第4章PLC的顺序控制指令及应用

1、第第4章章 顺序控制设计法与顺序功能图顺序控制设计法与顺序功能图4.1 功能图的产生及基本概念功能图的产生及基本概念 4.1.1 顺序功能图的历史顺序功能图的历史 4.1.2 功能图的基本概念功能图的基本概念 4.1.3 功能图的构成规则功能图的构成规则4.2 顺序功能图的基本结构及转换规则顺序功能图的基本结构及转换规则 4.2.1 基本结构基本结构 4.2.2 转换规则转换规则4.3 顺序功能图的编程方法顺序功能图的编程方法 4.3.1 编程方法 4.3.2 单序列编程方法 4.3.3 选择序列和并行序列编程方法选择序列和并行序列编程方法 4.3.4 仅有两步的闭环处理仅有两步的闭环处理4.

2、4 综合应用举例综合应用举例 4.5 顺序功能图语言顺序功能图语言s7-Graph的应用的应用4.5.1 S7-Graph语言概述4.5.2 使用s7 Graph 编程的例子4.1 功能图的产生及基本概念功能图的产生及基本概念l用经验设计法设计梯形图，没有固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和用经验设计法设计梯形图，没有固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性。对于不同控制系统，没有一种随意性。对于不同控制系统，没有一种 通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁等功能，设计复杂，考虑统梯形图时

3、，用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁等功能，设计复杂，考虑得周到，需要模拟调试和现场调试。得周到，需要模拟调试和现场调试。l经验法设计出的梯形图很难阅读，不便于系统改进和维护经验法设计出的梯形图很难阅读，不便于系统改进和维护。针对于此针对于此:顺序功能图（顺序功能图（Sequential Function Charts) 最初是在最初是在20世纪世纪70年代根据年代根据DIN 19237 标准来制定的，法国国家标准为标准来制定的，法国国家标准为Grafacet法法(NFC03190)，1993年年由由IEC（6）1131 再次为再次为SFC制定了新标准。制定了新标准。 三个标准差异三个标准

4、差异:差异小，最初标准差异小，最初标准SFC不允许在控制中有分支或者闭环，不允许在控制中有分支或者闭环，新标准提供了这种可能性。新标准提供了这种可能性。原因原因:4.1.1 顺序功能图的历史顺序功能图的历史控制要求功能流程图梯形图程序设计转化功能图法流程功能图法流程:顺序设计顺序设计 按照生产工艺预先规定的次序，在各种输入信号的作用下，根据时间顺序，执行机构自动并有序地进行操作。特别适合生产流水线上应用。 顺序设计法是一种先进的设计方法，其设计思想是将系统的工作过程划分为若干个顺序相连的阶段，这个阶段称之为”步“或”状态“，当步被激活时(即满足一定的转换条件），步所代表的行动或命令将被执行。这

5、样一步一步按照顺序，执行机构就能够”前进“。顺序设计法步骤顺序设计法步骤4.1.2 功能图的基本概念功能图的基本概念功能图功能图(功能流程图功能流程图/状态转移图状态转移图):描述顺序控制系统的图解表示方描述顺序控制系统的图解表示方 法法,专用于工业顺序控制程序设计的功能性说明语言。专用于工业顺序控制程序设计的功能性说明语言。它能完整的描述控制系统的工作过程、功能和特性它能完整的描述控制系统的工作过程、功能和特性,是分析、是分析、设计电气控制系统控制程序的重要工具。设计电气控制系统控制程序的重要工具。功能图主要由功能图主要由“步步”、“转移转移”及及有向线段有向线段等元素组成。等元素组成。步步

6、转移转移有向线段有向线段静态控制系统静态控制系统转移触发规则转移触发规则系统动态过程系统动态过程1.步步 步是控制系统中一个相对不变的性质，对应于一个稳步是控制系统中一个相对不变的性质，对应于一个稳定的情形。定的情形。步的图形符号步的图形符号编 号/代 码初始步初始步 初始步初始步 是功能图运行的起点，一个控制是功能图运行的起点，一个控制系统至少要有一个初始步。初始步的图形符号为系统至少要有一个初始步。初始步的图形符号为双线的矩形框双线的矩形框编 号初始步的图形符号初始步的图形符号编 号动 作A步中动作的表示步中动作的表示工作步工作步 工作状态是控制系统正常运行时的工作状态是控制系统正常运行时

