三菱FX系列PLC原理及應用 課件 第5章步進指令及狀態(tài)編程法

PLC控制技術步進指令及狀態(tài)編程法1回顧和測試下面程序的含義是（其中Z0=10)：答案：當X001接通運行一次加法，將D10的內(nèi)容+D1的內(nèi)容，送到D2回顧和測試說明下面MOV指令的傳送功能：$MOVSMOV答案：$MOV傳送字符串SMOV移位傳送BMOV將D5~D8傳送到D10~D12FMOV將D0傳送到D10~D12回顧和測試根據(jù)下面的梯形圖使用cmp指令實現(xiàn)同樣的功能。答案：步進指令及狀態(tài)編程法狀態(tài)編程法概述單流程結構多流程結構狀態(tài)編程的注意事項狀態(tài)編程法設計的典型實例導學內(nèi)容狀態(tài)編程法采用順序功能表SFC（SequentialFunctionChart）語言。單流程結構SFC圖單流程結構STL圖狀態(tài)軟元件在SFC圖中，將每個狀態(tài)軟元件視作一個控制工序，狀態(tài)軟元件包括初始狀態(tài)和工作狀態(tài)。（1）初始狀態(tài)狀態(tài)軟元件S0~S9共10個作為初始狀態(tài)，用雙框表示。（2）普通狀態(tài)S20~S899為非停電保持普通狀態(tài)，S900~S4095是作為停電保持用的普通狀態(tài)，普通狀態(tài)用單框表示。一般情況不用S10~S19作為普通狀態(tài)。2.狀態(tài)指令FX3U系列PLC的步進指令只有兩條，分別是STL和RET指令。STL指令用于生成狀態(tài)觸點；RET指令為狀態(tài)程序結束指令，當梯形圖和SFC圖塊混合在一起時，在每個SFC程序塊的最后都需要RET指令表示該程序塊的結束。9（狀態(tài)編程法概述）狀態(tài)的三要素1.狀態(tài)的三要素每個狀態(tài)應該具備三種功能，稱為狀態(tài)的三要素。如圖5-1所示為普通狀態(tài)S20的順序功能表SFC圖，可以看到S20狀態(tài)的三要素：（1）輸出驅動，S20狀態(tài)輸出驅動Y000（OUTY000）;（2）轉移條件，當X001接通時轉移到下個狀態(tài)(LDX001)，TRAN表示轉移;（3）指定轉移目標，S20的轉移目標為S21狀態(tài)（SETS21）。2.狀態(tài)的詳細動作狀態(tài)S20的詳細動作為：當狀態(tài)S20接通（S20為ON）時，Y000接通（Y000為ON）；當滿足轉移條件X001=ON時轉移到S21；則S21狀態(tài)接通（S21為ON），同時上一個狀態(tài)S20斷開（S20為OFF），Y000斷開（Y000為OFF）。10（狀態(tài)編程法概述）3.狀態(tài)編程法的特點狀態(tài)編程法在執(zhí)行過程中始終只對處于工作的狀態(tài)執(zhí)行輸出，不工作狀態(tài)的全部輸出均無效。狀態(tài)編程法最大優(yōu)點在于，在編程時只需要考慮每一步工作狀態(tài)的邏輯控制與執(zhí)行的輸出，以及步與步之間的轉換條件。因此，狀態(tài)編程具有流程化的編程特點，編程思路清晰。11（狀態(tài)編程法概述）SFC圖和STL圖1.SFC圖SFC圖的編程思想是將控制過程的一個周期分為若干個階段，每個階段簡稱為“步”（STEP），步與步之間通過指定的條件進行轉換，來完成全部的控制過程。第一個雙框為初始狀態(tài)S0最后的方框為S24狀態(tài)在右邊出現(xiàn)轉移條件，并以“TRAN”結束表示轉換。12（狀態(tài)編程法概述）2.STL圖STL圖是描述SFC圖的梯形圖程序，在STL圖中使用步進STL指令生成狀態(tài)觸點，在狀態(tài)流程結束時使用RET指令返回。在進行狀態(tài)編程時，一般先繪出SFC圖，再轉換成狀態(tài)梯形圖或指令表程序。133.指令表（狀態(tài)編程法概述）不同軟件STL圖表示形式：14狀態(tài)編程法編程的步驟：確定狀態(tài)的三要素-->（繪制流程圖-->）繪制SFC圖（-->轉換成STL圖）狀態(tài)編程法的特點：（1）SFC圖以便于理解的方式表現(xiàn)各工序和整個控制流程，順序控制變得簡單。（2）將復雜的任務或過程分解成了若干個工序（狀態(tài)），無論多么復雜的過程均能分化為小的工序，并給局部程序的編寫帶來方便。（3）掌握每個工序的三要素，輸出驅動、工序轉移的條件和轉移的方向，就可以進行SFC圖的設計。（4）SFC圖容易理解，可讀性強，能清晰地反映全部控制工藝過程。即使對第三方人員也能輕易理解工序的動作，能夠便于維護。狀態(tài)編程法按照流程的基本結構分成單流程結構和多流程結構。