1、项目七项目七 多种液体自动混合装置的多种液体自动混合装置的PLCPLC控制控制 一、学习目标一、学习目标二、项目介绍二、项目介绍三、相关知识三、相关知识四、任务实施四、任务实施一、学习目标（1）掌握PLC的另一种编程方法状态转移图法，掌握状态转移图的编程步骤。（2）掌握步进指令的编程方法，同时要求能用步进指令灵活地实现从状态转移图到步进梯形图的转换。（3）掌握单流程顺序控制结构的编程。二、项目介绍 由PLC控制的多种液体自动混合装置，适合如饮料的生产、酒厂的配液、农药厂的配比等。L1、L2、L3为液位传感器，液面淹没时接通，两种液体的流入和混合液体放液阀门分别由电磁阀YV1、YV2、YV3控制
2、，M为搅拌电动机。二、项目介绍控制要求：（1）初始状态。装置初始状态为：液体A、液体B阀门关闭（YV1、YV2为OFF），放液阀门将容器放空后关闭。（2）启动操作。按下启动按钮SB1，液体混合装置开始按下列规律操作。二、项目介绍控制要求：YV1=ON，液体A流入容器，液面上升；当液面达到L2处时，L2为ON，使YV1为OFF，YV2为ON，即关闭液体A阀门，打开液体B阀门，停止液体A流入，液体B开始流入，液面继续上升。当液面上升到L1处时，L1为ON，使YV2为OFF，电动机M为ON，即关闭液体B阀门，液体停止流入，开始搅拌。搅拌电动机开始工作60s后，停止搅拌M为OFF，放液阀门打开（YV3
3、为ON），开始放液，液面开始下降。当液面下降到L3处时，L3由ON变为OFF，再过5s，容器放空，使放液阀门YV3关闭，开始下一个循环周期。1 1、PLCPLC程序的顺控设计法概述程序的顺控设计法概述 顺序控顺序控制系统：制系统：如果 一 个 控制系统可 以分解成几个 独立的控制 动 作，且这些 动 作 必须 严 格按 照 一定的 先 后 次 序执行 才 能 保 证生产过程的正 常运行，也称 为步 进控制系统。顺序控顺序控制设计制设计法法就 是 针 对 顺 序 控 制 系 统的 一种 专 门 的 设计 方 法。这 种设计 方 法 很 容易 被 初 学者 接 受，对 于 有 经 验 的工程 师，
4、也会提 高 设计的 效 率，程序的 调 试、修 改 和 阅 读 也很 方便。PLC 的设计 者们 为顺序控制系 统的程序编制 提供了 大量 通用和专用的编程 元件，开 发 了 专 门供 编制顺序控制程序用的 功能 表图，使这 种 先 进 的 设计 方 法 成 为 当 前 PLC程序设计的主 要方 法。顺控设计法的设计步骤 步的划分步的划分 转换条转换条件的件的确定确定 功能表功能表图的绘制图的绘制 梯形图的梯形图的编制编制1 1、PLCPLC程序的顺控设计法概述程序的顺控设计法概述顺控设计法的设计步骤 步的划分步的划分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，并且用编程元
5、件来代表各步。步是根据PLC输出状态的变化来划分的，在任何一步内，各输出状态不变，但是相邻步之间输出状态是不同的。步的划分步的划分 步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象工作状态的变化应该是由PLC输出状态变化引起的。否则就不能这样划分。顺控设计法的设计步骤 转转 换换 条件条件 的确的确 定定 使使 系统由系统由 当前当前 步转步转 入下一入下一 步步 的信的信 号称号称 为转为转 换条件。换条件。转转 换换 条条 件件 可可 能能 是是 外外 部输入部输入 信信 号号 ，如如 按按 钮钮 、指令、指令 开开 关关 、限限位位 开开 关关 的的 接接 通通 /断断 开开 等等 ，
6、也也 可可 能能 是是 PLC PLC 内内 部部 产产 生生 的的 信信 号号 ，如，如 定时器、计数器定时器、计数器 触点的触点的 接接 通通/断开断开 等，等，转转 换换 条件条件 也可也可 能是能是 若干个若干个 信信 号的与、或、号的与、或、非逻辑非逻辑 组组 合。合。顺控设计法的设计步骤 功能表图的绘制功能表图的绘制根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出功能表图。绘制功能表图是顺序控制设计法中最为关键的一步。功能表图又称做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。功能表图不涉及所描述控制功能的具体技术，是一种通用的技术语言，可用于进一步设计和不
