顺序控制设计法实用教案

1、8.2 顺序(shnx)功能图 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个(gg)输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个(gg)执行机构自动地有秩序地进行操作。 例如电镀自动生产线就是(jish)一个典型的顺序控制过程。第1页/共68页第一页，共68页。顺序控制的典型事例(shl)：电镀自动生产线 第2页/共68页第二页，共68页。电镀流程(lichng)(lichng)概述在上主产线前要求毛坯无严重缺陷，并经过滚磨或磨光前处理。经吹尘后，上线用弱碱性溶液，采用阴极(ynj)(ynj)电解除油。时间控制在101015S15S，电流密度为3 35A5Adm2dm2

2、，清洗后，用氢氟酸溶液浸蚀5s5s，提高镀层附着力。预镀是关键一环，采用预镀氰化铜的方法，在零件表面形成一层完全覆盖，致密区附着良好的镀层。水洗后，镀镍5min5min。其中，除油，预镀铜，镀镍的槽温控制在50506060，镀铜和镀镍要求初始用高密度电流冲击2min2min，之后镀镍再用涓流镀3min3min，同时阴极(ynj)(ynj)移动，用于搅拌电镀溶液，以保证镀层均匀，致密，不起皮。为了节能，必须是镀件进入镀槽后，才能接通电流排。第3页/共68页第三页，共68页。电镀(dind)(dind)线上的输入输出设备方式转换开关：设手动、单步、单周期、自动四个方式。对手动方式，还配有上下，进退

3、，抓放三种运动选择开关，供操作人员(rnyun)(rnyun)控制天车的运动。另设有起动，停止，急停和复位四个按钮。位置检侧元件：有上限，下限，左限，右限及2 2位8 8位限。分别用限位开关俭测。控制检测元件有：除油，预镀，电镀槽位的温度检测。第4页/共68页第四页，共68页。输出设备：上升/ /下降继电器。前进/ /后退继电器。抓紧继电器。喷淋，加热，吹尘继电器。阴极(ynj)(ynj)移动继电器。电流排通断接触器及原点指示灯和声光报警器。电镀(dind)(dind)线上的输入输出设备第5页/共68页第五页，共68页。 对于此类顺序控制的PLC实例，可以采用顺序控制设计法来进行(jnxng)

4、PLC程序的设计。 有的可编程序控制器则提供了顺序功能图编程语言，用户在编程软件中生成(shn chn)顺序功能图后便完成了编程工作，如西门子S7-300/400 PLC中的S7 Graph编程语言。 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，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试(dio sh)、修改和阅读也很方便。第6页/共68页第六页，共68页。什么是顺序(shnx)功能图？ 顺序功能图是描述控制系统(kn zh x tn)的控制过程、功能和特性的一种图形，是设计PLC顺序控制程序的有力工具。 顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言

5、，可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用。第7页/共68页第七页，共68页。 顺序功能图主要由步、有向连线(lin xin)、转换、转换条件和动作（命令）组成。下面我们以组合机床的动力头进给运动为例来绘制其顺序(shnx)功能图。第8页/共68页第八页，共68页。组合机床的动力(dngl)头进给运动初始位置停在左边 （由限位开关I0.3指示)按下启动按钮，向右快进（Q0.0和Q0.1控制）到限位开关I0.1后，转入(zhun r)工作进给 （Q0.1控制）到限位开关I0.2后，快速返回（Q0.2控制)至初始位置（I0.3）停下I0.3I0.1I0.2第9页/共68页第九页，共68

6、页。组合机床的动力头进给运动的顺序(shnx)功能图步第10页/共68页第十页，共68页。（1）矩形）矩形(jxng)单线方框代表步（双线方框代表初单线方框代表步（双线方框代表初始步）始步）框内可用编号代表步序，也可用位存储单元作为框内可用编号代表步序，也可用位存储单元作为程序程序(chngx)进入该步的标志。进入该步的标志。 步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的步之内，各输出量的ONOFF状态不变，但是状态不变，但是(dnsh)相邻两步输出量的状态是不同的。相邻两步输出量的状态是不同的。 第11页/共68页第十一页，共68页。

7、顺序控制步的划分（动力(dngl)头的进给过程为例） 阶段（步序） 转换条件 输出(shch)状态变化黑线红线（初始段）SM0.1 ON Q0.0 OF Q0.1 OF Q0.2 OF红线蓝线（快进段） I0.0 ON Q0.0 ON Q0.1 ON Q0.2 OF蓝线绿线（工进段） I0.1 ON Q0.0 OF Q0.1 ON Q0.2 OF绿线粉红（快退段） I0.2 ON Q0.0 OF Q0.1 OF Q0.2 ON步序节拍步序节拍(jipi)第12页/共68页第十二页，共68页。 与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令(mng lng)(mng lng

