五邑大學(xué)機電傳動控制第11章 PLC控制

第11章狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及編程方法

11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能

11.2

單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程

11.3

選擇性分支與匯合的編程

11.4

并行分支與匯合的編程

11.5

編程實例11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能引例:如圖所示臺車自動往返系統(tǒng)工況示意圖MSQ2(X2)SQ1(X1)SQ3(X3)前進(Y1)后退(Y2)SB(X0)啟動MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM某生產(chǎn)過程的控制工藝要求如下：11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能

(2)臺車后退碰到限位開關(guān)SQ2后，臺車電機M停轉(zhuǎn)，臺車停車，停5s，第二次前進，碰到限位開關(guān)SQ3，再次后退。

(3)當(dāng)后退再次碰到限位開關(guān)SQ2時，臺車停止(或者繼續(xù)下一個循環(huán))。

(1)按下啟動按鈕SB，臺車電機M正轉(zhuǎn)，臺車前進，碰到限位開關(guān)SQ1后，臺車電機M反轉(zhuǎn)，臺車后退。為編程的需要，不妨設(shè)置輸入、輸出端口配置如表所示。11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能

輸入設(shè)備

端口號

輸出設(shè)備

端口號

啟動SB

X00

電機正轉(zhuǎn)

Y01

前限位SQ1

X01

電機反轉(zhuǎn)

Y02

前限位SQ3

X03

后限位SQ2

X02

編程步驟如下：11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能第一步：繪制流程圖

流程圖是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，流程圖又叫功能表圖(FunctionChart)。流程圖主要由步、轉(zhuǎn)移(換)、轉(zhuǎn)移(換)條件、線段和動作(命令)組成。臺車的每次循環(huán)工作過程分為前進、后退、延時、前進、后退五個工步。11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能每一步用一個矩形方框表示，方框中用文字表示該步的動作內(nèi)容或用數(shù)字表示該步的的標(biāo)號。與控制過程的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步稱為初始步。初始步表示操作的開始。每步所驅(qū)動的負(fù)載(線圈)用線段與方框連接。方框之間用線段連接，表示工作轉(zhuǎn)移的方向，習(xí)慣的方向是從上至下或從左至右，必要時也可以選用其它方向。線段上的短線表示工作轉(zhuǎn)移條件，圖中狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件為SB、SQ1。方框與負(fù)載連接的線段上的短線表示驅(qū)動負(fù)載的聯(lián)鎖條件，當(dāng)聯(lián)鎖條件得到滿足時才能驅(qū)動負(fù)載。轉(zhuǎn)移條件和聯(lián)鎖條件可以用文字或邏輯符號標(biāo)注在短線旁邊。11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能當(dāng)相鄰兩步之間的轉(zhuǎn)移條件得到滿足時，轉(zhuǎn)移去執(zhí)行下一步動作，而上一步動作便結(jié)束，這種控制稱為步進控制。

11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能在初始狀態(tài)下，按下前進啟動按鈕SB(X00動合觸點閉合)，則小車由初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到前進步，驅(qū)動對應(yīng)的輸出繼電器Y01，當(dāng)小車前進至前限位SQ1時(X01動合觸點閉合)，則由前進步轉(zhuǎn)移到后退步。這就完成了一個步進，以下的步進讀者可以自行分析。順序控制若采用步進指令編程，則需根據(jù)流程圖畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是用狀態(tài)繼電器(簡稱狀態(tài))描述的流程圖。11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能第二步：繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖狀態(tài)元件是構(gòu)成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的基本元素，是可編程序控制器的元件之一。

(1)驅(qū)動負(fù)載。狀態(tài)可以驅(qū)動M、Y、T、S等線圈?？梢灾苯域?qū)動和用置位SET指令驅(qū)動，也可以通過觸點聯(lián)鎖條件來驅(qū)動。例如，當(dāng)狀態(tài)S20置位后，它可以直接驅(qū)動Y1。在狀態(tài)S20與輸出Y1之間有一個聯(lián)鎖條件Y2。