7、同专业的人员之间进行技术交流。各个 PLC 厂家 都 开发 了 相 应 的 功 能 表 图，各 国 家 也 都制 定 了 国 家 标 准。我 国 1986 年 颁 布 了 功 能 表 图 国 家 标 准（GB6988.6-86）。顺控设计法的设计步骤 梯形图的编制梯形图的编制(可省略可省略)根 据 功 能 表 图，按 某 种 编 程 方式 写 出 梯 形 图程 序。如果 PLC 支持 功 能 表 图 语 言，则 可 直接 使 用 该 功 能 表图作为最终程序。顺控设计法的设计步骤1、PLC程序的顺控设计法功能表功能表图图的组成的组成 主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成。步与动
8、作步与动作步步：矩形框表示步，方框内是该步的编号。编程时一般用PLC内部编程元件来代表各步初始初始步步：与系统的初始状态相对应的步称为初始步。初始步用双线方框表示，每一个功能表图至少应该有一个初始步。步与动作步与动作 动作动作：一个控制系统可以划一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统。对分为被控系统和施控系统。对于被控于被控系统，在某一步中要完成某些系统，在某一步中要完成某些“动作动作”；对于施；对于施控控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令命令”，将，将动作或命令简称为动作动作或命令简称为动作 动作的动作的表示表示：矩形框中的文：矩形框中的文字
9、或符号表示，该矩形框应与字或符号表示，该矩形框应与相应的步相应的步的符的符号相连。号相连。步与动作步与动作 活动步活动步：当系统正处于某一当系统正处于某一步时，该步处于活动状态，称步时，该步处于活动状态，称该步为该步为“活活动步动步”。步处于活动。步处于活动时，相应的动作被执行。时，相应的动作被执行。保持保持型动作型动作：若为保持型动作，则该步不活动时继续执行若为保持型动作，则该步不活动时继续执行该动作。该动作。非保持型动非保持型动作作：若为非保持型若为非保持型动作则指该步不活动时，动动作则指该步不活动时，动作也停止执作也停止执行行。说明：说明：一般在功能表图中保持一般在功能表图中保持型的动作
10、应该用文字或助记型的动作应该用文字或助记符标注符标注，而非保持型，而非保持型动作不要标注。动作不要标注。有向连有向连线、转换线、转换与转换条件与转换条件 有向连有向连线线：功能表图中步的活动状态的顺序进展按有向连线规定的路线和方向进行。活动状态的进展方向习惯上是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述的方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。转换转换：转换是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。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。转换条转换条件件：转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
11、换的短线的旁边。转换实现的基本规则转换实现的基本规则 转换实转换实现的条件现的条件：在功能表图中步的活动状态的进展是由转换的实现来完成。转换实现必须同时满足两个条件：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。转换实转换实现应完成的操作现应完成的操作：转换的实现应完成两个操作：1）使所有的后续步都变为活动步；2）使所有的前级步都变为不活动步。2 2、状态转移图及状态功能状态转移图及状态功能引例引例:如图所示如图所示台车自动往返系统工况示意图台车自动往返系统工况示意图MSQ2(X2)SQ1(X1)SQ3(X3)前进前进(Y1)后退后退(Y2)SB(X0)启动启动MM MMMMM
