项目描述
工程实例：运料小车是工业运料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线、冶金、有色金属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。用PLC程序实现运料小车自动往返顺序控制，具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，程序设计方法多样，本项目讨论的是利用顺序控制法设计实现对小车运料的控制。
项目目标
1．了解状态功能图编程思想，具备分析系统工艺流程并能据此绘制状态功能图的能力。
2．学会利用状态功能图编程语言解决顺控问题。
3．掌握步进指令在单向顺序控制中的应用和编程技巧。
4．提高学生独立分析问题、解决问题的能力。
知识准备
1．限位开关：限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。又称行程开关，可以安装在相对静止的物体上，当移动物接近静止物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和电动机。
图3－2－1 行程开关
2．ZRST，区间复位指令：若要对某个区间状态进行复位，可用区间复位指令ZRST进行成批复位处理。
3．M8002指令：初始脉冲（动合触点），也叫上电脉冲。在PLC运行开始一瞬间接通，自动发出宽度为一个扫描周期的单窄脉冲信号，之后一直断开，一般用于上电复位。
4．S状态器：是使用步进指令的基本元件，共有1 000个状态器。其中编号S0～S9叫初始状态器，S0～S9用于初始步。S10～S19用于自动返回原点。S20～S499是后续动作工序的分配状态。S500～S899其工作原理为掉电保护软元件，即在停电状态下也能保持当前的动作。S900～999用作报警元件。
项目实施
任务一 读一读小车运料示意图
图3－2－2 小车运料
如图3－2－2所示，项目的逻辑控制要求：
1．小车原处后端，后限位行程开关X3压下为ON；
2．若启动X0（按钮开关）则小车前进；
3．碰前限位行程开关X2为ON，电磁阀Y2打开，延时10s装料；
4．延时结束，小车自动后退，至后限位压下X3，电磁阀Y3打开，延时6S卸料。卸料完成如需继续运行重新启动X0。
任务二 方案设计
先将控制工艺分解为若干个连续的顺序状态，然后确定状态间的转移条件和处理对象，最后画出梯形图。
1．状态分配。
工作过程按工步分解，工步对应状态，状态分配如表3－2－1：
表3－2－1 状态分配表
续表
2．状态输出。
明确每个状态的负载驱动和功能，如表3－2－1。
3．状态转移。
明确状态转移条件和方向：转移条件X0与X3成立时，将从状态S0转移到S20，即小车前进；转移条件X2成立时，将从S20转移到S21，即装料电磁阀打开，并设置T0延时10s等待；转移条件T0成立时，将从S21转移到S22，即小车后退；转移条件X3成立时，将从S22转移到S23，即卸料电磁阀打开，同时设置T1延时6s等待卸料；转移条件T1成立时，将从S23回到初始状态S0。
任务三 硬件设置
小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。因为小车在运动过程中有左行和右行，我们使用PLC输出端Y0控制电动机正转、Y1控制电动机反转来实现小车左行和右行。小车的正反转用KM1和KM2控制，KM1常闭触点与KM2线圈串联、KM2常闭触点与KM1线圈串联以实现硬互锁。
用X2和X3作为限位条件控制小车的停止、开启料斗门Y2完成自动装料，和开启底门Y3完成自动卸料。
1．分配I／O地址
表3－2－2 I／O地址分配表
2．画I／O接线图
图3－2－3 PLC接线原理图
3．接线
图3－2－3中，连接PLC输入端点与各输入控制元件之间，输出端点与各输出负载之间的接线。
在输出端口的连线上，应严格按照各负载的额定工作电压要求选择相应的交、直流电源，避免出现因操作不当致使负载不能正常工作或者因明显过压而损毁元件、负载的情况。
同时还应注意区分输出公共端COM0～COMn同各个输出信号之间的具体分工和归属问题，再进行正确接线。输入信号共用一个输入公共端COM。
任务四 绘制状态转移图并编制梯形图程序
根据前述方案设计表3－2－1，绘制状态转移图，如图3－2－4所示。梯形图程序请参考图3－2－5。
图3－2－4 状态转移图
图3－2－5 梯形图参考程序
任务五 运行并调试程序
1．将梯形图程序输入计算机。
2．下载程序到PLC，并对程序进行调试运行，观察电路能否达到预设的自动运行的控制要求。
3．调试运行并记录调试结果。
归纳总结
