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第七章FX2N系列PLC步進指令及狀態(tài)編程法 狀態(tài)法也叫功能表圖法 是程序編制的重要方法及工具 近年來不少PLC廠商結(jié)合此法開發(fā)了相關的指令 FX2N系列PLC的步進順控指令及大量的狀態(tài)軟元件就是為狀態(tài)編程法安排的 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 SFC 是狀態(tài)編程的重要工具 包含了狀態(tài)編程的全部要素 進行狀態(tài)編程時 一般先繪出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 再轉(zhuǎn)換成狀態(tài)梯形圖 STL 或指令表 本章介紹狀態(tài)指令 狀態(tài)元件 狀態(tài)三要素 狀態(tài)編程思想 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與狀態(tài)梯形圖對應關系 然后說明常見狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程方法 并結(jié)合實例介紹狀態(tài)編程思想在順序控制中的應用 一 FX2N系列步進指令及使用說明1 FX2N系列步進指令FX2N系列步進指令有兩條 其指令助記符與功能如表7 1所示 第一節(jié)步進指令與狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示方法 表7 1步進階梯指令助記符與功能 FX2N系列PLC步進指令所使用的狀態(tài)軟元件S有1000個 其分類 編號 數(shù)量和用途見表6 11 步進接點指令只有常開接點 連接步進接點的其它繼電器接點用指令LD或LDI開始 步進返回指令 RET 用于狀態(tài) S 流程結(jié)束時 返回主程序 母線 步進指令在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和狀態(tài)梯形圖中的表示如圖7 1所示 圖7 1步進指令表示方法 圖7 1 b 中每個狀態(tài)的內(nèi)母線上都將提供三種功能 驅(qū)動負載 OUTYi 指定轉(zhuǎn)移條件 LD LDIXi 指定轉(zhuǎn)移目標 SETSi 稱為狀態(tài)的三要素 后兩個功能是必不可少的 使用步進指令時應先設計狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 SFC 再由狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)換成狀態(tài)梯形圖 STL 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的每個狀態(tài)表示順序控制的每步工作的操作 因此常用步進指令實現(xiàn)時間或位移等順序控制的操作過程 使用步進指令不僅可以簡單 直觀地表示順序操作的流程圖 而且可以非常容易地設計多流程順序控制 并且能夠減少程序條數(shù) 程序易于理解 2 步進指令的使用說明 1 步進接點在狀態(tài)梯形圖中與左母線相連 具有主控制功能 STL右側(cè)產(chǎn)生的新母線上的接點要用LD或LDI指令開始 RET指令可以在一系列的STL指令最后安排返回 也可以在一系列的STL指令中需要中斷返回主程序邏輯時使用 2 當步進接點接通時 其后面的電路才能按邏輯動作 如果步進接點斷開 則后面的電路則全部斷開 相當于該段程序跳過 若需要保持輸出結(jié)果 可用SET和RST指令 3 可以在步進接點內(nèi)處理的順控指令如表7 2所示 表7 2可在狀態(tài)內(nèi)處理的順控指令一覽表 表中的棧操作指令MPS MRD MPP在狀態(tài)內(nèi)不能直接與步進接點后的內(nèi)母線連接 應接在LD或LDI指令之后 如圖7 2所示 在STL指令內(nèi)允許使用跳轉(zhuǎn)指令 但其操作復雜 廠家建議最好不使用 圖7 2棧操作指令在狀態(tài)內(nèi)的正確使用 4 允許同一編號元件的線圈在不同的STL接點后面多次使用 但是應注意 同一編號定時器線圈不能在相鄰的狀態(tài)中出現(xiàn) 在同一個程序段中 同一狀態(tài)繼電器地址號只能使用一次 5 在STL指令的內(nèi)母線上將LD或LDI指令編程后 對圖7 3 a 所示沒有觸點的線圈Y003將不能編程 應改成按圖7 3 b 電路才能對Y003編程 圖7 3狀態(tài)內(nèi)沒有觸點線圈的編程 6 