步进顺控指令应用(12.10.22)

课题三步进顺控指令应用在教材的课题二中主要介绍了用经验设计法设计PLC程序，对于简单的程序设计，经验设计法比较奏效，可以收到快速、简单的效果。

但是，这种方法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，往往需经多次反复修改和完善才能符合设计要求，所以设计的结果往往不很规范，因人而异。

因此，经验设计法一般适合于设计一些简单的梯形图程序或复杂系统的某一局部程序（如手动程序等）。

如果用来设计复杂系统梯形图，则存在以下问题：（1）考虑不周、设计麻烦、设计周期长；（2）梯形图的可读性差、系统维护困难。

目前，在设计复杂系统梯形图时比较常用的一种方法是顺序控制设计法。

因为在工业控制领域中，顺序控制系统的应用很广，尤其在机械行业，几乎无例外地利用顺序控制来实现加工的自动循环。

顺序控制设计法就是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。

这种设计方法很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。

PLC的设计者们还为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。

本课题就是通过5个典型的工作任务分别采用PLC程序的顺序控制设计法中的步进逻辑公式设计法、单序列结构编程法、选择序列结构编程法和并行序列结构编程法进行步进顺控设计的介绍。

学时分配表任务1 送料小车自动往返循环控制一、教学目标分析1．教学重点分析由于本任务控制是典型小车（或工作台）多地自动往返控制，在进行这种控制类型的步进顺序控制时，使用最简单和最有效的编程设计方法就是步进逻辑公式法，该设计方法的最大优点是只要将小车（或工作台）多地自动往返的控制，按照控制要求首先分出程序步，然后根据步进逻辑公式，列出每个程序步的逻辑代数表达式，再利用简单的基本指令，采用“启-保-停”电路就可将每个程序步的逻辑代数表达式转换成梯形图，完成控制程序的设计。

由此可看出该设计方法的关键是根据步进逻辑公式，列出每个程序步的逻辑代数表达式，因此，该任务的教学重点是步进逻辑公式的含义及应用的介绍。

2．教学难点分析运用步进逻辑公式设计法的难点是必须很清楚地知道每个程序步的开始条件和程序步之间的转换条件，即每个程序步之间的相互联系，因此，该任务教学的难点是程序步的划分和每个程序步之间转换条件的确立。

二、教学资源条件本工作任务教学所使用的实训设备及工具材料可参考教材表3-1-1。

为了体现新知识、新工艺、新材料、新设备，有条件的学校也可将本任务中所用的行程开关SQ1、SQ2和SQ3，即教材表3-1-1中的3个LX19-121型（单轮、滚轮装在传动杆外侧，能自动复位）行程开关，更换成教材知识拓展环节中所介绍的传感器。

三、教学参考流程本工作任务的教学参考流程如图3-1-1所示。

图3-1-1 本工作任务的教学参考流程四、教学建议1．编程的基本知识在介绍三菱PLC的编程基本知识时，建议采用送料小车三地自动往返循环控制的多媒体课件创设情景，先介绍顺序控制及顺序控制设计法的定义，然后重点介绍步进逻辑公式表达式及含义，最后介绍如何将每个程序步的逻辑代数表达式，利用简单的基本指令，采用“启-保-停”电路转换成梯形图的编程方法。

（1）顺序控制设计法在讲述顺序控制设计法之前，要让学生知道前面工作任务所介绍的经验设计法，实际上是用输入信号X直接控制输出信号Y，如果无法直接控制或为了解决联锁和互锁功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点。

由于各系统输出量Y与输入量X之间的关系和对联锁、互锁的要求千变万化，所以有时候设计起来难以得心应手。

然后对本工作任务的控制要求进行分析，指出本工作任务的工作过程是按一定顺序进行控制的过程，最后引出顺序控制的定义及其设计方法——顺序控制设计法。

（2）顺序功能图的组成要素顺序控制设计法的关键就是必须首先根据系统的工艺（或控制）过程，画出顺序功能图，然后再根据顺序功能图画出梯形图。

因此，教学中要重点讲述顺序功能图的组成及画法。

教学中建议采用顺序控制的多媒体课件创设情景，以本工作任务为例详细讲授顺序功能图的组成要素，以及顺序功能图中步的划分，转换条件的设置和每一步的动作及转换等知识和技巧。

（3）单序列结构形式的顺序功能图教学中只需简单地让学生知道，根据步与步之间转换的不同情况，顺序功能图有三种不同的基本结构形式：单序列结构、选择序列结构和并行序列结构。

而单序列结构的顺序功能图将在“任务 2 液体混合控制系统”中重点讲述，选择序列结构和并行序列结构将分别在“任务3自动门控制系统”和“任务4十字路口交通灯控制”进行重点讲述。

（4）用“启-保-停”电路实现的单序列结构的编程方法在介绍顺序功能图的编程方法时，建议采用顺序控制的多媒体课件创设情景，先介绍目前常用的顺序功能图的编程方法有三种：即采用基本指令使用“启-保-停”电路的编程方法、使用STL指令的编程方法、以转换为中心的编程方法。

