电气控制与PLC应用技术（FX5U） 课件 模块4 顺序控制系统设计与应用

4.1用顺序控制设计法实现Y-Δ降压启动控制FX5U的步进继电器（1）FX5U有步进继电器有4096位，编号为S0~S4095。它们的用途根据编号有所区别。（2）设置了锁定的步进继电器（默认S500~S4095）的动作状态通过非易失存储器备份。如果PLC在运行中发生停电，重新接通电源时，这些步进继电器会保持停电前状态，因此再次执行RUN后，将从停电之前的状态开始运行。步进指令及其说明（1）表4-1中的梯形图符号S(n)是步进继电器的编号，如S0、S20等。（2）步进程序的最后一定要有RETSTL指令，连续进行步进梯形图编程的情况下，在程序的中间可省略RETSTL指令。FX5U的步进指令（1）从1个STL指令开始至下1个STL或RETSTL为止，称为1个状态或工序。如图中的S0工序、S20工序和S21工序。（2）S0工序的意义是：当S0=1（ON）时，此状态为活跃状态，即这段程序被执行，反之当S0=0（OFF）时，此状态为非活跃状态，即这段程序不会被执行。图4-1中的S20和S21工序同样。（3）SM402、SM400是特殊继电器，SM402的功能是只在程序运行的第1个扫描周期时为ON，SM400的功能是程序运行时一直为ON。在图中程序刚开始运行时，SM402使S0置位为ON，则S0的工序程序被执行。S0工序实现的功能是当X0为ON时，使工序转换。FX5U的步进指令步进指令应用举例说明（4）当S20为ON时，则S20工序为活跃状态，执行S20工序段程序，并使此前为ON的状态被置为OFF（复位），即自动使S0=0（OFF），S0工序段程序非活跃不被执行。所以X0是S0工序到S20工序的转移条件。（5）S20工序的作用是在其工序为活跃状态时，Y21为ON使电机正转前进。同时等待X1为ON。（6）X1是S20工序到S21工序的转移条件，当X1=1（ON）时，自动使S20=0（OFF），S20工序段程序转成非活跃不被执行，S21为ON，执行S21工序段程序。FX5U的步进指令步进指令应用举例说明如图为Y-Δ降压启动的工序流程图主干的方框表示各工序的名称，分别是：准备、Y形启动、Δ运行和停止。各方框在横向分支表示此工序下控制的设备或完成具体工作。主干方框之间的带箭头实线称为流程线，表示工序流向。流程线上横向短线表示转移条件，并在其旁边注明此条件。工序流程图工序流程图：一个工作过程依先后分为若干道工序，工序用矩形框表示，并在矩形框内注明此工序的名称与代号，相邻工序之间用流程线相连，当满足转移条件时即转入下一步工序。工序流程图用于清晰表达整个工作过程，便于编制PLC程序或绘制PLC的顺序控制功能图。（1）步对应前面工序为“步”步用不同编号的步进继电器S或辅助继电器M进行标注步用矩形框表示，其中初始步对应系统初始状态，至少有一个初始步，初始步用双线框。每一步都对应于一个稳定的输出状态。如图是电动机Y-Δ降压启动控制顺序功能图：其中S0步对应工序流程图的准备阶段S20步对应Y形启动S21步对应Δ形启动S22步对应停止顺序功能图1.功能图的三要素（2）动作一个步表示控制过程中的一个稳定状态，它可以对应一个或多个动作，在步右边矩形框标注。对于电动机Y-Δ降压启动控制顺序功能图：S20步对应Y形启动阶段，其任务是电机接成Y形启动并开始6s的延时，所以其右侧的2个矩形框的动作是接通Y1、对Y0置位和启动6s定时；S21步对应Δ形启动，此阶段的任务是电机接成Δ形正常运行，其右侧的矩形框的动作是接通Y2；S22步对应停止，此阶段的任务是电机停止，其右侧的矩形框表达的动作对Y0复位。顺序功能图1.功能图的三要素（3）转换条件步与步之间用有向线段连接，如果方向箭头是从上指向下（或从左到右），箭头可省略。当前活动步切换到下一步，所需要满足的信号条件，称为转换条件。转换条件标在短线的旁边。