第七章PLC步进指令及状态编程法.docx
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第七章PLC步进指令及状态编程法
第七章PLC步进指令及状态编程法
授课章节
§7-1状态编程思想及状态元件
§7-2状态编程方法步骤
周次
第12周总第24次课
教学目的和要求
全面掌握状态指令的应用编程设计。
重点难点
1、掌握状态元件的应用范围、状态指令的意义；2、掌握控制任务分解成若干个工序（状态）的方法；3、理解并体验状态指令的综合应用编程设计技巧。
教学手段
多媒体课堂教学，利用多媒体动画，并结合实际问题讲解
教学时数
2学时
教学过程和教学内容
备注
§7-1状态编程思想及状态元件
状态编程思想：
将复杂的控制任务分解成若干个工序（状态），有利于程序流程化、结构化设计；对一个具体的工序，减化了控制任务，编程方便；整体程序是具体任务的总和，各状态的工作细节（状态功能、转移条件、转移方向）是设计的基础；将全部状态联系起来，形成状态转移图，进而编制梯形图程序。
特点：
清晰地反映全部控制工艺过程，直观、可读性强。
应用：
用于顺序控制及顺序循环控制。
FX2的状态元件：
FX2系列PLC的步进顺控指令：
1、STL：
步进接点指令
功能：
激活某一个状态，在左母线上引出一个状态接点建立新的子母线，使该状态的所有操作均在子母线上。
2、RET：
步进返回指令
功能：
返回到左母线上。
步进顺控状态结束时，使非状态程序的所有操作均在主母线上。
状态转移程序结束必须使用RET指令。
§7-2状态编程方法步骤
单流程状态转移图的编程（单流程状态转移图：
状态转移只有一种顺序叫单流程）
状态转移图编程方法：
先驱动，后转移
除初始状态外，其他所有状态只有在前一状态被激活且具有转移条件时才能开启。
同时一旦下一个状态被激活，上一状态会自动关闭。
“激活”可视为该段程序被扫描执行，关闭则视为该段程序被跳过，不执行。
例：
小车自动往返控制系统。
按SB后小车第一次前进，至SQ1后退，至SQ2延时5S后第二次前进，至SQ3后退，后退至SQ2停。
反复循环。
I/O分配：
SBX0、SQ1X1、SQ2X2、SQ3X3、电机MKM1Y1、KM2Y2
使用状态STL指令的编程实例
例某工作台自动往返运行，要求实现8次循环后工作台停在原位（在SQ1处）。
系统工作示意图如图所示。
1．进行PLC输入输出I/O分配：
外接电器
输入
端子
外接电器
输出
端子
机内其他器件
系统电源控制按钮SB
系统停止按钮SB1
工作台起动控制按钮SB2
后退限位控制开关SQ1
前进限位控制开关SQ2
后退限位保护开关SQ3
前进限位保护开关SQ4
X2
X11
X12
X13
X14
系统电源接触器KM
工作台前进控制接触器KM1
工作台后退控制接触器KM2
Y1
Y2
特殊辅助继电器M002
初始状态继电器S0
一般状态继电器S20
一般状态继电器S21
一般状态继电器S22
计数器C0
2．PLC接线图
3．步进状态图设计
例应用步进状态STL指令实现十字路口交通灯自动控制的编程。
（动画演示：
组态王6.53教学软件系统）
本例中的交通灯控制是典型的按时间原则进行的顺序控制。
步进状态控制的步序分解可按时间分段进行，设计过程的整体思考如表交通灯步进状态控制图表设计所示。
注意状态元件的使用范围
特征：
先驱动，后转移
本例由学生阅读后，说
明彩灯闪烁的过程。
思考：
如何应用状态编程设计本例？
本例为多重循环范例，注意应用技巧！
与经验编程相比较，状态编程设计较为简单化，可见状态编程功能之强大。
第七章PLC步进指令及状态编程法
授课章节
§7-3分支、汇合状态转移图的编程
周次
第13周总第25次课
教学目的和要求
全面掌握条件分支、并行分支状态编程设计的应用。
重点难点
1、掌握条件分支程序的特点、分支与汇合的编程方法；2、掌握并行分支程序的特点、分支与汇合的编程方法；3、理解并体验分支状态程序的综合应用编程设计技巧。
教学手段
多媒体课堂教学，利用多媒体动画，并结合实际问题讲解
教学时数
2学时
教学过程和教学内容
备注
§7-3分支、汇合状态转移图的编程
