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1、第八课题 使用流程图完成自动送料装车的设计与实现 一、实训设计题：自动送料装车 1．要求学生按下面要求完成实训设计题： 自动送料装车系统由三级传送带、料箱、料位检测与送料、车位和吨位检测等环节组成，如图8-1所示，其控制要求如下。 图8-1 自动送料装车系统示意图 （1）初始状态 红灯L8灭，绿灯L7亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口关闭，电动机M1、M2和M3皆为停止状态。 （2）进料 如料箱中料不满（料位传感器S1为OFF），5s后进料电磁阀开启进料；当料满（S1为ON）时，中止进料。 （3）装车 当汽车开进到装车
2、位置（车位传感器S2为ON）时，红灯L1亮，绿灯L2灭；同时启动M3，经5s后启动M2，再经5s后启动M1，再经5s后打开料箱（L3为ON）出料。 当车装满（称重传感器S3为ON）时，料箱关闭（L3为OFF），经5s后M1停止，再经5s后M2停止，再经5s后M3停止，同时红灯L8灭，绿灯L7亮，表明汽车可以开走。 （4）停机 按下停止按钮SB2，整个系统中止运行。 二、实训目的 通过相关内容的讲解和学生的练习，使学生熟悉状态转移图的编程规则，掌握单流程、选择性分支、并行性分支的编程方法，学会使用状态转移图编写分支程序。 三、讲授内容的相关知识点 <一> 状态转移图介绍
3、 1．状态转移图的编程思想 用梯形图或指令表方式编程固然广为电气技术人员接受，但对于一个复杂的控制系统，尤其是顺序控制系统，由于内部的联锁、互动关系极其复杂，其梯形图往往长达数百行。另外，在梯形图上如果不加注释，这种梯形图的可读性也会大大降低。 为了解决这个问题，近年来，许多新生产的PLC在梯形图语言之外加上了符合IEC1131—3标准的SFC（Sequential Function Chart）语言，用于编制复杂的顺控程序。IEC1131—3中定义的SFC语言是一种通用的流程图语言。三菱的小型PLC在基本逻辑指令之外增加了两条简单的步进顺控指令（STL，意为Step Ladder；RE
4、T，意为返回），同时辅之以大量状态元件，就可以使用状态转移图方式编程。 称为“状态”的软元件是构成状态转移图的基本元素。 使用状态转移图编程，要放弃梯形图编程的思想，要在程序中尽量少用或不用逻辑关系编程，而是使用流程的形式，将一个大的程序分解成一个个小的状态，再每个状态中完成目前的事件，当当前事件完成后，再转移到下一个状态，进入下一个要完成的事件当中。 2．状态转移元件S 符号： 状态元件自身也有常开、常闭触点，动作的原理与元件Y、M的触点动作原理相同。 3．状态转移元件的分类 （1）初始状态：S0～S9，符号用 表示； （2）回零状态：S10～
5、S19，符号用 表示； （3）通用状态：S20～S499，符号用 表示； （4）保持状态：S500～S899，符号用 表示； （5）报警状态：S900～S999，符号用 表示。 4．状态转移图的三要素 （1）第一要素：状态转移的条件； （2）第二要素：状态转移的方向； （3）第三要素：状态元件驱动的负载。 如图8-2所示，状态转移图的三要素。 图8-2 状态转移图的三要素 5．步进顺控指令 FX2N 系列 PLC的步进指令有两条：步进接点指令STL和步进返回指令RET。 （1）STL：步进接点
6、指令（梯形图符号为） STL指令的意义为激活某个状态。在梯形图上体现为从母线上引出的状态接点。STL指令有建立子母线的功能，以使该状态的所有操作均在子母线上进行。图8-2中的状态转移图，转化成步进接点指令在梯形图中的情况见图8-3所示。 图8-3 步进接点指令STL的符号及含义 (2) 步进返回指令（梯形图为） RET指令用于返回主母线。使步进顺控程序执行完毕时，非状态程序的操作在主母线上完成，防止出现逻辑错误。状态转移程序的结尾必须使用RET指令。 6．状态转移图编程注意事项 （1）在状态转移图中，尽量少用梯形图的编程方法； （2）在状态转移图中，元件
7、的线圈可以重复使用； （3）在状态转移图中，状态元件不能重复使用； （4）在状态转移图中，状态元件可以不按顺序使用； （5）在状态元件之后，不能紧跟着使用多重输出指令。 <二> 单流程状态转移图讲解 1．单流程状态转移图 所谓单流程，是指状态转移只可能有一种顺序，没有其他可能，所以叫单流程。当然，现实当中并非所有的顺序控制均为一种顺序。含多种路径的叫分支流程。本模块即为并联分支流程。 状态转移图的三要素有负载驱动、指定转移方向和指定转移条件。其中指定转移方向和指定转移条件是必不可少的，而驱动负载则视具体情况，也可能不进行实际的负载驱动。 2．实例讲解 使用状态转移图编制下面
8、程序：按启动按钮，灯L1、L2间隔0.5S交替闪烁5次停止。 （1）状态转移图编制 按要求使用状态转移图编制的程序如图8-4所示。图8-5为状态转移图转换成的步进顺控梯形图，用于学习状态转移图指令的编写。 图8-4 状态转移图 图8-5 步进顺控梯形图 图8-6状态转移图指令 （2）指令的编写 图8-3中状态转
