顺序控制设计法.ppt

PLC应用系统的顺序控制设计法 1 顺序控制系统如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作 且这些动作按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行 这种系统叫顺序控制系统 也称为步进控制系统 2 顺序控制设计法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 一般 PLC都会为顺序控制系统的程序编制提供通用和专用的编程元件和指令 开发了专门供编制顺序控制程序用的顺序功能图 使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法 一 有关概念 順序控制的全部过程 可以分成有序的若干步序 STEP 或說若干个状态 各步都有自己应完成的动作 ACTION 从每一步转移到下一步 一般都是有条件 TRANSITION 的 条件滿足则上一步动作结束 下一步动作开始 上一步的动作会被清除 这就是順序功能图 SFC SequentialFunctionChart 的设计概念 順序功能图又叫功能图 功能流程图 状态转移图等 它是一种通用的技术语言 1987年IEC 国际电工委员会 IEC8481994年IEC 国际电工委员会 IEC1131 3 顺序控制本质 经验设计法 用输入信号直接控制输出信号 若无法直接控制 只好被动增加一些辅助元件和辅助触点 Y F X 顺序控制设计法 用输入信号控制代表各步的编程元件 M或S 再用M 或S 去控制输出信号 M G X Y H M 二 顺控设计法的设计步骤 步 状态 的划分转换条件的确定顺序功能图的绘制程序的编制 二 顺控设计法的设计步骤 1 步的划分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 在S7 200PLC中 步一般使用M S等编程元件来代表 每一步一般都有与之对应的动作 步是根据被控对象工作状态的变化来划分的 而控对象工作状态的变化又是由PLC输出状态的变化来改变的 在同一步内 各输出状态不变 但是相邻步之间输出状态是不同的 2 转换条件的确定使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件 转换条件可能是外部输入信号 如按钮 指令开关 限位开关的接通 断开等 也可能是PLC内部产生的信号 如定时器 计数器触点的接通 断开等 转换条件也可能是若干个信号的与 或 非逻辑组合 3 顺序功能图的绘制根据以上分析和被控对象工作内容 步骤 顺序和控制要求画出顺序功能图 一般顺序功能图不涉及所描述控制功能的具体技术 是一种通用的技术语言 可用于进一步设计以及不同专业的人员之间进行技术交流 但有些PLC能直接使用顺序功能图作为编程语言 各个PLC厂家都开发了相应的顺序功能图 各国家也都制定了国家标准 我国1986年颁布了顺序功能图国家标准 GB6988 6 86 4 程序的编制如果PLC支持顺序功能图语言 则可直接使用该顺序功能图作为最终程序 否则需要根据顺序功能图 按某种编程方式写出梯形图程序 三 顺序功能图的绘制 1 顺序功能图的组成主要由步 状态 与步对应的动作 命令 有向连线 转换和转换条件组成 步与动作步 状态 步是控制系统中的一个相对不变的性质 它对应于一个稳定的状态 在功能流程图中步通常表示某个执行元件的状态变化 步用矩形框表示 框中的数字是该步的编号 编号可以是该步对应的工步序号 也可以是与该步相对应的编程元件 如PLC内部的通用辅助继电器 步标志继电器等 编号或代码 步或状态的图形符号 初始步 初始步对应于控制系统的初始状态 是系统运行的起点 一个控制系统至少有一个初始步 初始步用双线框表示 编号或代码 初始步或状态的图形符号 步与动作 步与动作动作 一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统 对于被控系统 在某一步中要完成某些 动作 对于施控系统 在某一步中则要向被控系统发出某些 命令 将动作或命令简称为动作 动作的表示 用与相应的步相连的矩形框中的文字或符号表示 步与动作活动步 当系统正处于某一步时 该步处于活动状态 称该步为 活动步 步处于活动时 相应的动作被执行 保持型动作 若为保持型动作 则该步不活动时继续执行该动作 非保持型动作 若为非保持型动作则指该步不活动时 动作也停止执行 有向连线 转换与转换条件有向连线 顺序功能图中步的活动状态的顺序进展按有向连线规定的路线和方向进行 