1、基本概念 步进控制:在多工步的控制中，按照一定的顺序分步动作，即上一步动作结束后，下一步动作才开始。状态转移图状态转移图简称SFC）：是用状态继电器来描述工步转移的图形。状态状态Sn状态状态Sm转移条件转移条件指令表对步进接点用步进指令STL编程；当步进控制范围结束时，用步进返回指令RET；与步进接点相连的触点用LD/LDI指令。使用步进指令需要说明的问题1.状态S作为辅助继电器使用时，不能提供步进接点（步进接点是可以产生一定步进动作的接点）。2.输出的驱动方法。STL内的母线一旦写入LD或LDI指令后，对不需要触点的线圈就不能再编程，如图（a）所示。若要编程，需变换成图（b）所示。1.初始化
2、程序FX系列PLC的状态初始化指令IST(Initial State)的功能指令编号为FNC60，它与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，可以大大简化复杂的顺序控制程序的设计工作。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STL电路应放在它的后面。机械手控制系统的顺序功能图如图所示。该系统的初始化程序(见图5-35)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的元件号，IST中的源操作数可以取X、Y和M 图535中IST指令的源操作数X10用来指定与工作方
3、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，它们分别具有以下的意义：X10：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：回原点起动 X16：自动操作起动 X17：停止 X10X14中同时只能有一个处于接通状态，必须使用选择开关(见图5-25)，以保证这5个输人中不可能有两个同时为ON。IST指令的执行条件满足时，初始状态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：为1时禁止所有的状态转换 M8041：转换起动 M8042：起动
4、脉冲 M8043：回原点完成 M8044：原点条件满足 M8047：STL监控有效 So：手动操作初始状态 S1：回原点初始状态 S2：自动操作初始状态 如果改变了当前选择的工作方式，在“回原点完成”标志M8043变为ON之前，所有的输出继电器将变为OFF。STL监控有效标志M8047的线圈“通电”时，当前的活动步对应的状态的元件号按从大到小的顺序排列，存放在特殊数据寄存器D8040一D8047中，因此可以监控8点活动步对应的状态的元件号。此外，若有任何一个状态为ON，特殊辅助继电器M8046将为ON。2手动程序 手动程序(见图535)与图528中的程序基本上相同，手动程序用初始状态S0控制，
5、因为手动程序、自动程序(不包括回原点程序)和回原点程序均用STL触点驱动，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，不必像图51那样，用CJ指令来切换自动程序和手动程序。3自动返回原点程序 自动返回原点的顺序功能图如图536所示，当原点条件满足时，特殊辅助继电器M8044(原点条件)为ON(见图中的初始化程序)。自动返回原点结束后，用SET指令将M8043(回原点完成)置为ON，并用RST指令将回原点顺序功能图中的最后一步S12复位，返回原点的顺序功能图中的步应使用S10S19。4自动程序 用STL指令设计的自动程序的顺序功能图如图5-34所示，特殊辅助继电器M8041(
6、转换起动)和M8044(原点条件)是从自动程序的初始步S2转换到下一步S20的转换条件。自动程序的梯形图见图5-35。使用IST指令后，系统的手动、自动、单周期、单步、连续和回原点这几种工作方式的切换是系统程序自动完成的，但是必须按照前述的规定，安排IST指令中指定的控制工作方式用的输入继电器X10X17的元件号顺序。工作方式的切换是通过特殊辅助继电器M8040M8042实现的，IST指令自动驱动M8040M8042。5使用IST指令时输入继电器元件号的处理 图5-37a中的源操作数M0表示M0M7分别具有图5-37b中所示的意义。IST指令可以使用元件号不连续的输入继电器(见图5-37b)，