然后重点介绍采用基本指令使用“启-保-停”电路实现的单序列结构的编程方法，最后详细讲解步进逻辑公式的含义及应用。

2．工作任务的实施工作任务实施的教学流程如图3-1-2所示。

图3-1-2 工作任务实施的教学流程五、教学参考资料采用基本指令，利用“启-保-停”电路由顺序功能图画出梯形图的编程方法，在许多专业教材中都有介绍。

而采用步进逻辑公式设计法，通过逻辑代数方程表达式进行步进顺控设计的PLC专业教材目前较少，本教材即对此作了介绍。

通过逻辑代数方程表达式进行步进顺序控制设计的步进逻辑公式设计法，不仅适用于PLC控制系统的程序设计，而且还是继电—接触器控制的步进顺序控制设计的一种有效而重要的设计手段。

教材对“多地自动往返循环控制”做了介绍，在此以“巩固与提高”环节中技能题的“小车四地自动往返控制”设计题目为例，进一步介绍步进逻辑公式法的应用，供教师教学中参考。

值得一提的是，步进逻辑公式法特别适用于这种通过行程开关控制的小车（或工作台）的多点自动循环步进顺序控制的设计。

应用步进逻辑公式法进行设计，程序步的划分是关键和首要条件。

在“小车四地自动往返控制”系统中，输出信号为KM1和KM2，输入信号由1个起动按钮和1个停止按钮发出，反馈信号由4个行程开关（SQ1、SQ2、SQ3和SQ4）发出。

小车运行程序分步图如图3-1-3所示。

图3-1-3 小车运行程序分步图此时的输出状态是指控制电路的输出触点的状态，如图3-1-3所示的控制电路中，如果小车向右运行，那么KM1得电KM2失电。

在小车向右运行期间，输出状态保持KM1得电、KM2失电的状态，由定义可得这是一程序步。

当小车向左运行时又变成KM1失电、KM2得电，系统又转入另一个程序步。

根据程序步的定义可知小车运行轨迹可分为M1、M2、M3、M4、M5五步，每步的转步信号可分别设为SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，如图3-1-3所示。

根据步进逻辑公式可得如下方程组：1212()M SB M M -=+ (3—1)23123()M SQ M M M -=*+ （3—2）32234()M SQ M M M -=*+ （3—3）44345()M SQ M M M -=*+ （3—4）51452()M SQ M M SQ -=*+ （3—5） 由于行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4是小车的反馈输入信号，若分别用X002、X003、X004和X005所代替，则上述方程组可转换成下列方程组：112(001)M X M M -=+ （3—6）2123(004)M X M M M -=*+ （3—7）3234(003)M X M M M -=*+ （3—8）4345(005)M X M M M -=*+ （3—9）545(002)003M X M M X -=*+ （3—10） 要“结束”控制流程，必须增加停止按钮SB2(X000)来使系统停止工作。

逻辑代数方程组再次修改为:112(001)000M X M M X --=+* （3—11）2123(004)000M X M M M X --=*+* （3—12）3234(003)000M X M M M X --=*+* （3—13）4345(005)000M X M M M X --=*+* （3—14）545(002)003000M X M M X X --=*+* （3—15） 因为KM1得电，小车向右运行，而KM2得电，小车向左运行，所以程序步与KM1和KM2之间的函数为:1351()21KM M M M KM SB FR ---=++** （3—16）242()11KM M M KM SB FR ---=+** （3—17） 考虑编程，分别将输出继电器Y000（KM1）、Y001（KM2）和停止按钮SB1(X000)以及过载保护用的热继电器FR （X006）带入上面函数，可得小车向左和向右运行的逻辑代数方程组：135000()001000006Y M M M Y X X ---=++** （3—18）24001()000000006Y M M Y X X ---=+** （3—19） 在实际生产控制过程中，考虑到KM1和KM2之间的动作转换不能立即进行，所以M3、M5和M2、M4不能直接引发KM1和KM2得电，必须经过时间继电器延时，故有如下改进：112(001)000006M X M M X X ---=+** （3—20）2123(004)000006M X M M M X X ---=*+** （3—21）3234(003)000006M X M M M X X ---=*+** （3—22）4345(005)000006M X M M M X X ---=*+** （3—23）545(002)003000006M X M M X X X ---=*+** （3—24）035()000006T M M X X --=+* （3—25）124()000006T M M X X --=+* （3—26）10000()001000006Y M T Y X X ---=+** （3—27）1001000000006Y T Y X X ---=*** （3—28） 综上所述，通过对小车的运行分步，然后根据步进逻辑公式，列出步进逻辑代数表达式，最后根据步进逻辑代数表达式画出梯形图。

其梯形图程序如图3-1-4所示。

图3-1-4 小车四点自动往返控制六、教学设计示例1．组织教学可参考课题二任务1相关内容，略。

2．复习旧课引出新课通过提问等方式，带领学生复习经验法设计的特点等相关知识，为后面的教学内容做准备。

3．讲解新课（1）目标描述教学资源及工具：送料小车三地自动往返循环控制多媒体课件、成品实物展示、工作任务书。