《LC基础及应用》PPT课件.ppt

1、三菱PLC基础与应用,第4章 状态转移图编程,4.4 实训项目,4.3 状态编程思想在非状态元件 编程中的应用,4.2 状态转移图的编程方法,4.1 状态元件、状态转移图,4.5 习题,三菱PLC基础与应用,4.1 状态元件、状态转移图,4.1.1 状态编程思想,梯形图由于其编程简单、使用方便等优点，受到了很多技术人员的青睐，但在一些工艺流程控制方面，还存在以下缺点： 1）自锁、互锁等连锁关系设计复杂、易出错、检查麻烦。 2）难以直接看出具体工艺控制流程及任务。 为此，人们经过不懈努力，开发了状态转移图，也称顺序功能图（SFC），它不仅具有流程图的直观，而且能够方便处理复杂控制中的逻辑关系。,

2、三菱PLC基础与应用,图4-1 台车自动往返示意图,下面通过一个例子来说明状态编程思想的优点，某台车自动往返示意图如图4-1所示。,三菱PLC基础与应用,在图4-1某台车自动往返工作流程中，其在一个周期中的工艺控制要求如下： 1）按下启动按钮，台车前进。 2）台车前进过程中碰到行程开关SQ2时，停止前进并开始后退。 3）台车后退过程中碰到行程开关SQ1时，台车停止，10s后第二次前进。 4）台车前进过程中碰到行程开关SQ3时，停止前进并开始后退。 5）台车后退过程中碰到行程开关SQ1时，台车停止。,三菱PLC基础与应用,根据上述控制要求，该工艺控制可用如图4-2所示的工作步序图来表示，其具有的

3、特点如下： 1）复杂的控制任务分解成了若干个工序，有利于程序的结构化设计。 2）工序任务明确且具体，方便局部编程。 3）可读性强，容易理解，能清晰反映整个工艺流程。,三菱PLC基础与应用,图4-2 台车往返运行步序图,三菱PLC基础与应用,4.1.2 状态元件,在图4-2中，可以将每个工序当作一种状态，该状态可以通过状态器S来表示。FX2N系列PLC中，状态器S共有1000点，其分配及用途如下： 1）S0S9，状态转移图的初始状态。 2）S10S19，多运行模式控制中用作原点返回状态。 3）S20S499，状态转移图的中间状态。 4）S500S899，停电保持作用。 5）S900S999，报警

4、元件作用。,三菱PLC基础与应用,4.1.3 状态转移图,在图4-2中，“准备”状态可以当作“初始状态”，用S0S9中的一个来表示；工序1工序5则相当于中间状态，用S20S499中的元件来表示，行程开关即状态转换的条件，相当于输入继电器X，前进、后退等任务用输出继电器来表示，延时则用定时器来实现，因此图4-2可以转换成图4-3，即状态转移图SFC。,三菱PLC基础与应用,图4-3 台车往返运行状态转移图,三菱PLC基础与应用,4.1.4 步进顺序控制指令,FX2N系列PLC有两条步进顺序控制指令(简称“步进指令”)：步进接点指令和步进结束指令其指令助记符与功能表如表4-1所示。,表4-1 步进

5、顺序控制指令说明,三菱PLC基础与应用,STL指令的意义为激活某个状态，首先它类似于主控触点，该触点后的所有操作均受该触点控制；其次，只有被激活的程序段才被扫描执行，而且在单流程状态转移图中，一次扫描只有一个状态被激活，被激活的状态有自动关闭激活它的前个状态的能力，因此，不必考虑状态之间的互锁，而且当某个状态被关闭后，该状态中所有以OUT指令的输出全部变为OFF。,三菱PLC基础与应用,图4-4 STL指令使用说明,STL S20 OUT Y1 LD X1 SET S21 STL S21,（a）状态图 （b）梯形图 （c）指令表,三菱PLC基础与应用,从图4-4中，可以总结出步进指令的使用要求