对于电动机Y-Δ降压启动控制顺序功能图：S0步至S20步的转换条件是X2，即按下启动按钮，X0从OFF→ON时，从S0步切换到S20步；S20步至S21步的转换条件是T0，即延时时间到，T0的位元件常开触点接通时，从S20步切换到S21步；S21步至S22步的转换条件是X0、X1，即按下停止按钮或发生过载时，从S21步切换到S22步。顺序功能图1.功能图的三要素（1）步与步之间不能直接相连，必须有转换条件；（2）转换条件与转换条件之间也不能直接相连，有步；（3）初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，这一步可能没有输出，只是做好预备状态；（4）自动控制系统应能多次重复执行同一工序流程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向线段组成的闭环，即在完成一次工序流程的全部操作之后，应可以从最后步返回初始步，重复执行或停止在初始状态;（5）可以用初始化脉冲SM402的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步。顺序功能图2.功能图的绘制电气线路图用顺序控制设计法实现Y-Δ降压启动控制PLC程序工作原理：（1）准备阶段特殊继电器SM402只在程序运行的第1个扫描周期时为ON，在此用于将S0置位，将初始步预置为活动步。此步的作用是等待按下启动按钮SB2使X2从OFF→ON。（2）Y形启动按下启动按钮SB2时，X2从OFF→ON，使S20置位，S0复位，即从S0状态切换到S20状态。在S20状态中，特殊继电器SM400一直为ON，在此用它接通Y1，置位Y0，并启动T0开始10s定时，实现Y形启动。需要注意的是，Y0用置位指令，离开S20状态会保持ON，而Y1用的是接通线圈指令，当离开S20状态将不能保持为ON。用顺序控制设计法实现Y-Δ降压启动控制PLC程序工作原理：（2）Δ形运行当定时器T0延时10s时间到，T0常开触点接通，使S21置位，S20复位，即从S20状态切换到S21状态。在S21状态中，特殊继电器SM400用于接通Y2，转换成Δ形运行。并等待按下停止按钮SB1。（3）停止按下停止按钮SB1时，X1从ON→OFF，其常闭触点接通，使S22置位，S21复位，即从S21状态切换到S22状态。在S22状态中，特殊继电器SM400用于复位Y0，电动机停止，并且立即使S0置位，S22复位，即从S22状态切换到S0初始化状态，开始下次循环。用顺序控制设计法实现Y-Δ降压启动控制用顺序控制设计法实现Y-Δ降压启动控制操作步骤1.用OfficeVisio软件绘制电动机Y-Δ降压启动控制工序流程图。2.用OfficeVisio软件绘制电动机Y-Δ降压启动控制顺序功能图。3.用GX-Works软件编制用顺序控制设计法实现Y-Δ降压启动控制的梯形图程序，并进行程序的转换。5.按3.2.5进行PLC程序的仿真运行，对程序进行调试。6.按电气线路图进行电气接线。7.PLC通电，将编写好PLC程序下载到CPU。8.按下启动按钮SB2，电动机Y启动，经过10s后自动转成Δ运行。9.按下停止按钮，交流接触器释放，电动机停止。4.2三台电机顺序启动逆序停止PLC控制系统任务分析三台电机顺序启动逆序停止控制某生产线有3台皮带输送机，分别由M1、M2、M3三台电动机拖动控制要求是：按下启动按钮→电动机M1启动，运行20s后→电动机M2启动，运行20s后→电动机M3启动；按下停止按钮或过载时，M3先停止→20s后M2停止→20s后M1停止。在启动过程中也能完成逆序停止，即M2启动后和M3启动前按下停止按钮，M2停止，20s后M1停止。输入输出端口分配表三台电机顺序启动逆序停止控制启动按钮SB2用常开按钮接输入端口X2，停止按钮SB1用常闭按钮接X1，三个热继电器常闭触点串联接X0。