三菱FX2n-状态转移图与步进梯形指令

第七章状态转移图与步进梯形指令一、顺序控制•顺序控制系统：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。•顺序控制设计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，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。第一节状态编程思想及顺序功能图（SFC）系统工艺过程顺序功能图梯形图顺序控制设计法思路PLC的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了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。顺序功能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。顺序功能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同专业的人员之间进行技术交流。国际电工委员会1994年5月公布的可编程控制器标准IEC1131—3中，将SFC（SequentialFunctionChart）确定为可编程控制器位居首位的编程语言。各个PLC厂家都开发了相应的顺序功能图。二、状态编程思想上节用经验法设计了电动机Y－Δ降压启动的梯形图程序，改用顺序功能图设计，程序更为简单、易懂:上电后，进入S0为起始等待步，等待启动信号X0；启动后，进入第一步（状态S20），Y0、Y1接通，电机按星形启动，并启动定时器T0；T0时间到后，结束第一步，进入第二步（状态S21），Y1关闭、Y0，启动定时器T1（星角启动时间）；T1时间到后，结束第二步，进入第三步（状态S22），Y0、Y2接通，电机按三角形运行；停止信号为ON时，返回初始步。电动机Y－Δ降压启动顺序功能图用常开按钮在X0、X1控制启动和停止，Y0、Y1、Y2分别控制电源接触器、星形接触器和三角形接触器。三、顺序功能图（SFC）的基本构成又叫状态转移图，是一种通用的技术语言。主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成。转换条件步动作或命令将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段每一步所完成的工作使系统由前级步进入下一步的信号称为转换条件转换条件有向连线状态器（继电器）S状态器S是构成状态转移图的重要软元件，它与后续的步进梯形指令配合使用。通常状态继电器软元件有下面五种类型：初始状态继电器：S0～S9共10点。一般用于步进梯形图的初始状态。回零状态继电器：S10～S19共10点。一般用作返回原点的状态。通用状态继电器：S20～S499共480点。停电保持状态器：S500～S899共400点。报警用状态继电器：S900～S999共100点。1、步与动作步——将系统的一个工作周期，按输出量的状态变化，划分为若干个顺序相连的阶段，每个阶段叫做步。“步”—用编程元件辅助存储器M和状态继电器S表示。与系统的初始状态对应的步叫“初始步”，用双线方框表示。根据系统的实际情况，用初始条件、或M8002驱动。当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步处于“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。当活动步对应的动作完成后，系统将进入下一步，即下一步将变成活动步，即活动步发生了转换。2、有向连线连线方向代表系统动作顺序。将各步对应的方框按它们成为活动步的顺序用有向连线连接起来，指明程序的工作时序，使整个图像形成一个整体，即构成了顺序功能图。顺序功能图中，由上向下、由左向右的有向连线的箭头可以省略，而其它方向的连线中代表方向的箭头不能省略。3、转换条件•使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件，用来决定活动步转换与否。•转换条件既是本状态步的结束信号，又是下一对应状态的启动信号。•转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等。•转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。•用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在与有向连线垂直相交的短线旁。4、驱动的负载指每一个状态步对应的工作内容，它直接与相应步的矩形框相连，也用方框表示，并在旁边用文字标注。有的步根据需要可以不驱动任何负载，称为等待步。四、顺序功能图设计法的设计步骤•步的划分•转换条件的确定•顺序功能图的绘制•梯形图的编制1.步的划分步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。在每一步内PLC各输出量状态均保持不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。2.转换条件的确定转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器的触点的动作（通/断）等。3.顺序功能图的绘制分析被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求，根据以上要求按照规范画出顺序功能图。绘制顺序功能图是顺序控制设计法中最为关键的一步。4.梯形图的绘制在个人计算机上使用支持顺序功能图SFC的编程语言进行编程时，系统可以根据SFC自动生成梯形图或指令表；如果不支持SFC语言，则需要将设计好的SFC转化为梯形图程序，然后再写入编程器。•单序列：单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅接有一个转换条件，每一个转换条件的后面只有一个步。•选择序列：如果某一步的转换条件由于需要超过一个，每个转换条件都有自己的后续步，而转换条件每时每刻只能有一个满足。选择的开始称为分支，选择的结束称为合并。分支、合并处的转换条件应该标在分支序列上。五、顺序功能图的基本结构•并行序列：并行序列的开始称为分支，当转换条件的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并行序列。