6、如下： 1）步进接点指令在梯形图上体现为从主母线引出的状态接点，具有建立子母线的功能，以使该状态的操作均在子母线上进行，与该子母线连接的接点开始要用LD或LDI指令开始。 2）只有当步进接点处于激活状态时，其后面的电路才会动作；如果步进接点指令未激活，则该步进接点后的所有电路将被跳过不扫描。 3）允许同一元件的线圈在不同的STL接点后多次使用，但定时器线圈不能在相邻的状态中出现。,三菱PLC基础与应用,4）STL指令的新母线上可以有多个线圈同时输出，但经LD或LDI指令编程后，输出指令不得与新母线相连。 5）STL指令可以驱动Y、M、S、T，若要保持元件的输出结果应使用SET/RST指令；同一

7、状态寄存器只能使用一次。 6）在执行完所有STL指令后，防止出现逻辑错误，一定使用RET指令表示步进功能结束，子母线返回到主母线。,三菱PLC基础与应用,4.1.5 状态转移图三要素,状态转移图中，每个状态都具备下列三要素： 1）驱动负载，即该状态所要执行的任务。表达输出可用OUT指令，也可用SET指令。二者区别在于使用SET指令驱动的输出可以保持下去直至使用RST指令使其复位，而OUT指令在本状态关闭后自动关闭。如图4-5中的Y0就是状态S20的驱动负载。 2）转移条件，即在什么条件下状态间实现转移。转移条件可以为单一的，也可以是多个元件的串并联。如图4-5中的X1就是状态S20实现转移的条

8、件。 3）转移目标，即转移到什么状态。如图4-5中的S21为状态S20的转移目标。转移目标若是顺序非连续转移，转移指令不应使用SET，而应使用OUT，如图4-6所示。,三菱PLC基础与应用,图4-5 状态转移图三要素示意图,图4-6 非连续状态转移图,三菱PLC基础与应用,4.2 状态转移图的编程方法,4.2.1 状态转移图编制规则 1.SFC图编制规则,在使用SFC图编制程序时，必须遵守如下规则： 1）顺序连续转移时，一般用SET指令；非连续转移时，则必须用OUT指令，并在相应状态标注“”表示转移目标，如图4-6所示。 2）转移条件可以是单个或多个，但转移条件使用时不能用ANB、ORB、MP

9、S、MRD、MPP等指令，因此，遇到复合转移条件时应进行如图4-7的处理。 3）状态自复位时，要用符号“”表示，程序中用RST指令表示，如图4-8所示。,三菱PLC基础与应用,STL S40 LD X0 OUT Y0 LD X1 RST S20,图4-7 复合转移条件的处理,图4-8 自复位处理,三菱PLC基础与应用,2.相关注意事项,在使用SFC图编制程序时，必须注意如下的相关事项： 1）状态编程顺序：先驱动后转移，即先执行任务，再进行状态转移，顺序不能颠倒。 2）如前所述，STL步进接点指令具有建立子母线的功能，但并不是所有的基本指令都能在STL接点后使用，具体情况见表,三菱PLC基础与应

10、用,表4-2 基本指令在步进指令内可用情况表,三菱PLC基础与应用,4.2.2 单流程状态转移图的编程,单流程是指状态转移只有一种顺序，每一个状态只有一个转移条件和一个转移目标。单流程状态转移图编程是指根据状态转移图画出其相应的梯形图，并写出指令表程序。在编程时总要抓住状态转移图的三要素以及“先驱动、后转移”的编程顺序原则，初始状态可由其他状态驱动或初始条件驱动，如无初始条件，可用M8002驱动。 单流程状态转移图的编程应用示例如图4-9所示。,三菱PLC基础与应用,三菱PLC基础与应用,图4-9 台车自动往返控制系统编程,LD M8002 SET S0 STL S0 LD X0 SET S2

11、0 STL S20 LDI Y1 OUT Y0 LD X2 SET S21 STL S21 LDI Y0 OUT Y1 LD X1 SET S22 STL S22,OUT T0 K100 LD T0 SET S23 STL S23 LDI Y1 OUT Y0 LD X3 SET S24 STL S24 LDI Y0 OUT Y1 LD X1 OUT S0 RET END,三菱PLC基础与应用,4.2.3 选择性分支与汇合的编程,1.选择性分支状态转移图的特点,从多个分支流程顺序中根据条件选择执行其中一个分支执行，而其余分支的转移条件不能满足，即每次只满足一个分支转移条件的分支方式称为选择性分支