8、)的相对静止的状态。 第13页/共68页第十三页，共68页。 当系统(xtng)(xtng)正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。 第14页/共68页第十四页，共68页。（2）步间的连接线称为）步间的连接线称为(chn wi)有向连线有向连线 在顺序功能图中，随着时间的推移(tuy)和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的进展，这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。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。第15页/共68页第十

9、五页，共68页。 步的活动状态习惯(xgun)的进展方向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。在可以省略箭头的有向连线上，为了更易于理解也可以加箭头。第16页/共68页第十六页，共68页。（3）步间的短横线表示）步间的短横线表示(biosh)转换转换 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。步的活动状态的进展是由转换的实现(shxin)来完成的，并与控制过程的发展相对应。 M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3第17页/共6

10、8页第十七页，共68页。 使系统由当前步进入下一步(y b)(y b)的信号称为转换条件。转换条件可以是外部的输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通断开等；也可以是可编程序控制器内部产生的信号，如定时器、计数器常开触点的接通等。转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。 （4）步间的短横线旁边的逻辑条件）步间的短横线旁边的逻辑条件(tiojin)表示转换表示转换条件条件(tiojin)M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3第18页/共68页第十八页，共68页。 转换条件是与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用文字语言、

11、布尔代数(b r di sh)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(b r di sh)表达式。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3第19页/共68页第十九页，共68页。（5）与步并排）与步并排(bngpi)连接的方框表示该步执行的动作，连接的方框表示该步执行的动作，多个动作可并列。多个动作可并列。 根据需要，指令与对象的动作响应之间可能有多种情况。有的动作仅在指令存续的时间内有响应，指令结束动作终止(zhngzh)(zhngzh)（如常见点动控制）。有的一旦发出指令，动作就将一直继续，除非再发

12、出停止或撤消指令（如开车、急停、左转、右转等）。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3第20页/共68页第二十页，共68页。1.两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔开开( ki)；2.两个转换也不能直接相连必须用一个步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( ki)；3.顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，这一步可能没有什么输出处于初始状态，这一步可能没有什么输出处于ON状态，状态，因此有的初学者在

13、画顺序功能图时很容易遗漏这一因此有的初学者在画顺序功能图时很容易遗漏这一步。初始步是必不可少的，一方面因为该步与它的步。初始步是必不可少的，一方面因为该步与它的相邻步相比，从总体上说输出变量的状态各不相同；相邻步相比，从总体上说输出变量的状态各不相同；另一方面如果没有该步，无法表示初始状态，系统另一方面如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。也无法返回停止状态。绘制(huzh)顺序功能图时的注意事项第21页/共68页第二十一页，共68页。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

14、(zuhu)一步返回初始步，系统停留在初始状态。第22页/共68页第二十二页，共68页。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，进入RUN工作方式时，它们均处于OFF状态，必须用初始化脉冲SM01的常开触点(ch din)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。如果系统有自动、手动两种工作方式，顺序功能图是用来描述自动工作过程的，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。第23页/共68页第二十三页，共68页。练习(linx)1I0.

15、2I0.2I0.0I0.0I0.1I0.1I0.3I0.3Q0.0Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2Q0.2画出图示波形(b xn)对应的顺序功能图。第24页/共68页第二十四页，共68页。练习(linx)2I0.0I0.0Q0.0Q0.0Q0.1Q0.16s6s画出图示交通灯波形对应(duyng)的顺序功能图。红灯(hn (hn dn)dn)绿灯黄灯5s5s4s4sQ0.2Q0.2第25页/共68页第二十五页，共68页。练习(linx)3I0.1I0.2I0.3快进工进快退设动力头初始状态停在左边，按下启动按钮I0.0后，Q0.0和Q0.2为1，动力头向右快速进给，碰到I0.2后，变为工作进给

16、Q0.0为1，碰到限位I0.3后，暂停5s；5s后Q0.2和Q0.1为1，工作台快速退回，返回初始位置停止运动(yndng)。画出顺序功能图。第26页/共68页第二十六页，共68页。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.2Q0.0T37(5s)SM0.1I0.0I0.2I0.3T37M0.4Q0.1I0.1Q0.2第27页/共68页第二十七页，共68页。1、单序列(xli) 规则(guz) 转换与步骤交互连接。每一步的后面仅有一个转换，每一个转换后面仅有一步。234例顺序功能(gngnng)图（SFC）的其他形式第28页/共68页第二十八页，共68页。2、选择(xunz)序列规则用水平

