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1、PLC步进顺序控制指令的教法PLC步进顺序控制指令的教法 摘要 采用实例与教材讲练结合的方法，使学生既有感性的认识又有理性的体会，再以“十字路口交通信号灯”进行完整演示编程方法和步骤，目的是尽快使学生掌握先进的步进顺控指令编程方法。 关键词 步进顺控指令 编程方法 教法 引言：在给学生讲授PLC步进顺控指令的编程过程中，发现普遍存在一种畏难的情绪。因为很多有关PLC编程类的题材大部分偏向讲解“启保停”的编程方法，有关步进顺控编程方法往往都是介绍简单的实例，所举例子也多数是使用单流程和选择性的方法。一般要等程序完毕后才能停机，而非正常关机的状态下，重新开机时常发生程序错乱，实际上步进顺控编程设计
2、是一种先进的设计方法。它与“启保停”的编程方法比较，其最大的特点是易于阅读，如加于详细的指导，在有一定的基础上被指导者是很容易接受，同时设计周期短、效率高。而一些较为复杂的自动控制也常采用步进顺控指令编程。故高级维修电工掌握该编程方法显的尤为重要。本人在指导高级工步进顺控指令编程过程中，逐步探索总结一些经验。下面就以“十字路口交通信号灯”采用三菱可编程序控制器PLC的步进顺控指令编程实例谈一下指导过程。 一、掌握步进顺控指令编程常用的软元件及其功能 步进顺控指令编程中常用软元件及指令有：状态元件S、步进触点指令STL、置位指令SET、复位指令RST、区间复位指令ZRST、步进返回指令RET、特
3、殊辅助继电器M8002、M8013和其它常用输入、输出软元件及其指令。其中属于步进指令的有STL、RET二个，这些指令一般在”启保停的编程方法”中基本没出现过，学生对其实际并不了解，若单课堂讲解的方法，并不是很快能够掌握。于是设计了一套实例电路板，配上PLC、电脑和相关的按钮、接触器等，供学生现场实践后再配合讲解。 1、置位指令SET、复位指令RST 由学生动手，将图1程序用电脑编写好输入PLC，进行运行观察。并指出该电路没有自锁回路，当外部图1X1X2SET Y0RST Y0END的信号使X1闭合时，置位指令SET驱动输出继电器线圈Y0闭合，从而驱动外部的接触器闭合。当X1断开时，接触器仍处
4、于接通状态。这就说明SET指令具有自保持功能，使其维持接通状态。当需要停车时，外部的信号使X2闭合，此时复位指令RST使输出继电器Y0线圈断开，接触器立即由接通状态变为断开，并不再吸合。可见RST具有使线圈断开复位的功能，并维持断开的状态。 2、M8002指令 M8002为初时脉冲继电器，其动合接点在PLC电源闭合时扫描一个周期。 图2是采用M8002来取代启动用的输入常开接点。学生将该图用电脑编写好程序输入PLC中，当PLC转入运行状态时，外部的接触器立即闭合，学生立即感知到它没经过启动这一环节，而是开机通电的瞬间自动闭合的。当外部的信号使X2闭合时，复位指令RST使Y0线圈断电，从而使外部
5、的接触器立即断开，并不再吸合。要想重新启动只有对电源关机重新启动，才能出现上述现象。这更说明M8002只有在开机的瞬间产生一个周期的脉冲使Y0置位，而过了这时间可以认为它是处于断电状态。 3、状态元件S、步进触点指令STL、步进返回指令RET 状态元件S是用于编制顺序控制指令的一种编程元件，可以用它来代表加1 M8002X2SET Y0RST Y0END图2工过程的各步，它与步进顺控触点指令STL配合使用。步进返回指令RET是用于步进结束的指令，表示状态S流程结束，用于返回主程序的指令。由学生将图3用电脑编写好程序输入PLC中，投入运行通过学生观察，得出结论后再进行讲解。 当PLC处于运行状态
