第七章步进梯形指令及其编程

指令

内容提要：本章阐述了状态编程思想、步进梯形指令及其应用。 课程重点：步进梯形指令及其应用。

课程难点：步进指令的执行过程和有关主意事项。

教学目标：重点掌握步进梯形指令定义及功能；了解状态编程思想；能用步进梯形指令结合状态编程思想设计相对复杂的控制系统程序。

步进指令常用于时间和位移等顺序控制的操作过程。FX系列可编程控制器的步进指令编程元件是状态继电器S0~S899共900点, 步进指令均由后备电池提供支持。使用步进指令时,先设计状态转移图, 状态转移图中的每个状态表示顺序工作的一个操作，再将状态转移图翻译成步进梯形图。状态转移图和步进梯形图可以直观地表示顺序操作的流程,而且可以减少指令程序的条数和容易被人们所理解。

第一节 状态编程思想

前面章节中所介绍的PLC基本指令，各种型号的PLC大体上都具备，指令符号虽有所不同，但功能大同小异。应用上述指令，设计一般控制要求的梯形图程序非常方便，但对复杂控制系统来说，系统输入输出点数较多，工艺复杂、相互连锁关系也复杂，设计人员在设计中需根据工艺要求，周密地考虑各执行机构的动作及相互关系，保证必要的连锁保护、自锁及一些特殊控制要求。因为需要考虑的因素很多，设计较为困难。在设计过程中，往往要经过多次反复的修改和试验，才能使设计符合要求。如何简化设计步骤，并使程序容易理解又便于维护呢？

在分析生产工艺过程对控制的要求后，我们发现不少生产过程都可以划分为若干个工序，每个工序对应一定的机构动作。在满足某些条件后，它又从一个工序转为另一个工序，通常这种控制被称为顺序控制。对于顺序控制的梯形图，许多PLC都设置了专门用于顺序控制或称为步进控制的指令。如三菱公司FX2N系列PLC中的 STL指令和

RET(Return)指令。

顺序控制是按顺序一步一步来进行控制的，进入下一步决定于转换条件是否满足。转换条件可以是时间条件，也可以是被控过程中的反馈信号，实际生产中往往是两者的紧密结合。顺序控制与逻辑控制不同，逻辑控制主要是描述输入输出信号间的静态关系，而顺序控制则主要是描述输入输出信号间的时间关系。所以顺序控制的基本结构可以用状态转移图来描述。

状态转移图又叫状态流程图或顺序功能图,简称功能图,它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言,是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形, 是分析、设计PLC顺序控制程序的一种有力工具，具有简单、直观等特点。

在中小型可编程控制器程序设计时，采用状态转移图法，首先要根据控制系统的工艺流程设计状态转移图，再将状态转移图人工转化为梯形图程序。大型或部分中型可编程控制器，有的可直接采用状态转移图进行编程。

状态编程思想是PLC程序设计的一种很重要的很有效的编程方法。

一、利用状态编程思想来进行PLC程序设计的步骤

首先要根据系统的工作过程来设计状态转移图，即将控制过程分解成若干个连续的阶段，这些阶被称为“状态”或“步”。每一状态都要完成一定的操作。状态与状态（步与步）之间由转换条件来分隔。当相邻两步之间的转换条件得到满足时，转换得以实现，即上一步的活动结束而下一步的活动开始，因此不会出现步活动的相互重叠情况。

然后将状态转移图转换成梯形图。其PLC程序设计的一般步骤是:

1.按照机械工艺提供的电气执行元件功能表，用不同的PLC输入输出点编号进行定义，并设计系统的PLC接线图。

2.根据机械运动或工艺过程的工作内容、步骤、顺序和控制要求,对控制过程进行分解,并按顺序排列各个工序,对应每个工序分配一个不同的状态继电器，不同的状态继电器对应不同的PLC输出继电器或其它编程元件。

3.用不同的PLC输入继电器或其他编程元件来定义状态转换条件。当某转换条件的实现内容不止一个时，每个内容均要定义一个PLC元件编号，并以逻辑组合形式表现出来。

4．画出状态转移图。 5．进行PLC梯形图程序设计。

二、状态编程实例

为说明状态编程思想，我们来看一个实例：某自动台车在启动前位于导轨的中部，按下启动按钮后,台车在电机M的带动下，在导轨上来回移动。图7-1是台车的示意图。

图7-1 台车运动示意图

自动台车在一个工作周期里的控制工艺要求如下： 1．按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进。 2．碰到限位开关SQ1后，电机反转，台车后退。

