自动门控制系统

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；如果转换条件X004满足，将转换到步S23。

如果某一步的后面有Ⅳ条选择序列的分支，则该步的STL触点开始的电路中应有Ⅳ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3-3-7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20

2)状态转移图（SFC块）的输入

①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。

②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。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

③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

3-3-12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。

④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，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，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：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

次延时时5s停止运行。例如，M2发生故障，则M1、M2立即停止，而M3在M2停止运行5s后停止运行。

2.设计要求

（1）写出输入/输出元器件与PLC地址通道分配表。

（2）画出PLC接线图。

（3）画出钻孔专用机床的状态转移图。

（4）设计出完整的梯形图。

（5）写出指令表。

（6）将程序输入PLC机。

（7）模拟调试。

3.考核内容

（1）PLC接线图设计

1）PLC输入输出接线图正确。

2）PLC电源接线图、负载电源接线图完整。

（2）程序设计

1)输入输出原件与PLC地址对通道分配符合被控设备实际情况及PLC数据范围。

2）状态转移图、梯形图及指令表正确。

（3）程序输入及模拟调试

1)能正确的将所有编程输入PLC。

2）按照被控设备的动作要求进行模拟调试，达到设计要求。

（4）工时定额

120min。

4.评分标准

评分标准参见表。