PLC应用技术（S7-1200机型）课件 项目四任务2供料系统的程序设计

《可编程控制器技术应用》供料系统的程序设计主讲教师：×××Microbot目录010203第一部分：任务描述第二部分：任务准备与实施第三部分：任务检查与评价目录第一部分任务描述供料系统如图4-19所示。要求编写PLC系统的控制程序并下载运行。一、任务描述1.学习目标（1）设备上电和气源接通后，如果工作单元的两个气缸满足初始位置要求，而且料仓内有够的待加工工件，出料台上没有工件，表示设备准备好。（2）如果已经准备好设备，按“启动”按钮SB1，表示有供料请求，设备应执行把工件推到出料台上的操作。当出料台上的工件被人工取出后，设备将再次执行推料操作。（3）如果按“停止”按钮SB2，则系统恢复初始状态。一、任务描述1.学习目标图4-19

供料系统外观图一、任务描述2.实施条件（1）理解PLC控制系统设计的原则。（2）理解PLC控制系统设计的步骤。（3）能使用顺控设计法编写供料系统控制程序。一、任务描述3.实施条件（1）已经安装完毕的S7-1200系列PLC系统一套（2）已经接线完毕的供料系统（3）装有TIA_Portal软件的计算机（4）电工工具一套。一、任务描述4.安全提示（1）PLC所有模块的安装与接线必须在断电的情况下操作。（2）在安装接线完成后，必须由指导教师检查后才能上电运行。（3）在通电的情况下，不能用手去触摸任何金属端子。（4）出现任何异常情况先断电，并立即向指导教师报告。目录第二部分任务准备与实施二、任务准备与实施1.任务准备（一）顺序控制使用经验法编制PLC程序，没有固定的分析方法和步骤，导致程序设计随意性较大，不确定性因素较多。尤其是遇到复杂的流程，动作之间关联性较大，编制的程序触点之间关联较多，程序容易出错。一般面对复杂流程的时候采用顺序控制完成设计法完成程序编制。顺序控制，是指按照生产工艺预先规定的顺序，各个执行机构自动地有秩序地进行操作，在工业生产和日常生活中应用十分广泛，例如搬运机械手的运动控制、自动化生产线的控制、交通信号灯的控制等。顺序控制有三个要素：转移条件、转移目标和工作任务，按照顺序控制系统实现顺序控制的特征，可以将顺序控制划分为时间顺序控制、逻辑顺序控制和条件顺序控制三类。顺序控制设计法是将一个完整的控制系统分解成几个独立的控制动作或工序，且这些动作或工序严格按照一定的先后次序一步一步的按顺序执行。二、任务准备与实施1.任务准备（二）顺序功能图使用顺序控制设计法时，首先根据工艺要求画出顺序功能图（SequentialFunctionChart，SFC），然后根据顺序功能图编制梯形图。顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC顺序控制程序的工具。它将一个完整的控制过程分为若干阶段，各阶段具有不同的动作，阶段间有一定的转换条件，转换条件满足就实现阶段转移，上一阶段动作结束，下一阶段动作开始。顺序功能图主要用来描述开关量顺序控制系统，根据它可以很容易画出顺序控制梯形图程序。顺序功能图很清楚的表达了每一个工序的状态，又称为状态转移图或功能表图。利用这种编程方法，用户也很容易编出复杂的顺控程序，程序结构清晰、可读性好，调试方便，大大提高了工作效率，也为调试、试运行带来许多便利。二、任务准备与实施1.任务准备顺序控制功能图主要由步、有向连线、转换与转换条件、动作组成。1.步顺序控制设计法将一个顺序控制过程可分为若干个阶段，这些阶段称为步（Step）或状态，并且用编程元件（M）代表各步。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的相对静止的状态，每一个顺序功能图至少应有一个初始步。当系统正处于某一步所在的阶段时，该步称为活动步。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型的动作被停止执行。初始步用双线框表示，一般补用矩形图框表示，矩形图框中用数字表示步的编号。二、任务准备与实施1.任务准备（a）步