3．台车后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停止5秒钟。 4．第二次前进碰到限位开关SQ3后，再次后退。

5．当后退到限位开关SQ2时，台车停止。从而，工作周期结束。

下面以台车往返控制为例，说明运用状态编程思想设计状态转移图的方法和步骤。 1．PLC接线图的设计

为设计本控制系统的梯形图，先进行PLC的I/O分配。台车由电机M驱动，正转（前进）由PLC的输出点Y1控制，反转（后退）由Y2控制；选用定时器T0进行5秒钟的延时；将起动按钮SB及限位开关SQ1、SQ2、SQ3分别与PLC的输入点X0、X1、X2、X3相连。其PLC的接线示意图7-2如下：

图7-2 台车运动控制PLC接线图

2．台车运动过程分解

将整个过程按任务要求分解，其中的每个工序均对应一个状态，每个状态元件的功能和作用如下:

初始状态:S0 PLC上电作好工作准备 前进:S20 （输出Y1，驱动电动机M正转） 后退:S21（输出Y2,驱动电动机M反转）

延时5秒:S22（定时器T0,设定为5秒，延时到T0线圈接通） 再前进:S23同S20 再后退:S24同S21

这里注意：虽然S20与S23,S21与S24功能相同，但它们是状态转移图中的不同工序，也就是不同的状态，故编号也不同。

3．列出每个状态的转移条件

状态转移图就是状态和状态转移条件及转移方向构成的流程图，弄清转移条件是非常有必要的,所谓转移条件就是将下个状态“激活”的条件。经分析可知，本控制系统中，各状态的转移条件如下：

S20 的转移条件:SB S21的转移条件:SQ1 S22的转移条件:SQ1 S23的转移条件:T0 S24的转移条件:SQ3

状态的转移条件可以是单一的，也可以是多个元件的串、并联组合。 4．经过以上三步，可以得到台车往返控制的顺序状态转移图7-3。

图7-3台车运动状态转移图

5．台车往返运动梯形图设计

根据上面的状态转移图，可以很方便的设计出梯形图，如图7-4所示。

图7-4台车运动控制梯形图

从梯形图中可看出，在台车的顺序控制过程中，每个状态在驱动负载的同时，还需对前面的状态进行复位，并置位新状态。为了简化这些操作，许多型号的PLC都有专门用于顺序控制的指令，如日本三菱公司中用于顺序控制的步进梯形指令。

第二节 步进梯形指令

FX2N系列PLC除了基本指令以外,还有两条简单的步进指令,同时还有大量的状态继电器,这样就可以用类似于SFC语言的状态转移图方式编程。用步进指令设计PLC程序，通常是利用状态转移图，而且设计的程序与状态转移图有严格而明确的对应关系。设计时，首先要按工艺及控制要求画出系统的状态转移图，用状态寄存器对各状态命名，标出与各状态对应的执行元件的PLC输出编号和各转换条件的PLC输入编号。然后利用步进指令编程。

许多型号的PLC都有专门用于顺序控制的指令，日本三菱公司中用于顺序控制的指令有两条：步进梯形指令(Step Ladder Instruction)简称STL指令,以及使步进指令复位的RET(Return)指令。

步进指令只能与状态继电器配合使用，三菱公司FX2N系列PLC的状态继电器元件有900点（S0~S899）。状态继电器S可以象普通辅助继电器一样，使用OUT、SET、RST等输出指令和LD、AND、OR等触点连接指令，在这种情况下，它的功能与有断电保持功能

的辅助继电器M完全相同。但当状态继电器S与STL指令一起使用时，其功能就不一样了。

STL指令只可对状态继电器S的触点使用，因此，STL指令又称为步进触点指令，用表示。RET为步进返回指令，用于步进触点返回左侧母线。STL和RET指令通常要配合使用。