為了控制電機正反轉(zhuǎn)時避免兩個線圈同時接通短路 在狀態(tài)內(nèi)可實現(xiàn)輸出線圈互鎖 方法如圖7 4所示 圖7 4輸出線圈的互鎖 二 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 SFC 的建立及其特點 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是狀態(tài)編程法的重要工具 狀態(tài)編程的一般設計思想是 將一個復雜的控制過程分解為若干個工作狀態(tài) 弄清各工作狀態(tài)的工作細節(jié) 如狀態(tài)功能 轉(zhuǎn)移條件和轉(zhuǎn)移方向 再依據(jù)總的控制順序要求 將這些工作狀態(tài)聯(lián)系起來 就構成了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 簡稱為SFC圖 SFC圖可以在備有A7PHP HGP等圖示圖像外圍設備和與其對應編程軟件的個人計算機上編程 根據(jù)SFC圖進而可以編繪出狀態(tài)梯形圖STL 下面介紹圖7 5中某臺車自動往返控制的SFC建立 臺車自動往返一個工作周期的控制工藝要求如下 1 按下啟動鈕SB 電機M正轉(zhuǎn) 臺車前進 碰到限位開關SQ1后 電機M反轉(zhuǎn) 臺車后退 2 臺車后退碰到限位開關SQ2后 臺車電機M停轉(zhuǎn) 臺車停車5s后 第二次前進 碰到限位開關XSQ3 再次后退 3 當后退再次碰到限位開關SQ2時 臺車停止 下面運用狀態(tài)編程思想說明建立SFC圖的方法 1 將整個過程按工序要求分解 由PLC的輸出點Y021控制電機M正轉(zhuǎn)驅(qū)動臺車 前進 由Y023控制M反轉(zhuǎn) 后退 為了解決延時5S 選用定時器T0 將啟動按鈕SB及限位開關SQ1 SQ2 SQ3分別接于X000 X011 X012 X013 分析其一個工作周期的控制要求 有五個工序要順序控制 如圖7 6所示 2 對每個工序分配狀態(tài)元件 說明每個狀態(tài)的功能與作用 轉(zhuǎn)移條件 如表7 3所示 表7 3工序狀態(tài)元件分配 功能與作用 轉(zhuǎn)移條件 根據(jù)表7 3可繪出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖7 7所示 圖中初始狀態(tài)S0要用雙框 驅(qū)動S0的電路要在對應的狀態(tài)梯形圖中的開始處繪出 SFC圖和狀態(tài)梯形圖結(jié)束時要使用RET和END指令 三 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 SFC 轉(zhuǎn)換成狀態(tài)梯形圖 STL 指令表程序 由以上分析可看出 SFC圖基本上是以機械控制的流程表示狀態(tài) 工序 的流程 而STL圖全部是由繼電器來表示控制流程的程序 我們?nèi)砸詧D7 7的SFC圖為例 將其轉(zhuǎn)換成STL圖和指令表程序 如圖7 8所示 讀者會發(fā)現(xiàn) 從SFC圖轉(zhuǎn)換成STL圖 寫出指令表程序是非常容易的 圖7 8臺車自動往返控制的狀態(tài)梯形圖 STL圖 和指令表 第二節(jié)編制SFC圖的注意事項和規(guī)則 一 編制SFC圖的注意事項 1 對狀態(tài)編程時必須使用步進接點指令STL 程序的最后必須使用步進返回指令RET 返回主母線 2 初始狀態(tài)的軟元件用S0 S9 要用雙框表示 中間狀態(tài)軟元件用S20 S899等狀態(tài) 用單框表示 若需要在停電恢復后繼續(xù)原狀態(tài)運行時 可使用S500 S899停電保持狀態(tài)元件 此外S10 S19在采用狀態(tài)初始化指令FNC60 IST 時 可用于特殊目的 3 狀態(tài)編程順序為 先進行驅(qū)動 再進行轉(zhuǎn)移 不能顛倒 4 當同一負載需要連續(xù)多個狀態(tài)驅(qū)動時 可使用多重輸出 在狀態(tài)程序中 不同時 激活 的 雙線圈 是允許的 如圖7 9 a 另外 相鄰狀態(tài)使用的T C元件 編號不能相同 如圖7 9 b 所示 5 負載的驅(qū)動 狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件可能為多個元件的邏輯組合 視具體情況 按串 并聯(lián)關系處理 不能遺漏 如圖7 10 a 圖7 9同一負載需要多個狀態(tài)驅(qū)動可使用多重輸出 但相鄰狀態(tài)定時器編號不能相同 圖7 10負載組合驅(qū)動 狀態(tài)向不連續(xù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的處理 