（b）初始步（c）有向连线及转换条件图4-20步、有向连线及转换条件二、任务准备与实施1.任务准备2.有向连线在顺序功能图中，活动状态的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，用有向连线将它们连接起来。步的活动状态习惯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。

3.转换与转换条件相邻的两步由转换分开，步的活动状态进展是由转换的实现完成的，使系统从当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可以由外部输入信号、定时器、计数器或者逻辑控制来实现。步与步之间实现转换应该同时满足两个条件：前级步必须是活动步，对应的转换条件成立。二、任务准备与实施1.任务准备转换在两步之间用垂直短横线表示，用文字注明转换的条件。4.与步对应的动作在某一步中要完成的具体事情称之为动作，可以是一个动作也可以是多个动作。一般在用矩形框加文字说明表示动作。5.顺序功能图绘制注意事项（1）步与步不能直接相连，必须用转移分开；（2）转移与转移不能直接相连，必须用步分开；（3）步与转移、转移与步之间的连线采用有向线段；（4）一个功能图至少应有一个初始步。二、任务准备与实施1.任务准备6.顺序功能图的结构顺序功能图的结构如图4-21所示，主要分为单序列结构、选择序列结构、并行序列结构。（1）单序列结构如图4-21（a）所示，单序列结构的功能图没有分支，这种结构的功能图没有分支，是单一串行的结构，每个步后只有一步，步与步之间只有一个转换条件。（2）选择序列结构如图4-21（b）所示，选择序列结构的开始称为分支，步2后有2个分支，各选择分支不能同时执行。例如，当步2为活动步且条件c满足时，则转向步3；当步2为活动步且条件g满足时，则转向步5。无论2转向哪个分支，当其后续步成为活动步时，步2自动变成不活动步。所以选择了转向二、任务准备与实施1.任务准备某一分支，则不允许另外几个分支的首步成为活动步，所以应该使各选择分支间联锁，选择序列的结束称为合并。如图4-21，不论哪个分支的最后一步成为活动步，当转换条件满足时都要转向步7。（3）并列序列结构如图4-21（c）所示，并行序列的开始也称为分支，为了区别于选择序列结构，用双线来表示并行序列分支的开始，转换条件放在双线之上。图4-21（c）中的步2后有2个分支（可以有更多的分支），当步2为活动步且条件b满足时，则步3、5同时被激活成为活动步，而步2变为不活动步。并行序列的结束称为合并，用双线表示并行序列的合并，转换条件放在双线之下。当并行序列的最后一步都为活动步且满足条件i时，将同时转换到步7，且步4、6变为不活动步。设计的顺序功能图必须要由步和有向连线组成闭合回路，使系统能够多次重复执行同一工艺过程，避免走进“死胡同”。二、任务准备与实施1.任务准备（a）单序列结构

（b）选择序列结构

（c）并列序列结构图4-21顺序功能图结构二、任务准备与实施1.任务准备（三）顺序控制设计法的设计步骤通过设计顺序功能图就可以实现顺序控制程序设计，一般分为划分步、确定转移条件、绘制顺序功能图、绘制梯形图等步骤。1.划分步首先根据工艺流程分析被控对象的控制要求，将系统的工作过程划分成若干个阶段。2.确定转换条件根据控制要求，确定转换条件，常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器、计数器以及逻辑控制电路等。二、任务准备与实施1.任务准备