12、 MMMMMMMMMMMMMMMMM M MMM M MM M M M M MMMMMMMMMMMMMMM某生产过程的控制工艺要求如下：某生产过程的控制工艺要求如下：2 2、状态转移图及状态功能状态转移图及状态功能 (2)台车后退碰到限位开关台车后退碰到限位开关SQ2后，台车电机后，台车电机M停转，台车停停转，台车停车，停车，停5 s，第二次前进，碰到限位开关，第二次前进，碰到限位开关SQ3，再次后退。，再次后退。(3)(3)当后退再次碰到限位开关当后退再次碰到限位开关SQ2SQ2时，台车停止时，台车停止(或者或者继续下一个循环继续下一个循环)。(1)按下启动按钮按下启动按钮SB，台车电机，台
13、车电机M正转，台车前进，碰正转，台车前进，碰到限位开关到限位开关SQ1后，台车电机后，台车电机M反转，台车后退。反转，台车后退。为编程的需要，不妨设置输入、输出端口配置如表所示。为编程的需要，不妨设置输入、输出端口配置如表所示。2 2、状态转移图及状态功能状态转移图及状态功能输入设备输入设备 端口号端口号 输出设备输出设备 端口号端口号 启动启动 SB X00 电机正转电机正转 Y01 前限位前限位 SQ1 X01 电机反转电机反转 Y02 前限位前限位 SQ3 X03 后限位后限位 SQ2 X02 编程步骤如下：编程步骤如下：2 2、状态转移图及状态功能、状态转移图及状态功能 第一步：绘制流
14、程图第一步：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性的一种图形，流程图又叫功能表图流程图又叫功能表图(Function Chart)。流程图主要由步、转移流程图主要由步、转移(换换)、转移、转移(换换)条件、线段和条件、线段和动作动作(命令命令)组成。组成。台车的每次循环工作过程分为前进、后退、延时、前进、台车的每次循环工作过程分为前进、后退、延时、前进、后退五个工步。后退五个工步。2 2、状态转移图及状态功能、状态转移图及状态功能 每一步用一个矩形方框表示，方框中用文字表示该步每一步用一个矩形方框表示，方框中用文字表示该步的动
15、作内容或用数字表示该步的的标号。的动作内容或用数字表示该步的的标号。与控制过程的初始状态相对应的步称为初始步。初始与控制过程的初始状态相对应的步称为初始步。初始步表示操作的开始。步表示操作的开始。每步所驱动的负载每步所驱动的负载(线圈线圈)用线段与方框连接。用线段与方框连接。方框之间用线段连接，方框之间用线段连接，表示工作转移的方向，习惯的方向是从上至下或从左至右，必要时表示工作转移的方向，习惯的方向是从上至下或从左至右，必要时也可以选用其它方向。也可以选用其它方向。线段上的线段上的短线表示工作转移条件短线表示工作转移条件，图中状态转移条件为，图中状态转移条件为SB、SQ1。方框与负载连接的线
16、段上的短线表示驱动负载的联锁条件，当联锁方框与负载连接的线段上的短线表示驱动负载的联锁条件，当联锁条件得到满足时才能驱动负载。条件得到满足时才能驱动负载。转移条件和联锁条件可以用文字或转移条件和联锁条件可以用文字或逻辑符号标注在短线旁边。逻辑符号标注在短线旁边。2 2、状态转移图及状态功能、状态转移图及状态功能准 备SB启动(前进)工序一前进：Y1动作SQ1后退工序二后退：Y2动作SQ2后退停工序三延时5 s：T0动作T0延时前进工序四前进：Y1动作SQ3后退工序五后退：Y2动作SQ2后退停状态功能状态条件状态 当相邻两步之间的转移条件得到满足时，转移去执行下一当相邻两步之间的转移条件得到满足
17、时，转移去执行下一步动作，而上一步动作便结束，这种控制称为步进控制。步动作，而上一步动作便结束，这种控制称为步进控制。2 2、状态转移图及状态功能、状态转移图及状态功能 在初始状态下，按下前进启动按钮在初始状态下，按下前进启动按钮SB(X00动合触点闭合动合触点闭合)，则小车由初始状态转移到前进步，驱动对应的输出继电器则小车由初始状态转移到前进步，驱动对应的输出继电器Y01，当小车前进至前限位当小车前进至前限位SQ1时时(X01动合触点闭合动合触点闭合)，则由前进步转，则由前进步转移到后退步。这就完成了一个步进，以下的步进读者可以自行移到后退步。这就完成了一个步进，以下的步进读者可以自行分析。
18、分析。顺序控制若采用步进指令编程，则需根据流程图画出状态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转移图。状态转移图是用状态继电器(简称状态简称状态)描述的流程图。描述的流程图。2 2、状态转移图及状态功能状态转移图及状态功能第二步：绘制状态转移图第二步：绘制状态转移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。元件之一。(1)驱动负载。状态可以驱动驱动负载。状态可以驱动M、Y、T、S等线圈。可以直等线圈。可以直接驱动和用置位接驱动和用置位SET指令驱动，也可以通过触点联锁条件来驱