7 在STL與RET指令之間不能使用MC MCR指令 8 初始狀態(tài)可由其他狀態(tài)驅(qū)動 但運行開始必須用其他方法預先作好驅(qū)動 否則狀態(tài)流程不可能向下進行 一般用系統(tǒng)的初始條件 若無初始條件 可用M8002 PLC從STOP RUN切換時的初始脈沖 進行驅(qū)動 二 編制SFC圖的規(guī)則1 若向上轉(zhuǎn)移 稱重復 向非相連的下面轉(zhuǎn)移或向其他流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移 稱跳轉(zhuǎn) 稱為順序不連續(xù)轉(zhuǎn)移 順序不連續(xù)轉(zhuǎn)移的狀態(tài)不能使用SET指令 要用OUT指令進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移 并要在SFC圖中用 符號表示轉(zhuǎn)移目標 如圖7 11所示 圖7 11非連續(xù)轉(zhuǎn)移在SFC圖中的表示 2 在流程中要表示狀態(tài)的自復位處理時 要用 符號表示 自復位狀態(tài)在程序中用RST指令表示 如圖7 12所示 3 SFC圖中的轉(zhuǎn)移條件不能使用ANB ORB MPS MRD MPP指令 應按圖7 13 b 所示確定轉(zhuǎn)移條件 4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中和流程不能交叉 應按圖7 14處理 5 若要對某個區(qū)間狀態(tài)進行復位 可用區(qū)間復位指令ZRST按圖7 15 a 處理 若要使某個狀態(tài)中的輸出禁止 可按圖7 15 b 所示方法處理 若要使PLC的全部輸出繼電器 Y 斷開 可用特殊輔助繼電器M8034接成圖7 15 c 電路 當M8034為ON時 PLC繼續(xù)進行程序運算 但所有輸出繼電器 Y 都斷開了 為了有效地編制SFC圖 常需要采用表7 4所示的特殊輔助繼電器 圖7 15狀態(tài)區(qū)域復位和輸出禁止的處理 表7 4SFC圖中常采用的特殊繼電器功能與用途 第三節(jié)多流程步進順序控制 在順序控制中 經(jīng)常需要按不同的條件轉(zhuǎn)向不同的分支 或者在同一條件下轉(zhuǎn)向多路分支 當然還可能需要跳過某些操作或重復某種操作 也就是說 在控制過程中可能具有兩個以上的順序動作過程 其狀態(tài)轉(zhuǎn)移流程圖也具有兩個以上的狀態(tài)轉(zhuǎn)移分支 這樣的SFC圖稱為多流程順序控制 常用的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的基本結(jié)構有單流程 選擇性分支 并聯(lián)性分支和跳步與循環(huán)四種結(jié)構 一 單流程結(jié)構程序所謂單流程結(jié)構 就是由一系列相繼執(zhí)行的工步組成的單條流程 其特點是 每一工步的后面只能有一個轉(zhuǎn)移的條件 且轉(zhuǎn)向僅有一個工步 狀態(tài)不必按順序編號 其它流程的狀態(tài)也可以作為狀態(tài)轉(zhuǎn)移的條件 第一節(jié)中討論的臺車自動往返控制SFC就是這類結(jié)構 下面再分析一例轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng) 圖7 16輪軸旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng) 二 選擇性分支與匯合及其編程 一 選擇性分支SFC圖的特點從多個分支流程中根據(jù)條件選擇某一分支 狀態(tài)轉(zhuǎn)移到該分支執(zhí)行 其它分支的轉(zhuǎn)移條件不能同時滿足 即每次只滿足一個分支轉(zhuǎn)移條件 稱為選擇性分支 圖7 17就是一個選擇性分支的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 其特點是 1 該狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖有三個分支流程順序 2 S20為分支狀態(tài) 根據(jù)不同的條件 X000 X010 X020 選擇執(zhí)行其中的一個分支流程 當X000為ON時執(zhí)行第一分支流程 X010為ON時執(zhí)行第二分支流程 X020為ON時執(zhí)行第三分支流程 X000 X010 X020不能同時為ON 圖7 17選擇性分支狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 