17、线下连接多个转换，表示步骤选择开始，称分支(fnzh)。转换上的数字1、2表示转换同时成立时的优先度，无数字左先。多数个转换被连接在下面的水平线上，表示选择结束，称合并。S5S8S9S6S10S11hknj例12第29页/共68页第二十九页，共68页。3、并列(bngli)序列规则二重水平线上有唯一一个转换，表示并列顺序的最初步骤(bzhu)同步开始，称同步。以下步骤(bzhu)独立进行。二重水平线上的并列顺序的最后步骤(bzhu)全部激活后，二重水平线下的唯一的转换条件满足时，并行步骤(bzhu)结束，称汇合。57891012AEFK第30页/共68页第三十页，共68页。顺序控制的基本(jb

18、n)思想步序发生器1类对象操作动作2类对象转换条件步序 引入两类对象的概念使转换条件与操作动作在逻辑关引入两类对象的概念使转换条件与操作动作在逻辑关系上进行分离。系上进行分离。 步序发生器根据转换条件发出步序标志，要求步序标步序发生器根据转换条件发出步序标志，要求步序标志不能重叠（当下步有效时，应同时撤消上步标志）。志不能重叠（当下步有效时，应同时撤消上步标志）。 步序标志直接步序标志直接(zhji)相应控制操作动作；步序标志类相应控制操作动作；步序标志类似令牌，只有取得令牌，才能操作相应的动作。似令牌，只有取得令牌，才能操作相应的动作。 因果关系分层次表述，使因果传递清楚，避免含混模因果关系

19、分层次表述，使因果传递清楚，避免含混模糊糊第31页/共68页第三十一页，共68页。顺序控制的实质顺序控制的实质(shzh)是面对两类对象：步序标志和是面对两类对象：步序标志和操作动作。操作动作。这类似接力赛，参赛人一定要取得接力棒才能进入比这类似接力赛，参赛人一定要取得接力棒才能进入比赛，任何时刻只能一人赛，任何时刻只能一人(y rn)参赛，交棒后，前参赛，交棒后，前一个参赛人要及时退出比赛。交棒就是步序发生过程。一个参赛人要及时退出比赛。交棒就是步序发生过程。随之才是运动员的各自奔跑。随之才是运动员的各自奔跑。第32页/共68页第三十二页，共68页。顺序控制的三个要点(yodin)1. 步序

20、：一个连贯的过程分解成若干顺序步序：一个连贯的过程分解成若干顺序(shnx)相连的不同阶段，这些不同的阶段称步。相连的不同阶段，这些不同的阶段称步。2. 转换条件：上步转入下步所依赖的系统状态的转换条件：上步转入下步所依赖的系统状态的变化变化3. 操作动作：相连两步间的基本差别是执行不同操作动作：相连两步间的基本差别是执行不同的操作。即系统输出状态发生了变化。的操作。即系统输出状态发生了变化。第33页/共68页第三十三页，共68页。 在顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换的实现(shxin)来完成的。转换实现(shxin)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)

21、相应的转换条件得到满足。 如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现(shxin)称为同步实现(shxin)。为了强调同步实现(shxin)，有向连线的水平部分用双线表示。顺序功能图中转换(zhunhun)实现的基本规则 1转换实现(shxin)的条件第34页/共68页第三十四页，共68页。 转换(zhunhun)实现时应完成以下两个操作： (1)使所有由有向连线与相应转换(zhunhun)符号相连的后续步都变为活动步； (2)使所有由有向连线与相应转换(zhunhun)符号相连的前级步都变为不活动步。2转换(zhunhun)实现应完成的操作第35页/共68页第三十五页，共68页。 以上规则

22、可以用于任意结构中的转换，其区别如下： 在单序列中，一个转换仅有一个前级步和一个后续步； 在并行序列的分支处，转换有几个后续步，在转换实现时应同时将它们对应(duyng)的编程元件置位。 在并行序列的合并处，转换有几个前级步，它们均为活动步时才有可能实现转换，在转换实现时应将它们对应(duyng)的编程元件全部复位； 在选择序列的分支与合并处，一个转换实际上只有一个前级步和一个后续步，但是一个步可能有多个前级步或多个后续步。第36页/共68页第三十六页，共68页。 转换实现的基本规则是根据顺序功能图设计梯形图的基础，它适用于顺序功能图中的各种( zhn)基本结构和各种( zhn)顺序控制梯形图