7、也可以只使用前述的部分工作方式。特殊辅助继电器M8000在RUN(运行)状态时为ON，其常闭触点一直处于断开状态。图5-37c中只有回原点和连续两种工作方式，其余的工作方式是被禁止的。图5-37c中“起动”与“回原点起动”功能合用一个按钮X32。52使用起保停电路的编程方法根据顺序功能图来设计梯形图时，可以用辅助继电器M来代表步。起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，这是一种通用的编程方法，可以用于任意型号的PLC。右下图中的步M1、M2和M3是顺序功能图中顺序相连的3步。设计起保停电路的关键是找出它的起动条件和停止条件。根据转换实现的基本规则，步M2变为活动步的条件是它的前级步M1为活动
8、步，且转换条件X1=1。在起保停电路中，则应将前级步M1和转换条件X1对应的常开触点串联，作为控制M2的起动电路。控制M2的起动电路接通后，在下一个扫描周期，前级步M1变为不活动步，M1的常开触点断开，M2自保。当M2和X2均为ON时，步M3变为活动步，这时步M2应变为不活动步，因此可以将M3=1作为使辅助继电器M2变为OFF的条件，即将后续步M3的常闭触点与M2的线圈串联，作为起保停电路的停止电路。梯形图可以用逻辑代数式表示为：M2=(M1X1+M2)/M3单序列的编程方法右图是某小车运动的示意图。设小车在初始位置时停在右边，限位开关X2为ON。按下起动按钮X3后，小车左行，碰到限位开关X1
9、时，变为右行；返回限位开关X2处变为左行，碰到限位开关X0时，变为右行，返回起始位置后停止运动。一个工作周期可以分为一个初始步和4个运动步，分别用M0M4来代表这5步。起动按钮X3、限位开关X0X2的常开触点是各步之间的转换条件。如某一输出继电器在几步中都应为如某一输出继电器在几步中都应为ON，应将代表各有关步的辅助继电器的常开，应将代表各有关步的辅助继电器的常开触点并联后，驱动该输出继电器的线圈。如图中触点并联后，驱动该输出继电器的线圈。如图中Y0在步在步M1和和M3中都应为中都应为ON，所，所以将以将M1和和M3的常开触点并联后，来控制的常开触点并联后，来控制Y0的线圈。的线圈。选择序列与
10、并行序列的编程方法 如人行横道处的交通信号灯。按下起动按钮X0，步M1和步M5同时变为活动步。按下停止按钮X1，在完成顺序功能图中一个工作周期的最后一个步(车道黄灯亮、人行道红灯亮)的工作后返回初始状态，所有的灯熄灭。为了实现在最后一步返回初始状态，在梯形图中用起保停电路和起动、停止按钮来控制M10，按下起动按钮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M8之后起作用。交通灯的闪动是用周期为1s的时钟脉冲M8013的触点实现的。车道交通灯和人行道交通灯是同时工作的，可以用并行序列来表示它们的工作情况。在顺序功能图中，为了避免从
11、并行序列的汇合处直接转换到并行序列的分支处，在步M4和M7的后面设置了一个虚设步，该步没有什么具体的操作，进入该步后，将马上转移到下一步。1选择序列的分支的编程方法 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。右图中步M8之后有一个选择序列的分支，当它的后续步M0、M1和M5变为活动步时，它应变为不活动步。因为M1和M5是同时变为活动步的，所以只需将M0和M1或M0和M5的常闭触点与M8的线圈串联。2选择序列的合并的编程方法 对于选择序列的合并，如果某一步之前有N个转换，则代表该步的
12、辅助继电器的起动电路由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。右图中，步M1和步M5之前有一个选择序列的合并，当步M0为活动步并且转换条件X0满足，或者步M8为活动步，并且转换条件M10满足，步M1和步M5都应变为活动步，即控制M1和M5的起保停电路的起动条件应为M0X0+M8M10，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M8、M10的常开触点串联而成。3并行序列的分支的编程方法 并行序列中各单序列的第一步应同时变为活动步。对控制这些步的起保停电路使用同样的起动电路，可以实现这一要求。右图中步M0之后有一个并行
13、序列的分支，当步M8为活动步并且转换条件M10满足，或步M0为活动步并且转换条件X0得到满足，都应转换到步M1和步M5，M1和M5应同时变为ON，这是用逻辑关系式M0X0+M8M10对应的电路同时作为控制M1和M5的起保停电路的起动电路实现的。4并行序列的合并的编程方法 步M8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)都是活动步且转换条件T5满足。由此可知，应将M4，M7和T5的常开触点串联，作为控制M8的起保停电路的起动电路。仅有两步的闭环的处理 如果在顺序功能图中有仅由两步组成的小闭环，相应的辅助继电器的线圈将不能“通电”。例如在M3和X3均为1状态时，M2