活动状态的进展方向习惯上是从上到下或从左至右 在这两个方向有向连线上的箭头可以省略 如果不是上述的方向 应在有向连线上用箭头注明进展方向 转换 转换是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 步的活动状态的进展是由转换实现来完成的 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 转换实现的基本规则转换实现的条件 在顺序功能图中步的活动状态的进展是由转换实现来完成 转换实现必须同时满足两个条件 1 该转换所有的前级步都是活动步 2 相应的转换条件得到满足 转换实现应完成的操作 转换的实现应完成两个操作 1 使所有的后续步都变为活动步 2 使所有的前级步都变为非活动步 绘制顺序功能图应注意的问题两个步绝对不能直接相连 必须用一个转换将它们隔开 两个转换也不能直接相连 必须用一个步将它们隔开 顺序功能图中初始步是必不可少的 一般对应系统的等待启动的初始状态 自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程 封闭 只有当某一步所有的前级步都是活动步时 该步才有可能变成活动步 PLC开始进入RUN方式时各步均处于 0 非活动 状态 因此必须要有初始化信号 将初始步预置为活动步 否则顺序功能图中永远不会出现活动步 系统将无法工作 例 液压滑台 说明 SM0 1为特殊寄存器位 其特点 在梯形图扫描的第一个周期为1 而在其他时间则输出为0 PLC开始进入RUN方式时各步均处于 0 非活动 状态 在第一个扫描周期 SM0 1为1 系统自动进入初始步 后期为0 自动进入条件不再满足 四 顺序功能图的结构 顺序功能图的基本结构 1 单序列 2 选择序列 3 并行序列 1 单序列 2 选择序列 选择结构 3 并行序列 并行结构 功能流程图举例 顺序功能图的基本结构 跳步 在生产过程中 有时要求在一定条件下停止执行某些原定动作 可用图 a 所示的跳步序列 这是一种特殊的选择序列 当步1为活动步时 若转换条件f成立 b不成立时 则步2 3不被激活而直接转入步4 重复 在一定条件下 生产过程需重复执行某几个工步的动作 可按图 b 绘制顺序功能图 它也是一种特殊的选择序列 当步4为活动步时 若转换条件e不成立而h成立时 序列返回到步3 重复执行步3 4 直到转换条件e成立才转入步7 循环 在序列结束后 用重复的办法直接返回到初始步 就形成了系统的循环 如图 c 所示 一般顺序功能图都是循环的 表示顺控系统是多次重复同一工作过程 a 跳步 b 重复 c 循环 作业 画顺序功能图 顺序功能图转梯形图的方法 一 顺序功能图转梯形图的编程方式二 顺序功能图的结构及其编程 概述功能流程图完整地表现了控制系统的控制过程 各个步的功能 步与步转换的顺序和条件 它可以表示任意顺序过程 是可编程序控制器程序设计中很方便的工具 但中小型PLC一般不具有直接输入功能流程图的能力 因而必须人工转化为梯形图或语句表 然后下载到PLC执行 将功能流程图向梯形图转换的常用方法有3种 1 使用通用指令的编程方式 起保停电路的编程方式 重点 2 使用置位 复位指令的编程方式 以转换为中心的编程方式 重点 3 使用顺控指令的编程方式此外 还有移位寄存器指令 RS触发器指令等的编程方法 不再讲述 为了便于分析 我们假设刚开始执行用户程序时 系统已处于初始步 用初始化脉冲SM0 1将初始步置位 代表其余各步的编程元件均为OFF 为转换的实现做好了准备 顺序功能图转梯形图的编程方式 一 使用通用指令的编程方式 起保停电路的编程方式 编程时用辅助继电器来代表步 由于转换条件大都是短信号 因此应使用有记忆 保持 自锁 功能的电路 编程的关键是找出起动条件和停止条件 编程方式仅仅使用与触点和线圈有关的指令 可适用于任意型号的PLC 步M0 0到M0 1转换的编程方法 例 液压滑台 假设启动按钮SB接I0 0 行程开关SQ1 SQ2 SQ3分别接I0 1 I0 3 液压元件YV1 YV2 YV3分别由Q0 0 Q0 2驱动 步M0 3到步M0 0初始状态 步M0 0到步M0 1 步M0 0 M0 2动作 控制电路的编程 选择序列和并行序列的编程方法 选择序列分支的处理方法 选择序列合并的处理方法 并行序列分支的处理方法 并行序列合并的处理方法 选择序列的编程方法 选择序列分支 停止条件 如果某一步的后面有一个由N条分支组成的选择序列 该步可能转换到不同的N步去 将N个后续步的存储位的常闭触点与该步的线圈串联 作为该步的停止条件 选择序列合并 启动条件 如果某一步之前有N个转换 代表该步的启动条件由N条支路并联而成 