1、任务 3 自动门控制系统学习目标知识目标：掌握选择序列结构状态转移图（SFC ）的画法，并会通过状态转移图进行步进顺序控制的设计。 能力目标：能根据控制要求画出状态转移图，并能灵活地将以转换为中心的状态转移图转换成梯形图，实现自动门控制系统的程序设计。工作任务目前许多公共场所都采用了自动门，图 3 -3 -1 所示是一种玻璃自动平移门。这种平移门以前多是采用继电一接触器控制系统，其受环境的影响，故障频繁，加之元器件较多，线路复杂，不易维修。随着 PLC 的广泛应用，利用继电一接触器控制系统控制的自动门装置，逐渐被 PLC 控制系统所取代。本任务的主要内容是以图 3-3-1 所示的玻璃自动平移门
2、为例，运用 PLC 的顺序控制设计法中的选择序列结构的状态转移图编程法，完成对玻璃自动平移门的电广 e 控制，如图 3-3-2 所示。玻璃自动平移门的控制要求如下：（1 ）当有人靠近自动平移门时，红外传感器 SQ1（X000）接收到信号为 ON，Y000驱动电动机高速开门；当碰到开门减速开关 SQ2（X001）时，Y001 驱动电动机低速开门；当碰到开门极限开关 SQ3（X002）时，驱动电动机停止转动，完成开门控制。（2 ）在自动门打开后，若在 0.5 s 内红外传感器 SQ1（X000）检测到无人，Y002 驱动电动机高速关门；当碰到关门减速开关 SQ4（X003）时，Y003 驱动电动机
3、低速关门；当碰到开门极限开关 SQ5（X004）时，驱动电动机停止转动，完成关门控制。（3 ）在关门期间，若红外传感器 SQ1（X000）检测到有人，玻璃自动平移门会自动停止关门，并且会在 0.5 s 后自动转换成高速开门。任务准备实施本任务教学所使用的实训设备及工具材料见下表。任务分析通过对上述控制要求分析可知，本任务控制也是典型的步进顺序控制，在本课题任务2 中曾介绍了用单序列结构状态转移图编程法，进行步迸顺序控制程序的设计。该方法的特点是单序列结构形式没有分支，它由一系列按顺序排列、相继激活的步组成，每一步的后面只有一个转换，每一个转换后面只有一步。但在很多步进生产控制中，往往有两列或多
4、列的不仅顺空过程；而在状态转移图中便有两个或两个以上的状态转移支路。按照驱动条件的不同，多分支流程的步进顺控可分为选择性分支和并行性分支。本任务的目的就是通过学习，掌握通过选择序列结构状态转移图的编程方法转化成梯形图控制程序，完成自动门控制系统的编程设计。相关知识一、用步进指令实现的选择序列结构的编程方法 用步进指令实现的选择序列结构的编程方法主要有选择序列分支的编程方法和选择序列合并的编程方法两种。1.选择序列分支的编程方法 如图所示的步 S20 之后有一个选择序列分支，当步 S20 为活动步时，如果转换条件X002 满足，将转换到步 S21；如果转换条件 X003 满足，将转换到步 S22
5、；如果转换条件 X004 满足，将转换到步 S23。如果某一步的后面有条选择序列的分支，则该步的 STL 触点开始的电路中应有条分别指明各转换条件和转换目标的并联电路。对于图 3-3-3 中步 S20 之后的这 3 条支路有 3 个转换条件 X002、X003 和 X004，可能进入步 S21、步 S22 和步 S23，所以在步 S20 的 STL 触点开始的电路中，有 3 条由 X002、X003 和 X004 作为置位条件的并联电路。STL 触点具有与主控指令(MC) 相同的特点，即 LD 点移到了 STL 触点的右端，对于选择序列分支对应的电路设计是很方便的。用 STL 指令设计复杂系统
6、梯形图时更能体现其优越性。2.选择序列合并的编程方法 如下图所示的步 S24 之前有一个由 3 条支路组成的选择序列的合并，当步 S21 为活动步，转换条件 X001 得到满足；或者步 S22 为活动步，转换条件 X002 得到满足；或者步 S23 为活动步，转换条件 X003 得到满足时，都将使步 S24 变为活动步，同时将步S21、步 S22 和步 S23 变为不活动步。在梯形图中，由 S21. S22 和 S23 的 STL 触点驱动的电路中均有转换目标 S24，对它们的后续步 S24 的置位是用 SET 指令来实现的，对相应的前级步的复位是由系统程序自动完成的。其实在设计梯形图时，没有
