可编程控制器基础知识

5.5

FX2N系列PLC的功能图与步进梯形图用经验设计法设计梯形图存在的问题（1）设计方法很难掌握，设计周期长。（2）装置交付使用后维修困难。第1页，共44页。什么是顺序功能图法？◆定义：顺序功能图法就是依据顺序功能图设计PLC顺序控制程序的方法。

◆基本思想：是将系统的一个工作周期分解成若干个顺序相连的阶段，即“步”。第2页，共44页。

一、功能图

所谓顺序控制，使生产过程按生产工艺的要求预先安排的顺序自动地进行生产的控制方式。

功能图（FunctionChart），又称顺序控制流程图（SFC），状态转移图，步进顺控图等，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是一种有效描述顺序控制系统功能的图解表示法，也是一种结构化的程序设计方法。第3页，共44页。

顺序控制流程图的基本组成步转换转换条件有向线段动作或命令将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段STEP使系统由前级步进入下一步的信号称为转换条件每一步所完成的工作第4页，共44页。顺序功能图中转换实现的基本原则功能表图中的表示活动状态的进展是由转换的实现来完成的(1)该转换所有的前级步都是活动步(2)相应的转换条件得到满足（一）、转换实现的条件（二）、转换实现应完成的操作(1)使由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变成活动步(2)使由有向连线与相应的转换符号相连的前级步都变成不活动步

第5页，共44页。顺序功能图的特点（1）两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。（2）两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。（3）功能表中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，它是必不可少的。（4）自控系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此功能表图中应由有向连线组成的闭环.（5）如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步，PC开始进入RUN工作方式时，它们均处于断开状态,所以必须用

M8002的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步。第6页，共44页。顺序功能图的基本结构依据步之间的进展形式，顺序功能图有以下几种基本结构：(1)单序列结构(2)选择序列结构（3）

并行序列结构

第7页，共44页。1.

单序列结构单序列由一系列相继激活的步组成。每一步的后面仅有一个转换条件，每一个转换条件后面仅有一步。

第8页，共44页。2．选择序列结构分支合并第9页，共44页。3．并行序列结构分支合并第10页，共44页。顺序功能图法的优势◆顺序功能图中的各“步”实现转换时，使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠。这使系统中大量复杂的联锁关系在“步”的转换中得以解决。◆对于每一步的程序段，只需处理极其简单的逻辑关系。编程方法简单、易学，规律性强。◆程序结构清晰、可读性好，调试方便。工作效率。第11页，共44页。

顺序控制设计法的基本思想梯形图XY经验设计法控制电路XY输出电路顺序控制设计法第12页，共44页。步进梯形指令(StepLadderInstruction)

简称STL指令。STL步进阶梯指令RET复位指令第13页，共44页。编程模型S21S22Y0X1驱动处理转换条件转换目标SETS22Y0X1S21驱动处理转换条件转换目标STLS21OUTY0LDX1SETS22第14页，共44页。STL指令的特点:1.与STL触点相连的触点应使用LD/LDI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，STL触点也可以使Y、M、S等元件置位或复位。3.CPU只执行活动步对应的程序。4.使用STL指令时允许双线圈输出。5.STL指令只能用于状态寄存器，在没有并行序列时，一个状态寄存器的STL触点在梯形图中只能出现一次。第15页，共44页。6.在STL触点驱动的电路块中不能使用MC和MCR指令，可以使用CJP/EJP指令，当执行CJP指令跳入某一个STL触点的电路块时，不管该STL触点是否接通，均执行对应的

EJP指令之后的电路.7.可以对状态寄存器使用LD、LDI、AND、ANI、ORORI、S、R、OUT等指令。8.对状态寄存器置位的指令，如果不在STL触点驱动的电路块内置位时，系统程序不会自动将前级步对应的状态寄存器复位。第16页，共44页。5.5.1单流程步进控制为了说明单流程步进控制的编程方法，首先来看下面使用PLC完成自动台车的控制的例子。如图所示，某生产过程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。第17页，共44页。图5.5.1台车自动往返系统工况示意图第18页，共44页。

