电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法

模块九次序控制系统程序设计法任务一次序功效图程序设计法及其应用任务二顺控指令应用电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第1页任务一次序功效图程序设计法及其应用提出任务项目1变频器、传送带、机械手系统PLC控制。变频器、传送带、机械手系统如图9-1所表示，输入/输出设备如表9-1所表示。控制要求以下：(1)开启操作：按下开启按钮，变频器开启，传送带开始运行，延时5

s后，若储料塔中传感器检测到塔中有货，则送料柱开启，将料块推到传送带上。(2)送料柱推到位，延时2

s后，送料柱复位。(3)货物经传送带送至机械手下方，当机械手下方光电开关PS检测到货物时，机械手开启(下降)。下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第2页任务一次序功效图程序设计法及其应用(4)机械手开启后连续工作流程为：(5)返回到位，延时2

s后，若塔中有货，再次开启送料柱，开始新一轮工作。(6)停顿操作：按下停顿按钮，变频器停顿运行，而机械手则在一个连续过程结束后，回到初始状态(原位)。新知识贮备上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第3页任务一次序功效图程序设计法及其应用一、功效图产生及基本概念

1.功效图产生20世纪80年代初，法国科技人员依据PetriNet理论，提出了PLC设计Grafacet法。Grafacet法是专用于工业次序控制程序设计一个功效性说明语言，即次序功效图(SequentialFunctionChart，SFC)语言，现在已成为法国国家标准。次序功效图是一个真正图形化编程语言，对于一个次序控制问题，不论有多复杂，都能够用图形方式把问题表示或叙述清楚。现在大部分PLC都支持SFC，即能够使用SFC直接编程。也有许多PLC厂家为此专门开发了一个功效指令，称为顺控指令或步进指令，如西门子企业S7-200系列PLCSCR指令。2.功效图基本概念功效图又称为次序功效图、功效流程图或状态转移图，它是一个描述上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第4页任务一次序功效图程序设计法及其应用次序控制系统图形表示方法，是专用于工业次序控制程序设计一个功效性说明语言。它能够完整地描述系统工作过程、功效和特征，是分析、设计电气控制系统控制程序主要工具。功效图主要由“步”、“转移”及“有向连线”等元素组成。(1) 步(状态)。步也称为状态，用来说明控制系统一个稳定状态(稳定阶段)。步用矩形框表示，方框中数字是该步编号。步可分为初始步和工作步两种。①初始步(初始状态)。初始步表示控制系统初始状态，是次序控制起点，也是功效图运行起点，一个控制系统最少要有一个初始步。要求初始步用双线矩形框表示，如图9-2所表示。②工作步(工作状态)。工作步是控制系统正常运行时状态(也即除初始状态以外各个稳定阶段)。要求工作步用单线矩形框表示，如图9-3所表示。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第5页任务一次序功效图程序设计法及其应用③活动步与非活动步。依据控制系统是否运行，步又可分为活动步和非活动步两种。当系统正运行于某个阶段(步)时，该阶段(步)处于活动状态，则称该阶段(步)为活动步。其前一步称为“前级步”，后一步称为“后续步”，除“活动步”以外其它各步则称为“非活动步”。④与状态(步)对应动作：在每个稳定阶段(步)下要进行动作。在图中用该步右边一个带文字或符号说明矩形框表示，如图9-4所表示。与步对应动作又分为存放型动作和非存放型动作。存放型动作是指某步变为非活动步时，与这一步对应动作继续保持。可在次序功效图中使用置位和复位指令控制存放型动作保持和结束。非存放型动作是指某步变为非活动步时，与这一步对应动作停顿执行。即“步”与它“非存放型动作”是“同生共死”。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第6页任务一次序功效图程序设计法及其应用(2) 有向连线。在画次序功效图时，将代表各步矩形框按它们成为活动步先后次序排列，并用带有箭头有向连线将它们连接起来。带有箭头有向连线则表示状态转移路线，该路线表明了步转移方向。从上到下，从左向右转移时，通常可省略有向线段箭头。(3) 转移。在有向连线上且与有向连线垂直短划线称为转移。转移是用来表示从一个状态(步)到另一个状态(步)转换条件(即结束某一步动作而开启下一步动作条件)，如图9-5所表示。转移是指使系统从一个状态向另一个状态转换必要条件。3.次序功效图中转换实现基本规则要实现步与步之间转换，必须同时满足两个条件：(1)该转换前级步必须都为活动步。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第7页任务一次序功效图程序设计法及其应用(2)对应转换条件得到满足。步与步转换实现后将完成以下两个操作：(1)使后续步变为活动步。(2)使前级步变为非活动步。很显然，在次序功效图中，当某一步前级步是活动步时，该步才有可能变为活动步。假如用没有断电保持功效编程元件来代表各步，则在PLC进入RUN模式时，它们均处于OFF状态，必须用SM0.1常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，以确保次序功效图正常运行。4.次序功效图程序设计法基本思想和设计思绪次序功效图程序设计法最基本思想：将控制系统一个工作周期划分为若干个次序相连阶段，这些阶段称为步(Step)，并用编程元件(如内部标志位存放器M或顺控继电器S)来代表各步。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第8页任务一次序功效图程序设计法及其应用次序功效图程序设计法设计思绪：用“转移”控制代表各步“编程元件”，再用代表各步“编程元件”去控制“输出继电器”。5.绘制功效图注意事项控制系统功效图绘制需要注意以下几点：(1)步与步不能直接相连，必须用转移分开。(2)转移与转移不能相连，必须用步分开。(3)步与转移、转移与步之间必须采取有向连线。当有向连线从下向上画时，不能省略箭头。(4)一个功效图最少要有一个初始步。这一步可能没有输出，仅表示系统初始状态。(5)次序功效图中普通应有由步和有向连线组成闭环。对于单周期操作，即在完成一次工艺过程全部操作之后，应从最终一步返回到初始步。对于循环工作方式，应从最终一步返回到下一个工作周期开上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第9页任务一次序功效图程序设计法及其应用始运行第一步。即次序功效图中不能有“到此为止”死胡同。(6)程序若要从初始步开始运行，需使用SM0.1常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步；不然会因次序功效图中没有活动步而造成系统无法工作。二、功效图基本结构形式