输出端口Y0、Y1、Y2分别接三个交流接触器的线圈KM1、KM2、Km3。电气接线图三台电机顺序启动逆序停止控制启动按钮SB2用常开按钮接输入端口X2，停止按钮SB1用常闭按钮接X1，三个热继电器常闭触点串联接X0。输出端口Y0、Y1、Y2分别接三个交流接触器的线圈KM1、KM2、Km3。工序流程图三台电机顺序启动逆序停止控制启动阶段有三个工序，即M1启动、M2启动、M3启动；停止阶段也有三个工序，即M3停止、M2停止、M1停止；再加上预备阶段共有7个工序。准备到M1启动的转移条件是按下启动按钮。开始停止过程（即M3启动工序到M1停止工序）的转移条件是按下停止按钮或发生了过载使FR的常闭触点断开。其它工序的转移条件都是延时时间换。如在M1启动完成M2还没启动时就按下停止按钮，则直接切换到M1停止。如在M2启动完成M3还没启动时就按下停止按钮或发生过载，则直接切换到M2停止，再延时后M1停止。顺序功能图三台电机顺序启动逆序停止控制S0步对应工序流程图的准备阶段，其作用是等待按下启动按钮SB2使X2为ON时，由S0步切换到S20步开始启动过程。启动过程中S20、S21、S22步分别对应流程图的电机M1启动、M2启动、M3启动；停止过程S23、、S24、S25步分别对应流程图的电机M3停止、M2停止、M1停止。顺序功能图中最下边有不在循环流程内的工序，即按下停止按钮或发生过载时，对M21置位。M21叫内部继电器，相当于1个中间继电器，这里用于记下按下了停止按钮或发生了过载。S20步用于启动第1台电机（M1），并且启动20s定时。S20有2个分支流程方向，20s时间到并且M21为OFF，则切换到S21步启动M2，如果M21为ON，则切换到S25步直接停止电机M1。顺序功能图三台电机顺序启动逆序停止控制S21步用于启动M2，并启动20s定时。S21有2个分支，如果20s时间到并且M21为OFF，则顺序切换到S22步启动M3，如果M21为ON，则切换到S24步停止M2。S22步用于启动M3，当M21为ON时切换到S23开始停止过程。S23步、S24步分别用用于停止电机M3、电机M2并启动对应的定时器。S25步用于停止电机M1，因为到此停止过程已经结束，所以还对内部继电器M21复位。在电机全部停止后，转移到S0等待下一过程。PLC程序设计三台电机顺序启动逆序停止控制（1）准备阶段程序步0~5，程序运行的第1个扫描周期，SM402将S0置位（ON），即将初始步预置为活动步，S0工序的作用是等待按下启动按钮SB2，X2从OFF→ON，使S20置位，S0复位，即从S0工序切换到S20工序。（2）程序步122~131，这段程序一直会运行，作用是用M21来记忆按下了停止按钮SB1或发生过载。X0、X1有1个从ON→OFF，对M21置位。（3）电机M1启动在S20步工序中，程序步16~24，SM400置位Y1，第1台电机M1启动，同时接通定时器T1，定时20s。T1延时20s到，位元件T1接通，M21为OFF时S21置位，S20复位，从S20工序切换到S21工序。M21为ON，则由S20工序切换到S25工序。此为顺序控制的分支结构。PLC程序设计三台电机顺序启动逆序停止控制（4）电机M2启动在S21工序，程序步40~48，SM400置位Y2，M2启动，接通定时器T2，定时20s。20s时间到，位元件T2接通，M21为OFF时，对S22置位，S21复位，从S21工序切换到S22工序。在S21工序中如果按下了停止按钮，M21为ON，对S24置位，对S21复位，由S21工序切换到S24工序。此为顺序控制的分支结构。（5）电机M3启动在S22工序，SM400对Y3置位，M3启动。程序步68~70，M21为ON，切换到S23工序开始停止过程。PLC程序设计三台电机顺序启动逆序停止控制（6）电机M3停止在S23工序，SM400对Y3复位，M3停止，接通定时器T3定时20s。