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1、第7章 S7-200系列PLC的顺序控 制指令,7.1 功能图的基本概念 7.1.1 功能图的产生,20世纪80年代初，法国科技人员根据PETRI NET理论，提出了可编程控制器设计的Grafacet法。Grafacet法是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能性说明语言，现在已成为法国国家标准（NFC03190）。IEC（国际电工委员会）也于1988年公布了类似的控制系统功能图准备标准（IEC848）。目前，多数PLC产品都有专为使用功能图编程所设计的指令，使用方便。尤其在一些中小型PLC程序设计中，采用功能图法时，首先根据系统控制的要求设计出控制功能流程图，然后将其转化为梯形图程序，大大简化
2、了程序设计的过程。,7.1.2 功能图的概念及画法,功能图的概念 功能流程图，简称功能图，又叫状态流程图或状态转移图。它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言，能完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性，是分析、设计电气控制系统控制程序的重要工具。,功能图的画法,状态 状态是控制系统中一个相对不变的性质，对应于一个稳定的情形。状态的符号用矩形框表示。矩形框中写上该状态的编号。 初始状态 初始状态是功能图运行的起点，一个控制系统至少要有一个初始状态。初始状态的图形符号为双线的矩形框，也可画一条横线表示功能图的开始。 工作状态 工作状态是控制系统正常运行时的状态。按系统是否运行，其状态可
3、分为静态和动态两种。静状态是指没有运行的状态，动状态是当前正在运行的状态。 与状态对应的动作 每个稳定的状态可以对应一个或多个动作。可以在状态框的右侧加一个矩形框，在框中说明该状态对应的动作,功能图的画法,工作状态 初始状态,状态与动作,功能图的画法,功能图的构成规则 状态与状态不能相连，必须用转移分开； 转移与转移不能相连，必须用状态分开； 状态与转移、转移与状态之间的连接采用有向线段，从上向下画时，可以省略箭头；当有向线段从下向上画时，必须画上箭头，以表示方向； 一个功能图至少要有一个初始状态。,练一练 想一想,有一台小车在生产线上来回运动送料，如图所示。小车通过一台三相异步电动机的正反转
4、来带动其左右运动。当交流接触器KM0通电时，小车向右运动，当交流接触器KM1通电时，小车向左运动。在生产线的左、中、右三个位置分别装有行程开关SQ2、SQ0、SQ1。开始小车停在中间位置，按下启动按钮SB1后，小车按照下图箭头所示的右左 右的顺序运动，最后停在中间位置。试画出小车运动的功能图。,练一练 想一想,7.2 顺序控制指令及主要类型 7.2.1 顺序控制指令介绍, LSCR指令表示一个状态的开始，当该状态寄存器置位时，允许该段程序工作. SCRT指令有效时，一方面置位下一个状态寄存器，以便下一个程序段开始工作；另一方面又同时使当前程序段的状态寄存器复位，使当前程序段停止工作。 SCRE
5、指令表示当前程序段结束。,7.2.2 顺序控制指令使用注意事项,顺控指令仅对元件S有效。 SCR程序段能否执行取决于该状态寄存器（S）是否被置位。 不能把同一个S位用于不同程序中，例如：如果在主程序中用了S0.0，则在子程序中就不能再次使用S0.0。 在SCR段内不能使用JMP和LBL指令，即不允许跳入、跳出该段或在该段内部跳转。 在SCR段中不能使用FOR、NEXT和END指令。 在状态发生转移后，该状态所在程序段内的元件一般也要复位，如果希望继续输出，可使用置位/复位指令。,7.2.3 顺序控制的主要类型,单流程顺序控制 选择性流程顺序控制 并行分支的顺序控制 跳转和循环顺序的顺序控制,单