19、指令驱动，也可以通过触点联锁条件来驱动。例如，当状态动。例如，当状态S20置位后，它可以直接驱动置位后，它可以直接驱动Y1。在状态。在状态S20与输出与输出Y1之间有一个联锁条件之间有一个联锁条件Y2。状态可提供以下三种功能状态可提供以下三种功能：2 2、状态转移图及状态功能状态转移图及状态功能(2)指定转移的目的地。状态转移的目的地由连接状态之指定转移的目的地。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。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，例如，S20转移的目的地为转移的目的地为S21。流程图中的每一步，可用一个状态来表示，由此绘出流
20、程图中的每一步，可用一个状态来表示，由此绘出图所示的台车流程图的状态转移图。如图所示，分配状态图所示的台车流程图的状态转移图。如图所示，分配状态的元件如下：的元件如下：初始状态初始状态 S0 前进前进(工序一工序一)S20后退后退(工序二工序二)S21 延时延时(工序三工序三)S22再前进再前进(工序四工序四)S23 再后退再后退(工序五工序五)S24 注意：虽然注意：虽然S20与与S23、S21与与S24，功能相同，但它们是状态，功能相同，但它们是状态转移图中的不同工序，也就是不同状态，故编号也不同。转移图中的不同工序，也就是不同状态，故编号也不同。SBS20SQ1SQ2T0SQ3SQ2M8
21、002X0X1S21X2S22S23X3S24X2Y1Y2Y2Y1T0 K50Y1Y2Y2Y1RETENDS0台车流程图的状态转移图台车流程图的状态转移图 (3)给出转移条件。状态转移的条件用连接两状态之间给出转移条件。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。的线段上的短线来表示。当转移条件得到满足时，转移的状当转移条件得到满足时，转移的状态被置位，而转移前的状态态被置位，而转移前的状态(转移源转移源)自动复位自动复位。例如，当。例如，当X1动合触点瞬间闭合时，状态动合触点瞬间闭合时，状态S20将转移到将转移到S21，这时，这时S21被置被置位而位而S20自动复位。自动复位。2 2
22、、状态转移图及状态功能、状态转移图及状态功能状态的转移条件可以是单一的，也可以是多个元件的串、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。并联组合，如图所示。S20X0转移条件：X0(a)S20X0转移条件：X1与T0并联再与X0串联(b)X1T02 2、状态转移图及状态功能状态转移图及状态功能 在使用状态时还需要说明以下问题：在使用状态时还需要说明以下问题：2 2、状态转移图及状态功能状态转移图及状态功能(1)状态的置位要用状态的置位要用SET指令，这时状态才具有步进功能。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。步进触点它除了提供步进触
23、点外，还提供一般的触点。步进触点(STL触点触点)只有动合触点，一般触点有动合触点和动断触只有动合触点，一般触点有动合触点和动断触点。当状态被置位时，其点。当状态被置位时，其STL触点闭合，用它去驱动负载。触点闭合，用它去驱动负载。(2)用状态驱动的用状态驱动的M、Y若要在状态转移后继续保持接通，若要在状态转移后继续保持接通，则需用则需用SET指令。当需要复位时，则需用指令。当需要复位时，则需用RST指令。指令。(3)只要在不相邻的步进段内，则可重复使用同一编号的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计时器。这样，在一般的步进控制中只需使用23个