本项目通过小车运料控制任务的设计实现，突出了状态图设计法的特性，对状态图设计法有了更进一步的认识，初步完成了对状态转移图的绘制能力和步进指令的应用能力的检验，并将在此基础上得到加强。
课后思考
上述小车运料实现的是单循环运行，即在一个往返完成后需要重新启动。但实际生产中，经常要求小车实现自动往返循环运行，如要达到预期的目的，在方案设计上应如何改进？请重新画出状态转移图和编写梯形图程序。
项目描述
目前，在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现选择位置，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。用PLC程序实现运料小车的选择顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于学生的理解和掌握。
项目目标
1．学会利用状态功能图编程语言解决顺控问题。
2．掌握步进指令在选择顺序控制中的应用和编程技巧。
3．提高学生独立分析问题、解决问题的能力。
知识准备
1．限位开关、M8002指令和S状态器在前项目中已有介绍，不再赘述。
2．选择顺序控制。
在顺序控制过程中，因其是把一个运动系统分成若干个顺序相连的阶段，各阶段按照一定的顺序进行自动控制的方式。在一个阶段向下一阶段进化的时候，不同的条件决定着不同的输出结果和状态，当状态转移图的流程发生分支时，便形成选择序列。
在选择序列的分支处转换符只能标在水平线之下，选择序列的结束称为合并，转换符只能标在水平线之上。例如图3－2－6所示选择序列结构。
3－2－6 选择序列结构图
7为活动步。若h＝1，则发生7→8步转换；若k＝1，则发生7→10步转换。同理若9为活动步，且j＝1，则发生9→12步转换；若11为活动步且n＝1，则发生11→12步转换。通常转换条件h与k互拆，即不同时具备。
项目实施
任务一 读一读小车运料示意图
图3－2－7 小车运料示意图
图3－2－7中，项目的逻辑控制要求如下：
1．小车原处后端，限位行程开关X3压下为ON；
2．小车在左边可装运3种物料中的1种，右行自动选择对应A、B、C处卸料。X0、X1检测信号组合可决定何处卸料；X0、X1＝11，A处；X0、X1＝01，B处；X0、X1＝10，C处。
卸料时间20s后，小车返回原位待命（左限位开关X3为ON）。
任务二 方案设计
先将控制工艺分解为若干个连续的顺序、选择状态，然后确定状态间的转移条件和处理对象，最后画出梯形图。
1．状态分配。
工作过程按工步分解，工步对应状态，状态分配如表3－2－3：
表3－2－3 状态分配表
续表
2．状态输出。
明确每个状态的负载驱动和功能。如表3－2－3。
3．状态转移。
明确状态转移条件和方向：转移条件X2、X3成立，当X0、X1＝11时，将从状态S0转移到S20；当X0、X1＝01时，将从状态S0转移到S30；当X0、X1＝10时，将从状态S0转移到S40；即小车分别前进至A、B、C 3处；转移条件X4、X5、X6成立时，将从S20、S30、S40转移到S50，即卸料电磁阀打开，并设置T0延时20s等待；转移条件T0成立时，将从S50转移到S51，即小车后退；转移条件T0成立时，将从S51回到初始状态S0。
任务三 硬件设置
小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。因为小车在运动过程中有左行和右行，我们使用PLC输出端Y0控制电动机正转、Y1控制电动机反转来实现小车左行和右行。小车的正反转用KM1和KM2控制，KM1常闭触点与KM2线圈串联、KM2常闭触点与KM1线圈串联以实现硬互锁。
用X2和X3作为限位条件控制小车的停止；X0、X1作为选择条件，选择A、B、C 3个位置；开启底门Y2完成自动卸料。
1．分配I／O地址
表3－2－4 I／O地址分配表
2．画I／O接线图
图3－2－8 PLC接线原理图
3．接线
图3－2－8中，连接PLC输入端点与各输入控制元件之间，输出端点与各输出负载之间的接线。
在输出端口的连线上，应严格按照各负载的额定工作电压要求选择相应的交、直流电源，避免出现因操作不当致使负载不能正常工作或者因明显过压而损毁元件、负载的情况。
同时还应注意区分输出公共端COM0～COMn同各个输出信号之间的具体分工和归属问题，再进行正确接线。输入信号共用一个输入公共端COM。
任务四 绘制状态转移图并编制梯形图程序
根据前述方案设计表3－2－3绘制状态转移图，如图3－2－9所示。步进指令控制程序请参考图3－2－10。
图3－2－9 小车运料选择顺序控制状态转移图
图3－2－10 小车运料选择顺序控制梯形图参考程序
任务五 运行并调试程序
1．将梯形图程序输入计算机。
2．下载程序到PLC，并对程序进行调试运行，观察电路能否达到预设的自动运行的控制要求。