6、时，M8002瞬间发出一个扫描周期的脉冲, 置位指令SET将状态元件S0激活。此时STL S0的常开接点接通。接于Y0的负载被驱动，外接接触器吸合。同时T0开始计时，3S后T0的常开接点闭合，置位指令SET将状态元件S20激活。可见S20的激活是受到T0常开接点的制约，这就是所说的转移条件。只有条件满足，步S0才能转移到步S20，此时由步S0控制的外接接触器断开。在这同时STL S20常开接点接通，接于Y1的负载外接接触器吸合。这一点往往是学生迷惑的地方，应指出，在二相连的步序间实行转移时，如果步的后面都是OUT指令时，在转换的过程中，意味着前一步的结束，后一步的开始。此时电路已结束。在结束电
7、路的末端应设置RET指令，要求学生删除RET指令。一删除立即出现“程序语法错误”，PLC不执行指令。可见末端一定要设置RET指令，但不要每一步都设置。同时应指出，梯形图中STL S0在接通的状态下，可视为左母线移到了STL S0的常开接点的右侧，形成了临时小母线，所以在与状态元件的右侧相连的起始触点，要使用2 M8002S0T0S20SET S0Y0T0 K30SET S20Y1RETEND图3LD、LDI指令，若是线圈则直接用OUT指令。这一点应给于特别的强调，以免在后续的编程时出错。图3要想重新启动只有对电源关机并重新启动。 二、在编程过程中难于理解的问题及有关停车方法 1、置位与不置位的
8、区别 置位与不置位的区别，往往是学生学习时的难点，最容易忽略和出错的地方。图3与图4的区别在于：图4中的Y0采用置位指令SET，而在图3中则采用的是线圈输出指令OUT，其它则一样。将指令输入PLC就会发现，图3中的Y0与Y1是采用线圈输出，KM1与KM2之间产生了切换。而图4则3S后转移到S20步，Y0的负载KM1仍保持着吸合，并由于STL S20接通，接于Y1的负载被驱动，外接接触器KM2立即吸合，实质是二个接触器先后闭合并同时都保持着吸合。应强调图4之所以与图3不同，主要是Y0采用的是置位方法，应特别注意。同时它也是停车时必须要考虑的问题。 2、ZRST指令、自由停车、循环运行 图5是一个
9、较完整的步进顺控梯形图，将程序输入PLC并运行观察。然后进行讲解。 其工作过程是：当PLC置于运行状态时，M8002瞬间产生一个脉冲，将状态元件S0置位，并把S20-S21状态元件进行复位。同时STL S0常开接点被接3 通，若X1没有信号，PLC则处于待机状态。X1在这里就是所说的原点条件，只要满足原点条件X1的常闭接点闭合，置位指令SET将S20置位。STL S20的常开接点被接通，接于Y0后的负载KM1被驱动吸合。同时定时器T0线圈接通开始计时，3S后定时器T0常开接点闭合，SET将S21置位。此时接于Y0的负载KM1停机。而STL S21常开接点被接通，接于Y1的负载KM2被驱动吸合。
10、在这同时定时器T1线圈接通开始计时，3S后承担转移条件的定时器T1常开接点闭合，接通了状态元件S20的线圈，此时步被转移第三梯级的STL S20开始了循环运行。当然步也可以转移到第二梯级的STL S0位置，进入待机状态。此时应提醒学生步向上或向下隔位转移时，应采用OUT指令，而不采用SET置位指令，这一点学生往往容易忽略。若要停车，按下外部停止按钮X0的常开接点接通，此时运行在任意位置的状态元件都被复位，使PLC处于待机状态。按常理运行的设备应有急停机设置，在设置停机功能时应考虑到输出继电器Y有没有置位运行，如果有也应对其进行复位，否则被置位的元件是停不下来。这一点往往也是学生所考虑不到的问题
11、。而有的设备则应考虑停机后复位也可以转移到S0M8002X0停止按钮S0ZRST S20 S21X1启动按钮于原点的问题，这些可由学生自行探讨。 三、状态流程图 状态流程图是描述控制系统的动作过程、功能和特性的一种图形。它不涉及具体的技术细节，但它却可在不同专业的人员之间进行技术S20T0转移条件Y00转移到S20S21T1转移条件Y1图6交流；它是设计PLC顺序控制程序的有力工具。状态流程图如图6所示： 4 它主要由状态任务、状态转移条件和状态转移方向组成。例：有二台电动机，第一台开机3S后自动停机，紧接着第二台启动，经过3S第二台自动停机，同时第一台又自动开机，如此循环运行。分析要求，可以