單流程結構就是由一系列順序執(zhí)行的工步（狀態(tài)）組成的單條流程，因此每一工步（狀態(tài)）的后面只能有一個轉移的條件，且僅轉向一個工步（狀態(tài)）。單流程結構創(chuàng)建SFC圖的步驟創(chuàng)建狀態(tài)轉移SFC圖很像程序流程圖，設計思想是將一個復雜的控制過程分解為若干工步，每個工步對應一個狀態(tài)Si。創(chuàng)建SFC圖的步驟：（1）根據(jù)工作要求分解成若干個工序；（2）將每個工序分配對應的狀態(tài)元件Si，并確定每個狀態(tài)的三要素。（3）畫方框繪制每個狀態(tài)元件，然后用線按照流程連接每個狀態(tài)，并在兩個狀態(tài)之間添加轉移條件繪制SFC圖。SFC圖流程圖轉換成STL梯形圖SFC圖STL圖【例】使用狀態(tài)編程法實現(xiàn)臺車的往復運動控制。工作過程為：按下啟動按鈕SB（X000），電機M（Y021）正轉，臺車前進，碰到限位開關SQ1（X011）后，電機M（Y023）反轉，臺車后退；臺車后退碰到限位開關SQ2（X012）后，臺車電機M停轉，臺車停車定時（T0）5s后，第二次前進，碰到限位開關SQ3（X013），再次后退。當后退再次碰到限位開關SQ2（X012）時，臺車停止。19（單流程結構）1.初始狀態(tài)第一步創(chuàng)建初始狀態(tài)，初始狀態(tài)用S0~S9元件。一般可以使用特殊輔助繼電器M8002在PLC上電的第一個掃描周期，使初始狀態(tài)S0置位，需要梯形圖來實現(xiàn)。2.創(chuàng)建SFC圖20（單流程結構）STL電路的開頭初始狀態(tài)S0要用雙框21狀態(tài)編程法的特點：根據(jù)上面的實例，總結狀態(tài)編程法具有以下特點：（1）SFC圖以便于理解的方式表現(xiàn)各工序和整個控制流程，順序控制變得簡單。（2）將復雜的任務或過程分解成了若干個工序（狀態(tài)），無論多么復雜的過程均能分化為小的工序，并給局部程序的編寫帶來方便。（3）掌握每個工序的三要素，輸出驅動、工序轉移的條件和轉移的方向，就可以進行SFC圖的設計。（4）SFC圖容易理解，可讀性強，能清晰地反映全部控制工藝過程。即使對第三方人員也能輕易理解工序的動作，能夠便于維護。22（單流程結構）23STL梯形圖多流程結構并行分支結構選擇分支結構向下跳轉向上跳轉向上跳轉向下跳轉向上跳轉多流程結構在順序控制中，經(jīng)常需要按不同的條件轉向不同的分支，或者在同一條件下轉向多路分支。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)轉移流程圖也具有兩個以上的狀態(tài)轉移分支，這樣的SFC圖稱為多流程順序控制。選擇分支結構選擇分支是根據(jù)條件選擇執(zhí)行某一分支，不滿足選擇條件的分支不執(zhí)行，即每次只執(zhí)行滿足條件的一個分支，稱為選擇分支。選擇分支與匯合的編程分支狀態(tài)匯合狀態(tài)特點：1．S20為分支狀態(tài)。根據(jù)不同條件，選擇執(zhí)行其中一個分支流程。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。特點：2．S50為匯合狀態(tài)，可由S22、S32、S42任一狀態(tài)驅動。分支狀態(tài)的編程編程原則：先集中處理分支狀態(tài)，再集中進行匯合處理。匯合狀態(tài)的編程分支結構的STL圖【例】使用狀態(tài)編程實現(xiàn)閃爍燈的功能，要求實現(xiàn)燈（Y000）亮1秒和滅1.5秒閃爍三次，Y001的亮滅情況相反。設計思路：將閃爍燈分成兩個狀態(tài)：分別實現(xiàn)燈的亮滅。使用選擇兩條分支：一條是計數(shù)器C0計數(shù)三次未到，則繼續(xù)閃爍，另一條是計數(shù)到三次結束則回到初始狀態(tài)。三次未到，繼續(xù)閃爍循環(huán)3次到，結束兩個狀態(tài)分別實現(xiàn)兩個燈亮滅循環(huán)結構循環(huán)結構是選擇分支結構的一種特殊形式，當滿足某一轉移條件，程序發(fā)生跳轉，如果跳轉返回到上面某個狀態(tài)，即逆向跳轉，就構成了循環(huán)結構。循環(huán)結構必須要滿足條件才能結束循環(huán)，需要有兩條分支，一條是滿足循環(huán)條件跳出循環(huán)，一條是未滿足循環(huán)條件繼續(xù)循環(huán)，因此循環(huán)結構必須是選擇分支。32（多流程結構）計數(shù)器3次到向上跳轉到S20循環(huán)計數(shù)器3次未到向上跳轉到S0循環(huán)并行分支多個分支流程同時執(zhí)行稱為并行分支，即每條分支同時并行運行，并行分支的每條分支是同一個條件。X000接通當X002接通時，S30置位