7、的状态。系统运行则为动状态，没有运行为静状态。系统运行则为动状态，没有运行为静状态。状态。与步对应的动作与步对应的动作 当系统正处于某一步所在的阶段当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称为活动步，相应的动作被时，该步处于活动状态，称为活动步，相应的动作被执行；步处于不活动状态，相应的非存储型动作被停执行；步处于不活动状态，相应的非存储型动作被停止执行。止执行。步的动作中有存储型（步的动作中有存储型（S）和非存储型（）和非存储型（NS）两大常）两大常用类型，存储型为保持型，可以用用类型，存储型为保持型，可以用S和和R指令对动作置指令对动作置位和复位，非存储型与它所在的步位和复位，非

8、存储型与它所在的步“同存亡同存亡”，用输，用输出指令实现。出指令实现。动 作B2.转移转移 转移是为了说明从一个步到另一个步的变转移是为了说明从一个步到另一个步的变化。用有向线段加一段横线表示某个转移。化。用有向线段加一段横线表示某个转移。线段方向即为转移方。线段方向即为转移方。 转移是转移是一种条件一种条件，条件成立称为转移使。，条件成立称为转移使。若该转移能使步发生转移称为触发。一个若该转移能使步发生转移称为触发。一个转移能够触发必须满足：转移能够触发必须满足：状态为动状态及转移使能。转移条件是系统状状态为动状态及转移使能。转移条件是系统状态转移的必要条件，通常用文字、逻辑方态转移的必要条

9、件，通常用文字、逻辑方程及符号表示。如图所示。程及符号表示。如图所示。步A步B转移条件转移条件转移条件转移条件转移条件转移条件4.1.3 功能图的构成规则步与步不能相连，必须用转移分开；如果没有具体的转移条件，一般用定时延时来解决）。转移与转移不能相连，必须用步分开；步与转移、转移与步之间的连接采用 有向线段，从上到下画时，可以省略箭头； 当有向线段从下向上画时，必须画上箭头，以表示方向；一个功能图至少要有一个初始步。它是进入顺序控制环的入口。(5) 一般在OB100中将起始步预置为当前步，否则系统不能工作。(6) 如果有手动、自动两种工作方式，在手动进入自动自动工作方式时，需用适当的信号将初

10、始步变为当前步。(7) 在单周期和循环自动运行方式下，结束步返回的方式不同。单周期运行方式下，返回起始步；循环运行方式下，返回第1步。4.2 顺序功能图的基本结构及转换规则4.2.1 基本结构单序列、选择序列、跳转及并行序列1、单序列由一系列相继激活的步组成，每一步后面只有一个转换，每个转换后面只有一个步。没有分支和合并。2、选择序列与合并（多分支序列）选择序列有分支，且转换条件要写到分支线以内。选择序列的合并称为合并，转换条件必须在合并线以内。M0.0M0.1M0.2Q0.0Q0.10.10.0M0.50.2M0.60.6Q0.2Q0.5M0.3M0.4Q0.3Q0.40.30.40.5可选

11、择的分支和联接功能图可选择的分支和联接功能图M0.0M0.1M0.2Q0.0Q0.10.10.0M0.50.30.4Q0.2Q0.5M0.3M0.4Q0.3Q0.40.2并行分支和联接功能图M0.0M0.1M0.2M0.3M0.4M0.5M0.6Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.60.00.10.20.31.01.10.40.50.61.21.21.01.1跳转和循环功能图说明说明 I1.0为OFF时进行局部循环操作，I1.0为ON时则正常顺序执行；I1.1为ON时正向跳转，I1.1为OFF时则正常顺序执行；I1.2为OFF时，进行多周期循环操作，I1.2为 ON时进行单周期循环操