3.绘制顺序功能图根据确定的步和转换条件画出描述系统工作过程的顺序功能图。4.梯形图的绘制根据顺序功能图，采用某种编程方式设计出梯形图。顺序控制设计法常见的方式有起保停编程、步进梯形指令编程、移位寄存器编程、置位复位编程、定时器计数器编程等。二、任务准备与实施1.任务准备（四）顺序控制设计法常见的方法顺序控制设计法常见的方式有起保停编程、步进指令编程、移位寄存器编程、置位复位编程、定时器计数器编程等，但西门子S7-1200和其他系列PLC不一样，没有专门的步进指令。1.起保停编程方法起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，无需编程元件做中间环节，各种型号PLC的指令系统都有相关指令，加上该电路利用自保持，从而具有记忆功能，且与传统继电器控制电路基本相类似，因此得到了广泛的应用。这种编程方法通用性强，编程容易掌握，易调试。（1）单序列编程在图4-22中，假如M0.1、M0.2、M0.3是相临的三步，M0.1到M0.2的转换条件是I0.0，M0.2到二、任务准备与实施1.任务准备M0.3的转换条件是I0.1，步M0.1是活动且转换条件I0.0为真，M0.2才能变成活动步，如果将M0.2看作电机，M0.1和I0.0视为启动开关，那么电机启动的条件是串联的M0.1和I0.0都得电，电机M0.2才能置位，同时需要M0.2触点自锁。同样当M0.2后面的M0.3步动作，需要M0.2变成非活动步。因此将M0.3的常闭触点和M0.2线圈串联。图4-22启保停电路实现的单序列编程二、任务准备与实施1.任务准备（2）选择序列编程的分支和汇总程序对于选择序列的分支，如果某一步的后面有一个由若干条分支组成的选择序列，该步可能转换到不同的分支，应该将这个后续步对应的辅助继电器常闭触头和该步的线圈串联，作为结束该步的条件。见图4-23（a），M0.2之后有一个选择序列分支，当它的后续步M0.3、M0.4、M0.5变为活动步时，它应变为不活动步。所以需要将M0.3、M0.4、M0.5的常闭触点变为M0.2的停止条件，见图4-24。对于选择序列的合并，如果某一步之前有若干条分支合并后进入该步，则代表该步的辅助继电器的启动电路由N条支路并联而成，各支路由前级对应的辅助继电器的常开触点与相应转换条件串联而成。见图4-23（b）所示，M0.4之前有选择序列的合并。当M0.1为活动步且转换条件I0.1满足，或者M0.2为活动步且转换条件I0.2满足、或者M0.3为活动步且转换条件I0.3满足，步M0.4都应变为活动步，见图4-25。二、任务准备与实施1.任务准备

（a）分支结构

（b）汇总结构图4-23分支汇总结构二、任务准备与实施1.任务准备

图4-24启保停电路实现的分支结构编程图4-25启保停电路实现的汇总结构编程二、任务准备与实施1.任务准备（3）并列编序列编程分支的编程。某并列序后面有若干分支，见图4-26，如果M0.1为活动步，转换条件成立，并行序列中各列单序列的第一步都变为活动步，实现这一要求，只要将后续步对应的软继电器常闭触点与M0.1线圈以及转换条件串联，作为结束当前步的条件即可。要想实现图4-26并列序列中的分支功能，只要将M0.1、I0.1与M0.3的常闭触头串联，将M0.1、I0.1与M0.5的常闭触头串联即可执行各自分支电路，见图4-27并联分支程序。合并的编程。当并行序列合并时，只有当各并列序列最后一步都是活动步且转换条件成立时，才能完成并行序列的合并。因此，合并后的步的启动电路应由若干条并联支路中最后一级步的软继电器的常开触点与相应转换条件串联而成。二合并后的步的常闭触点分别作为各并列序列的最后一步断开的条件，见图4-27分支回合程序。二、任务准备与实施1.任务准备

图4-26并列序列二、任务准备与实施1.任务准备

图4-27启保停电路实现的并行序列编程分支汇合并行分支并行分支二、任务准备与实施1.任务准备2.使用置位/复位的设计方法在置位/复位指令的编程方式中，用某一转换所有前级步对应的辅助继电器的常开触点与转换条件串联，作为使所有后续步对应的辅助继电器置位和使所有前级步对应的辅助继电器复位的条件来实现顺序控制。该方法顺序转换关系明确，编程易理解，应用较广。（1）单序列编程在图4-28中，当前级M0.1步是活动步且转换条件成立，后续步M0.2变成活动步，前一级M0.1变成非活动步。这种编程方式和转换实现的基本规则有着严格对应关系，用它编制复杂的功能图时，更具有优越性。二、任务准备与实施1.任务准备