特點：1．S20為分支狀態(tài)。S20動作,若并行處理條件X000接通，則S21,S31和S41同時動作，三個分支同時開始運行。

特點：2．S30為匯合狀態(tài)。三個分支流程運行全部結束后，匯合條件X002為ON，則S30動作，S22、S32和S42同時復位。這種匯合，又叫做排隊匯合。并行分支狀態(tài)轉移圖的編程編程原則：先集中進行并行分支處理，再集中進行匯合處理。分支部分SFC圖分支部分STL圖當X000接通時，使S21、S31和S41同時置位，三個分支同時運行并行匯合處理編程匯合部分STL圖只有在S22、S32和S42三個狀態(tài)都運行結束，并且X002接通時，才能使S30置位。并行分支是同時開始同時結束。并行分支SFC圖并行分支STL圖紅綠燈控制（并行分支）紅綠燈控制因為在路口的東西和南北向同時進行，因此是典型的并行分支?！纠堪粹o式人行橫道交通燈的示意圖如圖5-43所示。設車道信號紅黃綠燈分別為Y001、Y002和Y003，人行橫道的紅綠燈分別為Y005和Y006，行人過馬路通過在馬路兩邊按按鈕X000和X001開始紅綠燈轉換。37（狀態(tài)編程法設計的典型實例）38繪制SFC圖如圖5-45所示，設計時需要注意以下方面：（1）并行分支的條件是按鈕在馬路兩邊按按鈕都可以，因此X000和X001觸點并聯(lián)，條件在并行分支雙橫線上面。（2）并行分支是同時進入同時跳出，狀態(tài)S23的執(zhí)行時間并不是T2的定時時間，而是當S34結束并且T6=ON時S23狀態(tài)才結束，因此車道紅燈Y001=ON的時間是5+15+5+5=30秒。（3）人行道綠燈Y006閃爍5次，采用條件分支向上跳轉構成循環(huán)結構，使用C0計數(shù)循環(huán)5次。39（狀態(tài)編程法設計的典型實例）40（狀態(tài)編程法設計的典型實例）軟元件和編程指令的注意事項1.狀態(tài)編程中軟元件的使用在SFC圖中，狀態(tài)元件S表示步，步與步之間的狀態(tài)編號可以不連續(xù)，但不能重復使用同一個狀態(tài)元件。在SFC圖中，狀態(tài)的輸出驅動元件可以在不同狀態(tài)多次使用，不認為是雙線圈。因為每個狀態(tài)不同時工作。定時器和輸出線圈相同，可以在不同狀態(tài)中多次使用，但是定時器不能出現(xiàn)在相鄰的狀態(tài)中。41（狀態(tài)編程的注意事項）2.狀態(tài)內(nèi)可以處理的基本指令（1）棧操作指令MPS/MRD/MPP在狀態(tài)的輸出驅動不能直接使用（2）在轉移條件的梯形圖中如果有復雜的轉移條件，不能使用ANB、ORB、MPS、MRD和MPP指令。（3）主控指令MC/MCR在輸出和轉移條件中都不能使用。42（狀態(tài)編程的注意事項）3.狀態(tài)指令使用的范圍中斷程序和子程序中不可以使用STL指令；在中斷程序中，使用SFC程序時不能使用SET或OUT指令驅動狀態(tài)S；為了防止跳轉帶來的復雜動作，盡量不要在狀態(tài)程序中使用跳轉指令（CJ）。4.輸出的驅動方法43（狀態(tài)編程的注意事項）出錯較多5.