12、。如图4-10所示就是一个选择性分支的状态转移图。从图4-10中可以看出该图具有如下特点： 1）该SFC具有三个分支流程顺序。 2）S20为分支状态。,三菱PLC基础与应用,根据不同的条件（X0，X10，X20），选择执行其中一个条件满足的分支流程，其分支流程分解图如图4-11所示。X0接通时执行图4-11（a），X10接通时执行图4-11（b），X20接通时执行图4-11（c）。同一时刻最多只能有一个接通状态。如当X10接通时，S20向S31转移，S20变为OFF，此后即使X0或X20再接通，S21或S41也不会被激活。 3）S50为汇合状态，它可有S22、S32、S42任一状态驱动在转移条

13、件满足时发生状态转移。,三菱PLC基础与应用,图4-10 选择性分支状态转移图,三菱PLC基础与应用,图4-11 选择性分支流程分解图,（a）第一分支 （b）第二分支 （c）第三分支,三菱PLC基础与应用,2.选择性分支与汇合的编程,选择性分支与汇合的编程一般按如下几个思路进行： （1）编程原则 先集中处理选择性分支状态，再集中处理汇合状态。 （2）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，如图4-12所示，其中图4-12（a）是分支状态，图4-12（b）是分支状态程序。按分支状态的编程方法，首先对S20进行驱动处理（OUT Y0），然后按S21、S31、S41

14、的顺序进行转移处理。,三菱PLC基础与应用,图4-12 选择性分支状态及其编程,STL S20 OUT Y0 LD X1 SET S21 LD X11 SET S31 LD X21 SET S41,（a）分支状态,（b）分支状态程序,三菱PLC基础与应用,（3）选择性分支汇合状态的编程,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，如图4-13所示，其中图4-13（a）是选择性汇合状态，图4-13（b）是选择性汇合状态编程。按照汇合状态的编程方法，依次将 S21、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

15、分支）向S50的转移。,三菱PLC基础与应用,（a）选择性汇合状态,三菱PLC基础与应用,STL S21 第一分支汇合前处理 OUT Y1 LD X2 SET S22 STL S22 OUT Y2 STL S31 第二分支汇合前处理 OUT Y11 LD X12 SET S32 STL S32 OUT Y12 STL S41 第三分支汇合前处理 OUT Y21 LD X22,SET S42 STL S42 OUT Y22 STL S22 第一分支汇合处理 LD X3 SET S50 STL S32 第二分支汇合处理 LD X13 SET S50 STL S42 第三分支汇合处理 LD X23

16、SET S50 STL S50 OUT Y3,（b）选择性汇合状态编程,图4-13 选择性分支汇合状态及其编程,三菱PLC基础与应用,图4-14 选择性分支与汇合的状态梯形图,（4）选择性分支与汇合状态转移图对应的梯形图,三菱PLC基础与应用,4.2.4 并行分支与汇合的编程,1.并行分支状态转移图的特点,当满足某个转移条件后使得多个分支流程顺序同时执行的分支称为并行分支。图4-15就是一个并行分支的状态转移图。在图4-15中当X0接通时，S20同时向S21、S31、S41三个状态转移，三个分支同时运行扫描；同时，只有在S22、S32、S42三个状态任务都运行结束后，且转移条件X3接通，才能使

17、得S50激活，S22、S32、S42同时复位。若有一个没有运行结束，即使X3接通，S50也不会被激活，这种汇合也叫“排队汇合”。图4-15所示的并行分支状态转移图的并行分支流程分解图如图4-16所示。,三菱PLC基础与应用,图4-15 并行分支状态转移图,三菱PLC基础与应用,图4-16 并行分支流程分解图,（a）第一分支,（b）第二分支,（c）第三分支,三菱PLC基础与应用,2.并行分支与汇合的编程,并行分支与汇合的编程思路主要体现以下几个方面： （1）编程原则 先集中处理并行分支状态，再集中处理汇合状态。 （2）并行分支的编程 编程方法是首先进行驱动处理，然后按顺序进行状态转移处理。以分支

