显著地缩短用户程序的执行时间，提高PLC的输入、输出响应速度。 a65 四、任务实施 1将三个模拟按钮开关的常开

40、触点分别接到PLC的X0、X3、X4（如图4- 49所示的输入部分），并连接PLC电源。检查电路正确性，确保无误。 2. 输入图4-51b的梯形图或指令表，进行程序调试，调试时要注意动作 顺序，运行后先按下X0（模拟启动），再依次按下X4、X3，每次操作都要监 控观察各输出（Y0Y1）和相关定时器（T0）的变化，检查是否完成了旋转 工作台所要求的功能。 a66 任务八 组合钻床 一、任务提出 某组合钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔（见图4-55）。放好工件 后，按下启动按钮工件被夹紧，夹紧后压力继电器Xl为ON，Y1和Y3使两只钻头同时 开始向下进给。大钻头钻到由限位开关X2设定的深度

41、时，Y2使它上升，升到由限位 开关X3设定的起始位置时停止上行。小钻头钻到由限位开关X4设定的深度时，Y4使 它上升，升到由限位开关X5设定的起始位置时停止上行，同时设定值为3的计数器 的当前值加l。两个都到位后，Y5使工件旋转120，旋转结束后又开始钻第二对孔。 3对孔都钻完后，计数器的当前值等于设定值3，转换条件满足。Y6使工件松开，松 开到位时，系统返回初始状态。本任务研究用PLC来控制组合钻床。 图4-55 某组合钻床示意图 a67 二、原理分析 为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要8个输入点，7个输出点，输 入输出点分配见表4-9。 表4-9 输入输出点分配表 输入继电器作用输出

42、继电器作用 X0启动按钮Y0工件夹紧 X1夹紧压力继电器Y1大钻下进给 X2大钻下限位开关Y2大钻退回 X3大钻上限位开关Y3小钻下进给 X4小钻下限位开关Y4小钻退回 X5小钻上限位开关Y5工件旋转 X6工件旋转限位开关Y6工件松开 X7松开到位限位开关 a68 如图4-56所示，用状态继电器S来代表各步，顺序功能图中包含了选择序列 和并行序列。 图4-56 组合钻床顺序功能图 a69 图4-57 组合钻床梯形图 组合钻床的梯形图如图4-57所示。 a70 三、知识链接 1用步进顺控指令实现的选择序列的编程方法 （1）选择序列分支的编程方法 图4-56中的步S24和S27有一个选择序列的分支

43、。当步S24和S27是活动步 (S24为ON，S27为ON)时，如果转换条件C0不满足（没达到3对孔），将转换 到步S28；如果转换条件C0满足，将进入步S29。如果在某一步的后面有N条 选择序列的分支，则该步的STL触点开始的电路块中应有N条分别指明各转换 条件和转换目标的并联电路。 （2）选择序列的合并的编程方法 图4-56中的步S22（S25）之前有一个由两条支路组成的选择序列的合并， 当S21为活动步，转换条件X1得到满足，或者步S28为活动步，转换条件X6得 到满足，都将使步S22（S25）变为活动步，同时系统程序将步S21或步S28复 位为不活动步。在图4-57的梯形图中，由S21

44、和S28的STL触点驱动的电路块中 均有转换目标S22（S25），对它们的后续步S22（S25）的置位（将它们变为 活动步）是用SET指令实现的，对相应前级步的复位（将它变为不活动步） 是由系统程序自动完成的。 a71 2用步进顺控指令实现的并行序列的编程方法 （1）并行序列分支的编程方法 图4-56中分别由S22S24和S25S27组成的两个单序列是并行工作的，设计梯形 图时应保证这两个序列同时开始工作和同时结束，即两个序列的第一步S22和S25应 同时变为活动步，两个序列的最后一步S24和S27应同时变为不活动步。在图4-56中 ，当步S21是活动步，并且转换条件X1为ON时，步S22和S

45、25同时变为活动步，两个 序列开始同时工作。在图4-57的梯形图中，用S21的STL触点和X1的常开触点组成的 串联电路来控制SET指令对S22和S25同时置位，系统程序将前级步S21变为不活动步 。 （2）并行序列的合并的编程方法 图4-56中并行序列合并处的转换有两个前级步S24和S27，根据转换实现的基本规 则，当它们均为活动步并且转换条件满足，将实现并行序列的合并。未钻完3对孔时 ，C0的常闭触点闭合，转换条件满足，将转换到步S28，即该转换的后续步S28变为 活动步(S28被置位)，系统程序自动地将该转换的前级步S24和S27同时变为不活动步 。钻完3对孔时，C0的常开触点闭合，转换

46、条件C0满足，将转换到步S29。 a72 四、任务实施 1将8个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0X7，并连接PLC电源。检查 正确性，确保无误。 2输入图4-57的梯形图，进行程序调试，调试时要注意动作顺序。 （1）先按下X0（模拟启动），观察各输出继电器Y0Y6和计数器C0的状态。 （2）再按下X1（模拟夹紧），观察各输出继电器Y0Y6和计数器C0的状态。 （3）模拟钻孔，依次按下X2X3X4X5，或者X2X4X3X5，或者 X2X4X5X3，或者X4X2X3X5，或者X4X5X2X3，或者X4X2X5X3， X2X3X4X5，每次操作都要监控观察各输出Y0Y6和计数器C0的变化。