狀態(tài)可提供以下三種功能：11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能(2)指定轉(zhuǎn)移的目的地。狀態(tài)轉(zhuǎn)移的目的地由連接狀態(tài)之間的線段指定，線段所指向的狀態(tài)即為指定轉(zhuǎn)移的目的地。例如，S20轉(zhuǎn)移的目的地為S21。流程圖中的每一步，可用一個狀態(tài)來表示，由此繪出圖所示的臺車流程圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。如圖所示，分配狀態(tài)的元件如下：初始狀態(tài)

S0

前進(工序一)S20后退(工序二)

S21

延時(工序三)S22再前進(工序四)

S23

再后退(工序五)S24

注意：雖然S20與S23、S21與S24，功能相同，但它們是狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的不同工序，也就是不同狀態(tài)，故編號也不同。臺車流程圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

(3)給出轉(zhuǎn)移條件。狀態(tài)轉(zhuǎn)移的條件用連接兩狀態(tài)之間的線段上的短線來表示。當(dāng)轉(zhuǎn)移條件得到滿足時，轉(zhuǎn)移的狀態(tài)被置位，而轉(zhuǎn)移前的狀態(tài)(轉(zhuǎn)移源)自動復(fù)位。例如，當(dāng)X1動合觸點瞬間閉合時，狀態(tài)S20將轉(zhuǎn)移到S21，這時S21被置位而S20自動復(fù)位。11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件可以是單一的，也可以是多個元件的串、并聯(lián)組合，如圖所示。11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能在使用狀態(tài)時還需要說明以下問題：11.1

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及狀態(tài)功能(1)狀態(tài)的置位要用SET指令，這時狀態(tài)才具有步進功能。它除了提供步進觸點外，還提供一般的觸點。步進觸點(STL觸點)只有動合觸點，一般觸點有動合觸點和動斷觸點。當(dāng)狀態(tài)被置位時，其STL觸點閉合，用它去驅(qū)動負(fù)載。

(2)用狀態(tài)驅(qū)動的M、Y若要在狀態(tài)轉(zhuǎn)移后繼續(xù)保持接通，則需用SET指令。當(dāng)需要復(fù)位時，則需用RST指令。

(3)只要在不相鄰的步進段內(nèi)，則可重復(fù)使用同一編號的計時器。這樣，在一般的步進控制中只需使用2～3個計時器就夠了，可以節(jié)省很多計時器。

11.2

單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程

(4)狀態(tài)也可以作為一般中間繼電器使用，其功能與M一樣，但作一般中間繼電器使用時就不能再提供STL觸點了。每個狀態(tài)提供一個STL觸點，當(dāng)狀態(tài)置位時，其步進觸點接通。用步進觸點連接負(fù)載的梯形圖稱為步進梯形圖，它可以根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖來繪制。根據(jù)圖所示臺車狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖繪制的步進梯形圖。

11.2

單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程第三步：設(shè)計步進梯形圖11.2

單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程下面對繪制步進梯形圖的要點作一些說明：

11.2

單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程

(1)狀態(tài)必須用SET指令置位才具有步進控制功能，這時狀態(tài)才能提供STL觸點。

(2)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖除了并聯(lián)分支與聯(lián)接的結(jié)構(gòu)以外，STL觸點基本上都是與母線連接的，通過STL觸點直接驅(qū)動線圈，或通過其它觸點來驅(qū)動線圈。線圈的通斷由STL觸點的通斷來決定。

(3)圖中M8002為特殊輔助繼電器的觸點，它提供開機初始脈沖。

(4)在步進程序結(jié)束時要用RET指令使后面的程序返回原母線。由步進梯形圖可用步進指令編制出語句表程序。步進指令由STL/RET指令組成。STL指令稱為步進觸點指令，用于步進觸點的編程；RET指令稱為步進返回指令，用于步進結(jié)束時返回原母線。

11.2

單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程第四步：編制語句表由步進梯形圖編制語句表的要點是：

(1)對STL觸點要用STL指令，而不能用LD指令。不相鄰的狀態(tài)轉(zhuǎn)移用OUT指令，例如從S24轉(zhuǎn)移到S25。(2)與STL觸點直接連接的線圈用OUT/SET指令。對于通過觸點連接的線圈，應(yīng)在觸點開始處使用LD/LDI指令。(3)步進程序結(jié)束時要寫入RET指令。