12、作。3、跳转与循环跳转是选择分支的 特例，是选择序列某一条分支上没有步，但转换条件仍然存在。从上往下的顺序跳步，叫跳转，反之就叫循环了。4、并行序列与合并并行序列是某一转换条件实现几个序列的同时激活。用并行双横线表示，双横线上只允许有一个转换信号。并行序列表示系统的几个独立部分同时工作的情况。并行序列的结束称之为合并，合并也用双横线表现。在双横线下也只允许有一个转换条件。4.2.2 转换规则转换规则1）转换的前一步必须是活动步。2）相应的转换条件必须满足。从前一步转换到当前步的转换条件有如下：满足该条件后，前一步转换为当前步，当前步由”将来时“变为“现在时”成为活动步。从当前步转换到后一步时，

13、应满足的条件如下：条件满足后，当前步成为不活动步，成为“过去时”，程序顺利地进行下一步操作。在单序列中，一个转换仅有一个前步和后步；选择序列的分支和合并处，一个转换也只有一个前步和一个后步，但一个步可能会有多个前步或多个后步；并行序列的分支处，转换有几个后步，在转换实现时，应同时将其对应的步（一般是存储器位）置位，使这些当前步变为活动步。在并行序列的合并处，转换有几个前步，只有当它们都变为活动步，并满足转换条件后，才能实现下一步的转换。在转换实现后，应将对应的步（存储位）全部复位，使当前步变为不活动步。4.3 顺序功能图的编程方法顺序功能图的编程方法梯形图IQa) 经验设计法信号关系图输出电路

14、控制电路MQIb) 顺序设计法信号关系图经验设计法经验设计法实际上是用输入信号I直接控制输出信号Q，如果无法直接控制，或为了实现记忆、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点。4.3.1 编程方法顺序设计包括控制电路设计和输出电路设计两个部分。控制电路设计则是用代表顺序设计包括控制电路设计和输出电路设计两个部分。控制电路设计则是用代表转换条件的转换条件的输入信号I控制代表各步的M，再用M来控制输出量Q。M与Q之间具有简单的“与” 逻辑关系，输出电路设计极为简单。（S）（）M0.2M0.3M0.2条件1条件n（S）（）M0.3M0.4M0.3条件n+1条件n+m控制电路的梯形图（S

15、）（ ）M0.3保持型动作置位（S ）（ ）M0.4非保持型动作输出电路的梯形图M0.3M0.4条件1条件n条件n+1条件 n+mAB保持型动作置位非保持型动作方法1：用置位和复位方法（ ）M0.2M0.3条件1条件n（ ）M0.3M0.4条件n+1条件n+mM0.5M0.4M0.3M0.4（S）（ ）M0.3保持型动作置位（S ）（ ）M0.4非保持型动作输出电路的梯形图保持型动作置位非保持型动作控制电路的梯形图方法2：用启保停方法举例1：冲压机功能流程图M0.0M0.1M0.2等 待Q0.0Q0.1启动信号及高位行程开关I0.0与I0.3低位行程开关I0.1高位行程开关I0.2冲压机的工作

16、顺序可分为三个步：初始、下冲和返回步。从初始步到下冲步的转移须满足启动信号和高位行程开关信号同时为ON时才能发生；从下冲步到返回步，须满足低位行程开关为ON时才能发生。返回到停止，须高位行程开关信号为ON才能发生。功能图就是由多个状态及连线组成的图形，他可以清晰的描述系统的工序要求，使复杂问题简单化，并且使PLC编程成为可能，而且编程的质量和效率也会大大提高。下 冲返 回4.3.2 单序列编程方法( )( )( )M0.2I0.2M0.1M0.0M0.0M0.1M0.2I0.3I0.0M0.1M0.0M0.1I0.1M0.0M0.2M0.1( )Q0.0M0.1( )Q0.1M0.2控制电路输

17、出电路方法1：用启保停电路编程( S )(S )(S )M0.2I0.2M0.0M0.1I0.3I0.0M0.0M0.1I0.1M0.2( )Q0.0M0.1( )Q0.1M0.2控制电路输出电路( R )M0.0( R )M0.1方法方法2：用置位和复位指令实现：用置位和复位指令实现例2 液压动力滑台进给控制液压动力滑台进给控制下图为( S )M0.4 I0.3M0.0( R )M0.4( S )M0.1( R )M0.0M0.0 I0.0 I0.3( S )M0.1 I0.1M0.2( R )M0.1( S )M0.2 I0.2M0.3( SD )T0( S )M0.3 T0M0.4( R