7、必要特别留意选择序列的合并如何处理，只要正确确定每一步的转换条件和转换目标，就能自然地实现选择序列的合并。提示值得注意的事：在分支、合并的处理程序中，不能用 MPS、MRD、MPP、ANB、ORB指令。二、选择性序列结构状态转移图的特点 （1 ）选择性分支流程的各分支状态的转移由各自条件选择执行，不能进行两个或两个以上的分支状态同时转移。（2 ）选择性分支流程在分支时是先分支后条件。（3 ）选择性分支流程在汇合时是先条件后汇合。（4 ）FX 系列的分支电路，可允许最多 8 列，每列允许最多 250 个状态。任务实施一、分配输入点和输出点，写出 I/O 通道地址分配表根据本任务控制要求，可确定
8、PLC 需要 5 个输入点，4 个输出点，其 I/O 通道分配表见表 3-3-2。二、画出 PLC 接线图（I/O 接线图）自动门的 PLC 接线图，如图 3-3-5 所示。三、程序设计 通过对玻璃自动平移门的控制要求分析，可得出图 3-3-6 所示的控制时序图。从时序图上可以看到：自动门在关门时会有两种选择。关门期间无人要求进出时，自动门会继续完成关门动作，而如果关门期间又有人要求进出的话，自动门则会暂停关门动作，继续开门让人进出后再关门。1.根据控制要求画出玻璃自动平移门控制的状态转移图根据图 3-3-6 所示的时序图可设计出玻璃自动平移门控制的状态转移图，如图 3-3-7 所示。从图 3
9、-3-7 所示的玻璃自动平移门控制的状态转移图分析可知，其结构具有以下特点：(1)状态 S20 之前有一个选择序列合并，当 SO 为活动步并且转换条件 XOOO 满足，或者 S25 为活动步并且转换条件 T1 满足时，状态 S20 都应变为活动步。(2)状态 S23 后有一个选择序列分支，当它的后续步 S24、S25 变为活动步时，它应变为不活动步。同样，S24 之后也有一个选择序列的分支，当它的后续步 S20、S25 变为活动步时，它应变为不活动步。2.基本逻辑指令步进顺序控制程序的编写利用 PLC 基本逻辑指令按状态转移编写程序，具体的步进顺控程序的编写过程详见下述程序的输入内容。四、程序
10、输入及仿真运行 1.程序输入 （1 ）工程名的建立 启动 MELSOFT 系列 GX Developer 编程软件，创建新文件，并命名为 “自动门控制系统”，选择 PLC 类型为“FX2N”，在程序类型框内选择“SFC ”。然后，单击“确定”按钮进入“自动门控制系统”的 SFC 块画面。(2)初始化状态的建立运用本课题任务 2 中的方法完成初始化状态的建立。(3)状态转移图（SFC 块）的输入1)状态转移图（SFC 块）的命名。将状态转移图命名为“自动门控制系统”，具体方法参见本课题任务 202)状态转移图（SFC 块）的输入高、低速关门期间无人进出的完整状态转移图的输入。运用本课题任务 2
11、中介绍的状态转移图( SFC 块)的输入方法，先将如图 3-3-8 所示的高、低速关门期间无人进出自动门时的状态转移图输入，瓶画面如图 3-3-9 所示。高速关门期间有人进出的状态转移图的输入。因为在高速关门时，检测到有人进出时，自动门会立即停止关门，并会延时 0.5 s，然后重新高速开门。所以，此时运用选择性分支编程，即在高速关门状态 S23 后进行选择转移条件（有人 XOOO）的分支输入，当转移条件得到满足，就进入状态 S25 活动步。其输入方法及步骤如下：在图 3-3-9 所示的嗣面中，将光标移至第 14 行转移条件“4”的位置人后单击工具栏中的“F6”图标，弹出如图 3-3-10 所示