(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(或者继续下一个循环)。为编程的需要，不妨设置输入、输出端口配置如表8.2所示。第19页，共44页。表5.5.1输入、输出端口设置第20页，共44页。编程步骤如下：第一步：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，流程图又叫功能表图(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。第21页，共44页。图5.5.2台车自动往返系统状态转移流程图第22页，共44页。第二步：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，是可编程序控制器的元件之一。FX2共有1000个状态元件，其分类、编号、数量及用途如表所示。第23页，共44页。表5.5.2FX2的状态元件第24页，共44页。图5.5.3台车自动往返控制状态转移图第25页，共44页。状态可提供以下三种功能：

(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Y1。在状态S20与输出Y1之间有一个联锁条件Y2。

(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，线段所指向的状态即为指定转移的目的地。例如，S20转移的目的地为S21。第26页，共44页。

(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X1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，如图所示。第27页，共44页。图5.5.4状态的转移条件(a)单一条件；(b)多条件组合第28页，共44页。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，这时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，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若要在状态转移后继续保持接通，则需用SET指令。当需要复位时，则需用RST指令。第29页，共44页。

(3)只要在不相邻的步进段内，则可重复使用同一编号的计时器。这样，在一般的步进控制中只需使用2～3个计时器就够了，可以节省很多计时器。

(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触点了。第30页，共44页。第三步：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。根据台车状态转移图绘制的步进梯形图如图所示。第31页，共44页。图步进梯形图第32页，共44页。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，这时状态才能提供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，或通过其它触点来驱动线圈。线圈的通断由STL触点的通断来决定。

(3)图中M8002为特殊辅助继电器的触点，它提供开机初始脉冲。

(4)在步进程序结束时要用RET指令使后面的程序返回原母线。第33页，共44页。第四步：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。不相邻的状态转移用OUT指令，例如从S24转移到S25。

(2)与STL触点直接连接的线圈用OUT/SET指令。对于通过触点连接的线圈，应在触点开始处使用LD/LDI指令。第34页，共44页。(3)步进程序结束时要写入RET指令。LD M8002SET SOSTL SOLD XOLD X1SET S21STL S21LDI Y1OUT Y2LD X2SET S22STL S22OUT T0 K50第35页，共44页。

LD T0SET S23SET S20STL S20LDI Y2OUT Y1STL S23LDI Y2OUT Y1LD X3SET S24STL S24LDI Y1OUT Y2LD X2OUT S0RETEND第36页，共44页。5.5.2多分支状态转移图的处理

1．可选择的分支与汇合从多个流程程序中，选择执行哪一个流程称为选择性分支。图是可选择的分支与汇合的状态转移图和梯形图。第37页，共44页。图5.5.6可选择的分支与汇合(a)状态转移图；(b)梯形图第38页，共44页。选择分支和汇合的编程原则是：先集中处理分支状态，然后再集中处理汇合状态。分支选择条件X1和X4不能同时接通。程序运行到状态器S21时，根据X1和X4的状态决定执行哪一条分支。当状态器S22或S24接通时，S21自动复位。状态器S26由S23或S25置位，同时，前一状态器S23或S25自动复位。与图对应的语句表如下：STL S21OUT Y1LD X1SET S22LD X4SET S24第39页，共44页。STL S22OUT Y2LD X2SET S23LD X23SET S3LD X3SET S26STL S24OUT Y4LD X5SET S25STL S25OUT Y5LD X6SET S26LD S26SET Y6第40页，共44页。2.并行的分支与汇合图5.5.7并行的分支与汇合(a)状态转移图；(b)梯形图第41页，共44页。STL S21OUT Y1LD X1SET S22SET S24STL S22OUT Y2LD X2SET S23STL S23OUT