可编程序控制器原理及应用第07章课件

1、本章的主要内容 7.1 顺序控制概述7.2 S7-200PLC 顺序控制指令与程序编写7.3 S7-300/400PLC顺序控制指令与程序编写1 2022/7/21 7.1.1顺序控制的基本概念 顺序流程控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部的状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动有序地进行操作。它是一种效率较高的编程调试方法，其基本思想方法就是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，通过步进的方式，实现系统的各种要求。在工程上，用梯形图或语句表的一般指令编程，程序虽然简洁但需要一定的编程技巧，特别是对于一个工艺过程比较复杂的控制系统。对于一些顺序

2、控制过程，各过程之间的逻辑关系复杂，给编程带来较大的困难。此时，利用顺序控制语言来编制程序会比较方便。 应用中，先根据控制要求绘制顺序功能图，然后根据顺序功能图编写程序。西门子PLC S7-200 、S7-300/400都提供了顺序控制编程语言。2 2022/7/217.1.2顺序控制图与步进的基本结构 顺序功能图将控制过程分成若干个“步”，每一步按条件执行，连在一起构成了程序控制的流程图，称为顺序功能图，如图7-1所示。顺序功能图的概念和传统的电气控制中的概念是完全一致的，这给电气工程师使用PLC带来很大的方便。图7-1顺序功能图 3 2022/7/217.1.2顺序控制图与步进的基本结构(

3、续) 顺序功能图中的“步”是个很重要的概念。在顺序功能图中，一个“步”对应于一个控制步骤。 “步”有3要素：步的开始与结束、步内操作和转移条件，如图7-2所示。图7-2 顺序控制的步4 2022/7/217.1.3顺序控制的结构形式 顺序控制按顺序功能图的结构可以分为三种形式：单流程、选择性分支流程和并进分支流程。 在单流程设计中，每个前一级步的后面只有一个转换，每个转换的后面只有一步；每一步都按顺序相继激活，如图7-3（左）所示。在选择性分支流程设计中，一个前级步的后面紧跟着若干后续步可供选择，但一般只允许选择其中的一条分支如图7-3（中）所示。在并进分支流程设计中，一个前级步的后面紧跟着若

4、干后续步，当转换实现时将后续步同时激活, 如图7-3（右）所示。注：用双线表示并进并出 5 2022/7/217.1.3顺序控制的结构形式(续)图7-3 顺序控制的结构形式6 2022/7/217.1.4顺序控制图的绘制举例 绘制顺序功能图没有严格的规律可寻，工程上常用的方法就是仔细地分析控制系统的要求和控制对象的工作过程，按功能、时间进行归类总结，并在时间上划分出有一定次序的工作步骤，以及各步骤的转换条件；在这些步骤中确定哪些是需要并行执行的，哪些是依次顺序执行的；是循环结构还是非循环结构。下面以某混料系统为例来说明如何绘制顺序功能图。7 2022/7/217.1.4顺序控制图的绘制举例例7

5、.1混料系统的顺序功能图的绘制。 本案例的控制对象是混料罐，如图7-4所示。混料罐有两个进料口，一个出料口，上部有搅拌电动机。混料罐上有三个液面位置传感器，分别指示液面的高、中和低。当液面处于某种水平时，相应的液面位置传感器有信号。操作面板上有开始和停止两个按钮，两个按钮上带有指示灯。8 2022/7/217.1.4顺序控制图的绘制举例 系统开始运行后，首先打开出料阀门，放料5s后关上出料阀门；接着打开进料阀门1，进料至中液位时关上进料阀门1；接着打开进料阀门2，进料至高液位时关上进料阀门2；搅拌5s后放料。如此连续循环，直到系统停止。 分析混料罐工作的过程，绘制出混料罐工作的顺序功能图，如图

6、7-5所示。9 2022/7/217.1.4顺序控制图的绘制举例图7-4 控制对象示意图10 2022/7/217.1.4顺序控制图的绘制举例图7-5 PLC控制程序流程图11 2022/7/21本章的主要内容 7.1 顺序控制概述7.2 S7-200PLC 顺序控制指令与程序编写7.3 S7-300/400PLC顺序控制指令与程序编写12 2022/7/217.2.1 S7-200顺序控制指令及其使用 S7-200系列PLC提供了顺序流程的相关指令，即顺序控制继电器指令SCR、SCRT、SCRE等。顺序功能流程图的主要元素是步、转移、转移条件和动作。13 2022/7/217.2.1 S7-

