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1、第第6 6章章编程技术编程技术 从工业控制角度而言，控制系统的设计包含从工业控制角度而言，控制系统的设计包含许多内容和步骤，设计者不仅需要具有丰富的许多内容和步骤，设计者不仅需要具有丰富的专业知识，而且更需要有效的编程思路及方法，专业知识，而且更需要有效的编程思路及方法，这样对系统的设计及调试、系统的扩展、合作这样对系统的设计及调试、系统的扩展、合作者之间的协作交流都十分有利。者之间的协作交流都十分有利。q 设计步骤设计步骤q 顺序功能图顺序功能图 内 容 提 要 知 识 要 点掌握顺序功能图的设计理念和设计方法掌握顺序功能图的设计理念和设计方法6.1 6.1 控制控制系统的基本设计步骤系统的
2、基本设计步骤（1 1）分析任务（将任务分解为若干子任务）分析任务（将任务分解为若干子任务）（2 2）描述任务和子任务（任务说明书）描述任务和子任务（任务说明书）（3 3）生成控制算法）生成控制算法（4 4）选择控制媒介）选择控制媒介（5 5）执行（建立控制系统）执行（建立控制系统）控制系统的设计步骤控制系统的设计步骤6.4 6.4 顺序功能图顺序功能图顺序设计法顺序设计法 顺序控制设计是一种先进的设计方法，其顺序控制设计是一种先进的设计方法，其设计思想是将系统的工作周期划分为若干顺序设计思想是将系统的工作周期划分为若干顺序相连的阶段，我们称之为相连的阶段，我们称之为“步步”。当步被激活。当步被
3、激活时（即满足一定的转换条件），步所代表的行时（即满足一定的转换条件），步所代表的行动或命令将被执行。这样一步一步按照顺序，动或命令将被执行。这样一步一步按照顺序，执行机构就能够顺序执行机构就能够顺序“前进前进”。设计步骤是首先根据工艺流程，画出顺序功设计步骤是首先根据工艺流程，画出顺序功能图（能图（SFCSFC），），之后编写梯形图（或功能块之后编写梯形图（或功能块图）程序。图）程序。顺顺序功能序功能图图的表示法的表示法SFCSFC步元素的表现形式步元素的表现形式 绘绘制原制原则则 在对应的动作中有存储型（在对应的动作中有存储型（S S）和非存储型（和非存储型（NSNS）两大常用类型。两大常
4、用类型。存储型为保持型，可以用存储型为保持型，可以用S S和和R R指令对存储型动作置指令对存储型动作置位和复位。位和复位。而非存储型则与它所在的步而非存储型则与它所在的步“同存亡同存亡”，用输出指，用输出指令实现。令实现。例例 如如图图所所示示为为彩彩灯灯循循环环点点亮亮示示意意图图。设设五五个个彩彩灯灯的的输输出出分分别别为为Q0.0Q0.0、Q0.1Q0.1、Q0.2Q0.2、Q0.3Q0.3和和Q0.4Q0.4，图图中中I0.0I0.0为为控控制制开开关关。当当I0.0I0.0打打开开时时，彩彩灯灯依依次次顺顺序序点点亮亮（当当一一盏盏灯灯亮亮时时，前前一一盏盏灯灯灭灭），点点亮亮的的
5、周周期期为为2 2s s。试画出顺序功能图。试画出顺序功能图。分析分析 在按下启动按钮在按下启动按钮I0.0I0.0后，彩灯系统开始后，彩灯系统开始工作，其工作周期包括：工作，其工作周期包括：2 2s s时间到，第一盏时间到，第一盏灯亮；灯亮；2 2s s时间到，第二盏灯亮（第一盏灯灭）时间到，第二盏灯亮（第一盏灯灭）；2 2s s时间到，第三盏灯亮（第二盏灯灭）；时间到，第三盏灯亮（第二盏灯灭）；22s s时间到，第五盏灯亮（第四盏灯灭）五时间到，第五盏灯亮（第四盏灯灭）五个过程。个过程。绘制顺序功能图注意事项绘制顺序功能图注意事项（1）两两个个步步不不能能直直接接相相连连，必必须须用用一一
6、个个转转换换将将两两者者隔隔开开（如如果果没没有有具具体体的的转转换换条条件件，一一般都用定时延时来解决）。般都用定时延时来解决）。（2 2）两两个个转转换换条条件件也也不不能能直直接接相相连连，必必须须用一个步将两者隔开。用一个步将两者隔开。（3 3）起起始始步步（起起始始位位置置）十十分分重重要要，它它是是进进入入顺顺序序控控制制环环（循循环环扫扫描描）的的入入口口，必必不不可可少。少。（4 4）一一般般在在OB100OB100中中将将起起始始步步预预置置为为当当前前步步，否则，系统不能正常工作。否则，系统不能正常工作。顺序功能图的基本结构包括：单序列、选顺序功能图的基本结构包括：单序列、