3 S50為匯合狀態(tài) 可由S22 S32 S42任一狀態(tài)驅(qū)動 二 選擇性分支 匯合的編程編程原則是先集中處理分支狀態(tài) 然后再集中處理匯合狀態(tài) 1 分支狀態(tài)的編程編程方法是先對分支狀態(tài)S20進行驅(qū)動處理 OUTY000 然后按S21 S31 S41的順序進行轉(zhuǎn)移處理 圖7 17的分支狀態(tài)S20如圖7 18 a 圖7 18 b 是分支狀態(tài)的編程 圖7 18分支狀態(tài)S20及其編程 2 匯合狀態(tài)的編程編程方法是先依次對S21 S22 S31 S32 S41 S42狀態(tài)進行匯合前的輸出處理編程 然后按順序從S22 第一分支 S32 第二分支 S42 第三分支 向匯合狀態(tài)S50轉(zhuǎn)移編程 圖7 19匯合狀態(tài)S50及其編程 3 選擇性分支狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖對應的狀態(tài)梯形圖根據(jù)圖7 17的選擇性分支SFC圖和上面的指令表程序 可以繪出它的狀態(tài)梯形圖如圖7 20所示 圖7 20選擇性分支SFC圖對應的狀態(tài)梯形圖 二 選擇性分支狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及編程實例圖7 21為使用傳送帶將大 小球分類選擇傳送裝置的示意圖 左上為原點 機械臂的動作順序為下降 吸住 上升 右行 下降 釋放 上升 左行 機械臂下降時 當電磁鐵壓著大球時 下限位開關LS2 X002 斷開 壓著小球時 LS2接通 以此可判斷是大球還是小球 左 右移分別由Y004 Y003控制 上升 下降分別由Y002 Y000控制 將球吸住由Y001控制 圖7 21大小球分類選擇傳送裝置示意圖 根據(jù)工藝要求 該控制流程可根據(jù)LS2的狀態(tài) 即對應大 小球 有兩個分支 此處應為分支點 且屬于選擇性分支 分支在機械臂下降之后根據(jù)LS2的通斷 分別將球吸住 上升 右行到LS4 小球位置X004動作 或LS5 大球位置X005動作 處下降 此處應為匯合點 然后再釋放 上升 左移到原點 其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖7 22所示 圖7 22大小球分類選擇傳送的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 二 并行分支與匯合的編程 一 并行分支狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及其特點當滿足某個條件后使多個流程分支同時執(zhí)行的分支流程稱為并行分支 如圖7 23所示 圖中當X000接通時 狀態(tài)同時轉(zhuǎn)移 使S21 S31和S41同時置位 三個分支同時運行 只有在S22 S32和S42三個狀態(tài)都運行結(jié)束后 若X002接通 才能使S30置位 并使S22 S32和S42同時復位 它有二個特點 圖7 23并行分支流程結(jié)構 二 并行分支狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程編程原則是先集中進行并行分支處理 再集中進行匯合處理 1 并行分支的編程編程方法是先對分支狀態(tài)進行驅(qū)動處理 然后按分支順序進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移處理 圖7 24 a 為分支狀態(tài)S20圖 圖7 24 b 是并行分支狀態(tài)的編程 2 并行匯合處理編程編程方法是先進行匯合前狀態(tài)的驅(qū)動處理 然后按順序進行匯合狀態(tài)的轉(zhuǎn)移處理 圖7 24并行分支的編程 按照并行匯合的編程方法 應先進行匯合前的輸出處理 即按分支順序?qū)21 S22 S31 S32 S41 S42進行輸出處理 然后依次進行從S22 S32 S42到S30的轉(zhuǎn)移 圖7 25 a 為S30的并行匯合狀態(tài) 圖7 25 b 是各分支匯合前的輸出處理和向匯合狀態(tài)S30轉(zhuǎn)移的編程 3 并行分支SFC圖對應的狀態(tài)梯形圖根據(jù)圖7 23的SFC圖和上面的指令表程序 可以繪出它的狀態(tài)梯形圖如圖7 26所示 圖7 25并行匯合的編程 圖7 26并行分支SFC圖的狀態(tài)梯形圖 4 并行分支 匯合編程應注意的問題 1 并行分支的匯合最多能實現(xiàn)8個分支的匯合 如圖7 27所示 2 并行分支與匯合流程中 并聯(lián)分支后面不能使用選擇轉(zhuǎn)移條件 