7、200顺序控制指令及其使用使用S7-200系列PLC顺序流程指令需要注意以下几点。1）不能在一行以上程序中使用相同的Sx.y位。2）不能在SCR指令中使用JMP和LBL指令，即不允许用跳入或跳出的方法跳入或跳出SCR段，其实对用顺序流程控制指令能实现跳转的，完全可以不用JMP。3）不能在SCR段中使用END指令。14 2022/7/217.2.1 S7-200顺序控制指令及其使用 步进程序和非步进程序分别执行，执行的结果可能相互影响，如网络1的执行结果会使步进程序进入S0.0步，网络2的执行结果可能会使步进程序从S0.0步转移至其他步，网络4中S0.0步的执行结果会决定网络8的执行结果。 另外

8、，图7-6中的网络4和5中的条件是S0.0和SM0.0，它们在这里是等效的，在S0.0步内是一直接通的。15 2022/7/217.2.1 S7-200顺序控制指令及其使用16 2022/7/217.2.1 S7-200顺序控制指令及其使用17 2022/7/217.2.2 应用举例 本节将再次讲解7.1节的混料罐PLC程序开发，使用顺序控制实现控制要求。程序流程图和7.1节的相同。本节将使用S7-200 PLC的步进指令完成程序的编写。 例7.2 混料罐顺序控制程序设计。 混料罐的地址符号表如表7-2所示。混料罐的S7-200 PLC步进控制程序如图7-7所示。18 2022/7/217.2

9、.2应用举例 19 2022/7/21 7.2.2应用举例图7-7 混料罐的S7-200 PLC步进控制程序20 2022/7/21 7.2.2应用举例图7-7 混料罐的S7-200 PLC步进控制程序21 2022/7/217.2.2应用举例图7-7 混料罐的S7-200 PLC步进控制程序22 2022/7/21本章的主要内容 7.1 顺序控制概述7.2 S7-200PLC 顺序控制指令与程序编写7.3 S7-300/400PLC顺序控制指令与程序编写23 2022/7/217.3.1 S7-300/400顺序控制简介 S7 GRAPH是STEP7的编程语言之一，利用S7 GRAPH编程语

10、言，可以快速地组织和编写PLC系统的顺序控制程序。它根据功能将控制任务分解为若干步，其顺序用图形方式显示出来，并且可形成图形和文本方式的文件。 S7-300/400 PLC顺序控制的最大特点是程序非常形象，用户使用方便，主要工作就是在GRAPH中绘制一张“PLC版的顺序功能图”。S7 GRAPH是STEP7的一个软件包，包括在STEP7的光盘中，需要安装。24 2022/7/217.3.2 S7-GRAPH基本指令 1.S7-300/400 PLC顺序控制指令25 2022/7/21 在表7-3中，所有指令均可以加上自定义的限定条件，变为NC、SC、RC、DC和LC等。这时在GRAPH的单步显

11、示方式下，可以设定该步的限定条件。NC等指令执行时，不仅要求该步处于激活状态，而且要满足当前的限定条件。设有限定条件的步在图形上有“C”标志。 2. S7 GRAPH的步 图7-8是S7 GRAPH的一步。在该步中，当Step1激活时，位地址信号M0.0置1；在Step1激活期间，1小时20分钟20秒后，位地址信号Q0.0为1；在Step1不激活期间，位地址信号Q0.0为0。7.3.2 S7-GRAPH基本指令26 2022/7/21 图7-9也是S7 GRAPH的一步，不过该步带附加的限定条件。在单步显示方式下，可以看到，该步的限定条件为I0.0，若I0.0有输入，则条件成立，否则不成立。在

12、该步中，当Step1激活时，位地址信号Q0.0置1；而Q0.1是否能够动作，则还要取决于限定条件是否满足。若I0.0有输入，则条件满足，Q0.1有输出。 限定条件也可以是多个触点的组合。 7.3.2 S7-GRAPH基本指令27 2022/7/217.3.2 S7-GRAPH基本指令图7-8 GRAPH中的一步 28 2022/7/217.3.2 S7-GRAPH基本指令图7-9 GRAPH中带限定条件的一步 29 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑1. GRAPH窗口与工具栏图标图7-10 GRAPH的编程窗口30 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑图7-10

13、的区域1为显示控制工具栏，这些按钮将控制顺序功能图的显示比例、单步或全部等，具体功能如表7-4所示。 31 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑图7-10的区域2 为GRAPH的浏览窗口。用于选择浏览当前顺序控制器Sequencers .图7-10的区域3 为GRAPH的顺序功能图绘制工具栏，按钮的具体功能如表7-5所示。 32 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑 图7-10的区域4 为GRAPH的转移条件和限定条件编辑工具栏，这些条件可以用功能块图（FBD）或梯形图（LAD）两种方式编辑。在GRAPH窗口的View中可以进行选择。GRAPH的转移条件和限定条件编

14、辑工具栏中的按钮功能如表7-6所示。 33 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑 图7-10的区域5 为GRAPH的状态窗口，可以显示GRAPH操作的一些状态，如程序的编译结果等。 2. 程序的编辑步骤 在项目的程序中，插入FB块，选择用GRAPH语言编写这个FB块；在GRAPH编程窗口中，编写程序，使用各种工具栏绘制“PLC版”的顺序功能图；编译保存该FB块，生成相关的DB块和其他程序块。生成的DB块在程序调用时，作为FB的背景数据块使用；而其他程序块是帮助FB运行的辅助程序块，将来需要与FB及DB一起下载到PLC中。34 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑3.