在工业控制领域中，许多生产过程或生产的工艺流程其控制较为复杂，往往会有多个流程需要执行，针对复杂控制任务的流程图可能存在多种需依一定条件选择的路径，或者存在几个需同时进行的并行过程。
为了应对这类程序的编制，FX2N系列PLC将多分支回合流程图规范为选择性分支汇合及并行性分支汇合二种典型形式。
一、选择性分支、汇合及其编程
1．选择性分支步进状态图的特点
从多个分支流程中根据条件选择某一分支执行，其他分支的转移条件不能同时满足，即每次只满足一个分支转移条件，称为选择性分支。
2．选择性分支、汇合的编程
编程原则是与工艺流程执行的一致性原则，即按工艺流程执行的顺序依次编程。
在分支状态后的分支点处，先集中写出各分支状态的转移条件和转移目标，然后再依次写出各分支支路的程序，在每条分支支路的汇合点处按转移条件转移到汇合状态。
（1）分支状态的编程
针对分支状态S20编程时，先进行驱动处理（OUTY000），然后按X1、X2、X3的转移条件分别转移到S21、S31、S41，进行分支点的集中处理。
（2）支路与汇合状态的编程
按支路1、2、3顺序依次写出各分支支路的程序，并在每条分支支路的汇合点处按转移条件T2、T4、T6分别转移到汇合状态S50。
3．选择性分支状态转移图及编程实例
传送带将大、小球分类选择传送装置的示意图。
（动画演示:
Flash多媒体教学资源库）
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、上升、左行。
机械臂下降时，当电磁铁压着大球时，下限位开关LS2（X002）断开；压着小球时，LS2接通，以此可判断吸住的是大球还是小球。
左、右移分别由Y004、Y003控制；上升、下降分别由Y002、Y000控制，吸住电磁铁由Y001控制。
二、并行分支与汇合的编程
1．并行分支状态图及其特点
当满足某个条件后使多个分支流程同时执行的分支程序称为并行分支。
2．并行分支状态图的编程
编程原则是与工艺流程执行的一致性原则，即按工艺流程执行的顺序依次编程。
3．并行分支、汇合编程实例（动画演示：
组态王6.53教学软件系统）
例：
按钮式人行道的控制进行编程设计（动画演示:
Flash多媒体教学资源库）
控制要求：
人行道口设有通行呼叫按钮。
当行人需通过路口时，按X0或X1，经30S后；车道绿灯灭，黄灯亮10S；10S后车道红灯亮；红灯亮5S后，人行道绿灯亮，行人可通行。
行人通行时间限制在18S，此后人行道红灯亮，禁止行人通行；红灯亮5S后恢复常态（车道绿灯亮，人行道红灯亮）。
注意条件分支程序的特点
注意：
分支与汇合的编程方法
思考：
X2下限位在本控制中存在的问题，如何解决？
注意并行分支程序的特点
注意：
分支与汇合的编程方法
与经验编程、单流程状态编程相比较，并行编程设计有何特点？
第七章PLC步进指令及状态编程法
授课章节
§7-4分支、汇合的组合流程及虚拟状态
§7-5状态编程思想在非元件编程中的应用
周次
第13周总第26次课
教学目的和要求
掌握虚拟状态的应用技巧；了解状态编程思想在非元件编程中的应用
重点难点
1、掌握增设虚拟状态的意义、应用技巧；2、了解状态编程思想在非元件编程中的应用；3、掌握控制任务分解成若干个工序（状态）与控制的方法；
教学手段
多媒体课堂教学，利用多媒体动画，并结合实际问题讲解
教学时数
2学时
教学过程和教学内容
备注
§7-4分支、汇合的组合流程及虚拟状态
END
运用步进状态编程解决工程问题，当步进状态转移图设计出后，发现有些状态转移图不单单是某一种分支、汇合流程，而是若干个或若干类分支、汇合流程的组合。
如按钮式人行横道的状态转移图，并行分支、汇合中，存在选择性分支，只要严格按照分支、汇合的原则和方法，就能对其编程。
但有些分支、汇合的组合流程不能直接编程，需要转换后才能进行编程，如下图，应将左图转换为可直接编程的右图形式。
另外，还有一些分支、汇合组合的状态图如下图所示,它们连续地直接从汇合线转移到下一个分支线，而没有中间状态。
这样的流程组合既不能直接编程，又不能采用上述办法先转换后编程。
这时需在汇合线到分支线之间插入一个状态，以使状态转移图前边所提到的标准图形结构相同。
但在实际工艺中这个状态并不存在，所以只能虚设，这种状态称为虚设状态。
加入虚设状态之后的状态转换图就可以进行编程了。