一、步进梯形指令的功能

STL指令与RET(Return)指令具有如下功能：

1．主控功能 STL指令是用来将状态继电器S的触点与母线相连并提供主控功能。主控功能是指当使用STL指令时，与STL触点相连的起始触点要使用LD(LDI)指令。使用STL指令后，LD(LDI)触点均移至STL触点的右侧，直至出现RET指令为止。步进复位指令RET使LD触点返回左母线；另外，当再次出现STL指令时，以STL触点开始的回路块也同样与原母线相连。

2.自动复位功能 指状态转移后原状态会自动复位的功能。当使用STL指令时，新的状态继电器S被置位，前一个状态继电器S将自动复位。如图7-5中，当S020被置位后，S020的STL触点接通，其控制的负载Y000被驱动;当X000触点接通后，下一步的S021将被置位，当X010触点接通后，负载Y002被驱动，同时PLC将S020自动复位，Y000也断开。而图7-6中，当X000触点接通后，S021被置位，其STL触点接通，但状态继电器S020没有复位，此时，S020和S021的STL触点都接通。也就是说，只有在STL回路中，自动复位功能才有效。

图7-5状态转移图 7-6状态转移图

3.负载驱动功能 当STL触点接通后，与这个触点相连的回路块才可执行。STL触点可直接驱动负载（如对Y000），也可通过其它触点驱动负载（如对Y002），如图7-5所示，当STL触点断开后，与这个触点相连的回路块将不执行。

4.步进复位功能 如上所述，因为使用STL指令时，LD(LDI)触点被右移，所以在需要把LD(LDI)触点返回到母线上时，要有RET指令。值得注意的是，STL指令与RET指令并不需要成对使用，但在系列STL电路结束时，一定要写入RET指令，否则程序将

进行出错处理。

二、步进指令的执行过程和有关规定

步进指令的执行过程如图7-7所示，图7-7a、图7-7b、图7-7c分别是相对应的状态转移图、步进梯形图及其指令表程序。

当步S020为活动步时，S020的STL触点控制的负载Y000接通，当转换条件X000成立时，下一步的S021将被置位，负载Y002接通，同时PLC自动将S020断开（复位），Y000也断开。

a) b) c)

图7-7步进指令用法

a) 状态转移图 b)步进梯形图c)指令表程序

从状态转移图和步进梯形图中可看出,每一状态提供三个功能:驱动负载、指定转换条件、激活目标即置位新状态（同时前面的状态自动复位）。

在状态转移图中，系统的初始状态应放在最前面，在可编程控制器开始执行用户程序时，一般用只接通一个扫描周期的初始化脉冲M8002将初始状态激活，为下一步活动状态的转移动作作准备。当需要从某一步返回初始步时，应对初始状态使用OUT指令或SET指令。另外，状态转移图与步进梯形图在使用时，还要注意以下几点规定：

步进触点（STL触点）只有常开接点,没有常闭接点, 只用于状态继电器S的常开触点与左侧母线连接，并且同一状态继电器的STL触点只能使用一次（并行序列的合并除外）。与步进触点连接的其它触点使用LD或LDI指令，即相当于STL指令将母线移到了步进触点右边（构成临时母线），直到出现下下一个STL指令或出现RET指令，才使母线复位。凡是以步进触点为主体的程序，最后必须用RET指令返回母线。

步进触点可直接或通过其他触点去驱动Y、M、S、T等编程元件的线圈，而步进触点本身只能用STL和RET指令去驱动。

STL指令与MC/MCR指令类似。使用STL指令相当于将母线移到触点之后，在步进触点（STL触点）后，应使用LD或LDI指令。因此STL指令后不能使用MC/MCR指令。在STL指令中可使用CJP/EJP指令，但因其操作复杂，建议一般不要使用。在中断和子程序中不能使用STL指令。

使用STL指令允许双线圈输出。因为可编程控制器CPU只执行活动步对应的电路块，所以使用STL指令时允许双线圈输出，即不同的步进触点可以分别驱动同一编程元件的线圈。但在状态的步进转移过程中，相邻两步的激活状态的转移在同一个扫描周期里时，为避免不能同时接通的两个外部负载同时接通（如电动机正反转的两个接触器），应在可编程控制器外部设置硬件联锁保护。