24、计时器个计时器就够了，可以节省很多计时器。就够了，可以节省很多计时器。3 3、单流程状态转移图的编程单流程状态转移图的编程 (4)状态也可以作为一般中间继电器使用，其功能与状态也可以作为一般中间继电器使用，其功能与M一一样，但作一般中间继电器使用时就不能再提供样，但作一般中间继电器使用时就不能再提供STL触点了。触点了。每个状态提供一个每个状态提供一个STL触点，当状态置位时，其步进触点，当状态置位时，其步进触点接通。触点接通。用步进触点连接负载的梯形图称为步进梯用步进触点连接负载的梯形图称为步进梯形图，形图，它可以根据状态转移图来绘制。它可以根据状态转移图来绘制。根据图所示台根据图所示台车状
25、态转移图绘制的步进梯形图。车状态转移图绘制的步进梯形图。3 3、单流程状态转移图的编程单流程状态转移图的编程 第三步：设计步进梯形图第三步：设计步进梯形图 SETS0M8002SET S20S0X0S20Y2SET S21X1Y1S21Y1SET S22X2Y2S22SET S23T0T0S23Y2SET S24X3Y1S24Y1OUTS0X2Y2RETENDK503 3 单流程状态转移图的编程单流程状态转移图的编程 下面对绘制步进梯形图的要点作一些说明：下面对绘制步进梯形图的要点作一些说明：3 3、单流程状态转移图的编程单流程状态转移图的编程 (1)状态必须用状态必须用SET指令置位才具有步
26、进控制功能，这时状态指令置位才具有步进控制功能，这时状态才能提供才能提供STL触点。触点。(2)状态转移图除了并联分支与联接的结构以外，状态转移图除了并联分支与联接的结构以外，STL触触点基本上都是与母线连接的，通过点基本上都是与母线连接的，通过STL触点直接驱动线圈，触点直接驱动线圈，或通过其它触点来驱动线圈。线圈的通断由或通过其它触点来驱动线圈。线圈的通断由STL触点的通断触点的通断来决定。来决定。(3)图中图中M8002为特殊辅助继电器的触点，它提供开机初为特殊辅助继电器的触点，它提供开机初始脉冲。始脉冲。(4)在步进程序结束时要用在步进程序结束时要用RET指令使后面的程序返回原母指令使
27、后面的程序返回原母线。线。由步进梯形图可用步进指令编制出语句表程序。由步进梯形图可用步进指令编制出语句表程序。步进指令由步进指令由STL/RET指令组成。指令组成。STL指令称为步进触点指令，用于步进触指令称为步进触点指令，用于步进触点的编程；点的编程；RET指令称为步进返回指令，用于步进结束时返回指令称为步进返回指令，用于步进结束时返回原母线。原母线。3 3、单流程状态转移图的编程、单流程状态转移图的编程第四步：编制语句表第四步：编制语句表 由步进梯形图编制语句表的要点是：由步进梯形图编制语句表的要点是：(1)对对STL触点要用触点要用STL指令，而不能用指令，而不能用LD指令。不相邻的状指
28、令。不相邻的状态转移用态转移用OUT指令，例如从指令，例如从S24转移到转移到S25。(2)与与STL触点直接连接的线圈用触点直接连接的线圈用OUT/SET指令。对于通过触点指令。对于通过触点连接的线圈，应在触点开始处使用连接的线圈，应在触点开始处使用LD/LDI指令。指令。(3)步进程序结束时要写入步进程序结束时要写入RET指令。指令。LD M8002 SET S0 STL S0 LD X0 LD X1 SET S21 STL S21 LDI Y1 OUT Y2 LD X2 SET S22 STL S22 OUT T0 SP K50 3 3、单流程状态转移图的编程单流程状态转移图的编程 LD
29、 T0 SET S23 SET S20 STL S20 LDI Y2 OUT Y1 STL S23 LDI Y2 OUT Y1 LD X3 SET S24 STL S24 LDI Y1 OUT Y2 LD X2 OUT S0 RET END 3 3、单流程状态转移图的编程单流程状态转移图的编程四、任务实施四、任务实施多种液体自动混合装置示意图1、输入/输出分配表多种液体自动混合装置的控制系统输入/输出分配表：2、输入/输出接线图用三菱FX型可编程控制器实现多种液体自动混合装置控制系统的输入/输出接线图：3、编写梯形图程序3、编写梯形图程序4、系统调试在断电状态下，连接好PLC/PC电缆。将PLC运行模式选择开关拨到STOP位置，此时PLC处于停止状态，可以进行程序编写。在作为编程器的计算机上，运行GX Developer编程软件。将梯形图程序输入到计算机中。将程序文件下载到PLC中。将PLC运行模式的选择开关拨到RUN位置，使PLC进入运行方式。在教师的现场监护下进行通电调试，验证系统功能是否符合控制要求。