LD M8002

SET S0STL S0

LD X0LD X1

SET S21STL S21

LDI Y1OUT Y2

LD X2

SET S22STL S22

OUT T0SP K50

11.2

單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程LD T0

SET S23SET S20STL S20LDI Y2OUT Y1

STL S23LDI Y2OUT Y1

LD X3

SET S24STLS24LDI Y1OUT Y2LD X2OUT S0

RETEND

11.2

單流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程1．可選擇的分支與匯合從多個流程程序中，選擇執(zhí)行哪一個流程稱為選擇性分支下圖是可選擇的分支與匯合的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和梯形圖。11.3

選擇性分支與匯合的編程S21SETS22X1S22SETS23X2S23SETS26X3S24SETS25X5S25S26X6SETS24X4Y1Y2Y3Y4Y5SETS26X7Y6S21Y1S22Y2X1X2S23Y3S24Y4X5S25Y6X3S26Y6X7X4X611.3

選擇性分支與匯合的編程

選擇分支和匯合的編程原則是：先集中處理分支狀態(tài)，然后再集中處理匯合狀態(tài)。11.3

選擇性分支與匯合的編程

分支選擇條件X1和X4不能同時接通。程序運行到狀態(tài)器S21時，根據(jù)X1和X4的狀態(tài)決定執(zhí)行哪一條分支。當(dāng)狀態(tài)器S22或S24接通時，S21自動復(fù)位。狀態(tài)器S26由S23或S25置位，同時，前一狀態(tài)器S23或S25自動復(fù)位。與圖對應(yīng)的語句表如下：STL S22OUT Y2LD X2SET S23LD X23SET S3LD X3LD X5SET S25STL S25OUT Y5LD X6SET S26LD S26SET Y6STL S21OUT Y1LD X1SET S22LD X4SET S24SET S26STL S24OUT Y411.3

選擇性分支與匯合的編程11.4

并行分支與匯合的編程S21Y1S22Y2X1X2S23Y3S24Y4X3S25Y5X4S26Y6X5S21SETS22X1S22SETS23X2S23S24SETS25X3S25S26X4SETS24Y1Y2Y3Y4Y5SETS26X5Y6S25S23并行分支的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。

11.4

并行分支與匯合的編程

當(dāng)轉(zhuǎn)換條件X1接通時，由狀態(tài)器S21分兩路同時進入狀態(tài)器S22和S24，以后系統(tǒng)的兩個分支并行工作，圖中水平雙線強調(diào)的是并行工作，實際上與一般狀態(tài)編程一樣，先進行驅(qū)動處理，然后進行轉(zhuǎn)換處理，從左到右依次進行。STL S21OUT Y1LD X1SET S22SET S24STL S22OUT Y2LD X2SET S23STL S23OUT Y3STL S24OUT Y411.4

并行分支與匯合的編程LD X3SET S25STL S25OUT Y5STL S23STL S25LD X4SET S26STL S26OUT Y6

11.5

編程實例1交通信號燈控制

(1)控制要求

信號燈的動作受開關(guān)總體控制，按一下啟動按鈕，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)動作；按一下停止按鈕，所有信號燈都熄滅。信號燈控制時序要求如表所示。

(2)系統(tǒng)配置根據(jù)信號控制要求，I/O分配及其接線如圖所示

圖中用一個輸出點驅(qū)動兩個信號燈如果PLC輸出點的輸出電流不夠，可以用一個輸出點驅(qū)動一個信號燈也可以在PLC輸出端增設(shè)中間繼電器，由中間繼器再去驅(qū)動信號燈

11.5

編程實例可編程控制器I/O接線圖

(3)時序圖十字路口交通信號燈控制的時序圖

(4)程序設(shè)計

1)按單流程編程如果把東西方向和南北方向信號燈的動作視為一個順序動作過程，其中每一個時序同時有兩個輸出，一個輸出控制東西方向的信號燈，另一個輸出控制南北方向的信號燈，這樣就可以按單流程進行編程，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖所示，對應(yīng)的步進梯形圖如圖所示。

