机床电气控制与PLC(4).ppt

机床电气控制与PLC,第17讲高安邦教授主讲,顺序控制系统,状态转移图SFC顺序控制系统的工作过程，可以用状态转移图状态转换图、状态图、流程图来描述。所谓状态转移图，就是用编程元件如状态元件s、辅助继电器M描述工步状态的工艺流程图，如下图所示。它是由步状态、转移条件、有向连线和动作组成。,状态法也叫功能图表法，是程序编制的重要方法及工具。近年来不少PLC厂商结合此法开发了相关的指令。FX2N系列PLC的步进顺控指令及大量的状态软元件就是为状态编程法安排的。状态转移图SFC是状态编程的重要工具，包含了状态编程的全部要素。进行状态编程时，一般先绘出状态转移图，再转换成状态梯形图STL或指令表。下面将介绍状态指令、状态元件、状态三要素、状态编程思想，状态转移图与状态梯形图对应关系；然后说明常见状态转移图的编程方法，并结合实例介绍状态编程思想在顺序控制中的应用。,FX2N系列步进指令,FX2N系列PLC步进指令所使用的状态软元件,步进接点指令STL只有常开接点，连接步进接点的其他继电器接点用指令LD或LDI开始。步进返回指令RET用于状态S流程结束时，返回主程序母线。步进指令在状态转移图和状态梯形图中的表示如下图所示。图每个状态的内母线上都将提供三种功能①驱动负载OUTYi；②指定转移条件LD/LDIXi；③指定转移目标SETSi，称为状态的三要素。后两个功能是必不可少的。,使用步进指令时应先设计状态转移图，再由状态转移图转换成状态梯形图。状态转移图中的每个状态表示顺序控制中每步工作的操作，因此常用步进指令实现时间或位移等顺序控制的操作过程。使用步进指令不仅可以简单、直观地表示顺序操作的流程图，而且可以非常容易地设计多流程顺序控制，并且能够减少程序条数．使程序易于理解。,2）步进指令的使用①步进接点在状态梯形图中与左母线相连，具有主控制功能，STL右侧产生的新母线上的接点要用LD或LDI指令开始。RST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指令中需要中断返回主程序逻辑时使用。②当步进接点接通时，其后面的电路才能按逻辑动作。如果步进接点断开，则后面的电路全部断开，相当于该段程序跳过。若需要保持输出结果，可用SET和RST指令。③可以在步进接点内处理的顺控指令如下表所示。,表中的栈操作指令MPS／MRD／MPP在状态内不能直接与步进接点后的新母线连接，应接在LD或LDI指令之后，如下图所示。,为了控制电机正反转时避免两个线圈同时接通短路，在状态内可实现输出线路互锁，方法如图,在STL指令的内母线上格LD或LDI指令编程后，对下图a所示没有触点的线圈Y003将不能编程，应改成按图b电路才能对Y003编程。,状态转移图是状态编程法的重要工具。状态编程的一般设计思想是将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，弄清各工作状态的工作细节状态功能、转移条件和转移方向,再依据总的控制顺序要求，将这些上作状态联系起来，就构成了状态转移图，简称为SFC图。SFC图可以在备有A7PHP／HGP等图示图像外围设备和与其对应编程软件。,某台车自动往返控制的SFC建立1按下启动钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQl后，电机M反转台车后退。2台车后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，台车停车5s后，第二次前进碰到限位开关SQ3，再次后退。3当后退再次碰到限位开关SQ2时，台车停止。,建立SFC图的方法1将整个过程按工序要求分解,2对每个工序分配状态元件，说明每个状态的功能与作用，转移条件。如下表所示,根据表可绘出状态转移图如图所示。图中初始状态so要用双框，驱功so的电路要在对应的状念梯形图中的开始处绘出。SFC图和状态梯形图结束时要使用RET和END。,上图可以看出，状态转移图具有以下特点①SFC将复杂的任务或过程分解成了若干个工序状态。无论多么复杂的过程均能分化为小的工序，有利于程序的结构化设计。②相对某一个具体的工序来说，控制任务实现了简化，并给局部程序的编写带来了方便。③整体程序是局部程序的综合．只要弄清各工序成立的条件、工序转移的条件和转移的方向，就可以进行这类图形的设计。