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1、第5章 顺序功能图及编程方法5.1 顺序功能图及状态功能5.2 单流程顺序功能图的编程5.3 选择性分支与汇合的编程5.4 并行分支与汇合的编程5.5 编程实例5.6 顺控设计法中梯形图的编程方式5.0 PLC程序的顺控设计法概述 顺序控制系统:如果 一 个 控制系统统可 以分解成几个 独立的控制 动动 作, 且这这些 动动 作 必须须 严严 格按 照 一定的 先 后 次 序执执行 才 能 保 证证 生产过产过 程的正 常运行, 也称 为为步 进进控制系统统。 顺序控制设计法就 是 针针 对对 顺顺 序 控 制 系 统统的 一种 专专 门门 的 设计设计 方 法 。 这这 种 设计设计 方 法
2、 很 容易 被 初 学者 接 受 , 对对 于 有 经经 验验 的工程 师师 , 也会提 高 设计设计 的 效 率 ,程序的 调调 试试 、 修 改 和 阅阅 读读 也很 方 便 。 PLC 的设计设计 者们们 为顺为顺 序控制系 统统的程序编编制 提供了 大 量 通用和专专用的编编程 元件 , 开 发发 了 专专 门门供 编编制顺顺序控制 程序用的 功能 表图图 , 使这这 种 先 进进 的 设计设计 方 法 成 为为 当 前 PLC 程序设计设计 的主 要方 法。顺控设计法的设计步骤 步的划分 转换条件的确定 功能表图的绘制 梯形图的编制5.0 PLC程序的顺控设计法概述顺控设计法的设计步
3、骤 步的划分 将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段, 这些阶段称为步,并且用编程元件来代表各步。步是根据 PLC输出状态的变化来划分的,在任何一步内,各输出状 态不变,但是相邻步之间输出状态是不同的。顺控设计法的设计步骤 步的划分 步也可根据被控对象工作状态的变化来划分,但 被控对象工作状态的变化应该是由PLC输出状态 变化引起的。否则就不能这样划分,例如从快进 到工进与PLC输出无关,那么快进和工进只能算 一步。顺控设计法的设计步骤 转转 换换 条件 的确 定 使 系统统由 当前 步转转 入下一 步 的信 号称 为转为转 换换条件。 转转 换换 条 件 可 能 是 外 部输输入 信
4、 号 , 如 按 钮钮 、指令 开 关 、 限 位 开 关 的 接 通 / 断 开 等 , 也 可 能 是 PLC 内 部 产产 生 的 信 号 , 如 定时时器、计计数器 触点的 接 通/ 断开 等, 转转 换换 条件 也可 能是 若干个 信 号的与、或、 非逻辑逻辑 组组 合。顺控设计法的设计步骤 功能表图的绘制 根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控 制要求画出功能表图。绘制功能表图是顺序控制设计 法中 最为关键的一步。 功能表图又称做状态转 移图,它是描述控制系统的控 制过程、功能和特性的一种图形。 功能表图不涉及所描述控制功能的具体技术,是一种 通用的技术语 言,可用于进一步
5、设计 和不同专业 的人员之 间进 行技术交流。 各个 PLC 厂家 都 开发 了 相 应 的 功 能 表 图 , 各 国 家 也 都 制 定 了 国 家 标 准 。 我 国 1986 年 颁 布 了 功 能 表 图 国 家 标 准 (GB6988.6-86)。顺控设计法的设计步骤 梯形图的编制 (可省略)根 据 功 能 表 图 , 按 某 种 编 程 方式 写 出 梯 形 图程 序 。 如果 PLC 支持 功 能 表 图 语 言 , 则 可 直接 使 用 该 功 能 表 图作为最终程序。5.0 PLC程序的顺控设计法功能表图的组成 主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作(命令)组成。 步与动
