学习目标

（1）掌握PLC 程序设计的经验设计法与顺序控制设计法的应用。

（2）掌握顺序功能图在PLC 软件系统及梯形图编程设计中的综合应用。

（3）掌握顺序功能图的编程规则和编程技巧。

技能目标

（1）能根据三菱PLC 顺序控制指令控制运料小车项目的要求，设计出PLC 的硬件接线图，进一步熟练掌握PLC 的接线方法。

（2）能熟练应用三菱FX2N 系列PLC 基本逻辑指令编写控制系统的梯形图和指令序。

（3）能熟练使用三菱公司的GX Developer 编程软件设计PLC 控制系统的梯形图和指令程序，并写入PLC 进行调试运行。

一、项目任务

在自动化生产线上经常使用运料小车，如图4-65 所示，货物通过运料小车M 从A 地运到B 地，在B 地卸货后小车M 再从B 地返回A 地待命。本任务用PLC 来控制运料小车的工作。

图4-65　运料小车工作示意图

二、项目分析

运料小车的一个工作周期分为装料、右行、卸料和左行4 步，再加上等待装料的初始步，一共有5 步。各限位开关、按钮和定时器提供的信号是各步之间的转换条件，由此画出顺序功能如图4-66 所示。

图4-66　运料小车顺序功能图

三、相关知识

1. 经验设计法与顺序控制设计法

第三单元中各梯形图的设计方法一般称为经验设计法，经验设计法没有一套固定的方法步骤可循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，有经验的工程师使用顺序控制设计法，也会提高设计的效率，程序调试、修改和阅读也更方便。

所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，由生产过程的各个执行机构自动有序地进行操作。使用顺序控制设计法时，首先根据系统的工艺过程画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。

2. 顺序功能图

顺序功能图由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或称命令）五部分组成。

（1）步。顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，可以用编程元件M 和S 来代表各步。

（2）与步对应的动作或命令。一个步可以有多个动作，也可以没有任何动作。如果某一步有多个动作，可以用图4-67 中的两种画法来表示。

图4-67　与步对应的动作或命令

（3）有向连线。在画顺序功能图时，将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列，并用有向连线将它们连接起来。

（4）转换。转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。

（5）转换条件。转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边，使用得最多的是布尔代数表达式（见图4-68）。

(www.daowen.com)

图4-68　转换条件标注

（6）绘制顺序功能图时的注意事项：

① 两个步之间必须用一个转换隔开，两个步绝对不能直接相连。

② 两个转换之间必须用一个步隔开，两个转换也不能直接相连。

③ 顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待启动的初始状态，初始步是必不可少的。

④ 自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态。

⑤ 在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步（本任务中代表各步的M0～M4），进入RUN 工作方式时，它们均处于OFF 状态，必须用初始化脉冲M8002 的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，否则因顺序功能图中没有活动步，系统将无法工作。

⑥ 顺序功能图是用来描述自动工作过程的，如果系统有自动、手动两种工作方式，这时还应在系统由手动工作方式进入自动工作方式时，用一个适当的信号将初始步置为活动步。

四、项目实施

（1）为了用PLC 控制器来实现任务，PLC 需要3 个输入点、4 个输出点，输入/输出点分配如表4-27 所示。

表4-27　输入/输出点分配

（2）根据控制要求，画出时序图（见图4-69）。

（3）设计PLC 外部接线图（见图4-70）。

（4）设计程序控制梯形图（见图4-71）。

图4-69　时序图

图4-70　PLC 外部接线图

图4-71　梯形图

（5）将三个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC 的X0～X2，并连接PLC 电源。检查电路正确性，确保无误。

（6）输入梯形图，进行程序调试，调试时要注意动作顺序，运行后先按下SB，观察各输出的变化，等Y0 接通后，再按下SQ1（模拟右限位开关），观察各输出的变化，等Y1 接通后，再按下SQ2（模拟左限位开关），观察各输出的变化，检查是否完成了运料小车所要求的功能。

五、拓展项目

要求：用顺序控制功能图设计机械师控制系统。

六、总结与评价

（1）以小组为单位，选择PPT、录像等形式，向全班展示、汇报学习成果。

（2）根据表4-28 所示内容完成对学习过程的综合评价。

表4-28　评分表