跳转与循环结构：
跳转与循环是选择性分支的一种特殊形式。
若满足某一转移条件，程序跳过几个状
态往下继续执行，这是正向跳转；或程序返回上面某个状态再开始往下继续执行，这是逆向跳转，也称作循环。
任何复杂的控制过程均可以由以上四种结构组合而成。
下图所示就是跳转与循环结构的状态转移图和状态梯形图。
上图中，S23工作时，X003和X100均接通，则进入逆向跳转，返回到S21重新开始执行（循环工作）；若X100断开，则X100常闭触点闭合，程序则顺序往下执行S24。
当X004和X101均接通时，程序由S24直接转移到S27状态，跳过S25和S26，执行状态S27，为正向跳转。
当X007和X102均接通时，程序返回到S21状态，开始新的工作循环；若X102断开，X102常闭触点闭合时，程序返回到预备工作状态S0，等待新的启动命令。
跳转与循环的条件，可以由现场的行程（位置）开关获取，也可以用计数方法确定循环次数，在时间控制中也可以用定时器来确定。
§7-5状态编程思想在非元件编程中的应用
一、用辅助继电器实现状态编程
以小车自动往返控制为例，如小车往返运行系统步序图和小车往返运行控制步进状态图所示。
采用状态器编程的小车自动往返状态转移图和状态梯形中均对应一个程序单元块，每个单元块都包含了负载驱动、转移条件及转移方向等状态三要素。
状态元件在状态梯形图中有两个作用，一是提供STL接点形成针对某个状态的专门处理区域，二是一旦某状态被“激活”就会自动将其前一个状态复位。
小车往返运行系统步序图小车往返运行控制步进状态图
通过以上分析，如果解决了状态复位及专门处理区的问题，也就实现了状态编程。
而这两个问题可以借助于辅助继电器M及复、置位指令实现。
比如在小车程序中，用M100、M101、M102、M103、M104及M105分别代替S0、S20、S21、S22、S23、S24，采用复、置位指令实现的小车自动往返的步进程序如下图所示。
由于基本指令梯形图中不允许出现双重输出，所以引入M111、M112、M113、M114，其中M111、M112与Y010为前进，M113、M114与Y011为后退。
从图来看，它同样体现了步进状态编程的思路，每一工序同样具有三要素：
负载驱动、转移条件和转移方向。
只是原来由PLC自动完成的状态复位及双重输出等问题，此时需用户自己通过编程完成。
辅助继电器实现的状态编程方法，同基本指令梯形图的编程完全相同。
注意：
在设计每个工序的梯形图时，应将前工序辅助继电器的复位操作放在本工序负载驱动的前面，防止编程时出现逻辑错误，导致控制混乱。
小车往返辅助继电器状态编程梯形图
二、用移位寄存器实现状态编程
许多可编程控制器具有移位寄存器及专用的移位寄存器指令。
移位寄存器可以由许多位辅助继电器顺序排列组成。
移位寄存器各位的数据可在移位脉冲的作用下依一定的方向移动。
比如在移位寄存器的第一位中存一个“1”，当移位信号到来时，这个“1”就移到了第二位。
下次就移到第三位。
这样，就又找到了一个替代状态器的方法。
由此可以将移位寄存器的这些位看作代表一个个状态。
当有“1”移入时，可认为是该状态被激活，而使移位寄存器移位的脉冲则可看作状态转移的条件。
FX2N系列可编程控制器设有移位指令（功能指令）。
使用这些指令用于辅助继电器可方便地实现步进状态编程思想。
习题讨论：
1、有一小车运行过程如下图所示。
小车原位在后退终端，当小车压下后限位开关SQ1时，按下启动按钮SB，小车前进，当运行至料斗下方时，前限位开关SQ2动作，此时打开料斗给小车加料，延时8s后关闭料斗，小车后退返回，SQ1动作时，打开小车底门卸料，6s后结束，完成一次动作。
如此循环。
请用状态编程思想设计其状态转移图。
2、四台电动机动作时序如图15所示。
M1的循环动作周期为34s，M1动作10s后M2、M3启动，M1动作15s后，M4动作，M2、M3、M4的循环动作周期为34s，用步进顺控指令，设计其状态转移图，并进行编程。
上节内容回顾；
提出更为复杂的控制问题供同学思考；
引入新的技巧性问题
习题讨论：
讨论工控要求、控制设计的多种方案（思路）
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