功效图描述次序控制基本结构形式有3种，即单序列、选择序列和并行序列。1.单序列这是最简单功效图结构，单序列是由一系列相继激活步组成，其动作是一个接一个地完成。每个步后仅连接一个转移，每个转移也仅连接一个步。其特点是“一步一转移”，如图9-5所表示。图中各步状态可用逻辑表示式来表示。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第10页任务一次序功效图程序设计法及其应用编号3步状态可表示为：X3

=

(X2a+X3)。2.选择序列在实际生产中，对含有多流程工作要进行流程选择或者分支选择，即在一个步后边可能有多个单序列步等候选择，而且一次只能选择其中某一个序列。哪条序列转移条件最先满足，这条序列就被选中。程序将按这条序列向下执行。所以，选择序列逻辑关系是“逻辑或”，选择序列特点是“多项选择一转移”。选择序列分支开始与合并用单横线表示，且水平线下，不允许有“无转移”直接连接。选择序列流程图如图9-6所表示。图9-6中各步状态可用逻辑表示式来表示。编号3步状态可表示为：X3

=

(X2a+X3)。编号4步状态可表示为：。编号9步状态可表示为：。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第11页任务一次序功效图程序设计法及其应用其余步逻辑关系表示式读者可自行分析。3.并行序列并行序列是指在同一个转移条件下，有若干个并列单序列，当转移条件成立时，全部单序列必须同时激活。当多个单序列产生结果相同时，能够把这些单序列合并成一个控制流，即并行序列连接。在合并时，全部单序列必须都是完成了。这么，在转移条件满足时才能转移到下一个步。所以，并行序列中各单序列之间逻辑关系是“逻辑与”，并行序列特点是“一步转移同时激活”。并行序列开始和结束普通用双水平线表示。并行序列流程图如图9-7所表示。在图中，步4、步6和步8是并列关系，当实现转移条件满足时，则步4、步6和步8同时被激活。图9-7中各步状态可用逻辑表示式来表示。编号3步可表示为：。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第12页任务一次序功效图程序设计法及其应用编号4步可表示为：。编号5步可表示为：。编号6步可表示为：。编号8步可表示为：。编号9步可表示为：。在图9-7所表示并行序列结束处，只有各单序列最终一步均为活动步且转移条件为真时才能激活下一步。比如：图中只有X9和X10均为活动步且转移条件为真时，才能激活X11并关断X9和X10。其对应逻辑关系表示式以下：编号11步可表示为：。编号12步可表示为：。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第13页任务一次序功效图程序设计法及其应用三、跳转和循环单序列、选择序列和并行序列是功效图基本形式。但多数情况下这些形式是混合出现，甚至有时在程序执行过程中，会因为某种情况需要，出现跳转和循环。所谓跳转是指在次序控制过程中可能会因为某个转移条件满足跳过其中一些步，而转去执行其它后续步。循环则是指重复执行某一流程动作(即多周期循环)，利用流程图很轻易实现流程循环重复操作。跳转和循环结构均属于选择序列。跳转与循环功效图如图9-8至图9-10所表示。图9-8所表示为跳转结构，图中步3为活动步时，若转移条件h先为真，则跳过步4、步5和步6而转入步7继续执行。由此可知，步3下边有步4和步7两个选择分支，而步7是步3和步6合并。图9-8中各步状态可用逻辑表示式来表示。编号3步状态可表示：。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第14页任务一次序功效图程序设计法及其应用编号4步状态可表示：。编号7步状态可表示：等。