14、的起动电路接通，但是这时与它串联的M3的常闭触点却是断开的，所以M2的线圈将不能“通电”。出现上述问题的根本原因是闭环中只有两步，步M2既是步M3的前级步，又是它的后续步。为了解决这一问题，增设了一个受X2控制的中间元件M10，用M10的常闭触点取代图中X2的常闭触点。如果M2为活动步时X2变为l状态，执行图中的第1个起保停电路时，M10尚为0状态，它的常闭触点闭合，M2的线圈通电，保证了控制M3的起保停电路的起动电路接通，使M3的线圈通电，转换到步M3。执行完图中最后一行电路后，M10变为1状态，在下一个扫描周期使M2的线圈断电。M10=1以转换为中心的编程方法 单序列的编程方法 图中X1对
15、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和转换条件满足。在梯形图中，可以用M1和X1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和将该转换的前级步变为不活动步。右图为两条运输带顺序相连，应先起动2号运输，按下起动按钮，2号运输带开始运行，5s后1号运输带自动起动。停机的顺序与起动的顺序刚好相反，间隔仍然为5s。在顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并且相应的转换条件满足，则转换实现。在以转换为中心的编程方法中，将该转换所有前级步对应的辅助继电器的常开触点与转换对应的触点或电路串联，作为执行SE
16、T指令和RST指令的条件。用SE指令使所有后续步对应的辅助继电器置位，用RST指令使所有前级步对应的辅助继电器复位。选择序列与并行序列的编程方法 在地下停车场的出人口处，同时只允许一辆车进出，在进出通道的两端设置有红绿灯，光电开关X和X1用于检测是否有车经过，光线被车遮住时X或X1为ON。有车进入通道时光电开关检测到车的前沿，两端的绿灯灭，红灯亮，以警示两方后来的车辆不可再进入通道。车开出通道时，光电开关检测到车的后沿，两端的红灯灭，绿灯亮，别的车辆可以进入通道。图中的转换条件X0和X1实际上是在上升沿时起作用，X0和1的普通触点和上升沿检测触点在这种情况下是等效的。组合机床是针对特定工件和特
17、定加工要求设计的自动化加工设备，通常由标准通用部件和专用部件组成，PLC是组合机床电气控制系统中的主要控制设备。并行序列的编程方法并行序列的编程方法用于双面钻孔的组合机床在工件相对的两面钻孔，机床由动力滑台提供进给运动，刀具电动机固定在动力滑台上。工件装入后，按起动按钮X0，工件夹紧，X1变为ON，M2和M6变为活动步，两侧同时进入快速进给工步。两侧加工均完成后，两侧动力滑台退回原位，系统进入步M10。工件松开，限位开关X10变为N，系统返回初始步M0，一次加工的工作循环结束。为保证并行序列各子序列同时结束，在各子序列的末尾增设了一个等待步(即步M5和M9)，如果两个子序列分别进入了步M5和M
18、9，表示两侧滑台的快速退回均已结束，应转换到步M10。步M5和M9之后的转换条件为“=1”，表示应无条件转换，在梯形图中，该转换等效为一根短接线，或理解为不需要转换条件。下图中转换的上面是并行序列的合并，转换的下面是并行序列的分支，该转换实现的条件是所有的前级步(即步M13和M17)都是活动步和转换条件X5+/X7满足。由此可知，应将M13、M17、X5的常开触点和X7的常闭触点组成的串并联电路，作为使M22、M26置位和使M13、M17复位的条件。具有多种工作方式的系统的编程方法 工作方式 为了满足生产的需要，很多工业设备要求设置多种工作方式，例如手动和自动(包括连续、单周期、单步和自动返回
19、初始状态)工作方式。如何将多种工作方式的功能融合到一个程序中，是梯形图设计的难点之一。总体结构右图所示。选择手动工作方式时手动开关X10为ON，将跳过自动程序，执行公用程序和手动程序。选择自动工作方式时X10为OFF，将跳过手动程序，执行公用程序和自动程序。某机械手用来分选钢质大球和小球，控制面板如右图。5种工作方式选择开关，6个按钮是手动按钮。为了保证在紧急情况下(包括PLC发生故障时)能可靠地切断PLC的负载电源，设置了交流接触器KM。右图是外部接线图。Y4为ON时钢球被电磁铁吸住，为OFF时被释放.对于电磁吸盘这一类执行机构，在紧急停车时如果切断它的电源，它吸住的铁磁物体会掉下来，可能造