7、选择序列、并行序列几种形式择序列、并行序列几种形式。简化的顺序功能图简化的顺序功能图画法画法 在在简简化化图图中中，将将结结束束步步和和起起始始步步或或第第1 1步步合合并并为为1 1，并并用用箭箭头头构构成成封封闭闭的的回回环环；用用不不同同的的存存储储位位代代表表不不同同的的步步，比比如如M0.0M0.0、M0.1M0.1等等；转转换换条条件件用用一一小小横横杠杠表表示示，旁旁边边标标注注转转换换条条件件；选选择择序序列列的的分分支支方方向向由由带带箭箭头头直直线线表表示示；并并行行序序列列的的分分支支和和合合并并用用两两条条平平行行线线表表示示。当当前前步步的的动动作作前前如如果果有有字
8、字母母S S表表示示保保持持型型动动作作的的置置位位，有有字字母母R R表表示示保保持持型型的的复复位，什么都没有表示非保持型动作。位，什么都没有表示非保持型动作。彩灯显示的简化顺序功能图如图彩灯显示的简化顺序功能图如图。顺序功能图的编程方法顺序功能图的编程方法 控制电路的梯形图实现形式如图控制电路的梯形图实现形式如图顺序控制程序包括：控制电路设计和输出电路顺序控制程序包括：控制电路设计和输出电路两种方法。输出电路的梯形图实现形式如图输出电路的梯形图实现形式如图例例 彩灯显示的简彩灯显示的简化顺序功能图如图化顺序功能图如图所示。试用选择序所示。试用选择序列编程方法设计程列编程方法设计程序。序。
9、控制电路的梯形图实现如图控制电路的梯形图实现如图输出电路的梯形图实现如图输出电路的梯形图实现如图上述的是单序列和选择序列的上述的是单序列和选择序列的编程方法，对于并行序列，需编程方法，对于并行序列，需在分支的编程中，当在分支的编程中，当M0.2M0.2成为成为活动步，并且转换条件活动步，并且转换条件I0.3I0.3满足满足时，步时，步M0.3M0.3和和M0.5M0.5同时成为活同时成为活动步。因此在程序中，要同时动步。因此在程序中，要同时将将M0.3M0.3和和M0.5M0.5置位，即同时将置位，即同时将分支的活动步置位。在合并的分支的活动步置位。在合并的编程中，由于合并必须在编程中，由于合
10、并必须在M0.4M0.4和和M0.6M0.6同时成为活动步，并且同时成为活动步，并且转换条件转换条件I0.6I0.6满足的情况下实现。满足的情况下实现。所以，在程序中，需将所以，在程序中，需将M0.4M0.4、M0.6M0.6以及以及I0.6I0.6的常开触点串联，的常开触点串联，作为后一步置位的条件，当后作为后一步置位的条件，当后一步变为当前步时，复位一步变为当前步时，复位M0.4M0.4和和M0.6M0.6。控制电路的梯形图实现如图控制电路的梯形图实现如图输出电路的梯形图实现如图输出电路的梯形图实现如图例例如如图图所所示示为为专专用用钻钻床床加加工工系系统统示示意意图图，它它是是用用来来加
11、加工工零零件件的的。需需加加工工的的零零件件为为圆圆盘盘状状零零件件，其其上上均均匀匀分分布布了了3个个大大孔孔和和3个个小小孔孔。钻钻床床自自动动运运行行的的初初始始状状态态为为：两两个个钻钻头头在在最最上上位位，上上限限位位开开关关I0.3和和I0.5为为ON。工工作作过过程程为为：加加紧紧工工件件，大大小小钻钻头头开开始始向向下下钻钻孔孔，至至规规定定的的深深度度后后，钻钻头头向向上上提提升升并并等等待待，此此时时工工件件旋旋转转120度度后后，开开始始加加工工第第二二对对孔孔。当当3对对孔孔加加工工完完后后，松松开开工工件件，回回到到初初始始状状态态。钻钻孔孔的的孔孔数数用用减减计计数
12、数器器来来控控制制，计计数数器器设设定定初初值值为为3。试试画画出出顺序功能图，并编写相应的梯形图程序。顺序功能图，并编写相应的梯形图程序。示意图如图专用钻床加工系统的变量表如表所示专用钻床加工系统的变量表如表所示 PLC输入地址输入地址变量名变量名PLC输出地址输出地址变量名变量名I0.0启动信号启动信号Q4.0夹紧执行夹紧执行I0.1工件夹紧工件夹紧Q4.1大钻头钻孔大钻头钻孔I0.2大钻头下限位大钻头下限位开关开关Q4.2大钻头上升大钻头上升I0.3大钻头上限位大钻头上限位开关开关Q4.3小钻头钻孔小钻头钻孔I0.4小钻头下限位小钻头下限位开关开关Q4.4小钻头上升小钻头上升I0.5小钻