只要不是相邻的两步，同一个定时器可在这些不同步中使用，可节省定时器。如果不使用STL指令（或STL触点）时，状态S可作为普通辅助继电器M使用，这时其功能与M相同。使状态S复位。状态S均具有断电保护功能。断电后再次来电，动作从断电时状态开始。但在某些情况下需从初始状态开始，则需要复位所有的状态，此时应使用应用功能指令实现状态复位操作。

三、状态转移图与步进指令梯形图的转换

采用步进指令进行程序设计时，首先要设计系统的状态转移图，然后将状态转移图转换成步进梯形图，写出相应的指令表程序。

图7-8a是小车的运动示意图，从图中可看出，小车在一个周期里的运动可分为四个阶段。小车由电动机带动，当接触器KM0接通时，电动机正转，小车前进；当接触器KM1接通时，电动机反转，小车后退。图7-8b是小车运动的外部控制接线图，在外部接线图中，为防止短路，对控制正反转的接触器分别采用了电气互锁设计。图7-8c、图7-8d分别是小车运动状态转移图和步进梯形图。

图7-8 小车运动控制系统设计

a)小车运动示意图b)接线图c) 状态转移图d)步进梯形图

由图7-8a知,小车的初始状态位于左端，小车的运动由四个阶段顺序构成，分别对应状态转移图中的S21~S24四步，S000是初始步。当PLC主机上电时，特殊继电器M8002接通，系统处于初始步，S000被激活；按下起动按钮X011，转移条件满足，系统由初始步转移到状态S021，S021的步进触点接通后，Y001的线圈通电，小车右行前进；前进

到最右端，限位开关X012接通，转移条件满足，使S022被激活，Y002的线圈通电，小车左行返回；当返回到最左端时，限位开关X014接通，转移条件满足，使S023被激活，Y001的线圈通电，小车右行前进；前进到路线中间时，限位开关X013接通，转移条件满足，使S024被激活，Y002的线圈通电，小车左行返回；返回到最左端，限位开关X014接通，转移条件满足，状态S000被激活，系统返回到原始状态，小车停止运行。图7-8所示的步进梯形图对应的指令表程序如下所示：

0 1 2 3 4 5 6

LD M8002 SET S000 STL S000 LD X011 SET S021 STL S021 LDI Y002

7 8 9

OUT Y001 LD X012 SET S022

14 15 16 17 18 19 20

SET S023 STL S023 LDI Y002 OUT Y001 LD X013 SET S024 STL S024

21 LDI Y001 22 OUT Y002 23 LD X014 24 SET S000 25 RET

10 STL S022 11 LDI Y001 12 OUT Y002 13 LD X014

第三节 步进梯形指令应用实例

一、闪烁循环灯的程序编制(一)

要求按下起动按钮,按以下顺序闪烁,红灯-黄灯-绿灯-黄灯,间隔2钞钟,其接线图如图7-9a所示:Y0接通,红灯亮,Y1接通,黄灯亮,Y2接通,绿灯亮。

其状态功能图如图7-9b所示, M8002为特殊辅助继电器,当PLC刚上电时,接通一个扫描周期,激活初始状态S0；按下启动按钮X0,状态转移到S21,Y0接通, 红灯亮；2钞钟后,定时器T0的常开触点接通, 状态S21自动复位,Y0断开, 红灯灭,状态转移到S22,Y1接通,黄灯亮；2钞钟后,定时器T1的常开触点接通, 状态S22自动复位,Y1断开, 黄灯灭,状态转移到S23,Y2接通,绿灯亮；2钞钟后,定时器T2的常开触点接通, 状态S23自动复位,Y1断开, 绿灯灭,状态转移到S24,Y1接通,黄灯亮； 2钞钟后,定时器T3的常开触点接通, 状态S24自动复位,Y1断开, 黄灯灭,回到初始状态S0,重新等待启动命令X0。其步进梯形图如图7-9c所示。

图7-9闪烁循环灯的程序编制(一) a)接线图b) 状态转移图c)步进梯形图

二、闪烁循环灯的程序编制（二）

要求按下起动按钮,按以下顺序闪烁,红灯-红灯黄灯-黄灯-黄灯绿灯-绿灯-绿灯红灯-红灯,间隔2钞钟,其接线图如7-10a所示: Y0接通,红灯亮,Y1接通,黄灯亮,Y2接通,绿灯亮。