图9-9为重复结构，若步7为活动步时，假如转移条件f=0，且h=1，则返回到步5，再重复执行5、6、7步，假如f=1，则进入步8。图中各步状态可用逻辑表示式来表示。编号4步状态可表示为。编号5步状态可表示为。编号7步状态可表示为。图9-10所表示为循环结构，从图中能够看出，初始步是由该循环最终一步完成后激活，图9-10中，只要h=1，则转入新循环。不过需要注意，第一个循环中初始步激活，普通采取另加短脉冲方式实现，如使用PLC特殊标志位存放器SM0.1。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第15页任务一次序功效图程序设计法及其应用四、应用举例1.单序列应用举例【例9-1】 3台电动机次序运行控制系统，若开启按钮I0.0为ON，则电动机M1开启，延时数秒，M1停顿运行，M2开启，再延时数秒，M2停顿运行，M3开启，若停顿按钮I0.0为ON，3台电动机同时停顿工作。其功效流程图如图9-11所表示。参考程序如图9-12所表示。该系统控制任务也能够由S7-200系列PLC提供顺控指令来完成。2.并行序列应用举例【例9-2】 剪板机PLC控制。某剪板机示意图如图9-13所表示。开始时压钳和剪刀在上限位置，限位开关I0.0和I0.1为ON。按下开启按钮I1.0，工作过程以下：首先板料右行(Q0.0为ON)至限位开关I0.3动作，然后压钳下行上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第16页任务一次序功效图程序设计法及其应用(Q0.1为ON)，压紧板料后，压力继电器I0.4为ON，压钳保持压紧，剪刀开始下行(Q0.2为ON)。剪断板料后，I0.2为ON，压钳和剪刀同时上行(Q0.3和Q0.4为ON，Q0.2为OFF)，它们分别碰到限位开关I0.0和I0.1后，分别停顿上行，都停顿后，又开始下一周期工作，剪完6块料后停顿工作，并停在初始状态。参考流程图如图9-14所表示，参考程序如图9-15和图9-16所表示。【例9-3】 液压动力滑台PLC控制。某组合机床由动力头、液压滑台及液压夹紧装置组成，其控制要求为：(1)机床工作时，首先开启液压及主轴电机。(2)机床含有半自动和手动调整两种工作方式，由SA方式选择开关选择。SA接通时为手动调整方式，SA断开时为半自动方式。(3)半自开工作方式时，其工作过程为：按下夹紧按钮SB1，待工件夹紧后，压力继电器SP动作，使滑台快进，快进过程中压下液压行上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第17页任务一次序功效图程序设计法及其应用程阀后转工进，加工结束压下行程开关SQ2转快退，快退至原位压下SQ1，自动松开工件，一个工作循环结束。其工作循环过程如图9-17所表示，元件动作如表9-2所表示。(4)手动调整方式时，用4个点动按钮分别单独点动滑台前进和后退以及夹具夹紧和放松。用功效图设计系统梯形图程序过程，首先是使用功效图描述系统工作过程，如图9-18所表示。接下来明确I/O分配及代表各步编程元件，如表9-3所表示。编写程序前，需依据PLC指令使用情况将次序功效图中各工步用适当编程元件来表示，再将各工步转移条件和各工步对应动作用PLC输入/输出端子编号及内部存放器位表示出来，如图9-19所表示，代表各工步编程元件是内部标志位存放器。再依据图9-19所表示编写梯形图程序。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第18页任务一次序功效图程序设计法及其应用①采取触点和输出指令编写程序。采取触点和输出指令编写梯形图程序，需要首先写出各工步逻辑表示式。然后再依据表示式画出梯形图程序，如图9-20所表示。上一页下一页返回