18、 )M0.3( )M0.1Q4.0S5T#8S( )M0.1Q4.1( )M0.4Q4.2M0.2用置位和复位指令实现用置位和复位指令实现方法方法1方方法法2注意注意：a) 在开机时，在开机时，CPU调用调用OB100初始化块时，必须将初始步对应的初始化块时，必须将初始步对应的M0.0置为置为1状态，其余各步对应的存储位复位为状态，其余各步对应的存储位复位为0状态。状态。b) 用置位和复位指令编程不能将输出位用置位和复位指令编程不能将输出位Q的线圈与置位指令和复位指令并联。的线圈与置位指令和复位指令并联。例例2 工作台旋转运动的控制工作台旋转运动的控制控制工艺如左图所示，工作台的初始状态时停在

19、限位开关I0.1处，i0.1为1状态，按下启动按钮I0.0 ，工作台正转，旋转到限位开关I0.2处改为反转，返回到限位开关I0.1处又改为正转，旋转到限位开关I0.3处又改为反转，回到起始点停止运动。从左边功能图看出，这是一个并行序列，为实现转换必须满足一下条件：4.3.3 选择序列和并行序列编程方法选择序列和并行序列编程方法1、并行序列的编程功能图功能图梯形图梯形图选择分支合选择分支合并并并行分支合并行分支合并并2、跳转和并行序列编程例3 已经钻床控制系统的顺序功能图，试转换为控制的梯形图4.3.4 仅有两步的闭环处理仅有两步的闭环处理功能图功能图梯形图梯形图症结：步症结：步M0.2既是步既

20、是步M0.3的前级步，有是它的后续步。解决办的前级步，有是它的后续步。解决办法就是把法就是把M0.2 的常闭触点改为带转换条件的的常闭触点改为带转换条件的I（如（如I0.3)隔开。隔开。I0.34.4 综合应用举例设计转化写出使用功能图编程时应按照一下步骤： 例例4 图右为物料混合装置用来将粉末图右为物料混合装置用来将粉末状的固体物料和液体物料按一定的比状的固体物料和液体物料按一定的比例混合在一起，经过一定时间的搅拌例混合在一起，经过一定时间的搅拌后得到成品。粉料和液料都用电子秤后得到成品。粉料和液料都用电子秤来计量，计量预置值分别存来计量，计量预置值分别存MW10和和MW12中。中。初始状态

21、：粉料秤称斗、液料秤称斗和搅拌机都是空的，它们底部的排料阀关闭，粉料仓下部的螺旋输送机和搅拌机电机停转。排料阀放料阀螺旋输送机成品排放阀物料混合控制系统时序图例5 某机械手用来将工件从A点搬到B点，其控制的操作面板、工艺图和外部接线图如下图所示，系统设有手动、单周期、单步、连续和返回原点5种工作方式，试编制PLC程序实现其功能。机械手示意图机械手示意图操作面板外部接线图外部接线图单周期工作方式单周期工作方式：按下启动按钮后，机械手按工艺流程图规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。连续工作方式连续工作方式：在初始状态下启动按钮后，机械手从初始步开始一个周：在初始状态下启动按钮后，机械手从

22、初始步开始一个周期接一个周期地反复连续工作，按下停止按钮后，并不马上停止工作，期接一个周期地反复连续工作，按下停止按钮后，并不马上停止工作，完成最后一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。完成最后一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。单步工作方式：单步工作方式：从初始步开始，按一下启动按钮，系统转换到下一步，从初始步开始，按一下启动按钮，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停在该步，再按一下启动按钮，又完成该步的任务后，自动停止工作并停在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。单步工作方式常用于系统的调试。往前走一步。单步工作方式常用于系统的调试。返回原点工作方式：返回原点工作方式：在进入单周期、连续、和单步工作方式之前，系统在进入单周期、连续、和单步工作方式之前，系统如果不在原点状态，按下启动按钮后，可使系统返回原点状态。如果不在原点状态，