其状态转移图如图7-10b所示, 与闪烁循环灯的程序编制（一）不同的是,这里用到了置位(SET)和复位(RST)指令，置位指令产生的动作是存储型动作，只要不对其进行复位操作，则动作一直保持。

首先，M8002激活初始状态S0，系统处于等待状态；按下启动按钮X0,状态转移到S21,Y0线圈接通并保持, 红灯亮，同时，定时器T0线圈接通；2钞钟后,T0的常开触点接通, 状态S21自动复位, 状态转移到S22, 定时器T1线圈接通，同时Y1线圈接通并保持, 红灯和黄灯一起亮；2钞钟后,T1的常开触点接通, 状态S22自动复位, 状态转移到S23, 定时器T2线圈接通，同时Y0线圈复位, 红灯灭，仅黄灯亮；2钞钟后,T2的常开触点接通, 状态S23自动复位, 状态转移到S24, 定时器T3线圈接通，同时Y2线圈接通并保持, 绿灯和黄灯一起亮；2钞钟后,T3的常开触点接通, 状态S24自动复位, 状态转移到S25, 定时器T4线圈接通，同时Y1线圈复位, 黄灯灭，仅绿灯亮；2钞钟后,T4的常开触点接通, 状态S25自动复位, 状态转移到S26, 定时器T5线圈接通，同时Y0线圈接通并保持, 绿灯和红灯一起亮；2钞钟后,T5的常开触点接通, 状态S26自动复位, 状态转移到S27, 定时器T6线圈接通，同时Y2线圈复位, 绿灯灭，仅红灯亮；2钞钟后,T6的常开触点接通, 状态S27自动复位, 状态回到S22……。如此，周而复始，不断循环。

图7-10闪烁循环灯的程序编制(二) a)接线图b) 状态转移图c)步进梯形图

三、生产流水线送料小车自动循环系统的程序编制

送料小车由电动机带动在流水线上作往返循环运动,工作示意图如图7-11所示,小车停在材料库,装好材料后,按下启动按钮,小车装满材料向加工中心前进,在加工中心停留2秒钟,把材料缷下来,并把加工中心加工好的零件装在小车上,再送往成品库,停留2秒钟,把零件缷下来后再返回到材料库,停留2钞钟,装好材料,再准备下一次循环。

小车前进由接触器KM0控制(Y0接通),后退由接触器KM1控制(Y1接通),为防止电动机短路,KM0与KM1互锁,X0为启动按钮,X1~X3为限位开关,小车流水线的PLC接线图如图7-12所示。

图7-11送料小车运动示意图 图7-12送料小车PLC接线图

状态转移图如图7-13所示,M8002为特殊辅助继电器,当PLC刚上电时,接通一个扫描周期,激活初始状态S0,按下启动按钮X0,状态转移到S21,Y0接通,驱动电机正转,小车前往加工中心,限位开关X3动作,激活状态S22,小车停止运行2秒钟(缷下材料,装好加工好后的零件)后,状态S23被激活,Y0接通,小车继续前往成品库, 限位开关X2动作,激活状态S24,小车停止运行2秒钟(缷下加工好的零件)后,状态S25被激活,Y1接通,小车开始返回到材料库, 限位开关X1动作,激活状态S26, 停止运行2秒钟(装好待加工的材料)后,回到状态S21,接着进行下一个循环。其步进梯形图如图7-14所示。

图7-13送料小车运动状态转移图 图7-14送料小车步进梯形图

四、机械手控制系统的程序编制

1．机械手工作情况与控制要求

图7-15是坐标式机械手工作示意图，目的是按一定的工作顺序将将工件从位置A搬到位置B。其工作顺序是:机械手从原位下降到位,从A处夹紧工件上升到位后,右移到位后,机械手下降,下降到位后,将物体放在位置B,然后上升到位,左移到位停在原点,一次循环结束。