电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第19页任务一次序功效图程序设计法及其应用上一页下一页返回②用置位/复位指令编写程序。采取置位/复位指令编写程序时，完全按照功效图理论进行，思绪非常清楚，当某一步前级步为活动步，同时满足转移条件时，用置位指令开启下一步，用复位指令结束上一步，如图9-21所表示。除了使用上述两种方法完成梯形图程序设计以外，还能够使用存放电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第20页任务一次序功效图程序设计法及其应用器移位指令来控制代表各工步编程元件，实现步转移，从而实现对液压动力滑台PLC控制。同学们试试吧！任务实施温馨提醒：该去做项目了！知识巩固项目2用存放器移位指令完成液压动力滑台PLC控制。项目3用次序控制方法完成3台电动机次序开启和逆序停车控制。总结阶段温馨提醒：经过这节内容学习和训练，总结一下自己收获吧！上一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第21页任务二顺控指令应用提出任务项目1各种液体混合搅拌设备PLC控制。控制要求：设有各种液体A、B和C在容器内按照一定百分比进行混合搅拌，装置如图9-22所表示。其中，SL1、SL2、SL3为液面传感器，当液面淹没时为ON；YV1、YV2、YV3、YV4为电磁阀；M为搅拌电动机。(1) 初始状态。容器是空，YV1、YV2、YV3、YV4电磁阀均为关闭状态。SL1、SL2、SL3为OFF状态；搅拌机为OFF状态。(2) 开启操作。按下开启按钮开始以下操作：①

YV1=ON，液体A注入容器，当到达SL3时，SL3=ON，使得YV1=OFF，YV2=ON，液体B注入容器。下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第22页任务二顺控指令应用②当液面到达SL2时，SL2