④SFC容易理解，可读性强，能清晰地反映全部控制工艺过程。,（3）状态转移图SFC转换成状态梯形图STL、指令表程序,（1）编制SFC图的注意事项1对状态编程时必须使用步进接点指令STL。程序的最后必须使用步进返回指令RET，返回主母线。2初始状态的软元件用S0～S9，并用双框表示；中间状态软元件用S20～S899等状态，用单框表示。若需要在停电恢复后继续原状态运行时，可使用S500～S899停电保持状态元件。此外S10～S19在采用状态初始化指令FNC60IST时，可用于特殊目的。3状态编程顺序为先进行驱动，再进行转移，不能颠倒。4当同一负载需要连续多个状态驱动时，可使用多重输出；在状态程序中，不同时“激活”“双线圈”是允许的，如下图a。另外，相邻状态使用的T、C元件，编号不能相同。,5负载的驱动、状态转移条件可能为多个元件的逻辑组合，视具体情况，按串、并联关系处理，不能遗漏。如下图a所示。6顺序状态转移用置位指令SET。若顺序不连续转移，不能使用SET指令进行状态转移，应改用OUT指令进行状态转移。如下图b所示。,7在STL与RET指令之间不能使用MC、MCR指令。8初始状态可由其他状态驱动，但运行开始必须用其他方法预先做好驱动，否则状态流程不可能向下进行。一般用系统的初始条件，若无初始条件，可用M8002PLC从STOP→RUN切换时的初始脉冲进行驱动。,编制SFC图的规则1若向上转移称重复，向非相连的下面转移或向其他流程状态转移称跳转，称为顺序不连续转移，顺序不连续转移的状态不能使用SET指令，要用OUT指令进行状态转移，并要在SFC图中用“↓”符号表示转移目标。,2在流程中要表示状态的自复位处理时，要用“”符号表示，自复位状态在程序中用RST指令表示,3SFC图中的转移条件不能使用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP指令。应按图b所示确定转移条件。,4状态转移图中和流程不能交叉，应按图处理。,5若要对某个区间状态进行复位，可用区间复位指令ZRST按下图a处理；若要使某个状态的输出禁止，可按下图5b所示方法处理，若要使PLC的全部输出继电[Y]断开，可用特殊辅助继电器M8034接成下图c电路，当M8034为ON时，PLC继续进行程序运算，但所有输出继电器[Y]都断开了。,为了有效地编制SFC图，常需要采用下表所示的特殊辅助继电器,3．多流程步进顺序控制在顺序控制中，经常需要按不同的条件转向不同的分支，或者在同一条件下转向多路分支。当然还可能需要跳过某些操作或重复某种操作。也就是说，在控制过程中可能具有两个以上的顺序动作过程，其状态转移流程图也具有两个以上的状态转移分支，这样的SFC图称为多流程顺序控制。常用的状态转移图的基本结构有单流程、选择性分支、并联性分支和跳步与循环四种结构。,（1）单流程结构程序所谓单流程结构，就是由一系列相继执行的工步组成的单条流程。其特点是①每一个工步的后面只能有一个转移的条件，且转向仅有一个工步；②状态不必按顺序编号，其他流程的状态也可以作为状态转移的条件。前面讨论的台车自动往返控制SFC就是这类结构。下面再举例分析转轴的旋转控制系统。,转轴旋转控制示意图如图a所示。在正转的两个位置一个为小角度，一个为大角度上设有限位开关X013、X011，在反转的两个位置一个为小角度，一个为大角度广设有限位开关X012bX010。工作时，按下启动按钮，则按小角度正转→小角度反转→大角度正转→大角度反转的顺序动作，然后停止。限位开关X010～X013平时处在OFF状态，凸轮轴到达规定角度时才变为ON状态。图6-16b为系统监控梯形图。图中M8047为STL监视有效特殊辅助继电器，若M8047动作，则步进状态S000～S899动作合效，并且S000～S899中只要有一个动作，在执行结束指令后M8046就动作。图6-16c是该系统的SFC图。该流程图为单流程结构，并且图中状态是采用电池后备型的，在动作期间，发生停电恢复后，只要按启动按钮，则会从停电时所处工序开始继续动作。但是，在按启动按钮之前，除Y020以外的所有输出将被禁止动作。,2选择性分支与汇合及其编程1选择性分支SFC图的特点从多个分支流程中根据条件选择某一分支，状态转移到该分支执行，其他分支的转移条件不能同时满足，即每次只满足一个分支转移条件，称为选择性分支。