每周一个编程小例子：步进控制功能块

剑指工控星期六, 12/20/2025 - 17:25 发表

引言

在自动化控制系统中，步进控制是一种常见的控制方法，广泛应用于多步执行任务的场合。今天，我们将介绍一种步进序列控制的实现方法，该方法能够按设定的条件依次激活多个步骤，完成复杂的自动化任务。通过本文的介绍，您将了解如何使用 PLC 编写步进控制程序，帮助实现更高效、可靠的控制流程。

1 程序代码及介绍

下面是完整的 PLC 程序代码(代码基于 CodeSys 平台的 ST 语言)：

FUNCTION_BLOCK FB_StepperController
VAR_INPUT
IN_Start : BOOL; // 启动步进序列
IN_StepConditions : ARRAY[1..cMaxSteps] OF BOOL; // 每一步的转换条件
IN_Reset : BOOL; // 复位到初始步
END_VAR
VAR_OUTPUT
OUT_StepActive : ARRAY[1..cMaxSteps] OF BOOL; // 当前激活的步
OUT_CurrentStep : INT; // 当前步序号
OUT_SequenceDone : BOOL; // 序列完成
END_VAR
VAR
CurrentStepIndex : INT := 0;
SequenceActive : BOOL;
LastStart : BOOL;
i : INT;
END_VAR
VAR CONSTANT
cMaxSteps : INT := 10;
END_VAR
// 检测启动上升沿
IF IN_Start AND NOT LastStart THEN
SequenceActive := TRUE;
CurrentStepIndex := 1;
OUT_SequenceDone := FALSE;
END_IF
// 步进逻辑
IF SequenceActive AND (CurrentStepIndex >= 1) AND (CurrentStepIndex <= cMaxSteps) THEN
// 激活当前步
OUT_StepActive[CurrentStepIndex] := TRUE;
// 检查当前步的转换条件
IF IN_StepConditions[CurrentStepIndex] THEN
// 关闭当前步
OUT_StepActive[CurrentStepIndex] := FALSE;
// 移动到下一步
CurrentStepIndex := CurrentStepIndex + 1;
// 检查是否完成所有步骤
IF CurrentStepIndex > cMaxSteps THEN
SequenceActive := FALSE;
OUT_SequenceDone := TRUE;
END_IF
END_IF
END_IF
OUT_CurrentStep := CurrentStepIndex;
// 复位处理
IF IN_Reset THEN
SequenceActive := FALSE;
CurrentStepIndex := 0;
OUT_SequenceDone := FALSE;
FOR i := 1 TO cMaxSteps DO
OUT_StepActive[i] := FALSE;
END_FOR
END_IF
LastStart := IN_Start;

2 程序代码解析

2.1 变量解释

输入变量：

IN_Start：启动步进序列的信号。当信号为高时，开始执行步进控制。
IN_StepConditions：每一步的转换条件，是一个数组，定义了每一步激活后是否满足条件继续执行下一步。
IN_Reset：复位信号，按下复位时，将序列重置到初始状态。

输出变量：

OUT_StepActive：表示当前哪个步骤被激活，用布尔值表示每一步的执行状态。
OUT_CurrentStep：当前步的序号。
OUT_SequenceDone：指示序列是否完成，当所有步骤执行完毕时为高。

内部变量：

CurrentStepIndex：当前激活步骤的索引。
SequenceActive：表示步进序列是否正在激活。
LastStart：用于检测启动信号的上升沿，确保只有在首次启动时才开始执行。

常量：

cMaxSteps：定义最大步数，本例中设为 10，可以根据需要进行调整。

2.2 程序逻辑概述

启动检测：当检测到启动信号的上升沿时（IN_Start为高且LastStart为低），序列开始激活，并将当前步设置为 1。

步进逻辑：在每次激活的步进中，如果当前步的转换条件满足（IN_StepConditions[CurrentStepIndex]为高），则当前步停止，进入下一步。若所有步骤完成，序列标志OUT_SequenceDone被置高。

复位功能：通过IN_Reset信号，可以将步进序列复位到初始状态，所有步骤重置。

3 应用场景

步进控制程序通常应用于需要按特定顺序执行多个动作的场景，如：

自动化生产线：在生产线上，某些设备需要按照顺序执行多个动作，例如从装配、检测、包装到运输等，可以使用步进控制来保证各个步骤按预定顺序执行。

机器人控制：步进控制可用于多步的机器人动作规划，确保机器人完成指定的路径或任务序列。

智能家居设备：在智能家居系统中，如自动窗帘、智能灯光控制等，步进控制可以帮助按序列进行操作。

测试系统：例如在电子设备的功能测试中，可以通过步进控制自动切换不同的测试步骤，确保设备在不同状态下都能得到有效的测试。

4 拓展思考

虽然基本的步进控制程序能够满足大多数多步骤执行需求，但在复杂应用中，我们可以对其进行优化与拓展：

动态步数设置：当前程序中步数是固定的（最大 10 步），可以根据实际应用需求，增加动态配置步数的功能，让用户根据情况灵活设置最大步数。

并行控制：在某些场景中，可能需要多个序列同时执行。可以通过增加多个FB_StepperController实例或引入状态机机制，实现多任务的并行处理。

错误处理：在实际应用中，可能会遇到某些步骤执行失败或条件不满足的情况，可以增加错误处理机制，如超时、失败重试等，增加系统的鲁棒性。

与其他系统集成：将步进控制与其他自动化系统（如 SCADA、MES 等）集成，可以实现远程监控与控制，提升系统的智能化水平。

总结

通过本文的讲解，我们学习了如何通过 PLC 实现一个简单的步进控制功能，能够根据设定的条件依次激活多个步骤，完成复杂的任务序列。这种方式不仅适用于生产线、机器人等自动化应用，还可以通过优化和拓展，满足更为复杂的需求。在实际应用中，灵活调整步数、增加并行执行及完善错误处理机制，将使步进控制系统更加高效和可靠。

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