整个系统由液压驱动,上升、下降、左移、右移由双向电磁阀控制(Y0接通-上升,Y1接通-下降,Y3接通-左移,Y4接通-右移),夹紧用单向电磁阀控制(Y2接通-夹紧,Y2断电-松开), 左右上下限位开关分别为X1、X2、X3、X4。图7-16为可编程控制器外部接线图。

图7-15坐标式机械手工作示意图

图7-16坐标式机械手可编程控制器外部接线图

手动工作操作方式包括机械手上升、下降、左移、右移、夹紧，均为点动方式，用相应的手动按钮控制。按下手动按钮X7，系统处于点动工作状态，此时自动工作方式失效，可分别完成机械手的上升、下降、左移、右移、夹紧等动作。

自动工作方式包括连续工作和单周期工作。在自动工作方式下，系统应处于原点状态，即机械手的上限位和左限位开关均处于接通状态。如不满足这一条件，首先应采用手动工作方式将机械手送回原位状态。

1）单周期工作

机械手处于原位，按下自动按钮X6，机械手起动，工作一个周期，最后停在原位。 2）连续工作

机械手处于原点，按下连续/单周期旋钮X5，再按下自动按钮X6，机械手连续循环工作。在工作过程中，按下停止按钮X16，机械手完成当前工作周期后，机械手自动返回原点并停止工作。

2．机械手控制系统的程序设计

坐标式机械手的控制系统主要有手动和自动工作方式，手动程序较简单，一般可用经验法设计，而复杂的自动程序，可根据控制系统的状态转移图，用顺序控制法设计。

手动自动及停止工作方式选择程序如图7-17所示。

图7-17坐标式机械手工作方式选择程序

程序说明:按下手动按钮X7,辅助继电器M7接通并自锁,系统处于手动工作方式,可完成相应的点动动作。X6为自动按钮,手动与自动处于互锁状态。停止按钮X16仅在自动方式下起作用。

1）手动程序

图7-18坐标式机械手手动工作程序

辅助继电器M7接通后,系统处于手动工作方式,可完成机械手的上升、下降、左移、右移等点动动作,这些点动动作在手动方式时是单一的,每次只能完成一个,夹紧和松开用旋钮X15控制,可与其它点动动作一起使用。

2）自动程序

机械手自动控制状态转移图如图7-19所示, 它的步进梯形图如图7-20所示, 当PLC通电后,M8002接通一个周期,S0被激活, 当左限位X1和上限位X3接通时,机械手处于原点,按下自动按钮X6,M6接通,系统按照设计的步骤开始进行单循环动作, 然后返回到原位状态S0。

当连续/单周期按钮按下后,机械手则开始连续循环动作,在动作过程中,如果按下停止按钮X16,则辅助断电器M16接通, 在完成当前周期工作后,返回到原位状态 S0,机械

手控制系统停止工作。下面是单循环程序的动作过程:

PLC通电后,M8002接通，使初始状态S0被激活, 当左限位X1和上限位X3接通时,机械手处于原位,按下自动按钮X6,M6接通,M6X1X3的逻辑值为1,状态S21被激活,电磁阀Y1接通,机械手开始下降；当下降到位后,X4接通,状态S22被激活,电磁阀Y2被置位为1,夹紧动作开始；经过2秒钟后,夹紧动作完成,状态S23被激活,电磁阀Y0接通,机械手夹紧工件开始上升；上升到位后,X3接通,状态S24被激活,电磁阀Y4接通,机械手开始右移；右移到位后,X2接通,状态S25被激活,电磁阀Y1接通,机械手开始下降；下降到位后,X4接通,状态S26被激活,电磁阀Y2被复位,机械手开始松开工件；2秒钟后,工件完全被松开,状态S27被激活,电磁阀Y0接通,机械手开始上升；上升到位后,X3接通,状态S28被激活,电磁阀Y3接通,机械手开始左移；左移到位后,X1X5的逻辑值为1,机械手返回到初始状态S0,一个单循环的动作结束,停止工作等待下一次起动命令。