6、作 步:矩形框表示步,方框内是该步的编号。编程 时一般用PLC内部编程元件来代表各步 初始步:与系统的初始状态相对应的步称为初始 步。初始步用双线方框表示,每一个功能表图至 少应该有一个初始步。步与动作 动作:一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统。对 于被控系统,在某一步中要完成某些“动作”;对于施控 系统,在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”,将 动作或命令简称为动作 动作的表示:矩形框中的文字或符号表示,该矩形框应与 相应的步的符号相连。步与动作 活动步:当系统正处于某一步时,该步处于活动状态,称 该步为“活动步”。步处于活动时,相应的动作被执行。 保持型动作:若为保持型动作,则该
7、步不活动时继续执行 该动作。 非保持型动作:若为非保持型动作则指该步不活动时,动 作也停止执行。 说明:一般在功能表图中保持型的动作应该用文字或助记 符标注,而非保持型动作不要标注。有向连线、转换与转换条件 有向连线:功能表图中步的活动状态的顺序进展按有向连 线规定的路线和方向进行。活动状态的进展方向习惯上是 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。 转换:转换是用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表 示,转换将相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转 换的实现来完成的,并与控制过程的发展相对应。 转换条件:转换条件可
8、以用文字语言、布尔代数表达式或 图形符号标注在表示转换的短线的旁边。转换实现的基本规则 转换实现的条件:在功能表图中步的活动状态的进展是由 转换的实现来完成。转换实现必须同时满足两个条件: 1)该转换所有的前级步都是活动步; 2)相应的转换条件得到满足。 转换实现应完成的操作:转换的实现应完成两个操作: 1)使所有的后续步都变为活动步; 2)使所有的前级步都变为不活动步。5.1 顺序功能图及状态功能引例: 如图所示SQ2(X2)SQ1(X1)SQ3(X3)前进(Y1)后退(Y2)SB(X0) 启动TMMMMMMMMMMMMMMMM M MMMM台车自动往返系统工况示意图某生产过程的控制工艺要求
9、如下:5.1 顺序功能图及状态功能(2) 台车后退碰到限位开关SQ2后,台车电机M停转,台车停车,停5 s,第二次前进,碰到限位开关SQ3,再次后退。(3) 当后退再次碰到限位开关SQ2时,台车停止(或者继续下一个循环)。(1) 按下启动按钮SB,台车电机M正转,台车前进,碰到限位开关SQ1后,台车电机M反转,台车后退。输输入设备设备端口号输输出设备设备端口号启动动 SBX00电电机正转转Y01前限位 SQ1X01电电机反转转Y02前限位 SQ3X03后限位 SQ2X02为编程的需要,不妨设置输入、输出端口配置如表所示。5.1 顺序功能图及状态功能编程步骤如下:5.1 顺序功能图及状态功能第一
10、步:绘制流程图流程图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形,流程图又叫功能表图(Function Chart)。流程图主要由步、转移(换)、转移(换)条件、线段和动作(命令)组成。台车的每次循环工作过程分为前进、后退、延时、前进、后退五个工步。5.1 顺序功能图及状态功能每一步用一个矩形方框表示,方框中用文字表示该步 的动作内容或用数字表示该步的的标号。与控制过程的初始状态相对应的步称为初始步。初始 步表示操作的开始。每步所驱动的负载(线圈)用线段与方框连接。方框之间用线段连接,表示工作转移的方向,习惯的方向是从上至下或从左至右,必要时也可以选用其它方向。线段上的短线表示工作转移条件,
11、图中状态转移条件为SB、SQ1。方框与负载连接的线段上的短线表示驱动负载的联锁条件,当联锁条件得到满足时才能驱动负载。转移条件和联锁条件可以用文字或逻辑符号标注在短线旁边。5.1 顺序功能图及状态功能准 备SB启动(前进)工序一前进:Y1动作SQ1后退工序二后退:Y2动作SQ2后退停延时5 s:T0动作前进:Y1动作后退:Y2动作工序三延时前进T0工序四后退SQ3工序五后退停SQ2状态功能状态条件状态当相邻两步之间的转移条件得到满足时,转移去执行下一步动作,而上一步动作便结束,这种控制称为步进控制。5.1 顺序功能图及状态功能在初始状态下,按下前进启动按钮SB(X00动合触点闭合),则小车由初