各支路由某一前级步对应的存储器位的常开触点与相应的转换条件对应的触点或电路并联而成 并行序列的编程方法 并行序列分支 停止条件 由于并行序列是同时变为活动步的 因此只需将并行序列中某条分支的常闭触点与该前级步线圈串联 作为该步的停止条件 并行序列合并 启动条件 所有的前级步都是活动步且转换条件得到满足 启动电路由并行序列中对应的存储器位的常开触点与相应的转换条件对应的触点或电路串联而成 仅有两步的小闭环的处理 二 使用置位复位指令的编程方式 以转换为中心的编程方式 以转换为中心的顺序控制梯形图编程方法与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系 在任何情况下 代表步的存储器位的控制电路都可以使用这一统一的规则来设计 每一个转换对应一个如下图所示的控制置位和复位电路块 有多少个转换就有多少个这样的电路块 这种编程方法特别有规律 特别是在设计复杂的顺序功能图的梯形图时 更能显示出它的优越性 M0 2 以转换为中心的编程方式 作业 分别画出下料单元 加盖单元 穿销单元 伸缩换向单元的顺序功能图 并转换为梯形图 两种方法都试试 三 使用步进 顺控 指令的编程方式 1 S7 200顺控制令 状态元件S7 200中 与顺序控制编程有关的指令是SCR指令 与顺序控制编程有关的编程元件是状态元件S SCR指令仅对于状态元件S有效 但是状态元件S具有一般辅助继电器的功能 能够使用LD LDN A AN O ON S R等指令 顺序控制指令SCR的形式及功能 SCR SCRT SCRE Sx x Sx x LDSM0 1SS0 0 1LSCRS0 0LDI0 0SCRTS0 1SCRELSCRS0 1LDSM0 0 Q0 0LDI0 1SCRTS0 2SCRE LSCRS0 2LDSM0 0 Q0 0 Q0 2LDI0 2SCRTS0 3SCRELSCRS0 3LDSM0 0 Q0 1LDI0 3SCRTS0 0SCRE 选择分支举例 并行序列举例 狮子在哪里 3 6 自动往返控制系统设计 复位 设计某行车左右往复运动的控制系统 往复运动由7 5KW电动机的正反转实现 要求用PLC控制 有单步 单周期和自动连续运行3种工作方式 在单步方式 可以按左行或右行按钮控制小车的运动 按钮按下则运行 弹起则停止运行 运行到左端或右端自动停止 在单周期和自动方式启动前 首先要进行复位 使小车处于最左端 在单周期方式 按启动按钮后 小车从左端开始向右运行 到达右端后自动停5秒 再向左运动 到达左端后停止 在自动运行方式 按启动按钮后 小车从左端开始向右运行 到达右端后自动停5秒 再向左运动 到达左端后自动停5秒 再向右运动 如此反复循环 直至按下停止按钮 在系统运行过程中 能随时控制其停止 要有必要的过载和短路保护 安全保护及工作指示 要求设计 实现该控制系统 并形成相应的设计文档 M SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 3 6 自动往返控制系统设计 程序控制流程图 是 开始 结束 复位 启动行车右移 行车到达右端位置 启动行车左移 行车到达左端位置 否 控制方案确定本系统控制较简单 本设计选用PLC单机控制 其控制流程图如图所示 复位 1 低压电器的选型 根据任务二中对电机 接触器等电器元件的选择原则进行设备选型 该控制系统中所需的三相异步电动机功率不大 可以通过两个交流接触器的主触点控制直接采用全压起动电动机的正反转运行 过载保护可选用带缺相保护的三极热继电器作为过载保护 将热继电器的发热元件串到电动机的主电路中 常闭触点串联到接触器的线圈控制电路中 短路保护可使用熔断器串到电动机主电路中 为了能实现控制系统的单步 单周期和自动连续控制 需要使用一个三位选择开关1个 正转起动按钮 反转起动按钮和停止按钮各1个 行程开关4个 电源指示灯 正转指示灯 反转指示灯各1个 另外系统还需要一低压断路器作为三相电源的引入开关 3 6 自动往返控制系统设计 2 确定PLC型号在本例中 只要用到2个数字量输出点控制接触器的线圈 12个数字量输入点作为电动机的起停控制 不需要模拟量I O通道 一般的PLC都能胜任 通过分析 PLC选用S7 200 CPU选用CPU224AC DC 继电器 本PLCCPU本身带有14个DC24V数字量输入点 10个继电器数字量输出点 继电器输出带的CJ20 25交流接触器具有94VA的线圈起动功率和14VA的吸持功率 在220VAC电源下 冲击电流I 94VA 220V 0 427A 这在PLC的继电器输出触点2A电流开关能力之内 满足设计要求 3 6 自动往