6、流程顺序控制,选择性流程顺序控制,并行分支的顺序控制,跳转和循环顺序的顺序控制,单流程顺序控制应用实例,控制系统描述: 三台电动机M1M3顺序启动，反向顺序停止。 当按下启动按钮后，电动机按照从M1到M3的顺序启动； 启动完毕后，按下停止按钮，电动机按照从M3到M1的顺序逐台停止。 在电动机的整个启动和停止过程中只有一条状态转移路线，对于电动机的任何一个状态，其上一个状态是唯一的，其下一个状态也是唯一的，这是一种典型的单流程顺序控制。,单流程顺序控制应用实例,电动机控制流程示意图,单流程顺序控制应用实例,PLC的I/O分配表,单流程顺序控制应用实例-电动机控制功能图,单流程顺序控制应用实例,根
7、据功能图画梯形图,想一想 练一练,小车在生产线上来回运动送料，如图所示。小车通过一台三相异步电动机的正反转来带动其左右运动。当交流接触器KM0通电时，小车向右运动，当交流接触器KM1通电时，小车向左运动。在生产线的左、中、右三个位置分别装有行程开关SQ2、SQ0、SQ1。开始小车停在中间位置，按下启动按钮SB1后，小车按照下图箭头所示的顺序运动，最后停在初始位置。试画出小车运动的功能图及控制梯形图。,选择性流程顺序控制应用实例,控制系统描述: 工件分拣系统，能够将金属和非金属材质的工件分拣开。该系统由传送带和机械手两部分组成。 按下启动按钮后，系统开始工作，传送带向右传送工件。工件到达右端待分
8、拣位置后，电容性和电感性接近开关发出信号，传送带停止运动。如果工件是非金属材质，只有电容性接近开关接通发出信号，电感性接近开关不动作；如果工件是金属材质，则电容性接近开关和电感性接近开关均接通发出信号。 机械手可以上下及左右运动抓取工件。接受到电容及电感接近开关的信号后，机械手下降，碰到下限位开关SQ5后，停止下降，抓取工件。0.5秒后，机械手上升，碰到上限位开关SQ4，机械手停止上升，开始右移。如果工件是非金属材质，机械手运动到右端SQ3位置处停止，下降将工件放下，并返回到原始位置处等待；如果工件是金属材质，机械手运动到中间位置SQ2处停止，下降将工件放下，并返回到原始位置处等待；机械手返回
9、到原始位置时，会压下左限位行程开关SQ1，发出信号使传送带又开始运动传送工件，进行下一个工件的分拣。 在这个分拣系统中，当传送带把工件传送到待分拣位置后，必须判断是金属材质还是非金属材质，并将它们分拣到不同的位置，这是一种选择性流程的顺序控制。,选择性流程顺序控制应用实例,分拣系统示意图,选择性流程顺序控制应用实例,分拣系统PLC的I/O分配表,选择性流程顺序控制应用实例-分拣系统功能图,选择性流程顺序控制应用实例,根据功能图画梯形图,并行分支的顺序控制应用实例,控制系统描述: 十字路口的交通信号灯，交通灯的东西方向路口和南北方向路口都有红、绿、黄三种颜色的信号灯。信号灯的动作时序要求如表所示
10、。 因为交通信号灯工作时，东西方向和南北方向必须是同时同步工作，这是一种并行分支的顺序控制。,并行分支的顺序控制应用实例,交通信号灯示意图,交通信号灯时序要求,并行分支的顺序控制应用实例,交通信号灯控制PLC的I/O分配表,并行分支的顺序控制应用实例-交通信号灯控制功能图,并行分支的顺序控制应用实例,根据功能图画梯形图,跳转和循环顺序的顺序控制应用实例,控制系统描述: 三台电动机M1M3顺序启动，反向顺序停止。当按下启动按钮后，电动机按照从M1到M3的顺序启动；启动完毕后，按下停止按钮，电动机按照从M3到M1的顺序逐台停止。 在电动机启动的过程中，如果M1已经启动，M2还未启动，这时按下停止按