3．调试运行并记录调试结果。
归纳总结
运料小车的PLC控制系统，使运料小车具有启停、选择、卸料的功能。在选择时使用X0、X1输入和限位开关作为小车停止信号，停止后小车开始卸料一段时间，这段时间由T0决定，时间到，小车开始往回运动，直到遇到限位开关X3，程序准备重新循环。本项目再次使用步进指令，让学生进一步学习了步进指令的并行顺序。
课后思考
1．如果不用限位开关，请举例设置小车停止位置其他方式。
2．请同学们思考，用普通的编程指令如何实现项目要求并将程序编写出来。
项目描述
交通指示灯是城市交通监管系统的重要组成部分，对于保证机动车辆的安全行驶，维持城市道路的顺畅起到了重要的作用，本项目使用三菱PLC步进指令来进行编写，具有程序设计简单、可读性强的优点。
项目目标
1．通过对步进指令知识的学习，分析、调试交通指示灯电路，从而掌握步进指令的并行顺序应用。
2．培养学生分析问题、解决问题、实践操作、归纳总结的能力。
3．激发学生对学习的好奇心和求知欲，培养实事求是完成任务的态度。
知识准备
1．定时器做振荡电路，如图3－2－11所示，输出Y0占空比为50%的1s周期方波脉冲。这样一个振荡脉冲在PLC电路中可以发挥特定的作用。
图3－2－11 定时器振荡电路
2．并行顺序控制。
顺序控制的同一阶段，当转换导致几个序列同时被激活时，这些序列称为并行序列。为强调转换的同步实现，水平连线用双线表示，且水平线上只允许有一个转换符。如图3－2－12所示并行序列结构。
图3－2－12 并行序列结构图
若3为活动步且e＝1，则4、6步同时变为活动步，3变为不活动步。当5、7都为活动步且i＝1时，才发生5、7→8步转换，8变为活动步，5、7都变为不活动步。
项目实施
任务一 读一读交通指示灯示意图
图3－2－13 交通灯工作示意图
图3－2－13中，项目的逻辑控制要求如下：
指示灯一个周期120s，南北和东西同时工作。
0～50s，南北绿、东西红；
50～60s，南北黄、东西红；
60～110s，南北红、东西绿；
110～120s，南北红、东西黄。
任务二 方案设计
先画出交通指示灯时序工作图，为后面的控制设计提供参考，如图3－2－14所示，再将控制工艺分解为若干个连续的顺序、并行状态，然后确定状态间的转移条件和处理对象，最后画出梯形图。
图3－2－14 交通灯时序工作图
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3－2－5：
表3－2－5 状态分配表
2．状态输出。
明确每个状态的负载驱动和功能。如表3－2－5。
3．状态转移。
明确状态转移条件和方向：转移条件X0为ON时，将从状态S0转移到S20和S30，即南北绿灯亮，并设置T0延时50s等待，东西红灯亮，并设置T3延时60s等待；转移条件T0 和T3成立时，将从S20、S30转移到S21、S31，即南北黄灯亮，并设置T1延时10s等待，东西绿灯亮，并设置T4延时50S等待；转移条件T1和T4成立时，将从S21、S31转移到S22、S32，即南北红灯亮，并设置T2延时60s等待，东西黄灯亮，并设置T5延时10s等待；转移条件T2、T5成立时，将从S22、S32回到初始状态S0。
任务三 硬件设置
1．分配I／O地址。
表3－2－6 I／O地址分配表
2．画I／O接线图。
图3－2－15 PLC接线原理图
3．接线。
按照图3－2－15所示，连接PLC输入端点与各输入控制元件之间，输出端点与各输出负载之间的接线。
在输出端口的连线上，应严格按照各负载的额定工作电压要求选择相应的交、直流电源，避免出现因操作不当致使负载不能正常工作或者因明显过压而损毁元件、负载的情况。
同时还应注意区分输出公共端COM0～COMn同各个输出信号之间的具体分工和归属问题，再进行正确接线。输入信号共用一个输入公共端COM。
任务四 绘制状态转移图并编制梯形图程序
根据前述方案设计表3－2－5绘制状态转移图，如图3－2－16所示。步进指令梯形图程序请参考图3－2－17。
图3－2－16 交通灯并行顺序控制状态转移图
任务五 运行并调试程序
1．将梯形图程序输入计算机。
2．下载程序到PLC，并对程序进行调试运行，观察电路能否达到预设的自动运行的控制要求。
3．调试运行并记录调试结果。
图3－2－17 交通灯并行顺序控制参考梯形图程序
归纳总结
本项目介绍了应用PLC实现十字路口交通指示灯的自动控制。通过对交通指示灯的控制要求分析，对PLC控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值。
课后思考
思考如果使用定时器该如何来设计程序。
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