图4-28置位/复位实现的单序列编程二、任务准备与实施1.任务准备（2）选择序列编程的分支和汇总程序选择序列的分支与合并程序和单序列的相同，除了与合并序列有关的转换以外，每个控制位、复位的电路块都由前级步对应的存储位的常开触点和转换条件组成串联电路、一条置位、一条复位组成。（3）并行序列编程分支的编程。某并列序后面有若干分支，如图4-26，如果M0.1为活动步，转换条件成立，并行序列中各列单序列的第一步都变为活动步，实现这一要求，只要将后续步同时激活，即M0.1以及转换条件串联使后续步同时置位，而M0.1使用复位指令复位，如图4-28所示。二、任务准备与实施1.任务准备合并的编程。对于并行序列的合并，只要将若干个分支最后一步的软继电器的常开触点与相应转换条件串联作为置位后续步和复位分支最后一步的条件。二、任务准备与实施2.任务实施（一）系统控制分析1.供料系统控制流程分析由前述的供料系统工作过程介绍可见，供料过程是一个顺序控制的过程，是供料单元的主要控制过程。但这一顺控过程在什么条件下可以启动；而启动以后，在什么情况下顺控过程停止？这些条件必须在顺控程序外部确定。因此，我们除了需要完成供料过程的动作，还要考虑系统的状态信号，这些状态信号包括上电初始化、故障检测、工作状态显示、系统启动条件检查、启动和停止操作等环节。为便于实施，将这些环节简称为主程序的状态检测和启停控制部分。二、任务准备与实施2.任务实施图4-29动作顺序二、任务准备与实施2.任务实施（二）状态功能图绘制供料单元的步进过程比较简单，初始步在上电初始化时就被置位，但系统未进入运行状态前则处于等待状态。当运行状态标志ON后，如果出料台上没有工件，经延时确认后，转移到推料步，将工件推出到出料台。动作完成后，转移到驱动机构复位步，使推料气缸和顶料气缸先后返回初始位置，这样就完成了一个工作周期，步进程序返回初始步，如果运行状态标志仍然为ON，开始下一周期的供料工作。图4-30状态功能图二、任务准备与实施2.任务实施（三）编程思路及程序设计1.编程思路（1）程序结构：有两个子程序，一个是系统状态显示，另一个是供料控制。主程序在每一扫描周期都调用系统状态显示子程序，仅当在运行状态已经建立才可能调用供料控制子程序。（2）PLC上电后应首先进入初始状态检查阶段，确认系统已经准备就绪后，才允许投入运行，这样可及时发现存在问题，避免出现事故。例如，若两个气缸在上电和气源接入时不在初始位置，这是气路连接错误的缘故，显然在这种情况下不允许系统投入运行。通常的PLC控制系统往往有这种常规的要求。（3）供料单元运行的主要过程是供料控制，它是一个步进顺序控制过程。在S7-1200PLC中没有顺序控制指令，因此我们使用传递接力的形式进行编写步进顺序控制流程。如表4-3所示。二、任务准备与实施2.任务实施（4）如果没有停止要求，顺控过程将周而复始地不断循环。常见的顺序控制系统正常停止时要求是接收到停止指令后，系统在完成本工作周期任务即返回到初始步后才停止下来。（5）当料仓中最后一个工件被推出后，将发生缺料报警。推料气缸复位到位，亦即完成本工作周期任务即返回到初始状态步后，也应停止下来。二、任务准备与实施2.任务实施⒉程序设计编程步骤梯形图1）按下启动按钮I2.4，步进起始步M20.0置位。程序跳转到程序段2。2）M20.0常开触点闭合，Q0.1置位，M20.1置位，M20.0复位。程序跳转到程序段3。3）M20.1常开触点闭合，Q0.2置位，M20.2置位，M20.1复位。依此接力形式进行传递跳转。方法一表4-3

步进控制流程程序二、任务准备与实施2.任务实施⒉程序设计表4-3步进控制流程程序（续）编程步骤梯形图1）按下启动按钮I2.4，将数字1传送至MB20。程序跳转到程序