11.5

編程實例

按下啟動按鈕SB1，X0接通，S0置位，轉(zhuǎn)入初始狀態(tài)，由于Y0、M0條件滿足，狀態(tài)使S20置位，轉(zhuǎn)入第一工步，同時T0開始計時，經(jīng)25s后，S21置位，S20復(fù)位，轉(zhuǎn)入第二工步……當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S25時，程序又重新從第一工步開始循環(huán)。

11.5

編程實例按單流程編程的步進梯形圖

按停止按鈕SB3，X2接通，M0使接通并自保，斷開S0后的循環(huán)流程，當(dāng)程序執(zhí)行完后面的流程后停止在初始狀態(tài)，即南北紅燈亮，禁止通行；東西綠燈亮，允許通行。

11.5

編程實例

T6、T7組成的是0.5s的振蕩電路，該電路的作用是控制綠燈閃爍，其中T1和T4是控制閃爍的時間。

2)按雙流程編程

東西方向和南北方向信號燈的動作過程也可以看成是兩個獨立的順序動作過程。其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖所示。它具有兩條狀態(tài)轉(zhuǎn)移支路，其結(jié)構(gòu)為并聯(lián)分支與匯合。按啟動按鈕SB1，信號系統(tǒng)開始運行，并反復(fù)循環(huán)。

11.5

編程實例2物料自動混合控制

(1)控制要求

1)初始狀態(tài)容器是空的，電磁閥F1、F2、F3和F4，攪拌電動機M，液面?zhèn)鞲衅鱈1、L2和L3，加熱器H和溫度傳感器T均為OFF。

11.5

編程實例

2)物料自動混合控制物料自動混合裝置如圖所示。按下啟動按鈕，開始下列操作：

(1)電磁閥F1開啟，開始注入物料A，至高度L2(此時L2、L3為ON)時，關(guān)閉閥F1，同時開啟電磁閥F2，注入物料B，當(dāng)液面上升至L1時，關(guān)閉閥F2。

(2)停止物料B注入后，啟動攪拌電動機M，使A、B兩種物料混合10s。

(3)10s后停止攪拌，開啟電磁閥F4，放出混合物料，當(dāng)液面高度降至L3后，再經(jīng)5s關(guān)閉閥F4。

11.5

編程實例

3)停止操作按下停止按鈕，在當(dāng)前過程完成以后，再停止操作，回到初始狀態(tài)。

11.5

編程實例PLCI/O配置及接線

11.5

編程實例

(2)用步進指令編程物料自動混合過程，實際上是一個按一定順序操作的控制過程。因此，也可以用步進指令編程，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖所示。

11.5

編程實例3、大、小球分檢控制其動作順序如下：

左上為原點，機械臂下降(當(dāng)磁鐵壓著的是大球時，限位開關(guān)SQ2斷開

而壓著的是小球時SQ2接通，以此可判斷是大球還是小球)

大球SQ2斷開→將球吸住→上升SQ3動作→右行到SQ5動作

小球SQ2接通→將球吸住→上升SQ3動作→右行到SQ4動作

下降SQ2動作→釋放→上升SQ3動作→左移SQ1動作到原點。

左移、右移分別由Y4、Y3控制，上升、下降分別由Y2、Y0控制，將球吸住由Y1控制。

11.5

編程實例

根據(jù)工藝要求，該控制流程可根據(jù)SQ2的狀態(tài)(即對應(yīng)大、小球)有兩個分支，此處應(yīng)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)SQ2的通斷，分別將球吸住、上升、右行到SQ4或SQ5處下降，此處應(yīng)為匯合點，然后再釋放、上升、左移到原點。其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖所示。

11.5

編程實例大、小球分類選擇傳送狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖LDM8002SET S0STL S0OUT Y5LD X0AND X1AND X3SET S21STL S210UT Y0OUT T0SPK20LD T0

AND X2SET S22LD T0ANI X2SET S25STL S22SET Y1OUT T1K10LD T1SET S23STL S23OUT Y2LD X3

選擇性分支匯合編程方法編制的大、小球分類程序LDI X5OUT Y3STL S24LD X4SET S28STL S27LD X5SET S28STL S28OUT Y0LD X2SET S29STL S29RST Y1OUT T2SET S24STL S24LDI X4