18、状态S20为例，如图4-17所示，其中图4-17（a）所示为并行分支状态图，图4-17（b）所示为并行分支状态的程序。S20的驱动负载为Y0，转移目标为S21、S31、S41。按照并行分支编程方法，应先进行Y0的输出，然后依次进行状态S21、S31、S41的转移。,三菱PLC基础与应用,图4-17 并行分支的编程,STL S20 OUT Y0 LD X0 SET S21 SET S31 SET S41,（a）并行分支状态,（b）并行分支状态程序,三菱PLC基础与应用,（3）并行分支汇合状态的编程,编程方法是首先进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序进行汇合状态的转移处理。以汇合状态S50为例，如

19、图4-18所示，其中图4-18（a）是并行汇合状态转移图，图4-18（b）是并行汇合状态的编程。按照并行汇合的编程方法，先按分支顺序对S21、S22、S31、S32、S41、S42进行输出处理，然后依次向S50转移。其程序如图4-18（b）所示。,三菱PLC基础与应用,（a）并行汇合状态,三菱PLC基础与应用,图4-18 并行汇合状态的编程,STL S21 第一分支汇合前处理 OUT Y1 LD X1 SET S22 STL S22 OUT Y2 STL S31 第二分支汇合前处理 OUT Y11 LD X11 SET S32 STL S32 OUT Y12 STL S41 第三分支汇合前处理

20、,OUT Y21 LD X21 SET S42 STL S42 OUT Y22 STL S22 汇合处理 STL S32 STL S42 LD X3 SET S50 STL S50 OUT Y3,（b）并行汇合状态的编程,三菱PLC基础与应用,图4-19 并行分支与汇合的状态梯形图,（4）并行分支与汇合状态转移图对应的梯形图,三菱PLC基础与应用,图4-20 并行分支汇合数的限制,（5）并行分支、汇合编程相关注意事项,1）并行分支的汇合最多能实现8个分支的汇合,三菱PLC基础与应用,图4-21 并行分支与汇合的状态梯形图,2）并行分支与汇合流程中，并行分支后面不能使用选择转移条件*，在转移条件

21、后不允许并行汇合，如图4-21所示，在图4-21（a）中的状态转移图应进行适当修改方可编程，可修改成如图4-21（b）。,（a）不可编程,（b）可以编程,三菱PLC基础与应用,4.2.5 组合流程及虚拟状态,在运用状态编程思想解决问题时，状态转移图不单单是选择性分支或并行分支、汇合流程，而会碰到一些是由若干个或若干类分支、汇合流程组合，即在并行分支、汇合中，存在选择性分支，在分支中还有分支，遇到这种情况时，只要严格按照分支、汇合的编程原则与方法，就能对其编程。但有些分支、汇合的组合流程并不能直接编程，必须对其进行相应转化才能编程，如图4-21（a）所示的状态转移图必须转换成4-21（b）所示的

22、状态转移图才能编程。,三菱PLC基础与应用,另外，还有一些分支、汇合组合的状态转移图如图4-22所示，它们连续地直接从汇合线转移到下一分支线，并没有中间状态。这种状态转移图同样不能直接编程，而且没办法进行如图4-21中的方法进行转换。这时，可以考虑在汇合线与分支线之间插入一个状态，从而使得该状态转移图成为标准的状态转移图。但在实际工艺中该状态并没有任何操作，只用于编程用的虚拟状态，如图4-22所示，其相对应程序如图4-23所示。,三菱PLC基础与应用,图4-22 虚拟状态的设置,三菱PLC基础与应用,图4-23 图4-22所对应的指令表,STL S20 LD X0 SET S111 STL S