20、成事故，一般不允许这样处理。系统设有手动、单周期、单步、连续和回原点5种工作方式，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(或称初始状态)。在公用程序中，左限位开关X1、上限位开关X4的常开触点和表示电磁铁线圈断电的Y4的常闭触点的串联电路接通时，“原点条件”辅助继电器M5变为ON。如果选择的是单周期工作方式，按下起动按钮X16后，从初始步M0开始，机械手按顺序功能图(右图)的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。如果选择连续工作方式，在初始状态按下起动按钮后，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全部
21、工作后，系统才返回并停留在初始步。在单步工作方式，从初始步开始，按一下起动按钮，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，再按一下起动按钮，才往前走一步。单步工作方式常用于系统的调试。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，可以选择回原点工作方式，然后按回原点起动按钮X15，使系统自动返回原点状态。在原点状态，顺序功能图中的初始步M0为ON，为进入单周期、连续和单步工作方式作好了准备。使用起保停电路的编程方法 l.公用程序 公用程序(下图)用于自动程序和手动程序相互切换的处理，当系统处于手动工作方式时，必须将除初始步以外的各步对应的辅助
22、继电器(M20M30)复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。在非连续工作方式，用X14的常闭触点将表示连续工作的标志M7复位。当机械手处于原点状态(M5 ON)，在开始执行用户程序(M8002为ON)、系统处于手动状态或回原点状态(X10或X11为ON)时，初始步对应的M0将被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式作好准备。如果此时M5为OFF状态，M0将被复位，初始步为不活动步，按起动按钮也不能转换到后续步M20，自动运行被禁止，系统不能在单步、单周期和连续工作方式工作。2手动程序 下图是手动程序，X
23、10为l时执行图中的手动程序，反之将跳过手动程序。手动操作时用X20X25对应的6个按钮控制钢球的吸合和释放、机械手的升、降、右行和左行。为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了上升与下降之间、左行与右行之间的互锁，以防止功能相反的两个输出继电器同时为ON。上、下、左、右极限开关X1、X3X5的常闭触点分别与控制机械手移动的Y0Y3的线圈串联，以防止因机械手运行超限出现事故。上限位开关X4的常开触点用来保证机械手在最上面时才能左右运行。3自动程序用起保停电路设计的自动程序由图530、图531和图532b组成。图530包含了单周期、连续和单步3种工作方式，图531是输出电路，图5-32是自动返
24、回原点程序。用X10的常开触点控制跳步指令“CJ P0，X10为0时(非手动工作方式时)执行自动程序，反之将跳过自动程序。图5-30中的M0和M20M30用典型的起保停电路控制。单周期、连续和单步这3种工作方式用连续标志M7和转换允许标志M6来区分。机械手控制系统自动控制的顺序功能图机械手控制系统自动控制的顺序功能图 用起保停电路设计的自动程序梯形用起保停电路设计的自动程序梯形图图 输出电路输出电路 (1)单步与非单步的区分。系统工作在连续、单周期(非单步)工作方式时，X12的常闭触点接通，使转换允许标志M6为ON，串联在各起保停电路的起动电路中的M6的常开触点接通，允许步与步之间的转换。在单
25、步工作方式，X12为ON，它的常闭触点断开，“转换允许”辅助继电器M6在一般情况下为OFF，不允许步与步之间的转换。当某一步的工作结束后，转换条件满足，如果没有按起动按钮X16，M6处于OFF状态，不会转换到下一步，要等到按下起动按钮X16，M6在X16的上升沿ON一个扫描周期，M6的常开触点接通，转换条件才能使系统进入下一步。(2)单周期与连续的区分。在连续工作方式，X14为ON，按下起动按钮X16，连续标志M7变为ON并锁存。在单周期工作方式，X14为OFF，按下起动按钮后，M7不会变为ON。在单周期工作方式，当机械手在最后一步M30返回最左边时，左限位开关X1变为ON，因为这时M7处于O
26、FF状态，转换条件X1/M7满足，将返回并停留在初始步M0，按一次起动按钮，系统只工作一个周期。在连续工作方式，当机械手在最后一步M30返回最左边时，X1变为ON，因为M7处于ON状态，转换条件X1/M7满足，系统返回步M20，反复连续地工作下去。按下停止按钮X17后，M7变为OFF，但是系统不会立即停止工作，在完成当前工作周期的全部操作后，小车在步M30返回最左边，左限位开关X1为ON，转换条件X1/M7满足，系统才返回并停留在初始步。(3)单周期工作方式，X13为ON，X12的常闭触点闭合，M6线圈“通”，允许转换。如在初始步为活动步时按下起动按钮X16，在M20的起动电路中，M0、X16