23、的编程方法。 在梯形图中，用编程元件如M和S代表步，当某步为活动步时，该步对应的编程元件为 ON。当该步之后的转换条件满足时，转换条件对应的触点或电路(dinl)接通，因此可以将该触点或电路(dinl)与代表所有前级步的编程元件的常开触点串联，作为与转换实现的两个条件同时满足对应的电路(dinl)。第37页/共68页第三十七页，共68页。8.3 顺序控制设计(shj)法 8.3.1 启保停电路启保停电路8.3.2 置位复位置位复位(f wi)法法8.3.3 使用使用SCR指令指令第38页/共68页第三十八页，共68页。处理步序标志的基本(jbn)方法-启保停法和置位复位法 两种方法反映了处理顺

24、序控制的共同思路，即实现步序标志按序传递，并保证在任何时刻只有一个步序标志被激活 其区别是传递步标志的手段(shudun)不一样 两种方法间所产生的时序有微小的差别。在应用上应予注意第39页/共68页第三十九页，共68页。8.3.1 使用(shyng)启保停电路设计顺序控制M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3程序分为两大部分：处理(chl)步序转换的程序；处理(chl)动作的程序。第40页/共68页第四十页，共68页。处理步序转换(zhunhun)的程序M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.

25、1I0.0I0.1I0.2I0.3第41页/共68页第四十一页，共68页。处理动作(dngzu)的程序M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3第42页/共68页第四十二页，共68页。练习(linx)3I0.1I0.2I0.3快进工进快退设动力头初始状态停在左边，按下启动按钮I0.0后，Q0.0和Q0.2为1，动力头向右快速进给，碰到I0.2后，变为工作进给Q0.0为1，碰到限位I0.3后，暂停5s；5s后Q0.2和Q0.1为1，工作台快速退回，返回初始位置重复(chngf)运动。画出顺序功能图。第43页/共68页第四十三页，共6

26、8页。M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5I0.3T37I0.4&T38选择(xunz)序列第44页/共68页第四十四页，共68页。M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5I0.3T37I0.4&T38第45页/共68页第四十五页，共68页。M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5I0.3T37I0.4&T38第46页/共68页第四十六页，共68页。M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5T37并列(bngli)序列第47页/共68页第四十

27、七页，共68页。M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5T37第48页/共68页第四十八页，共68页。M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5T37第49页/共68页第四十九页，共68页。8.3.2 采用(ciyng)置位复位方法编制顺序控制 因复位、置位有记忆功能，每步正常的维持时间不受转换信号持续时间长短的影响。（无须自锁） 步序的传递过程中能避免两个及以上(yshng)的标志同时有效，故不用考虑步序间的互锁。SM0.1I0.0T37I0.1T38M0.1M0.2M0.3M0.0Q0.0T37Q0.0Q0.1Q0.0T38第5

28、0页/共68页第五十页，共68页。采用(ciyng)复位置位方法处理步标志SM0.1I0.0T37I0.1T38M0.1M0.2M0.3M0.0Q0.0 NT37 SQ0.0 NQ0.1 NQ0.0 NT38 ST37R T38RM0.1-7 R第51页/共68页第五十一页，共68页。动作的控制(kngzh)情况SM0.1I0.0T37I0.1T38M0.1M0.2M0.3M0.0Q0.0 NT37 SQ0.0 NQ0.1 NQ0.0 NT38 ST37R T38RM0.1-7 R第52页/共68页第五十二页，共68页。M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5I

29、0.3T37I0.4&T38选择(xunz)序列第53页/共68页第五十三页，共68页。M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5T37并列(bngli)序列第54页/共68页第五十四页，共68页。SCR指令(zhlng)的引入 顺序控制的程序设计要点是设置步 步是构成顺序控制的基本单元(dnyun)，即每步的构成形式及功能是雷同的。 在程序上，步具有封装的特点（具有形成专用指令的条件） 经过封装，程序运行时可跳过不活动的步，必将提高运行的效率，极大地压缩机器的扫描周期。同时使编制程序的注意力集中到步的设计上。8.3.3 使用(shyng)SCR指令设计顺序控制第55页/共68页第五十五页，共68页。SCR指令(zhlng) n是专用作步序标志的Sx.x位 SCR 步的开始标识当n（Sx.x）为ON时，该步为活动步 SCRT顺序控制继电器线圈。该线圈“通电(tng din)”所指定的n （Sx.x）被置位，同时该指令所在步（由SCR指定）的标志被复位 SCRE步的结束标识第56页/共68页第五十六页，共68页。SCR指令应用(yngyng)示例 SCR和SCRE标识了一段程序，这段程序对应顺序控制中的一步。 在S0.1ON时，本例才成为活动步（S0.1是本步的标志(biozh)）。 该步置位Q0.0，同时等待I2.0被置