12、发现二台电动机的运行，有先有后，运行的先后并循环均受定时器T0和T1的制约。它们分别各工作一个周期，其工作的顺序又是相连的阶段。这样就可把它看成二道不同的工序相连，或者如编程语言所说的由二个状态组成，用状态元件S20、S21表示，如图单框中所示。而在S20的上方有用双框所显示的则是初始状态的表示，初始状态一般是处于等待起动命令时用。每一个顺序功能图至少应有一个初始状态，与初始状态并行横线是停车复位设置。状态是由上至下或从左至右运行过程，用直线将它们有向连接起来。如S20步到S21步中间的短横线表示转移的条件，只有条件满足，状态才能从上一步转移到下一步，与步横向连线，如S20所对应的是Y0、T0
13、其所表示的含义是当系统运行到S20时，称该步为活动状态，相应Y0、T0动作被执行。同理运行到S21时该步则变为活动状态，相应的Y1、T1被执行。其转换条件是T1，条件一旦满足将转向S20状态，进入循环过程。根据需要步也可以转入S0完成了单流程工作并处于待机状态。图5的梯形图，就是根据图6状态流程图转化而来。要求学生掌握状态流程图的绘制及它们间的转换。 四、步进顺控指令编程与步骤 1、PLC在步进顺控指令自动控制编程中，常用的编程方法有单流程、选择性流程和并行性流程的编程方法，至于选用那一种编程方法由工艺控制要求决定。但不管采用那一种方法编程，其方法和步骤大体如下： 根据控制要求，列出PLC的I
14、/O分配表，画出PLC接线图。 5 将整个工艺控制过程按工作先后步骤进行分解，每一步对应一个状态，每一个状态的动作要求和作用心中要有数，并根据条件确定转移和转移方向。 画出控制系统的流程图。 将流程图转换为梯形图。 2、编程实例 例：十字路口交通信号灯控制系统，其要求如下；启动SB1开关合上后，南北红灯亮30S，同时东西绿灯亮25S后，闪烁3S灭，东西黄灯亮2S，然后，东西红灯维持30S，同时南北绿灯亮25S后，闪烁3S灭，南北黄灯亮2S。如此循环。按SB2，系统停止运行。要求用步进顺控指令编程。编程过程如下：先将工作要求整理成如下表所示，理清思路。 表1 信号灯控制的具体要求如下表： 信号
15、绿灯亮 绿灯闪烁 东西 时间 信号 南北 时间 30S 25S 3S 2S 观察表1可以发现，该线路实际为东西、南北二路并列运行的照明线路，如东西路绿灯亮25S后，转为闪烁3S，又切换为黄灯亮2S, 紧接着红灯亮30S。而南北的红灯先亮30S，转为绿灯亮25S，又转为绿灯闪烁3S，最后黄灯亮2S，二路灯在总时间上刚好吻合，它适合采用并行性分支流程的编程方法。确定了编程方法，后面的编程思路就可围绕它展开。步骤如下： 列出I/O分配表、画出PLC接线图。 表2 I/O分配表 25S 3S 红灯亮 2S 30S 绿灯亮 绿灯闪烁 黄灯亮 黄灯亮 红灯亮 6 输 入 元件代号 SB1 SB2 FU12
16、20VLNPEY1Y2COMSB1SB2X0X1Y3Y4Y5输 出 输入继电器 元件代号 X0 X1 HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6 M8002S0作用 启动按钮 停止按钮 Y0作用 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯 南北红灯 南北绿灯 南北黄灯 输出继电器 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 HL1东西绿灯HL2东西黄灯HL3东西红灯X1(停止按钮)ZRST S10S34X0(启动按钮)S10东西向南北向红灯S30Y0T0 K250T4绿灯T1 K30S31Y0T5绿灯闪S32T6Y1M8013T2 K20T6黄灯S33Y2T3 K300T7S34HL4面北红灯HL5南北绿灯HL