15、 程序编辑举例例7.3 混料罐的GRAPH程序的编辑。图7-11 新建工程和插入S7程序35 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑图7-12 新建功能块FB136 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑图7-13顺序功能编辑器GRAPH37 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑图7-14 混料罐S7 GRAPH程序38 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的编辑图7-15 STEP7自动生成FC72、SFC64功能块39 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试1. 顺序控制系统的运行模式 顺序控制系统的运行有4种运行模式，从

16、而决定顺序控制器对步与步之间的转换的处理方式。用户通过对S7 Graph FB的参数设置进行模式的选择。（1）手动模式在手动模式下，每个执行器的动作必须按下相应的动作按钮才能实现。满足转换条件也不能转换到下一步，步的活动或不活动状态的控制是用手动完成的。（2）自动模式在自动模式下，当转换条件满足时，由当前步转换到下一步，程序自动运行。40 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试（3）单步模式在单步模式下，转换条件满足并且功能块的输入参数T_PUSH为上升沿时，才能转换 到下一步。它与自动模式的区别在于它对步与步之间的转换有附加的条件（T_PUSH为上升沿）。（4）自动或切

17、换到下一步模式在该模式下，只要转换条件满足或在功能块的输入参数T_PUSH为上升沿时，都能转换到下一步。在RUN模式下可以用功能块的输入参数来选择4种工作模式，在下列参数的上升沿激活相应的工作模式，不可同时激活多种模式。41 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试1）SW_AUTO：自动模式。2）SW_MAN：手动模式。3）SW_TAP：单步（Inching）模式。4）SW_TOP：自动或切换到下一步（Automatic or Switch to next）模式。42 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试2. S7 Graph FB的参数集 Gra

18、ph编写的FB要由其他程序调用才能执行。调用时可以带参数调用，输入参数可以决定FB的运行方式，而输出参数可以获取FB的运行状态。 S7 Graph FB有4种不同的参数集如表7-7所示。43 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试在S7 Graph FB程序编辑器中，选择OptionsBlock Settings命令，在出现的对话框的Compile/Save选项卡的FB Parameters区中（见图7-16），可以选择需要的参数集。图7-16 功能块的参数设置44 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试若选择最小参数集，则FB在调用时只有“EN”和

19、“INIT_SQ”两个输入参数和“ENO”一个输出参数。“INIT_SQ”的功能是激活起始步。图7-17是梯形图中最小参数集情况下的FB的调用。若选择标准或最大参数集，则FB在调用时有更多的输入输出参数。S7 Graph FB的标准和最大参数集的输入参数如表7-8所示， FB的输出参数如表7-9所示。 图7-17 S7 Graph FB最小参数集的功能块45 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试46 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试3. FB的调用与调试 FB的调用与调试将用例7.4进行说明。例7.4 混料罐的GRAPH程序的调用与调试。 双

20、击OB1功能块，编写运行指示与停止指示的程序，然后在指令树中的图标下插入功能块混料罐FB1，如图7-18所示。 在程序中，网络1和网络2用两个按钮控制两盏指示灯。网络3调用FB，“EN”由Q0.5和Q0.6并联控制；Q0.6控制“OFF_SQ”，表示在系统停止状态下，不进行顺序操作，并且复位FB中的所有步内操作；Q0.5的上升沿控制“INIT_SQ”，表示在系统启动后，进入起始步，并开始顺序控制。47 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试图7-18 混料罐OB1程序48 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试图7-18 混料罐OB1程序（续）49

21、2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试 保存OB1模块，打开模拟仿真器（处于RUN_P模式），下载所有的功能块Blocks，如图7-19所示。 图7-19 下载所有的功能块Blocks50 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的调用与程序调试打开FB1功能块，单击监控按钮，如图7-20所示。 图7-20 顺序控制S7 GRAPH监控51 2022/7/217.3.5 步进事件、步进计数器和定时器1. 步进事件 GRAPH中，随着程序的运行，会激发各种事件。常见的事件有：所在步激活（S1）、所在步停止激活（S0）、限定条件不再满足（L1）、限定条件变为满足（L0）、发生监视错误（V1）、监视错误清除（V0）、获取到新的信息（A1）和设定新的注册信息（R1）。 在GRAPH程序中，可以以这些事件的发生为条件，去执行一些操作。 52