12、。SFC 符号输入对话框，单击如图 3-3-10 所示“SFC 符号输入”对话框里的-确定”按钮，然后再根据前面所介绍的状态转移图的编程方法，输入延时控制的状态 S25，如图 3-3-11 所示低速关门期间有人进出的状态转移图的输入。因为在低速关门时，检测到有人进出自动门会立即停止关门，并会延时 0.5 s，然后重新高速开门，所以，此时也是运用选择性分支编程，即在低速关门状态 S24 后进行选择转移条件（有人 X000）的分支输入。当转移条件得到满足，就进入状态 S25 活动步。其输入方法与上述方法类似，不同的是在输入转移条件时，光标移至第 17 行转移条件“5”的位置进行设置，如图3-3-1
13、2 所示。值得一提的是，当转移条件低速关门时有人要进出( x000)得到满足，此时会由 1 速关门状态 S24 进入延时 0.5s 的 S25 状态；在进行状态转移图编程时，由于在高速关门时有人出入，已设置了一个 S25 状态，此时不能重复使用该状态的编号。因此，在这里采用“跳(JUMP)一的编程方法，使其转移到 S25 状态。运用本课题任务 2 中学过的方法进行编程，编程后的画面与对应的状态转移图如图 3-3-13 所示。关门期间（无论是低速关门，还是高速关门）检测到有人进出时，都会停止关门，并延时 0.5 s，进入重新高速开门的状态转移图的输入方法是：将光标移动到图 3-3-13画面中的第
14、 3 列、第 17 行，输入转移条件“8”；然后跳到高速开门的状态 S20，就可得到完整的玻璃自动平移门的选择序列结构的状态转移图(SFC)，如图 3-3-14 所示。（4 ）状态转移图（SFC 块）各步及转移条件对应的梯形图的输入 根据图 3 -3 -7 所示的状态转移图，将自动门控制系统各状态步和转移条件流程图以及所对应的梯形图归纳见表 3 -3 -3。并通过本课题任务 2 中所学的梯形图的输入方法对应输入各状态步和转移条件的梯形图，梯形图输入完毕后再进行状态转移图（SFC 块）向梯形图的转换。（5 ）状态转移图向梯形图的转换 运用本课题任务 2 中介绍的方法，利用状态转移图转换成梯形图，
15、转换出完整梯形图，如图 3-3-15 所示。（6 ）由梯形图向指令表的转换单击快捷工具栏中的“梯形图/列表切换”“LD”图标，即可将梯形图转换为指令表，如图 3-3-16 所示。通过有梯形图向指令表的转换，可得到本任务 PLC 系统控制的完成整步进顺控指令表，见表 3-3-4。2.仿真运行仿真运行的方法可参照前面任务所述的方法，在此不再赘述。3.程序下载 （1）PLC 与计算机连接 仿真运行的方法可参照前面任务所述的方法，在此不再赘述。（2）程序写入（1 ）PLC 与计算机连接 使用专用通信电缆 RS-232/RS422 转换器将 PLC 的编程接口与计算机的 COM1 串口连接。（2 ）程序
16、写入 先接通系统电源，将 PLC 的 RUN/STOP 开关拨到 STOP 位置，然后通过 MEL-SOFT 系列的 GX Developer 软件中的“PLC“菜单的“ 在线”栏的“PLC 写入“，就可以把仿真成功的程序写入 PLC 中。五、线路安装与调试1.安装、接线 （1 ）检查元器件。配齐元器件，检查元器件的规格是否符合要求，并用万用表检测元器件是否完好。（2 ）固定元器件。固定好本任务所需的元器件。（3 ）配线安装。据配线原则和工艺要求，进行配线安装。（4 ）自检。照接线图检查接线是否无误，再使用万用表检测电路的阻值是否与设计相符。2.通电调试（1 ）经自检无误后，在指导教师的指导下
17、，方可通电调试。（2 ）先接通断路器 QF1 和 QF2，将 PLC 的 RUN/STOP 开关拨到“RUN”的位置，然后通过计算机上的 MELSOFT 系列 GX Developer 软件中的 “监控/ 测试”监视程序的运行情况，再按照下页表所列的操作步骤进行操作，观察系统运行情况并做好记录。如出现故障，应立即切断电源，分析原因、检查电路或梯形图，排除故障后，方可进行重新调试，直到系统功能调试成功为止。操作提示在进行自动门控制系统的梯形图程序设计、上机编程、模拟仿真及线路安装与调试的过程中，时常会遇到如下问题：问题：进行选择序列结构状态转移图( SFC)转换成梯形图设计时，对于初学者来普遍最
