资源简介

(共30张PPT)
项目四
工序流程设计的PLC控制
项目分析
在实际应用中有很多控制过程是工序流程控制（见图4-1），用PLC的梯形图或指令表方式编程容易被电气技术人员接受，但由于这类工序流程控制系统内部的联锁、互锁、互动关系极其复杂，其梯形图程序往往较长（数百行），通常只有熟练的电气工程师才能编写出这样的程序，但程序的可读性大大降低。为了解决这些问题，用PLC的顺序功能图语言来编写顺序控制程序是一种非常有效的方法，该方法具有编程简单、直观等特点。流程作业的自动化控制系统一般都包含若干个状态（工序），当条件满足时，系统能够从一种状态转移到另一种状态，把这种控制称为顺序控制，对应的系统则称为顺序控制系统或流程控制系统。
图4-1高阳铁矿填充搅拌流程控制系统示意图
本项目主要结合案例介绍状态编程思想在工序单流程、选择性流程和并行流程三种结构顺序控制系统中的应用。
（1）学会应用状态元件S绘制状态转移图（SFC）。
（2）掌握FX系列PLC步进指令与状态转移图表示方法。
（3）了解状态转移图编程规则和FX系列PLC状态编程法则。
项目学习目标
（4）会将功能图改画成步进梯形图。
（5）结合典型实例介绍状态编程思想在顺序控制中的应用。
项目评定
任 务 一
1
目 录
任 务 二
2
3
任 务 三
任务一
PART ONE
单流程交通灯的PLC控制系统
（1）认识并应用状态元件S，掌握绘制状态转移图（SFC）的方法和技巧。
（2）能将状态转移图和步进梯形图进行互换。
（3）具备应用步进指令STL和RET，设计分析单流程交通灯的PLC控制系统功能状态图、步进梯形图和接线安装、程序录入、调试、监控及运行的能力。
（4）通过积极动手—尝试体验—拓展延伸的过程，培养学生协作、沟通、自学、善思的良好工作习惯和品质，增强就业意识。
任务目标
（1）学习顺序控制系统的概念、状态软元件S的特点、绘制状态转移图（SFC）的方法和技巧以及状态转移图和步进梯形图的互换。
（2）单流程交通灯的PLC控制系统分析。
（3）根据单流程交通灯的PLC控制系统的控制要求绘制PLC的I/O分配表。
（4）PLC控制的外部接线。
（5）绘制单流程交通灯的PLC控制系统的功能状态图和步进梯形图。
（6）应用GX软件编程并将程序录入。
（7）经指导教师初检后，通电检验并调试运行。
任务清单分析
用经验设计法设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性。因而对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。另外，用经验法设计出的梯形图往往很难阅读，给系统的修改和改进带来很大的困难。顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的设计者来说，也会提高其设计效率，程序的阅读和测试修改也很方便。
一个顺序控制过程可以分为若干个状态（工序），每个状态具有不同的动作，相邻状态之间在转换条件得到满足后进行转换。对应的系统称为顺序控制系统或流程控制系统。图4-2所示交通灯控制系统就是典型的顺序控制系统。可以借助多媒体演示交通灯控制动画，操作运行交通灯实训台展示交通灯的动作流程。
任务提出
图4-2单流程交通灯系统控制示意图
一、状态转移图（SFC）设计法
1.顺序控制系统
对于流程作业的自动控制系统而言，一般都包含若干个状态（工序），当条件满足时，系统能够从一种状态转移到另一种状态，把这种控制称为顺序控制。对应的系统则称为顺序控制系统或流程控制系统。
从头到尾只有一条路可走的程序结构称为单流程结构。
2.状态元件（S）
（1）状态是对工序步进型控制进行简易编程的内部软元件，采用十进制编号。与步进指令STL配合使用。
（2）状态有无数个常开触点与常闭触点，在PLC程序中可以无限次使用。
（3）状态不用于步进阶梯指令时，可作为辅助继电器使用。
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（4）状态同样有通用状态和掉电保持状态，其比例分配可由外设设定。
（5）状态有五种类型：初始状态S0~S9共10点；回零状态S10~S19共10点；通用状态S20~S499共480点；保持状态S500~S899共400点；报警用状态S900~S999共100点。
3.状态转移图
（1）状态转移图的三要素是转移条件、转移方向和控制功能。
（2）状态转移图有单流程结构、选择性分支结构和并行分支结构三种结构。
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二、步进指令
1.步进指令的内容
FX系列PLC提供了一对步进指令，即STL和RET。
STL（步进触点指令）是利用内部软元件（状态S）在顺控程序上进行工序步进式控制的指令。
RET（步进返回指令）是用于状态（S）流程的结束，实现返回主程序（母线）的指令。
注意：STL和RET指令只有与状态寄存器S配合才能具有步进功能。
例如，STL S20表示状态常开触点，称为STL触点（步进触点），它在梯形图中的符号为，它没有常闭触点。
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2.步进指令的使用说明
（1）STL触点是与左侧母线相连的常开触点，STL触点接通，则对应的状态为活动步。
（2）与STL触点相连的触点用LD或LDI指令，执行完RET后返回左母线。
（3）STL触点可直接驱动或通过其他触点驱动Y、M、S、T等元件的线圈。
（4）PLC只执行活动步对应的电路，所以使用STL指令时允许双线圈输出。
（5）STL触点驱动的电路块中不能使用MC和MCR指令。
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三、FX系列PLC的步进指令与状态转移图表示方法
图4-3所示状态转移图（SFC）中每一步包含驱动内容、转移条件和转换目标，图4-4所示为其对应的步进梯形图。
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图4-4步进梯形图
图4-3状态转移图
1.编制状态转移图的注意事项
（1）状态编程时必须使用步进触点指令STL，程序最后必须使用步进返回指令RET，返回主母线。
（2）初始状态软元件用S0~S9，并用双框表示；中间状态软元件用S20~S899，并用单框表示。
（3）状态编程顺序是先进行驱动，再进行转移，顺序不能颠倒。