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。并行序列的结束称为合并，在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。六、设计顺序功能图的注意事项状态器编号不能重复使用。两个步之间必须有转换条件，如果没有，则应当将这两步合成一步、或者将转换条件写为1，表示转换条件总是满足。即两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。从生产实际考虑，初始步是必不可少的，否则系统没有停止状态。只有当某一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能变成活动步。PLC开始进入RUN方式时各步均处于“0”状态，因此必须要有初始化信号，将初始步预置为活动步，否则功能表图中永远不会出现活动步，系统将无法工作。状态转移过程中，在一个扫描周期内两种状态同时接通，相应的程序上应设置互锁。定时器线圈与输出线圈一样，也可在不同状态间对同一定时器软元件编程，但是在相邻状态不要对同一定时器编程顺序功能图必须是由一个或两个由方框和有向连线组成的闭环，即完成一个生成工艺的全过程后，最后一步必须有条件地返回，对于单周期工作方式，返回初始步、对连续（循环）工作方式，则返回到第一步；SFC要能准确地运行，必须用适当的转换条件将初始步置为活动步。一般用初始化脉冲M8002的常开触点作为转换条件；在手动工作方式转入自动工作方式时，也应当用一个适当的信号（如某输入触点信号或某逻辑表达式等）将初始步置为活动步。许多PLC都有专门用于编制顺序控制程序的步进梯形指令及编程元件。FX系列PLC的步进梯形指令简称为STL指令，以及使STL指令复位的RET指令。利用这两条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。步进梯形指令STL只有与状态继电器S配合才具有步进功能。S0－S9用于初始步，S10－S19用于自动返回原点。使用STL指令的状态继电器的常开触点称为STL触点，用符号表示，没有常闭的STL触点。第二节步进梯形指令步进梯形指令（STL、RET）FX2N系列PLC的步进梯形指令是采用步进梯形图编制顺序控制状态转移图程序的指令，它包括STL和RET两条指令。步进梯形指令STL、RET助记符，名称功能回路表示和可用软元件程序步步进梯形图结束11RETSTLS步进梯形图开始RET返回STL步进梯形指令每个状态提供了三个功能：驱动处理、转移条件及相继状态。如在状态S20，驱动接通输出Y000，当转移条件X001接通后，工作状态从S20转移到相继状态S21，状态S20自动复位。状态S具有触点的功能（驱动输出线圈或相继的状态）以及线圈的功能（在转移条件下被驱动）。右图为根据SFC转换而来的步进梯形图和指令表。转移源自动复位：采用STL指令，当状态器Sn接通，转移条件接通时顺序控制转移到状态器Sn相继的状态，同时，转移源状态器Sn自动复位。允许双重输出：STL指令允许双重甚至多重输出，而不会出现前后矛盾的输出驱动。主控功能：STL指令后相连的触点必须使用LD、LDI指令即使用STL指令相当于另设了一条子母线，连续使用STL指令后，最后必须使用RET返回初始步，同时使LD、LDI点返回到原来的母线上。步进梯形指令仅对状态器S有效。在STL指令后，只能采用SET和RST指令作为状态器S的置位或复位输出。在中断程序与子程序内不能采用STL指令。STL指令内不禁止使用跳转指令，但由于动作复杂，建议不要使用。步进梯形指令的特点与注意事项【应用系统设计】简易红绿灯控制系统第三节状态转移图及步进梯形图应用示例单流程：指状态转移只有一种顺序T0T1T2T3X0SET在步进梯形图中，作为状态转移指令使用。STL为状态动作的步进起始指令STL与SET指令之间的部分为该状态所需做的动作。用LD或LDI指令设置转移条件用SET指令设置状态以STL指令开始设置动作母线用OUT指令设置动作按下启动按钮，小车底门关闭，小车从起始位置（向前运动（Y000接通。小车到达最前端位置，停止，漏斗翻门打开，货物通过漏斗卸下。7s后自动关闭漏斗翻门，小车向后运动。至后限位开关位置，小车停止，小车底门打开，将小车中货物卸下；5s后自动关闭小车翻门（Y003断开）。分单次运行和连续运行两种运行方式。【应用范例】装卸小车运动控制装卸小车运动控制要求：为了使小车能够按照工艺要求顺序地自动循环各个生产步骤。我们将小车的各个工作步骤依工作顺序连接成图所示，将图中的“工序”更换为“状态”，就得到了状态转移图。状态编程的一般思想为：①将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态。②弄清各状态的工作细节（状态的功能、转移条件和转移方向）。③再依总的控制顺序要求，将这些状态联系起来，形成状态转移图。④进而编制梯形图程序。小车运动顺序控制状态转移图如上图小车顺序运动控制中，S0表示初始状态，S20～S23分别代表工序一至工序四的状态，其顺序控制工作过程如下：①PLC运行时，M8002脉冲信号驱动初始状态S0。②当启动按钮X000接通，小车处于后限位位置（X002＝ON），小车翻门关闭（Y003＝OFF），工作状态从S0转移到S20。③状态S20驱动后，输出Y000接通，小车向前运动，直至前限位（X001＝ON），工作状态从S20转移到S21。④状态S21驱动后，输出Y001接通，漏斗翻门打开，同时定时器T3接通，7s后，定时器T3触点接通，工作状态从S21转移到S22。⑤状态S22驱动后，输出Y002接通，小车向后运动，直至后限位（X002＝ON），工作状态从S22转移到S23。⑥状态S23驱动后，输出Y003接通，小车翻门打开，同时定时器T4接通，5s后，定时器T4触点接通。此时，如果小车运行工作方式处于单循环方式（X011接通），工作状态从S23转移到S0，小车回到原初始状态，等待启动按钮重新按下，开始第二次循环；如果小车运行工作方式处于自动循环方式（X010接通），工作状态从S23转移到S20，小车重复③～⑥的工作过程。【应用范例】洗车流程控制二、选择分支与汇合流程设计选择性分支：从多个流程顺序中选择执行某一个流程。FX2N系列PLC一条选择性分支的支路数不能超过8条，初始状态对应有多条选择性分支时，每个初始状态的支路总数不能超过16条。①若方式选择开关（COS）