47、 （4）根据Y5或Y6的状态按下X6或X7。 （5）重复第（3）、（4）步两次。 a73 任务九 大小球分选系统 一、任务提出 在实际生产中，许多工业设备设置有多种工作方式，如手动和自动工作方式， 自动又包括连续、单周期、单步和自动返回初始状态工作方式。 某机械手用来分选钢质大球和小球，如图4-59所示，控制面板如图4-60所示。 本任务研究用PLC实现具有多种工作方式的大小球分选系统。 图4-59 机械手分选大、小球示意图 图4-60 机械手控制面板 a74 系统设有手动和自动两种工作方式，手动方式时，系统的每一个动作 都要靠6个手动按钮控制，接到输入继电器的各限位开关都不起作用。自动 工作

48、方式又分以下4种工作形式。 1单周期工作方式：按下启动按钮X16后，从初始步开始，机械手按 规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。 2连续工作方式：在初始状态按下启动按钮后，机械手从初始步开始 一个周期一个周期地反复连续工作，按下停止按钮，并不马上停止工作， 完成最后一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。 3单步工作方式：从初始步开始，按一下启动按钮，系统转换到下一 步，完成该步的任务后，自动停止工作并停留在该步，再按一下启动按钮， 才往前走一步。单步工作方式常用于系统的调试。 4回原点工作方式：在选择单周期、连续和单步工作方式之前，系统 应处于原点状态；如果不满足这一条件，可选

49、择回原点工作方式。 机械手在最上面、最左边且电磁铁线圈断电时，称为系统处于原点状态 （初始状态）。 a75 二、原理分析 为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要19个输入点，5个输出点，输入输出点分配见 表4-10。 表4-10 输入输出点分配表 输入继电器作用输出继电器作用 X1左限位Y0机械手上升 X2大球右限位Y1机械手下降 X3小球右限位Y2机械手右行 X4上限位Y3机械手左行 X5下限位Y4电磁铁吸合 X10手动 X11回原点 X12单步 X13单周期 X14连续 X15回原点启动 X16自动启动 X17自动停止 X20手动吸合 X21手动释放 X22手动上升 X23手动下降 X2

50、4手动右行 X25手动左行 a76 由输入输出点分配表画出PLC的外部接线图如图4-61所示。 图4-61 大小球分 选系统的PLC外部接 线图 a77 自动工作方式的顺序功能图如图4-62所示。 图4-62 大小球 分选自动程序顺 序功能图 a78 梯形图如图4-63所示。 图4-63 具有多 种工作方式的大小 球分选系统梯形图 a79 三、知识链接 1状态初始化指令IST和初始化程序 FX2N系列PLC的状态初始化指令IST与STL指令一起使用，专门用来设置具有多种工 作方式的控制系统的初始状态和设置有关的特殊辅助继电器的状态。IST指令只能使用 一次，它应放在程序开始的地方，被它控制的S

51、TL电路应放在它的后面。 机械手控制系统的顺序功能图如图4-62所示。该系统的初始化程序（见图4-63） 用来设置初始状态和原点位置条件。IST指令中的S20和S30用来指定在自动操作中用到 的最低和最高的状态继电器的元件号，IST中的源操作数可取X、Y和M，图4-63中IST指 令的源操作数X10用来指定与工作方式有关的输入继电器的首元件，它实际上指定从 X10开始的8个输入继电器具有以下的意义： Xl0：手动 X11：回原点 X12：单步运行 X13：单周期运行(半自动) X14：连续运行(全自动) X15：回原点启动 X16：自动操作启动 X17：停止 X10X14中同时只能有一个处于接

52、通状态，必须使用选择开关（见图4-60），以 保证这5个输入中不可能有两个同时为ON。 a80 IST指令的执行条件满足时，初始状态继电器S0S2和下列的特殊辅助继电器被自 动指定为以下功能，以后即使IST指令的执行条件变为OFF，这些元件的功能仍保持不 变： M8040：禁止转换 M8041：转换启动 M8042：启动脉冲 M8043：回原点完成 M8044：原点条件 M8047：STL监控有效 S0：手动操作初始状态继电器 S1：回原点初始状态继电器 S2：自动操作初始状态继电器 如果改变了当前选择的工作方式，在“回原点方式”标志M8043变为ON之前， 所有的输出继电器将变为OFF。 a81 2手动程序 手动程序用初始状态继电器S0控制，因为手动程序、自动程序（单步、单周期、 连续）和回原点程序均用STL点驱动，这3部分程序不会同时被驱动，所以用STL指令和 IST指令编程时，手动程序、自动程序和回原点程序的每一步对应一小段程序，每一步 与其他步是完全隔离开的。只要根据控制要求将这些程序段按一定的顺序组合在一起， 就可以完成控制任务。既节约了编程的时间，又减少了编程错误。 3自动返回原点程序 自动返回原点的顺序功能图