（4）在不同状态之间允许对输出元件重复输出，但对同一状态内不允许双重输出。
（5）负载的驱动、状态转移条件可能为多个元件的逻辑组合，视具体情况按串联、并联关系处理。
（6）顺序状态转移用置位指令SET，若顺序不连续转移，可以使用OUT指令进行状态转移。
（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办法预先做好驱动，否则状态流程不可能向下进行。初始一般用系统的初始条件，若无初始条件，可用M8002（PLC起动运行时的初始脉冲）作为驱动。
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2.编制状态转移图的规则
（1）若向上转移（重复）、向其他流程状态转移（跳转），称为顺序不连续转移。转移不能使用SET指令，要使用OUT指令进行状态转移，并要在状态转移图中用“↓”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，用“↓”符号表示，自复位状态程序中用RST指令表示。
（3）状态转移图中的转移条件不能使用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP指令。
（4）状态转移图中的流程不能交叉。
（5）若要对某个区间状态进行复位，可用区间复位指令ZRST处理。
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四、绘制步进梯形图的注意事项
用步进指令可以将顺序功能图转换为步进梯形图，也可以直接编写步进梯形图（见图4-5）。对步进梯形图和顺序功能图应注意以下几点。
1.状态的动作与输出的重复使用
（1）状态编号不可重复使用。
（2）如果状态触点接通，则与其相连的电路动作；如果状态触点断开，则与其相连的电路停止工作。
（3）在不同状态之间允许对输出元件重复输出，但对同一状态内不允许双线圈输出。
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图4-5步进梯形图
2.定时器的重复使用
定时器线圈与输出线圈一样也可对在不同状态的同一软元件编程，但在相邻的状态中不能编程。若在相邻状态下编程，则工序转移时定时器线圈不能断开，定时器当前值不能复位，如图4-6所示。
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图4-6定时器的重复使用
3.输出的互锁
在状态转移过程中，由于在瞬间（1个扫描周期）两个相邻的状态会同时接通，因此为了避免不能同时接通的一对输出同时接通，必须设置外部硬接线互锁或软件互锁，如图4-7所示。
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图4-7输出的互锁
4.输出的驱动变换方法
在状态内的母线将LD或LDI指令写入后，对不需要触点的驱动就不能再编程，需要按图4-8所示方式进行变换。
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图4-8输出的驱动变换方法
5.状态的转移方法
OUT指令与SET指令对于STL指令后的状态具有同样的功能，都将原来的状态自动复位。此外，还有自保持功能。但是如图4-9所示，在使用OUT指令时，用于向状态转移图中的分离状态转移。
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图4-9状态转移图中的分离状态转移
五、步进指令的表示及其动作
1.步进指令的顺序功能图表示及其动作
步进指令的顺序功能图表示及其动作如图4-10所示。
2.步进指令的梯形图表示及其动作
步进指令的梯形图表示及其动作如图4-11所示。
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图4-10步进指令的顺序功能图表示及其动作
图4-11步进指令的梯形图表示及其动作
任务实施
借助多媒体动画演示，引导学生对交通灯PLC控制系统有新的较全面认识。
（1）控制要求。模拟一单流程交通灯的信号，控制车辆有次序地在东西向、南北向正常通行。具体要求如下。
①红灯亮20 s，绿灯亮15 s，黄灯亮5 s（闪烁5次，间隔1 s），完成一个循环周期为40 s。
②东西方向与南北方向相对应，时序图如图4-12所示。
图4-12单流程交通灯的时序图
任务实施
（2）单流程交通灯的PLC控制流程分析。
①初始状态：起动开关后，南北红灯（RL1）维持20 s，同时东西绿灯（GL2）亮15 s。
②第二状态：15 s后，东西黄灯（YL2）亮5 s。
③第三状态：5 s后，东西红灯（RL2）维持20 s，同时南北绿灯（GL1）亮15 s。
④第四状态：15 s后，南北黄灯（YL1）亮5 s。
如此循环。
任务实施
（3）绘制I/O分配表。在教师指导下，根据时序图分析控制要求（最好事先实地观察交通灯的工作情况），正确分配PLC的输入输出端口，并填入表4-1中。
任务实施
（4）按系统流程分析后绘制功能流程图，如图4-13所示。
（5）将功能流程图转化为步进梯形图，如图4-14所示。
（6）根据I/O分配表进行PLC硬线外部连接，教师巡回指导学生正确使用GX编程软件上机编程。
（7）调试并运行程序。
图4-13单流程交通灯的功能流程图
图4-14单流程交通灯的步进梯形图
能力测评
单流程交通灯的PLC控制系统任务测评标准见表4-2。
巩固与练习
设计一单流程全自动洗衣机的PLC控制系统。
1.系统控制要求
（1）按下起动按钮及水位选择开关，开始进水，直到高（中、低）水位，关水。
（2）2 s后开始洗涤。
（3）洗涤时，正转30 s，停2 s，然后反转30 s，停2 s。
（4）如此循环5次，总共320 s后开始排水，排空后脱水30 s。
（5）开始清洗，重复（1）～（4），清洗2遍。
（6）清洗完成，报警3 s并自动停机。
（7）若按下停车按钮，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）。
巩固与练习
设计一单流程全自动洗衣机的PLC控制系统。
2.具体操作要求
（1）PLC输入输出端口分配。
（2）PLC外部接线。
（3）绘制功能状态图。
（4）绘制步进梯形图。
（5）通电运行与调试。
谢 谢 聆 听
2020

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