时间到从S23工序切换到S24工序。（7）电机M2停止在S24工序，SM400对Y2复位，电机M2停止，接通定时器T4，定时20s。定时时间到从S24工序切换到S25工序。（8）电机M1停止在S25工序，SM400对Y1复位，电机M1停止，同时复位M21，为下一个循环准备。电机M1停止后，对S0置位，切换到S0工序回到准备状态。三台电机顺序启动逆序停止PLC控制操作步骤1.用OfficeVisio软件绘制图4-7所示的PLC控制工序流程图。2.用OfficeVisio软件绘制图4-8所示的PLC控制顺序功能图。3.用GX-Works软件编制图4-9所示的PLC控制的梯形图程序，并进行程序的转换。5.PLC程序的仿真运行，对程序进行调试。6.按电气线路图进行电气接线。7.PLC通电，将编写好PLC程序下载到CPU。8.按下启动按钮SB2，3台电动机顺序启动。9.在三台电机启动完成后，按下停止按钮SB1，3台电动机逆序停止。10.在电机M1启动后，未等M2启动就按下停止按钮，则电机M1立即停止。11.在电机M1和M2依次启动后，未等M3启动就按下停止按钮，则电机M2立即停止，电机M1延时停止。4.3运料小车自动往返PLC控制系统江苏建院任务分析运料小车自动往返PLC控制系统小车在启动前位于原位A处，一个工作周期过程是：（1）按下启动按钮，小车从原位A装料，装料10s后小车前进至B位，到达B位后停5秒卸料，卸料完成后退回A位。（2）小车退回到原位A继续装料10s，再第二次前进驶向C位，到达C位后停5秒卸料，卸料完成后退回A位。（3）在任何时间按下停止按钮，需完成一个工作周期后才能停止工作，若未按下停止按钮，则一直自动循环往复工作。输入输出端口分配表运料小车自动往返PLC控制系统输入端停止按钮用常闭按钮SB1接X0，启动按钮用常开按钮SB2接X1，A位行程开关SQ1接X2，B位行程开关SQ2接X3，C位行程开关SQ3接X4。输出端口Y0、Y12分别接交流接触器的线圈KM1、KM2用于控制运料小车的前进和后退。I/O电气接线图运料小车自动往返PLC控制输入端停止按钮用常闭按钮SB1接X0，启动按钮用常开按钮SB2接X1，A位行程开关SQ1接X2，B位行程开关SQ2接X3，C位行程开关SQ3接X4。输出端口Y0、Y12分别接交流接触器的线圈KM1、KM2用于控制运料小车的前进和后退。顺序功能图运料小车自动往返PLC控制用内部继电器M代替步进继电器S来标记顺序控制的“步”。（1）M0步是准备阶段，其作用是等待按下启动按钮SB1，由M0步切换到M50步开始装料10s。还有1个限定条件是小车在原位A处SQ1使X2为ON。转移条件有2个，X1和X2。运料小车总是运行完1个循环后再停止，用内部继电器M1来记忆在任何时间按下了停止按钮。M50步用于启动10s定时，在这10s时间内，运料小车在原位A装料，定时10s时间到，即切换到M51步。顺序功能图运料小车自动往返PLC控制M51步用于控制小车前进，到B位时触动行程开关SQ2。行程开关SQ2接通，即切换到M52步。M52步用于控制5s卸料，时间到即切换到M53步。M53步用于控制电机小车后退，到原位A处时触动SQ1，使X2为ON，切换到M54步。M54步用于控制10s装料，时间到即切换到M55步。M55步用于控制小车前进，小车经过B位不起作用。小车到C位触动SQ3，使X4为ON，切换到M56步。M56步用于控制5s卸料，时间到即切换到M57步。M57步用于控制小车后退，回到A处时触动行程开关SQ1，使X2为ON。1方向按过停止按钮，则切换S0步，等待按下启动按钮。如果未按停止按钮，则直接切换到M50步，开始下一个循环。PLC程序设计运料小车自动往返PLC控制用内部继电器M来标记顺序控制的“步”程序各段落清晰，各部分完成的功能单一，程序容易理解和修改。程序步0~86是各工序的切换，程序很规整。注意内部继电器M作为转移条