在轉(zhuǎn)移條件 后不允許并行匯合 如圖7 28 a 所示 應改成圖7 28 b 后 方可編程 三 并行分支 匯合編程實例圖7 29為按鈕式人行橫道交通燈控制示意圖 車道信號由狀態(tài)S21控制綠燈 Y003 亮 人行橫道信號由狀態(tài)S30控制紅燈 Y005 亮 圖7 29人行橫道交通燈控制 人過橫道 應按路兩邊的人行橫道按鈕X000或X001 車道綠燈亮30秒后由狀態(tài)S22控制車道黃燈 Y002 亮10秒 然后由狀態(tài)S23控制車道紅燈 Y001 亮5秒后 啟動狀態(tài)S31使人行橫道的紅燈變?yōu)榫G燈 Y006 點亮 人行橫道綠燈亮15秒后 由狀態(tài)S32和S33交替控制橫道綠燈進行0 5秒閃爍 閃爍5次 人行橫道變?yōu)榧t燈亮 人行橫道禁止通行 5秒后返回初始狀態(tài) 人行橫道交通燈控制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及程序如圖7 30所示 在圖中S33處有一個選擇性分支 人行道綠燈閃爍不到五次 選擇局部重復動作 閃爍五次后使橫道紅燈亮 車道綠燈亮 四 分支 匯合的組合流程及虛設狀態(tài) 運用狀態(tài)編程思想解決問題 當狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設計出后 發(fā)現(xiàn)有些狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖不單單是某一種分支 匯合流程 而是若干個或若干類分支 匯合流程的組合 如按鈕式人行橫道的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 并行分支 匯合中 存在選擇性分支 只要嚴格按照分支 匯合的原則和方法 就能對其編程 但有些分支 匯合的組合流程不能直接編程 需要轉(zhuǎn)換后才能進行編程 如圖7 31 應將左圖轉(zhuǎn)換為可直接編程的右圖形式 圖7 31組合流程的轉(zhuǎn)移 另外 還有一些分支 匯合組合的狀態(tài)轉(zhuǎn)圖如圖7 32所示 它們連續(xù)地直接從匯合線轉(zhuǎn)移到下一個分支線 而沒有中間狀態(tài) 這樣的流程組合既不能直接編程 又不能采用上述辦法先轉(zhuǎn)換后編程 這時需在匯合線到分支線之間插入一個狀態(tài) 以改變直接從匯合線到下一個分支線的狀態(tài)轉(zhuǎn)移 但在實際工藝中這個狀態(tài)并不存在 所以只能虛設 這種狀態(tài)稱為虛設狀態(tài) 加入虛設狀態(tài)之后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖就可以進行編程了 圖7 32虛擬狀態(tài)的設置 一條并行分支或選擇性分支的電路數(shù)限定為8條以下 有多條并行分支與選擇性分支時 每個初始狀態(tài)的電路總數(shù)應小于等于16條 如圖7 33所示 五 跳轉(zhuǎn)與循環(huán)結(jié)構跳轉(zhuǎn)與循環(huán)是選擇性分支的一種特殊形式 若滿足某一轉(zhuǎn)移條件 程序跳過幾個狀態(tài)往下繼續(xù)執(zhí)行 這是正向跳轉(zhuǎn) 若要程序返回到上面某個狀態(tài)再開始往下繼續(xù)執(zhí)行 這是逆向跳轉(zhuǎn) 也稱作循環(huán) 任何復雜的控制過程均可以由以上四種結(jié)構組合而成 下面圖7 34所示就是跳轉(zhuǎn)與循環(huán)結(jié)構的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和狀態(tài)梯形圖 圖7 34跳轉(zhuǎn)與循環(huán)控制的SFC圖和STL圖 在圖7 34中 在S23工作時 X003和X100均接通 則進入逆向跳轉(zhuǎn) 返回到S21重新開始執(zhí)行 循環(huán)工作 若X100斷開 則X100常閉觸點閉合 程序則順序往下執(zhí)行S24 當X004和X101均接通時 程序由S24直接轉(zhuǎn)移到S27狀態(tài) 跳過S25和S26 執(zhí)行狀態(tài)S27 為正向跳轉(zhuǎn) 當X007和X102均接通時 程序?qū)⒎祷氐絊21狀態(tài) 逆向跳轉(zhuǎn) 開始新的工作循環(huán) 若X102斷開 X102常閉觸點閉合時 程序返回到預備工作狀態(tài)S0 等待新的啟動命令 跳轉(zhuǎn)與循環(huán)的條件 可以由現(xiàn)場的行程 位置 獲取 也可以用計數(shù)方法確定循環(huán)次數(shù) 在時間控制中可以用定時器來確定