23、21 LD X1 SET S111 STL S22 LD X2 SET S111 STL S111 LD S30 SET S30 LD S30 SET S31,STL S20 STL S21 STL S22 LD X0 SET S111 STL S111 LD S111 SET S30 SET S31,STL S20 STL S21 STL S22 LD X0 SET S111 STL S111 LD S30 SET S30 LD S30 SET S31,STL S20 LD X0 SET S111 STL S21 LD X1 SET S111 STL S22 LD X2 SET S111 S

24、TL S111 LD S111 SET S30 SET S31,三菱PLC基础与应用,4.3 状态编程思想在非状态元件编程中的应用,4.3.1 用辅助继电器实现状态编程,从前面分析可以得知，状态元件具有两个作用，一是具有提供STL接点形成针对该状态的专门任务处理区域，二是一旦状态发生转移，前一个状态会自动复位。因此，只要解决专门任务处理区域和状态自动复位问题，就能实现状态编程。这可以通过辅助继电器M和置位/复位指令来实现。 以图4-1所示的台车自动往返运行控制为例，可以用M20、M21、M22、M23、M24和M25来分别代替S0、S20、S21、S22、S23和S24。特别要注意的是，基本指

25、令梯形图中，不能出现双线圈输出。 图4-24为台车自动往返控制系统的梯形图，虽然没有采用状态元件，但同样体现了状态编程思想，每个工序同样都具有三要素，即驱动负载、转移条件和转移目标，只是要注意解决状态复位和双线圈输出等问题。,三菱PLC基础与应用,图4-24 通过M实现台车自动往返控制系统的状态编程,三菱PLC基础与应用,通过辅助继电器实现状态编程方法与基本指令梯形图的编程方法一样。要注意的是，在设计每个工序梯形图时，应将前个工序的辅助继电器复位操作放在本工序驱动负载之前，以防出现逻辑错误。,三菱PLC基础与应用,4.3.2 用移位寄存器实现状态编程,许多PLC具有移位寄存器V/Z及相关专用指

26、令，移位寄存器可以有许多辅助继电器顺序排列组成。移位寄存器各位数据可在移位脉冲的作用下按一定方向进行移动。例如，在移位寄存器的第一位中存一个“1”，当移位脉冲触发时，这个“1”就会转移到第二位，当移位脉冲再次触发时，“1”就转移到第三位。这样，就找到了一个替代状态元件的方法。 为此，可以将移位寄存器的位当作一个个的状态。当相关位为“1”时，可以认为对应的状态被激活，而移位脉冲信号则相当于状态转移条件。,三菱PLC基础与应用,4.4 实训项目,4.4.1 机械手控制 1.控制要求,图4-25 机械手的结构示意图,三菱PLC基础与应用,在图4-25中，机械手将一个工件由A处传送到B处，上升、下降和

27、左移、右移的执行分别用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有机械动作。例如，一旦上升的电磁阀线圈通电，机械手上升，计时线圈再断电，仍能保持现有的上升动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧、松开由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电时执行夹紧动作，线圈断电时执行松开动作。设备装有上下左右限位开关，其工作过程共有九个状态、八个动作。此外，在紧急停止时，要求机械手回到原点位置。动作过程如图4-26所示：,三菱PLC基础与应用,图4-26 机械手动作示意图,三菱PLC基础与应用,2.I/O地址分配,表4-3 机械手I/O地址分配表,三菱PLC基础与应用,3.I/

28、O接线图,图4-27 机械手I/O接线图,三菱PLC基础与应用,4.梯形图程序,图4-28 机械手自动控制系统状态转移图,三菱PLC基础与应用,LD M8002 SET S0 STL S0 LD X3 LD X5 SET S20 STL S20 OUT Y5 LD X0 SET S21 STL S21 OUT Y0 LD X2 SET S22 STL S22 SET Y4 OUT T0 K20 LD T0 SET S23 STL S23 OUT Y1 LD X3 SET S24 STL S24 OUT Y3 LD X4 SET S25 STL S25 OUT Y0 LD X2,SET S26