17、6南北黄灯S20绿灯T0绿灯闪S21T1M8013T1S22T2S23T3S24黄灯Y3T4 K300Y4T5 K250T6 K30Y4Y5T7 K20FX2NCOMFU2红灯220V图7 十字路口交通信号灯控制系统的接线图图8 流程图将整个工艺控制流程按工作先后步骤进行分解，每一步对应一个状态。每一个状态的动作要求和作用做到心中有数，并确定转移条件和转移方向。 按步进顺控编程要求，每一个顺序流程图至少应有一个初始状态，故将S0设为初始状态。初始状态一般是处于等待启动命令时用，其后 7 往往是启动按钮，所以无法实现自动循环，为此应增设循环起始S10状态。同时将二路并列运行从这里进行分支。第一分
18、支：东西路，用状态S20，该状态动作为绿灯亮25S(Y0)，转移条件为定时器T0；用状态S21, 控制绿灯闪烁3S(Y0)，转移条件为T1，设状态S22为黄灯亮2S(Y1)，转移条件为T2，设状态S23为红灯亮30S，转移条件为T3，使状态S24进入等待汇合。第二分支：南北路用状态S30，该状态动作为红灯亮30S(Y3)，转移条件为定时器T4；用状态S31, 控制绿灯亮25S(Y4)，转移条件为T5，设状态S32为绿灯闪烁3S(Y4)，转移条件为T6，设状态S33为黄灯亮2S，转移条件为T7，使状态S34进入等待汇合。状态S24、S34汇合后转移S10进入循环。 按上述思路，画出控制系统的流程
19、图。 在图8流程图中，学生最容易迷惑的是分支与汇合的问题。T0SET S0区间复位X1停止ZRST S10 S34X0启动S0SET S10S10并行分支第一分支SET S20第二分支SET S30S20第一分支东西绿灯东西绿灯定时转移条件M8002(初始脉冲)S30第二分支南北红灯南北红灯定时Y3T4 K300T4S31T5S32转移条件SET S31南北绿灯Y4T5 K250南北绿灯定时转移条件Y0T0 K250T6T6S33T7S24S34SET S32T6 K30Y4Y5T7 K20南北绿灯闪烁定时应给于解析：分支的含义是在状态S10后，将电路分为二条支路SET S21T1 K30Y0
20、M8013(脉冲)转移条件S21东西绿灯闪烁定时T1T1S22M8013(脉冲)转移条件SET S33南北黄灯SET S22东西黄灯南北黄灯定时转移条件分支合并返回同时工作，分别运行状态S24T2Y1T2 K20SET S34SET S10RETEND东西黄灯定时转移条件和状态S34进入等待和汇合的过程，然后转入状态S10进入循环过程 SET S23东西红灯S23T3Y2T3 K300东西红灯定时转移条件SET S24图9 梯形图将流程图转换为梯形图。 在跟学生讲解的过程中，用中文标示如上图9所示的方法，在每一个地方进行标注，指出分支、汇合时的梯形图处理，并解析M8013为每秒发一脉冲形成闪烁
21、控制。8 然后引导学生口述指令，对错误处进行指正。同时要求学生亲自现场接线操作，然后进行线路通电验证。 五、结束语 自从采用实例电路，进行实践与讲解相结合的指导方法，学生的学习兴趣有了很大程度的提高。通过实物观察系统的运行，则使学生有深刻的感触，在其过程增加些简单易懂的练习，普遍很快就能领会、熟练掌握常用编程指令及其功能。所以在随后较难的的编程例子如：小车装卸料自动往返控制、机械手模拟控制、剪床自动控制等的编程训练中，学生均能独立完成课题。收到了极其良好的效果，也达到了教学的目的。 参考文献: 1 梁耀光、余文烋主编，现代电工新技术教程，广东省职业技能鉴定指导中心，2005，8； 2可编程序控制器及其应用第二版，中国劳动社会保障出版社，2007，3。 9