使用上升沿、下降沿檢測觸點的注意事項在狀態(tài)轉移條件中盡量避免使用上升沿和下降沿檢測觸點的指令，包括LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP和ORF指令，在狀態(tài)斷開過程中發(fā)生變化的觸點，當狀態(tài)再次接通時會被檢測出來。多流程狀態(tài)編程的規(guī)則1.虛設空狀態(tài)空狀態(tài)是在實際工序中并不存在的狀態(tài)，所以只能虛設，稱為虛設狀態(tài)。45（狀態(tài)編程的注意事項）2.嵌套分支的合并46（狀態(tài)編程的注意事項）3.分支回路的限制一個并行分支或選擇性分支的電路數(shù)限定為8條以下；有多個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。4.不能畫出流程交叉的SFC圖5.選擇分支條件應互斥選擇結構應該每次只運行一條支路，因此分支條件要相互排斥。如圖5-29所示的流程，不能確定是選擇還是并行，因此需要修改。6.并行分支后有選擇條件不能執(zhí)行47（狀態(tài)編程的注意事項）狀態(tài)監(jiān)控元件D8040保存正在動作的狀態(tài)編號【例】使用特殊繼電器監(jiān)控凸輪轉軸旋轉。凸輪轉軸的工作流程：按下啟動按鈕，轉軸的凸輪則按小角度正轉（Y021）→小角度反轉（Y023）→大角度正轉（Y021）→大角度反轉（Y023），一個周期結束。輸入：啟動按鈕（X000），正轉的小角度限位開關（X011），大角度限位開關（X013），反轉的小角度限位開關（X012），大角度限位開關（X010）。輸出：電機正轉（Y021）電機反轉（Y023）步進指令及狀態(tài)編程M8047接通時，可以通過數(shù)據(jù)寄存器D8040查看當前運行的狀態(tài)。M8047接通時，只要有一個狀態(tài)動作，M8046就動作。狀態(tài)報警器S900～S999計100個報警狀態(tài)元件，它們可以在狀態(tài)報警器置位指令ANS的執(zhí)行下，由S(·)指定的定時器定時檢測一些觸點的工作狀態(tài)，一旦在規(guī)定的時間內(nèi)不動作，即出現(xiàn)觸點故障，就會使D(·)指定的報警狀態(tài)元件置位，并使狀態(tài)報警器M8048動作報警。操作數(shù)S(·)只能指定T0～T199，操作數(shù)m=1～32767(100ms單位)，操作數(shù)D(·)為S900～S999。51當X000=X001=ON時，指令使S(·)中指定的定時器T0開始定時，在定時1秒內(nèi)，若X000、X001沒有一個斷開，則D(·)指定的狀態(tài)元件S900置位，同時M8048動作。驅動特殊輔助繼電器M8049，監(jiān)控變有效，在D8049中顯示S900~S999中動作狀態(tài)的最小編號；報警狀態(tài)元件置位同時使狀態(tài)報警器M8048動作報警，一旦有狀態(tài)報警元件置位，可以使用報警器復位指令ANR（無操作數(shù)指令）進行復位?！纠繝顟B(tài)報警器置位、復位指令檢測小車往復運動的開關動作是否存在故障52初始化狀態(tài)指令IST53