18、容易犯的错误是将选择分支线画成双实线，如图 3-3-17 所示。后果及原因：进行选择序列结构状态转移图(SFC)转换成梯形图的设计时，如果将选择分支线画成双实线，将变成并行性序列结构状态转移图，达不到选择性控制的目的。预防措施：进行选择序列结构状态转移图(SFC)转换成梯形图的设计时，应将选择分单实线，如图 3-3-18 所示。任务评测对任务实施的完成情况进行检查，并将结果填入人物测评表，参见表 3-2-9。知识拓展在步进顺控应用中，停止的处理比较复杂，可分为普通停止和紧急停止两种。1 普通停止普通停止是指约定在执行完当前运行周期后停止。图 3-3-19a 所示是两盏灯交替点亮控制的 SFC
19、图。控制系统使用一个开关 (XOOO)控制启停，当 XOOO 为 ON 时，系统运行；若 XOOO 为 OFF 时，系统则在执行完当前周期后停止输出，XOOO 在这里实现了普通停止。若系统使用一个启动按钮(XOOO)，使用一个停止按钮( X001)，对应的 SFC 图如图 3-3-19b 所示。在图 3-3-19b 中，PLC 通电时，初始状态 SO 处于激活状态；启动时，按下按钮，M100 为 ON，状态 S20 激活。当 TO 延时时间到，S21 激活，S20 变为非激活态；当 T1 延时时间到时，T1 常开触点ON，SO 激活， S21 变为非激活态。由于停止按钮没有按下，XO01 为
20、OFF，故 M100为 ON，其常开触点闭合，转换正常进行，系统处于运行状态。若某个时刻 XO01 变为ON，故 M100 为 OFF，则转换条件不能成立，系统不能正常转换，在执行完当前周期后停止，为普通停止。2紧急停止紧急停止是指约定立即结束当前系统的运行，所有状态复位。紧急停止一般使用保持型 输入元器件，加开关、带保持功能的按钮等，并且一般使用常闭触点。在图 3-3-19b 例子中添加了一个紧急停止按钮（带保持），接在输入 X002 上，使用常闭触点，其 SFC 图如图 3-3-20 所示。当 X002 为 OFF 时，除初始状态 SO 外，其他状态都复位，实现了紧急停止。巩固与提高一、填
21、空题（将正确的答案填在横线空白处）1有一些分支、汇合组合的状态转移图，它们连续地直接从汇合线移到下一个分支线而没有中间状态，不能直接编程，处理时可插入_，之后的状态转移图就可以进行编程了。2在分支、合并的处理程序中，不能用_、_、_、_、_ 指令。3在采用选择序列合并编程时，同一状态继电器的 STL 触点只能在梯形图中使用_次。串联的 STL 触点的个数不能超过 _次，也就是说，一个并行序列数不能超过_个。二、分析题1化简图 3-3-21 所示的 SFC，并将其转换成步进梯形图和指令表。2.用以转换为中心的 SFC 编程方法对如图 3-3-22 所示的状态转移图进行梯形图转换。三、技能题1题目
22、：用选择性序列结构编程方法设计带式运输机的控制，并进行安装与调试有一带式运输机装置主要由 3 台传送带运输机带 1、带 2 和带 3 组成，每台传送带运输机分别由各自的电动机 M1, M2 和 M3 所驱动，各台运输机之间有着密切的关系，其控制要求如下：(1)传送带运输机装置启动运行时，按下启动按钮后，首先启动运行带 3；经过 5s 的 延时，带 2 自动启动运行；再经 Ss 的延时，带 1 自动启动运行。(2)传送带运输机装置停止时的过程与启动相反。按下停止按钮后，先停止带 1，延时5s 后带 2 自动停止，再过 Ss 后带 3 自动停止。(3)当传送带运输机装置中的任意一台传送带运输机发生故障时，该台传送带运输机前面的输送带运输机会立即停止工作，而该台传送带运输机后面的传送带运输机必须依