当选择连续工作方式时,按钮X5被接通, X1X5的逻辑值为0，X1X5的逻辑值为1,使系统返回到状态S21,开始连续循环动作。

图7-19机械手自动控制状态转移图

图7-20机械手自动控制步进梯形图

五、剪板机控制系统

1.剪板机的工作情况

图7-21是自动剪板机的工作示意图。初始状态时,压钳和剪刀在上限位置,限位开关X1和X3接通,按下启动按钮X0,首先板料右行(Y0接通)；右行到位后，限位开关X5动作,然后压钳下行(Y1接通并保持)；下行到位后，压钳下限位开关X2动作,压钳保持压紧,剪刀开始下行(Y2接通)；下行到位后，剪刀下限位X4接通,说明板料被剪断,压钳和剪刀同时上行(Y1和Y2断开,Y3和Y4接通),当碰到限位开关X1和X3后,分别停止上行,又开始下一周期的工作,当剪完10块板料后,剪板机停止工作并返回到初始状态,等待下一次启动。

该剪板机的送料由接触器KM控制的电动机驱动(由可编程器Y0接点控制)，压钳的下行和上行复位由液压电磁阀YV1和YV3控制(分别由可编程控制器Y1接点和Y3接点控制),剪刀的下行和上行由液压电磁阀YV2和YV4控制(分别由可编程控制器Y2接点和Y4接点控制),X1~X5分别为限位开关, X0为启动按钮。其可编程控制器的接线图如图7-22所示。

图7-21自动剪板机工作示意图 图7-22自动剪板机外部接线图

2.自动剪板机的程序设计

根据自动剪板机的工作顺序设计出自动剪板机的状态转移图如图7-23所示, 图7-24是自动剪板机对应的步进梯形图。状态继电器S0为初始状态,由特殊继电器M8002来激活,并对计数器C0进行复位,按下启动按钮X0,自动剪板机开始按下列顺序开始动作,板料右行-压钳下行-剪刀下行-压钳和剪 刀上行-计数器C0开始计数,每剪完一块料,计数器C0的当前值加一,没有剪到10块板料时,C0的当前值小于10,C0的常闭触点闭合,转移条件C0满足,由步S25返回到步S21继续剪板动作,当剪完10块料后,C0的当前值等于设定值10,其常闭触点闭合,转移条件C0满足(C0=1),由步S25返回到S0初始状态,等待下次起动的命令。这里的C0和C0相当于条件分支的分支开始处的选择转移条件,决定是否循环。

图7-23自动剪板机状态转移图

图7-24自动剪板机步进梯形图

小结：

顺序控制是按顺序一步一步来进行控制的，进入下一步决定于转换条件是否满足。转换条件可以是时间条件，也可以是被控过程中的反馈信号，实际生产中往往是两者的紧密结合。顺序控制与逻辑控制不同，逻辑控制主要是描述输入输出信号间的静态关系，而顺序控制则主要是描述输入输出信号间的时间关系。所以顺序控制的基本结构可以用状态转移图来描述。

状态转移图又叫状态流程图或顺序功能图,简称功能图,它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言,是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形, 是分析、设计PLC顺序控制程序的一种有力工具，具有简单、直观等特点。状态编程思想是PLC程序设计的一种很重要的很有效的编程方法。

日本三菱公司中用于顺序控制的指令有两条：步进梯形指令(Step Ladder Instruction)简称STL指令,以及使步进指令复位的RET(Return)指令。STL指令只可对状态继电器S的触点使用，因此，STL指令又称为步进触点指令。RET为步进返回指令，用于步进触点返回左侧母线。

STL指令与RET(Return)指令具有如下功能：1．主控功能，2.自动复位功能，3.负载驱动功能，4.步进复位功能。

习题

7-1简述状态转移图中步划分的原则。

7-2试设计出图7-25所示状态转移图的梯形图程序。 7-3试设计出图7-26所示状态转移图的梯形图程序。

图7-25 图7-26

7-4冲床运动示意图如图7-27所示，在初始状态时，机械手在最左边，X4为ON；冲头在最上面，X3接通；机械手松开（Y0断开）。按下起动按钮X0，Y0接通，工件被夹紧并保持，夹紧时间为1钞钟，1钞后Y1接通，机械手右行，直到碰到X1，以后将实现完成以下动作：冲头下行-冲头上行-机械手左行-机械手松开，延时1钞后，系统返回初始状态，各限位开关的动作是各步之间的转移条件。试画出控制系统的状态转移图和步进梯形图。

图7-27