模块4-2：程序设计与状态转移图绘制教学内容：主要讲授PLC程序设计中常用的逻辑设计法、经验设计法和步进控制设计法中单流程状态转移图画法等三种设计方法的基本思路、逻辑思维和解决问题的应用技巧。重点：讲解步进控制设计方法的状态元件、步进顺控指令、单流程状态转移（SFC）图（又称功能图）画法，分析在工业控制过程中的具体应用。难点：工作过程与控制条件之间的逻辑关联思维的对接。课时：2学时。一、程序设计方法在PLC程序设计中，常见有逻辑设计法、经验设计法和步进控制设计法等三种方法，且每一种设计方法均得到了广泛的应用。1、逻辑设计法在开关量控制系统中，输入输出元件的“通”和“断”状态，可对应于逻辑变量“1”和“0”，且符合逻辑代数的运算规律，故在传统继电器控制系统电路设计中，运用逻辑代数分析方法，帮助分析和设计PLC程序。逻辑设计法是以输入元件为逻辑自变量，输出元件为逻辑因变量，将控制条件转化为输出变量的逻辑表达式，经化简后得到最简逻辑函数式，而绘制出相应控制的梯形图的设计方法。当系统复杂时，则逻辑关系复杂，很难直接写出逻辑表达式，需要增设中间变量进行设计，如辅助继电器、计时器、定时器等，写出含有中间变量的逻辑表达式，显得较复杂，设计周期也较长，但这种设计思路与方法在实际设计中很少运用。一、程序设计方法2、经验设计法经验设计法是在PLC在发展初期和工厂电气人员，沿用设计继电器控制电路图的方法来设计梯形图程序。这种设计方法具有较大的试探性和随意性，设计所用时间、设计质量均与设计者的经验有很大关系，故将这种设计方法叫做经验设计法。它适用于简单梯形图设计，对于积累了较多编程经验和编程技巧的人，用这种方法能够编制出较复杂的梯形图程序。如图4-17所示，是一个四人竞赛抢答器梯形图程序。一、程序设计方法如图4-17所示，是由图4-10电机正反转控制电路图经过修改、完善的四人竞赛抢答器梯形图程序。图中：输入：X01～X04与四个抢答按钮相连，输出：对应Y01～Y04四个继电器。只有最先接下按钮的人才能有输出，后者无论是否有输入均无输出。当主持人按下复位按钮后，输入X00接通复位抢答器，进入下一轮竞赛抢答。一、程序设计方法3、步进控制设计法步进控制设计法是根据系统功能表图，以步为核心，各步之间的转换条件为触发信号，各步对应的动作功能为驱动输出，从首步开始一步一步地设计梯形图，直至完成整个程序的设计方法，步进控制设计法又称顺序控制设计法或功能控制设计法。它是一种先进的设计方法，以功能表图为依据一步一步地进行设计不易出错，可以提高设计效率，常用于开关量控制系统的程序设计。一、程序设计方法步进控制设计法的关键是编写绘制功能表图，简称功能图，功能图能全面地动态地描述控制系统的控制过程、功能和特征的系统设计流程图。在FX2N系列中，功能图又称为状态转移SFC图，可作为编程语言直接用于编制程序。在用功能图程序设计时，用PLC内部编程软元件（如状态S，辅助寄电器M）表示功能表图中的各步，用转换控制条件表示各步的编程软元件，让它们按一定的顺序接通和断开，最后用编程元件控制输出继电器进行输出。在设计时，可使用状态S和步进指令STL编程，也可用辅助继电器M和基本逻辑指令编程。二、步进顺控状态转移图（SFC）1、步进顺控步进顺控是将一个控制过程分解为若干个控制阶段（这些阶段称为状态或者步），状态与状态之间用转换条件分隔的依次序逐步操作控制的方式。当相邻两状态之间的转换条件得到满足时，则实现状态转换。状态转移只有一种流向的称为单流程顺控结构。2.状态元件每一个状态或者步用一个状态元件表示，S0为初始步，也称准备步，表示初始准备是否到位，其它为工作步。状态元件是构成状态转移图的基本元素，是PLC的软元件之一。FX2N共有1000个状态元件，其分类、编号、数量及用途如表1所示。二、步进顺控状态转移图二、步进顺控状态转移图3.状态转移图（SFC）画法，如右图所示。状态转移图（SFC）也称功能表图。状态转移图的三要素：驱动动作、转移目标和转移条件。步与步之间的有向连线表明流程的方向，其中向下和向右的箭头可以省略。二、步进顺控状态转移图4、步进顺控状态转移图的拓展应用自动小车往返运动（如下图示）控制，采用单流程的步进顺控程序设计方法。二、步进顺控状态转移图1）项目分析某自动送料小车在初始位置时，限位开关SQ1被压下，按下启动按纽SB，小车按图示顺序运动,完成一个工作周期。电机正转，小车向右前行，碰到限位开关SQ2后电机停转、小车在原地停下滞留5S，电机反转启动运行。电机反转，小车向左前行，碰到限位