9、移图与图8-4中步进顺控梯形图是等价的，其指令一样，从步进顺控梯形图指令的编写中，我们可以得出状态转移图指令的编写规律，其实际是按状态转移图的三要素在编写：先写转移的条件，再写转移的目标，最后再写状态元件驱动的负载，在指令的最后加一条返回指令RET。图8-4中状态转移图的指令如图8-6所示。 （3）编程练习 使用单流程状态转移图的设计方法设计下面程序： 当按下启动按钮后，三台电动机M1、M2、M3按先后顺序间隔5秒依次启动运行，当M3运行10秒后，M1、M2、M3再按相反的顺序间隔5秒依次停止运行，当M1停止5秒后，程序重新循环一遍停止。 程序要有停止按钮，三台电动机使用同一个输入信号
10、作过载保护。 <三> 选择性、并行性分支状态转移图讲解 存在多种工作顺序的状态流程图为分支、汇合流程图。分支流程可分为选择性分支和并行性分支两种。 1．选择性分支状态转移图的特点 从多个流程顺序中选择执行一个流程，称为选择性分支。图8-7就是一个选择性分支的状态转移图。 图8-7 选择性分支状态转移图 该状态转移图有三个流程，其中S20为分支状态，根据不同的条件（ X0，X10，X20），选择执行其中一个条件满足的流程。 X0为ON时执行第一个流程，X10为ON时执行第二个流程，X20为ON时执行第三个流程。X0，X10，X20不能同时
11、为ON。 S50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。 编程方法是先进行分支状态的驱动处理，再依顺序进行转移处理；进行汇合时，将每条分支的最后的状态进行汇合处理。 指令如图8-8所示。 图8-8 选择性分支指令 3．并行性分支、汇合的编程 多个流程分支可同时执行的分支流程称为并行性分支，如图8-9所示。 图8-9 并行性分支状态转移图 并行性分支的编程原则是先集中进行并行性分支的转移处理，然
12、后处理每条分支的内容，最后再集中进行汇合处理。 指令如图8-10所示 图8-10 并行性分支指令 <四> 选择性分支例题讲解 大小球的分拣控制系统设计 1．控制要求 在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，图8-11是用于分拣小球大球的机械装置。工作顺序是向系下，抓住球，向上，向右运行，向下，释放，向上和向左运行至左上点（原点）抓球和释放球的时间均为 1 秒。 图8-11 大、小球分类选择传送装置示意图 机械
13、装置动作顺序如下： 左上为原点，机械臂下降（当碰铁压着的是大球时，限位开 SQ 2 断开，而压着的是小球时 SQ 2 接通，以此判断是大球还是小球）。 左、右移分别由 Y4 、 Y3 控制，上升、下降分别由 Y2 、 Y0 控制，将球吸住由 Y1 控制。 2． I/O分配 输入／输出信号分配如表8-1所示。 表8-1 输入输出信号分配表 输 入（I） 输 出（O） 元件 功能 信号地址 元件 功能 信号地址 开关SQ1 左限位开关 X1 机械臂 下降 Y0 开关SQ2 下限位开关 X2 机械臂 上升 Y2 开关SQ3
14、 上限位开关 X3 机械臂 右移 Y3 开关SQ4 判断小球的限位开关 X4 机械臂 左移 Y4 开关SQ5 判断大球的限位开关 X5 机械臂 停留原点指示灯 Y5 开关PS0 程序运行开关 X0 电磁吸盘 吸住铁球 Y1 按钮SB1 将机械臂手动上移 X6 按钮SB2 将机械臂手动上移 X7 3．状态转移图如图8-12 图8-12 状态转移图 4．程序
15、讲解 状态转移图是按流程进行程序设计的，程序运行时完全按程序流程进行，如果机械臂不在原点位置，程序将不能往下执行，故状态转移图必须加手动回原点的程序。 根据工艺要求，该控制流程可根据 SQ2 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 SQ2 的通断，分别将球吸住、上升、右行到 SQ4 或 SQ5 处下降，此处应为汇合点。然后再释放、上升、左移到原点。 5．程序外部接线图如图8-13所示 图8-13 分拣系统硬件接线图 <五> 并行性分
16、支例题讲解 按钮人行道控制的系统设计 1．要求：按钮人行道控制按下表8-2进行控制。 表8-2 钮人行道控制要求 2．I/O分配 输入／输出信号分配如表8-3所示。 表8-3 输入输出信号分配表 输 入（I） 输 出（O） 元件 功能 信号地址 元件 功能 信号地址 按钮SB1 程序启动开关 X2 LD1 马路东西绿灯 Y0 按钮SB2 程序停止开关 X3 LD2 马路东西黄灯 Y1 按钮SB3 马路北边行人按钮 X0 LD3 马路东西红灯 Y2 按钮SB4 马路南边行人按钮 X1
17、LD4 人行道南北绿灯 Y3 LD5 人行道南北绿灯 Y4 LD6 人行道南北绿灯 Y5 3．状态转移图如图8-14所示 图8-14 状态转移图 4．程序讲解 对按钮人行道的控制，我们采用步进梯形指令并联分支、汇合编程的方法来实现人行横信号灯的功能。其状态转移图如图8-13所示。由图可知，我们把车道（东西方向）信号灯的控制作为左面的并联分支，人行道（南北方向）信号灯的控制作为并联分支的右面支路，并联分支的转移条件是人行道南北两只按钮是或的关系，灯亮的长短利用定时器控制，人行道绿灯闪是利用子循环加记数器实现。 5．程序外部接线图如图8-15所示 图8-15 按钮人行道系统硬件接线图
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