11、钮，电动机M1马上停止；如果M2已经启动，M3还未启动，这时按下停止按钮，电动机M2马上停止，M1延时停止。 在电动机的整个启动和停止过程中并非只有一条状态转移路线，而是存在跳跃转移的可能，这是一种跳转的顺序控制。,跳转和循环顺序的顺序控制应用实例,电动机控制流程图,跳转和循环顺序的顺序控制应用实例,电动机控制PLC的I/O分配表,跳转和循环顺序的顺序控制应用实例-电动机控制功能图,跳转和循环顺序的顺序控制应用实例,根据功能图画梯形图,7.3 顺序控制的综合应用之一,控制系统描述: 某自动车床的加工顺序如图所示，按下启动按钮SB1后，卡盘自动夹紧工件； 工件夹紧后，通过夹紧压力继电器KP控制车
12、床主轴启动，同时车床大溜板快速接近工件，碰到行程开关SQ1后，大溜板速度变慢，变为工进，同时小溜板带动刀架向工件移动，达到要求的加工深度后，小溜板因碰到行程开关SQ2停止运动，大溜板带动刀架继续进给，加工工件； 工件加工完成后，大溜板碰到行程开关SQ3，停止前进，小溜板后退，1秒钟后大溜板也快速后退，退到原位后，小溜板和大溜板分别碰到行程开关SQ4和SQ5，停止运动，然后主轴停止运动，卡盘放松工件，完成一个加工循环。 在加工的过程中，如果按下复位按钮SB2，小溜板和大溜板马上快速回到原点，然后主轴停止运转，卡盘放松工件。如果按下急停按钮SB3，大溜板、小溜板、主轴马上停止，卡盘仍然夹紧工件。,
13、顺序控制的综合应用之一,半自动车床加工流程示意图,顺序控制的综合应用之一,半自动车床加工PLC的I/O分配表,顺序控制的综合应用之一半自动车床控制功能图,顺序控制的综合应用之一,根据功能图画梯形图,顺序控制的综合应用之二,控制系统描述: 某多工位加工机床如图所示有四个工位，四个工位的动作分别为： 工位1：工位1由一个液压缸作为送料缸推动工件到待夹紧位置，碰到行程开关SQ1，液压夹紧机构开始夹紧工件。工件夹紧后，压力继电器发出信号，送料缸后退，回到原始位置，碰到行程开关SQ2，送料缸停止后退。 工位2：工位2对工件进行钻孔加工。钻头首先快速接近工件，碰到行程开关SQ3，变为工进开始钻孔加工，钻孔
14、结束后，碰到行程开关SQ4，钻头快速退回到原位，碰到行程开关SQ5，停止后退。 工位3：工位3对已钻完孔的工件进行扩孔加工。扩孔刀具首先快速接近工件，碰到行程开关SQ6，变为工进开始扩孔加工，扩孔结束后，碰到行程开关SQ7，扩孔刀具快速退回到原位，碰到行程开关SQ8，停止后退。 工位4：工位4由一个液压缸作为卸料缸将工件推下工位4。其动作顺序为，当新的已加工完的工件到达后，液压夹紧机构松开，然后卸料缸动作，将工件推下工位4，卸料缸碰到行程开关SQ9，自动退回到原位，碰到行程开关SQ10，停止后退。 四个工位均在圆形工作台上，圆形工作台可以逆时针方向转动。四个工位同时工作，当四个工位的工序都完成
15、后，工作台逆时针方向自动旋转90度，碰到行程开关SQ11，旋转工作台停止旋转，进行下一个工件的加工。,顺序控制的综合应用之二,顺序控制的综合应用之二,多工位机床控制PLC的I/O分配表,顺序控制的综合应用之二多工位机床控制功能图,顺序控制的综合应用之二,根据功能图画梯形图,练习1,有一动力头，按下启动按钮SB后，其一个自动循环周期的动作过程如图（b）所示，对应每一步的输出如图（a）所示，试画出其功能图和控制梯形图。,练习1,练习2,三台电动机M1M3顺序启动，反向顺序停止，其动作流程示意图如图7-31所示。当按下启动按钮后，电动机按照从M1到M3的顺序启动；启动完毕后，按下停止按钮，电动机按照从M3到M1的顺序逐台停止。在电动机启动的过程中，如果M1已经启动，M2还未启动，这时按下停止按钮，电动机M1马上停止；如果M2已经启动，M3还未启动，这时按下停止按钮，电动机M2马上停止，M1延时停止。在电动机停止的过程中，如果按下启动按钮，当M3已经停止，M2仍在运转时，会重新启动M3；当M2已经停止，M1仍在运转时，会重新启动M2。用PLC控制这三台电机，请进行PLC的I/O分配，画出功能图和控制梯形图。,练习2,
