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1、3.1PLC梯形图的三种顺序控制设计法 PLC以其独特的优点,已经在当今各个领域中得到了广泛的应用,尤其是在组合机床的自动化改造中。在改造的过程中,主要涉及到PLC硬件的设计和软件的设计, 其中软件的设计主要是编程语言的设计。PLC常用的编程语言有梯形图语言、助记符(指令表)语言、功能块图语言、顺序功能图语言、高级编程语言等。但使用最广泛的是梯形图语言。梯形图语言的设计方法很多,主要有经验设计法、翻译法和顺序控制设计法。用经验设计法和翻译法设计梯形图时,没有一套固定的方法和步骤可以遵循,特别是在设计机床复杂控制系统的梯形图时,常要用大量的中间单元来完成记忆、连锁和互锁的功能,需要考虑的因素很多
2、。另外,用此方法设计的梯形图很难阅读,给系统的维修和改进带来很大困难。而用顺序控制设计法设计梯形图,却有一定的规律可循,程序的阅读和改进也比较容易,可以大大提高设计的效率。本文主要以西门子公司S7 - 200 PLC为例来介绍PLC梯形图的三种顺序控制设计法,并对其进行比较分析,总结其特点。 顺序控制与顺序功能图概述:顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序,在不同的输入信号作用下,根据内部状态和时间的顺序,使生产过程中的每个执行机构自动有步骤地进行操作。在使用顺序控制设计法设计梯形图时,首先要根据系统的工艺过程,设计出顺序功能图,然后根据顺序功能图编写出梯形图。顺序功能图( Sequential
3、 Function Chart简称SFC)是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形,是设计PLC的顺序控制程序的主要工具。它主要由步、动作、转换、转换条件、有向连线组成(如图1所示) 。在顺序功能图中,步表示将一个工作周期划分的不同连续阶段,当转换实现时,步便变为活动步,同时该步对应的动作被执行。转换实现的条件是前级步为活动步和转换条件得到满足,两者缺一不可。我们在进行顺序功能图的具体设计时,必须要注意:顺序功能图中必须有初始步,如没有它系统将无法开始和返回;两个相邻步不能直接相连,必须用一个转换条件将它们分开;应根据不同的控制要求,合理选择功能图的单行序列、选择序列、并行序列三种不同结
4、构(如图2所示) ;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,不出现中断的现象。（1） 步与动作 步的基本概念：顺序控制设计法最基本的思想是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（step）,并用编程元件来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的ON/OFF状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PL
5、C的各输出位。起始步，与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启动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。步对应的动作，可以将一个控制系统划分为被控制系统和施控系统。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”。为了叙述方便，下面将命令和动作统称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形孔应与相应的步的符号相连。活动步，当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“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，相应的非存储型动作被停止执行。（2）
6、 有向连线与转换条件 有向连线。在顺序功能图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的进展，这种进展按有向连线的路线和方向进行。在画顺序功能图，将代表各步的方向按它们成为活动步的先后次序顺序排列，并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到右，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方向。在可以省略箭头的有向连线上，为了更便于理解也可以加箭头。 转换，转换用有向线段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，使系统由当前步
7、进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可以是外部的输入信号，例如按钮、指令开关、限位开关的接通或断开等；也可以是PLC内部产生的信号，例如定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件还可以是若干个信号的与、或、非逻辑组合。使用起保停电路的顺序控制设计法 起保停电路即起动保持停止电路,是在梯形图设计中应用比较广泛的一种电路其工作原理是,当输入信号的常开触点接通,输出信号的线圈得电,同时使输入信号进行“自锁”或“自保持”,即输入信号的常开触点失去作用。当使用此电路设计满足上述要求的梯形图时,首先我们要根据工艺要求画出顺序功能图 ,功能图中的每一步用存储器M表示,每一步执行的动作用Q表示,然后根据功能图
8、设计形图(在设计用此方法设计梯形图时,我们一定要准确地找出每一步的起动条件,停止条件和执行的动作,每一步的执行必须要包括“起动”、“自锁”和“停止”三个部分。3.1.2以转换为中心的顺序控制设计法 在以转换为中心的编程方法中,用该转换的所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联,该串联电路作为梯形图中起保停电路的起动电路。用它来控制对后续步存储器位的置位(使用置位指令S)和前级步存储器位的复位(使用复位指令R) 。我们在使用这种方法设计梯形图时,注意不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联,应根据顺序功能图,用代表步的存储器位的常开触点或它们的并联电路来驱动输出位的线圈。这
9、种设计法特别有规律可循,梯形图转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系,在设计复杂控制系统的顺序功能图时,既容易掌握,又不容易出错,可使设计的效率得到大大提高。3.1.3使用SCR指令的顺序控制设计法 为了方便编制复杂的顺序控制梯形图,各种型号的PLC都有顺序控制指令,如三菱FX系列PLC中的步进梯形指令和本文要介绍的西门子S7-200系列PLC中的顺序控制继电器指令等。西门子S7-200PLC中的顺序控制继电器( SCR)指令如表1所示。 顺序控制程序被顺序控制继电器指令(LSCR)划分为LSCR与SCRE指令之间的若干个SCR段,一个SCR段对应与SFC中的一步,每一个SCR 段都应有SC
10、RT、SCR、SCRE。装载顺序控制继电器指令(LSCR)表示一个SCR 段的开始,顺序控制继电器结束指令( SCRE)用来表示SCR段的结束,而顺序控制继电器转换指令( SCRT)用来表示SCR 段之间的转换,即步的活动状态的转换。在设计梯形图时, 用LSCR 和SCRE指令表示SCR段的开始和结束,用SM010的常开触点来驱动该步中输出点的线圈(Q) ,并用转换条件对应的触点或电路来驱动转换到后续步的SCRT指令。编写流程:初始步首先被置位,即初始步的SCR段开始,然后转换条件对应触点或电路驱动SCRT指令, SCRE指令使初始步对应的SCR段结束,后续步对应的SCR段开始,使得SM010的常开触点去驱动该步的输出点线圈(Q) ,依照上面的步骤根据SFC的流程继续下去。把SFC (图4)中的位存储器(M)改为顺序继电器( S) ,然后使用该方法编写上述实例的梯形图 使用起保停电路的梯形图顺序控制设计法,是一种通用的设计方法,它使用的仅是PLC中最基本的指令,对于任何顺序控制系统的梯形图都可以用此方法。本设计也是采用起保停的方法进行的设计。