12、始状态转移到前进步,驱动对应的输出继电器Y01,当小车前进至前限位SQ1时(X01动合触点闭合),则由前进步转移到后退步。这就完成了一个步进,以下的步进读者可以自行分析。顺序控制若采用步进指令编程,则需根据流程图画出顺序功能图。顺序功能图是用状态继电器(简称状态)描述的流程图。5.1 顺序功能图及状态功能第二步:绘制顺序功能图状态元件是构成顺序功能图的基本元素,是可编程序控制器的元件之一。(1) 驱动负载。状态可以驱动M、Y、T、S等线圈。可以直接驱动和用置位SET指令驱动,也可以通过触点联锁条件来驱动。例如,当状态S20置位后,它可以直接驱动Y1。在状态S20与输出Y1之间有一个联锁条件Y2
13、。状态可提供以下三种功能 :5.1 顺序功能图及状态功能(2) 指定转移的目的地。状态转移的目的地由连接状态之间的线段指定,线段所指向的状态即为指定转移的目的地。例如,S20转移的目的地为S21。流程图中的每一步,可用一个状态来表示,由此绘出图所示的台车流程图的状态转移图。如图所示,分配状态的元件如下:初始状态前进(工序一)后退(工序二)延时(工序三)S0S20S21S22再前进(工序四) S23再后退(工序五) S24注意:虽然S20与S23、S21与S24,功能相同,但它们是状态 转移图中的不同工序,也就是不同状态,故编号也不同。SQ2SB X0S20SQ1 X1S21SQ2 X2S22T
14、0S23SQ3X3S24X2Y1Y2T0 K50Y1Y2Y2Y1Y2Y1RETENDM8002S0 台 车 流 程 图 的 顺 序 功 能 图(3) 给出转移条件。状态转移的条件用连接两状态之间的线段上的短线来表示。当转移条件得到满足时,转移的状态被置位,而转移前的状态(转移源)自动复位。例如,当X1动合触点瞬间闭合时,状态S20将转移到S21,这时S21被置位而S20自动复位。5.1 顺序功能图及状态功能状态的转移条件可以是单一的,也可以是多个元件的串、并联组合,如图所示。X0转移条件:X0S20S20转移条件:X1与T0 并联再与X0串联(b)X1T05.1 顺序功能图及状态功能X0(a)
15、在使用状态时还需要说明以下问题:(1) 状态的置位要用SET指令,这时状态才具有步进功能。它除了提供步进触点外,还提供一般的触点。步进触点 (STL触点)只有动合触点,一般触点有动合触点和动断触 点。当状态被置位时,其STL触点闭合,用它去驱动负载。(2) 用状态驱动的M、Y若要在状态转移后继续保持接 通,则需用SET指令。当需要复位时,则需用RST指令。5.1 顺序功能图及状态功能(3) 只要在不相邻的步进段内,则可重复使用同一编号的计时器。这样,在一般的步进控制中只需使用23个计时器就够了,可以节省很多计时器。5.2 单流程顺序功能图的编程(4) 状态也可以作为一般中间继电器使用,其功能与
16、M一样,但作一般中间继电器使用时就不能再提供STL触点了。每个状态提供一个STL触点,当状态置位时,其步进触点接通。用步进触点连接负载的梯形图称为步进梯形图,它可以根据状态转移图来绘制。根据图所示台车状态转移图绘制的步进梯形图。第三步:设计步进梯形图5.2 单流程顺序功能图的编程SETS0M8002S0X0S20S21S22S23Y2X1Y1X2T0Y2SETS24Y1 X3S24OUTS0Y1X2Y2RETSET S20Y1SET S21Y2SET S22T0 K50SET S23单 流 程 顺 序 功 能 图 的 编 程END下面对绘制步进梯形图的要点作一些说明:(1) 状态必须用SET指令置位才具有步进控制功能,这时状态 才能提供STL触点。(2) 状态转移图除了并联分支与联接的结构以外,STL触 点基本上都是与母线连接的,通过STL触点直接驱动线圈, 或通过其它触点来驱动线圈。线圈的