顺序控制与步进指令

1．步进指令

在实际应用中许多控制过程是步进顺序控制，这类顺序控制系统如果采用继电器梯形图编制则比较繁琐，而且编出来的程序复杂难以读懂。在编程中利用步进梯形指令（STL指令）可以让控制系统中每道工序的设备所起的作用以及整个控制工艺流程都能表达得通俗易懂，程序设计也因此变得容易，有利于程序调试、维护、修改和故障排除等，也易于初学者掌握。

步进梯形指令简称为STL指令，FX系列PLC还有一条使STL指令复位的RET指令，如表3－1－1所示。利用这两条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。

表3－1－1　STL指令表

1．1　步进指令的功能

STL：步进开始。

梯形图符号：或

操作元件：状态器S0～S999。

RET：步进结束。

梯形图符号：表示状态结束返回主程序（左母线）。

1．2　STL指令的应用特点

STL指令是利用内部状态寄存器S，以一个状态S（也叫一步）为控制单位，在控制程序中借助工艺条件控制状态间的转移，从而实现顺序控制。

一个完整的STL指令可包括处理对象、转移目标及转移条件3部分。它的优点是程序编写简单明了，逻辑性与可读性强，并具备转移源自动复位功能。即用STL指令时，新的状态器S被置位，前一个状态器S将自动复位。

如图3－1－1，在S20状态下处理对象为Y0，转移条件为X0，转移目标是S21。当转移条件X0接通，则状态发生转移，由状态S20转移至S21，S20状态则自动复位，同时Y0状态也自动复位。

图3－1－1　SET、RET指令梯形图

使用STL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，并且能够减少程序指令数，程序容易理解。

2．状态转移图

状态转移图也叫顺序功能图（Sequential Function Chart，SFC），是步进编程的重要工具，包含了步进编程的全部要素。使用STL指令编程时，一般先绘制状态转移图（SFC），再由状态转移图转换成步进梯形图（STL）。

一个顺序控制过程可以分为若干个状态（阶段），每个状态具有不同的动作，相邻状态之间由转换条件得到满足后进行转换。如图3－1－2所示。

图3－1－2　状态转移图

描述上述过程的方框图称为状态转移图（SFC）

2．1　认识状态转移图

实例：图3－1－3是为组合机床动力头运动控制编制的状态流程图（部分）。

图3－1－3　组合机床动力头运动控制状态转移图

由图3－1－3可看出，它将一个复杂的控制过程，分解成若干个工步，起到了化难为简的作用，也符合结构化程序设计的特点。

在图3－1－3SFC中。

第1工步：初始状态S2，按下S2，常开X000接通，转移条件满足，状态转移进入S20。电动机M正转，动力头1前进。

第2工步：当动力头1压下终点限位开关SQ2时，常开X002接通，常闭X002断开，状态从S20转移到S21。在S21状态，因常闭X002断开，输出线圈Y001失电，电机停转，动力头1处在等待状态。同时，因常开X002闭合，将同时启动动力头2前进。

第3工步：当动力头2压下终点限位开关SQ4时，常开X004接通，状态从S21转移到S22。在S22状态，常开X004接通，输出线圈Y003得电，电机M反转，动力头1后退。当动力头1到达原位后压下原位行程开关SQ1，使常闭X001断开，电动机M停转，动力头停在原位，完成一次工作循环。

2．2　设计状态转移图

针对上述组合机床动力头运动控制，如何设计出合理的状态转移图呢？下面3个步骤可以给同学们提供设计的思路。

1．状态分配

工作过程按工步分解，工步对应状态，状态分配如下表3－1－2：

表3－1－2　状态分配表

2．状态输出

状态输出是要明确每个状态的负载驱动和功能。比如S20状态为Y001输出，在外部体现为驱动电机M正转，动力头1前进。

3．状态转移

状态转移是要明确状态转移条件和方向。转移条件X000成立时，将从状态S2到S20，即动力头1前进；转移X002成立时，将从S20转移到S21，即动力头1等待；转移条件X004成立时，将从S21转移到S22，即动力头1后退；转移条件X001成立时，将从S22回到初始状态S2。

例　如何画状态转移图

如图3－1－4，小车在A、B两地间送料，可正向或反向启动，两处均装有行程开关，B处停车10s装料。正向启动，循环工作。

图3－1－4　运料小车示意图

I／O地址分配如表3－1－3：

表3－1－3　I／O地址分配表

状态转移图设计如图3－1－5所示，其中图3－1－5（a）为单一顺序，图3－1－5（b）为选择顺序。

图3－1－5　状态转移图

★编制状态转移图（SFC）的注意事项：

（1）状态转移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。

（2）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。

（3）状态继电器S是构成状态转移图的基本元件，共有1　000个状态器可供使用，其中：

S0～S9为初始状态软元件，要用双线框表示；

S10～S19在多运行模式控制中用作返回原点的状态；

S20～S499为中间状态软元件，用单框表示；

S500～S899为停电保持状态软元件，在停电恢复后继续原状态运行；

S900～999用作报警元件。

3．状态转移图与步进梯形图程序的转换

状态转移图是将基于状态的流程以机械控制的流程来表示，而STL图则是以继电器梯形图的风格来表示。两者的不同之处在于：用步进指令对状态器的触点编程，该触点用梯形图符号表示。用状态继电器代表功能图的各步，每一步都具有3种功能：负载的驱动、转换条件和转换目标。

下图是根据状态转移图转化为梯形图程序的实例。其中图3－1－6为单一顺序，图3－1－7为选择顺序，图3－1－8为并行顺序，三者均为顺序控制在实际应用中的典型案例，请同学们参考。

图3－1－6　单一顺序控制

图3－1－7　选择顺序控制

图3－1－8　并行顺序控制

★STL指令的使用说明

（1）步进梯形图指令STL只有与状态继电器S配合才具有步进功能。

（2）程序的最后必须使用步进结束指令RET，返回主母线。

（3）在步进顺序控制中，必须用初始化脉冲M8002的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，否则因顺序功能图中没有活动步，系统将无法工作。

实例分析：

图3－1－9是4台电动机按顺序依次启动和逆序停止的状态转移图，据图写出步进指令梯形图程序。

图3－1－9　4台电动机按顺序依次启动和逆序停止的状态转移图与步进指令梯形图程序