27、、M5(原点条件)和M6的常开触点均接通，使M20的线圈“通”，系统进入下降步，Y1的线圈“通”，机械手下降；同时定时器T0开始定时。机械手碰到大球时，下限位开关X5不会动作，T0的定时时间到时，转换条件T0X5满足，将转换到步M21。机械手碰到小球，下限位开关X5动作，T0定时到时，转换条件T0X5满足，转换到M24。在步M21或步M24，Y4被SET指令置位，钢球被吸住；为了保证钢球被可靠地吸住后机械手再上升，用T1延时，1s后T1的定时时间到，它的常开触点接通，系统进入上升步。以后系统将一步一步地工作，直到步M30，机械手左行返回原点位置，左限位开关X1变为ON，因为连续工作标志M7为O
28、FF，将返回初始步M0。(4)单步工作过程。在单步工作方式，X12为ON，它的常闭触点断开。设系统处于初始状态，M0为ON，按下起动按钮X16，M6变为ON，使M20的起动电路接通，系统进入下降步。放开起动按钮后，M6变为OFF。在下降步，Y1的线圈“通电”，假设机械手碰到的是小球，下限位开关X5变为ON，与Y1的线圈串联的X5的常闭触点断开，使Y1的线圈“断电”，机械手停止下降。X5的常开触点闭合后，如果没有按起动按钮，X16和M6处于OFF态，一直要等到按下起动按钮，M16和M6变为ON，M6的常开触点接通，转换条件T0X5才能使M24的起动电路接通，M24的线圈“通电”并自保持，系统才能
29、由步M20进入步M24。以后在完成某一步的操作后，都必须按一次起动按钮，系统才能进入下一步。控制M0的起保停电路如果放在控制M20的起保停电路之前，在单步工作方式，在步M30为活动步时按起动按钮X16，返回步M0后，M20的起动条件满足，将马上进入步M20。在单步工作方式，这样连续跳两步是不允许的。将控制M20的起保停电路放在控制M0的起保停电路之前和M6的线圈之后既可。控制M6(转换允许)的是起动按钮X16的上升沿检测触点，在步M30按起动按钮，M6仅ON一个扫描周期，它使M0的线圈通电后，下一扫描周期处理控制M20的起保停电路时，M6已变为OFF，所以不会使M20变为ON，要等到下一次按起
30、动按钮时，M20才会变为ON。(5)输出电路。右图中的常闭触点是为单步工作方式设置的。以控制左行的Y3为例，当小车碰到左限位开关X1l时，控制左行的辅助继电器M30不会马上变为OFF，如果Y3的线圈不与左限位开关X1的常闭触点串联，机械手不能停在X1处，还会继续左行，对于某些设备，在这种情况下可能造成事故。为了避免出现双线圈现象，在图531中，将自动控制的顺序功能图(见图529)与自动返回原点的顺序功能图(见图5-32)中对Y0和Y3线圈的控制合在一起。图532a中对Y1、Y2和Y4的复位放在图532b和图532c中。(6)自动回原点程序。图532a、图532b是自动回原点程序的顺序功能图和用
31、起保停电路设计的梯形图。在回原点工作方式(X11为ON)按下回原点起动按钮X15，M10变为ON，机械手上升，升到上限位开关时X4变为ON，机械手左行，到左限位开关时，X1变为ON，其常闭触点断开，使M11的线圈断电。X1的常开触点闭合，Y4被复位，如果电磁铁吸住了钢球，此时电磁铁的线圈断电，钢球落人左边的槽内。由公用程序可知，这时原点条件满足，M5为ON，初始步M0被置位，为进入单周期、连续和单步工作方式作好了准备，因此可以认为步M0是步M11的后续步。图中控制Y4复位的指令应放在控制M11的起保停电路之前，若交换二者的位置，在X1变为ON时，M11将先变为OFF，不能执行对Y4的复位。以转
32、换为中心的编程方法 与使用起保停电路的编程方法相比，以转换为中心的编程方法的梯形图的总体结构、顺序功能图、公用程序、手动程序和自动程序中的输出电路完全相同。用X10的常开触点控制跳步指令“CJ P0”，X10为0时(非手动工作方式时)执行自动程序，反之将跳过自动程序。仍然用辅助继电器M0和M20M30来代表各步，梯形图如图所示。该图中控制M0和M20一M30置位、复位的触点串联电路与图530对应的起保停电路中的起动电路相同。由于各串联电路中都有M6的常开触点，为了简化电路，使用了M6的主控触点。M7的控制电路与图5-30中的相同，自动返回原点的程序如图532c所示。图中对M0置位(SET)的电路应放在对M20置位的电路的后面，否则在单步工作方式从步M30返回步M0时，会马上进入步M20。ch.5-79