=

ON，使得YV2=OFF，YV3=

ON，液体C注入容器。③当液面到达SL1时，SL1=ON，YV3=OFF，M=ON，即关闭阀门YV3，电动机M开启开始搅拌。④电机经10

s搅拌均匀后，M=OFF，停顿搅动。⑤停顿搅拌后放出液体，YV4=ON，液面下降，当液面降至低于SL3时，再经15

s容器放空，YV4=OFF，完成一个操作周期。⑥只要不按停顿按钮，则自动进入下一操作周期。(3) 停顿操作。按下停顿按钮，则在当前混合操作周期结束后才停顿操作，回到初始状态。要求画出次序功效图，并完成梯形图程序设计。上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第23页任务二顺控指令应用新知识贮备顺控指令及应用1.顺控指令格式及功效在应用PLC进行次序控制中，还可采取次序控制指令来实现。顺控指令是PLC生产厂家为用户提供可使功效图编程简单化和规范化指令。S7-200PLC提供了3条指令，经过3条指令配合来完成次序控制。顺控指令格式如表9-4所表示。2.指令说明(1)次序控制指令操作对象为顺控继电器S，顺控指令仅对S有效，同时S也含有普通继电器功效。所以对它能够使用其它指令。S范围为S0.0～S31.7。(2)在SCR段输出时，惯用特殊标志位继电器SM0.0执行SCR段上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第24页任务二顺控指令应用输出操作。因为线圈不能直接和母线相连接，所以必须借助于一个常ONSM0.0来完成任务。(3)SCR段程序能否执行取决于标志该步段开始次序控制继电器S是否被置位，SCRE与下一个LSCR之间指令逻辑不影响下一个SCR段程序执行。(4)不能把同一个次序控制继电器用于不一样程序中。比如，假如在主程序中用了S0.1，则在子程序中就不能再使用它。(5)在SCR段中不能使用JMP和LBL指令，就是说不允许跳入、跳出或在内部跳转。(6)在SCR段中不能使用FOR、NEXT和END指令。(7)在状态发生转移后，全部SCRD段元器件普通也要复位；假如希望输出继续保持，可使用置位/复位指令。(8)为了确保程序可靠运行，步转移指令应采取短脉冲触发(即在上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第25页任务二顺控指令应用步转移指令前使用P指令)。(9)每一个步段都要有步开始、步转移和步结束指令配合使用，缺一不可。3.举例应用【例9-4】 使用次序控制指令，编写出实现红、绿、黄3盏灯循环点亮程序(要求循环间隔时间为1

s)。其I/O端子编号如表9-5所表示。初始状态，全部灯是熄灭。按下开启按钮SB1，绿灯点亮，1

s后绿灯熄灭黄灯点亮，1

s后黄灯熄灭红灯点亮，1

s后红灯熄灭绿灯重新点亮进入循环。按下停顿按钮SB2，全部灯熄灭并终止循环。依据控制要求首先画出绿、黄、红灯次序点亮功效流程图9-23所表示。梯形图程序如图9-24所表示。用SM0.1将S0.0预置为活动步，当满上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第26页任务二顺控指令应用足I0.0

=

ON时，S0.1

=

ON执行程序第一步，输出Q0.0置1(点亮绿灯)，Q0.2置0(熄灭红灯)，同时开启定时器T37，经过1

s，步转移指令使得S0.2置1，S0.1置0，程序进入第二步，输出点Q0.1置1(点亮黄灯)，输出点Q0.0置0(熄灭绿灯)，同时开启定时器T38，经过1

s，步转移指令使得S0.3置1，S0.2置0，程序进入第三步执行。输出点Q0.2置1(点亮红灯)，输出点Q0.1置0(熄灭黄灯)，同时开启定时器T39，经过1

s，步进转移指令使得S0.0置1，S0.3置0，程序重新进入第一步执行。如此周而复始，循环工作。任务实施温馨提醒：该去做项目了！知识巩固项目2使用顺控指令完成对次序功效图9-18所表示液压动力滑台上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第27页任务二顺控指令应用PLC控制。项目3使用跳转指令和顺控指令完成对次序功效图9-18所表示液压动力滑台PLC控制。项目4运料小车PLC控制。以模块8中运料小车PLC控制系统为例，应用顺控指令来完成运料小车自动往复运行控制。试试吧！(控制要求详见模块8子程序调用指令应用训练一节)。总结阶段温馨提醒：经过这节内容学习和训练，总结一下自己收获吧！上一页下一页返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第28页表9-1输入/输出设备返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第29页图9-1机械手动作示意图返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第30页图9-2初始步返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第31页图9-3工作步符号返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第32页图9-4与步对应动作返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第33页图9-5单序列流程图返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第34页图9-6选择序列流程图返回电气控制与PLC技术之顺序控制系统程序设计法第35页图