29、STL S26 RST Y4 OUT T1 K15 LD T1 SET S27 STL S27 OUT Y1 LD X3 SET S28 STL S28 OUT Y0 LD X5 OUT S0 RET LD X1 OR Y1 RST Y0 RST Y1 RST Y2 RST Y3 OUT Y1 LD X3 OR Y2 RST Y1 OUT Y2 LD X5 RST Y2 END,图4-29 机械手自动控制系统梯形图及指令表,三菱PLC基础与应用,4.4.2 大小球分类控制 1.控制要求,图4-30 大小球分类传送装置示意图,三菱PLC基础与应用,分捡小球大球的机械装置的工作顺序是：向下，抓住球

30、，向上，向右运行，向下，释放，向上和向左运行至左上点（原点）抓球和释放球的时间均为 1 秒。 左上为原点，机械臂下降（当碰铁压着的是大球时，限位开关SQ2不动作，而压着的是小球时SQ2动作，以此判断是大球还是小球）。 其具体工作流程如图4-31所示,图4-31 大小球分类系统工作流程图,三菱PLC基础与应用,2.I/O分配,表4-4 大小球分类系统I/O分配表,三菱PLC基础与应用,3.I/O接线图,图4-32 大小球分类系统I/O接线图,三菱PLC基础与应用,4.设计思路,根据工艺要求，该控制流程可根据SQ2的状态（即对应大、小球）有两个分支，此处应为分支点，且属于选择性分支。分支在机械臂下

31、降之后根据SQ2的通断，分别将球吸住、上升、右行到SQ4或SQ5处下降，此处应为汇合点。然后再释放、上升、左移到原点。,三菱PLC基础与应用,5.状态转移图设计及其编程,图4-33 大小球分类系统状态转移图,三菱PLC基础与应用,图4-34 大小球分类系统的状态梯形图及其指令表,LD M8002 SET S0 STL S0 LD X0 AND X1 AND X3 SET S20 STL S20 OUT Y0 OUT T0 LD T0 AND X2 SET S21 LD T0 K10 ANI X2 SET S31 STL S21 SET Y1 OUT T1 K10 LD T1 SET S22,S

32、TL S22 OUT Y2 LD X3 SET S23 STL S23 LDI X4 OUT Y3 LD X4 SET S40 STL S31 SET Y1 OUT T2 K10 LD T1 SET S32 STL S32 OUT Y2 LD X3 SET S33 STL S33 LDI X5 OUT Y3 LD X5,SET S40 STL S40 OUT Y0 LD X2 SET S41 STL S41 RST Y1 OUT T3 K10 LD T3 SET S42 STL S42 OUT Y2 LD X3 SET S43 STL S43 LDI X1 OUT Y4 LD X1 OUT S

33、0 RET END,三菱PLC基础与应用,4.4.3 交通灯控制(状态编程法),以第二章中的交通灯为例（参考2.6.1），采用状态编程法进行程序设计。由于设计任务一样，其控制要求、I/O分配及接线图见第二章，在这里只进行状态转移图及其梯形图与指令表的设计。 由于东西方向和南北方向同时工作，因此可以考虑采用并行分支方法，如图4-35所示。图4-36为其对应的状态梯形图和指令表。 在这里采用并行的设计方法，当然也可以采用单流程的设计方法，请读者自行思考设计。,三菱PLC基础与应用,图4-35 交通灯自动控制状态转移图,三菱PLC基础与应用,LD M8002 SET S0 STL S0 LD X0

34、SET S20 SET S30 STL S20 OUT Y1 OUT T0 K300 LD T0 SET S21 STL S21 LD T2 OUT Y1 LD T2 OUT T1 K5 LDI T1 OUT T2 K5 OUT T3 K30 LD T3 SET S22 STL S22 OUT Y2 OUT T0 K20,LD TO SET S23 STL S23 OUT Y3 OUT T1 K350 STL S30 OUT Y6 OUT T4 K350 LD T4 SET S31 STL S31 OUT Y4 OUT T5 K300 LD T5 SET S32 STL S32 LD T7 OUT Y4 LD T7 OUT T6 K5 LDI T6 OUT T7 K5,OUT T4 K30 LD T4 SET