图6-17就是一个选择性分支的状态转移图。其特点有以下几点。,①该状态转移图有三个分支流程顺序。②S20为分支状态。根据不同的条件X000、X010、X020，选择执行其中的一个分支流程。当X000为ON时执行第一分支流程；X010为ON时执行第二分支流程；X020为ON时执行第三分支流程。X000，X010，X020不能同时为ON。③S50为汇合状态，可由S22、S32、S42任一状态驱动。,2选择性分支、汇合的编程编程原则是先集中处理分支状态，然后再集中处理汇合状态。①分支状态的编程编程方法是先对分支状态S20进行驱动处理OUTY000，然后按S21、S3l、S41的顺序进行转移处理。上图的分支状态S20如下图a，图b是分支状态的编程。,②汇合状态的编程编程方法是先依次对S21、S22、S31、S32、S41、S42状态进行汇台前的输出处理编程，然后按顺序从S22第一分支、S32第二分支、S42第二分支向汇合状态S50转移编程。,③选择性分支状态转移图对应的状态梯形图根据选择性分支SFC图和上面的指令表程序，可以给出它的状态梯形图如下图所示。,3.选择性分支状态转移图及编程实例下图为使用传送带将大、小球分类选择传送装置的示意图。,左上为原点，机械臂的动作顺序为下降、吸作、上升、右行、下降、释放、伤升、左行。机械臂下降时，当电磁铁压着大球时，下限位开关LS2X002断开；压着小球时，LS2接通，以此可判断是大球还是小球。左、右移分别出Y004、Y003控制；上升、下降分别内Y002、Y000控制；将球吸住由Y001控制。根据工艺要求，该控制流程可根据LS2的状态即对应大、小球有两个分支，此处应为分支点，且属于选择性分支。分支在机械臂下降之后根据LS2的通断，分别将球吸住、上升、右行到LS4小球位置XO04动作或LS5大球位置X05动作处下降，此处应为汇合点。然后再释放、上升、左移到原点。其状态转移图如图6-22所示。在SFC图中有两个分支，若吸住的是小球，则X002为ON，执行左移流程；若为大球，X002为OFF，执行右侧流程。根据图的SFC图，可编制出大、小球分类传送的程序如下。,（3）并行分支与汇合的编程1并行分支状态转移图及其特点当满足某个条件后使多个流程分支同时执行的分支流程称为并行分支，如图6-23所示。图中当X000接通时，状态同时转移，使S21、S31和S41同时置位，二个分支同时运行，只有在S22、S32和S42三个状态都运行结束后，若X002接通，才能使S30置位，并使S22、S32和S42同时复位。它有以下两个特点。①S20为分支状态，S20动作，若并行处理条件X000接通，则S21、S31和S4l同时动作，三个分支同时开始运行。②S30为汇合状态。三个分支流程运行全部结束后，汇合条件X002为ON，则S30动作，S22、S32和S42同时复位。这种汇合，有时又叫做排队汇合即先执行完的流程保持动作。直到全部流程执行完成，汇合才结束。,①并行分支的编程编程方法是先对分支状态进行驱动处理，然后按分支顺序进行状态转移处理。下图a为分支状态S20图；图b是并行分支状态的编程。,②并行汇合处理编程编程方法是先进行汇合前状态的驱动处理，然后按顺序进行汇合状态的转移处理。按照并行汇合的编程方法，应先进行汇合前的输出处理，即按分支顺序对S21、S22、S31、S32、S41、S42进行输出处理，然后依次进行从S22、S32、S42到S30的转移。下图a为S30的并行汇合状态，下图b是各分支汇合前的输出处理和向汇合状态S30转移的编程。,③并行分支SFC图对应的状态梯形图根据下图的SFC图和上面的指令表程序，可以绘出它的状态梯形图如下图所示。,举例下图为按钮式人行横道交通灯控制示意图。通常车道信号由状态S21控制绿灯Y003亮，人行横道信号由状态态S30控制红灯Y005亮。人道横道，应按路两边的人行横道按钮X000或X00l，延时30s后由状态S22控制车道黄灯Y002亮，再延时10s，由状态S23控制车道红灯Y001亮。此后延时5s启动状态S31使人行横道绿灯YO06点亮。15S后，人行横道绿灯由状态S32和S33交替控制0.5s闪烁，闪烁5次，人行横道红灯0.5s后返回初始状态。人行横道交通灯控制的状态转移图及程序如下图所示。在图中S33处有一个选择性分支，人行横道绿灯闪烁不到五次，选择局部重复动作；闪烁五次后使车迫红灯亮,