S(·)中是運行模式的起始輸入，D1(·)中是實用狀態(tài)的最小編號（自動模式用），D2(·)中是實用狀態(tài)的最大編號（自動模式用）。當M8000=ON，對X020～X027進行選擇，對程序中S20～S27初始化。5455狀態(tài)編程的編程技巧1.狀態(tài)的成批復位若要對某個區(qū)間狀態(tài)進行復位，可用區(qū)間復位指令ZRST，圖5-34（a）在梯形圖塊中設置對S0~S50復位。2.禁止輸出56（狀態(tài)編程的注意事項）3.使用同一信號實現(xiàn)狀態(tài)轉移如果想通過同一個信號（按鈕/開關）的動作進行狀態(tài)轉移，使用脈沖觸點指令（M2800~M3017）可以將信號脈沖化后實現(xiàn)。當?shù)谝淮谓油╔001按鈕，第一個M2800上升沿接通當?shù)诙谓油╔001按鈕，第二個M2800上升沿接通使用X001按鈕實現(xiàn)多個狀態(tài)轉移4.流程的分離在程序中可以使用多個SFC圖塊和梯形圖塊組合編程，將程序分成具有多個初始狀態(tài)的SFC塊后分離編程，每個SFC塊都以RET結束。58（狀態(tài)編程的注意事項）電機順序啟停（單流程跳轉）【例5-7】四臺電機M1~M4，當按下啟動按鈕（X000）時，按照M1

M2

M3

M4順序每隔2、3、4秒順序啟動，當按下停止按鈕（X001）時按照相反的順序M4

M3

M2

M1每隔4、3、2秒停止。當電機在順序啟動過程中隨時按停止按鈕，都可以逆序停止。59（狀態(tài)編程法設計的典型實例）設計的難點：停止按鈕隨時按下，在不同的狀態(tài)停止流程不同，因此需要在每個狀態(tài)設置停止條件分支，當按下停止按鈕時進入分支。（1）電機M1啟動后在多個狀態(tài)都要運行，可以使用SET和RST指令保持電機在多個狀態(tài)為ON（如圖中），也可以在多個狀態(tài)（如在S20~S23）使用OUT指令。（2）在SFC圖中設置的條件分支當按停止按鈕（X001）時，分別跳轉到不同的狀態(tài)，例如，當啟動M1電機后按停止按鈕，則應該跳轉到只停止M1電機的S27狀態(tài)；而啟動M4電機后按停止按鈕，則需要跳轉到順序停止4臺電機的S25狀態(tài)60（狀態(tài)編程法設計的典型實例）61大小球傳送（選擇分支結構）【例5-8】使用傳送帶將大、小球分類選擇傳送。工作過程：機械臂開始停止在原點，機械臂的動作順序為下降、吸球、上升、右行、下降、釋放、上升、左行。大小不同的球分別傳送到大小桶。62（狀態(tài)編程法設計的典型實例）（1）選擇分支是由限位開關X002確定，當X002=ON表