13、头上限位小钻头上限位开关开关Q4.5转盘旋转转盘旋转I0.6转盘旋转到位转盘旋转到位Q4.6松开执行松开执行I0.7工件松开工件松开分析：分析：两个钻头向下钻孔和钻头提升的过程用两个钻头向下钻孔和钻头提升的过程用并行序列来表示，在零件没有加工完毕之前，并行序列来表示，在零件没有加工完毕之前，需要重复加工过程；在完成加工后，系统返需要重复加工过程；在完成加工后，系统返回初始步。这个过程因为有分支，所以可以回初始步。这个过程因为有分支，所以可以用选择序列来表示。用选择序列来表示。专用钻床加工系统的顺序功能图如图思考试用梯形图实现控制电路和输出电路！控制电路的梯形图实现如图控制电路的梯形图实现如图输
14、出电路的梯形图实现如图输出电路的梯形图实现如图上机练习上机练习1:1:交通灯设计交通灯设计(要求运用顺序功能图设计要求运用顺序功能图设计)十字路口交通灯的控制按钮为：开始按十字路口交通灯的控制按钮为：开始按钮（钮（I0.0)I0.0)、停止停止 按钮按钮(I0.1)I0.1)、南北延时按钮南北延时按钮(I1.0)I1.0)、东西延时按钮东西延时按钮(I1.1)I1.1)。当延时按钮按当延时按钮按下时，某方向绿灯多延长下时，某方向绿灯多延长5 5秒钟。秒钟。指示灯分别为南北方向红灯（指示灯分别为南北方向红灯（Q0.0)Q0.0)、绿灯绿灯(Q0.1)Q0.1)和黄灯和黄灯(Q0.2)Q0.2)，
15、东西方向红灯东西方向红灯(Q1.0)Q1.0)、绿灯绿灯(Q1.1)Q1.1)和黄灯和黄灯(Q1.2)Q1.2)。按下开始按钮后，按下开始按钮后，所有灯同时亮，历时所有灯同时亮，历时2 2秒后，南北方向红灯秒后，南北方向红灯亮亮8 8秒后，跳至绿灯亮秒后，跳至绿灯亮5 5秒，之后黄灯亮秒，之后黄灯亮3 3秒，秒，如此循环。如此循环。设计要求：绘制顺序功能图，编写控制程序设计要求：绘制顺序功能图，编写控制程序和输出程序。和输出程序。2红亮红亮1红红亮亮上机练习上机练习2:2:运料小车设计运料小车设计(要求运用顺序功能图设计要求运用顺序功能图设计)控制按钮为：开始按钮（控制按钮为：开始按钮（I0.
16、0)I0.0)和停止按钮和停止按钮(I0.1)I0.1)。按钮（按钮（I0.2)I0.2)按下表示小车由仓库按下表示小车由仓库1 1运动到仓库运动到仓库2 2，按钮（，按钮（I0.3)I0.3)按下表示小车由仓库按下表示小车由仓库2 2运动到仓库运动到仓库1 1。当小车到达仓库。当小车到达仓库1 1时，按下按钮（时，按下按钮（I0.4),I0.4),小车小车进入仓库进入仓库1 1并停止，当小车到达仓库并停止，当小车到达仓库2 2时，按下时，按下按钮（按钮（I0.5),I0.5),小车进入仓库小车进入仓库2 2并停止。并停止。指示灯：指示灯：Q0.4Q0.4、Q0.5Q0.5、Q0.6Q0.6、
17、Q0.7Q0.7模拟小车模拟小车的运动过程。的运动过程。Q0.0Q0.0表示小车在运行状态，而表示小车在运行状态，而Q0.1Q0.1表示小车在停止状态。表示小车在停止状态。Q0.2Q0.2表示小车进入表示小车进入仓库仓库1 1，Q0.3Q0.3表示小车进入仓库表示小车进入仓库2 2。设计要求：绘制顺序功能图，编写控制程序和设计要求：绘制顺序功能图，编写控制程序和输出程序。输出程序。MPS检测站介绍检测站有五个模检测站有五个模块所组成，它们块所组成，它们分别是：分别是：识别模块、提起识别模块、提起模块、测量模块、模块、测量模块、滑动气垫模块和滑动气垫模块和滑动模块。滑动模块。(1)1)开始需求：
18、开始需求：1)工件在工件托盘中；工件在工件托盘中；2)工作区是空的。工作区是空的。(2)(2)初始位置：初始位置：1)提升汽缸在底部；提升汽缸在底部；2)推出汽缸在缩回位置；推出汽缸在缩回位置；3)气垫滑动模块在关闭气垫滑动模块在关闭状态。状态。(3)(3)工作过程：工作过程：1)检测工件的颜色和材检测工件的颜色和材料；料；2)提升汽缸上升；提升汽缸上升；3)测量工件的高度。测量工件的高度。4)如果测试正确：如果测试正确：(1)打开气垫滑动模块；打开气垫滑动模块；(2)将推出汽缸的活塞将推出汽缸的活塞杆推出；杆推出；(3)将推出汽缸的活塞将推出汽缸的活塞杆缩回；杆缩回；(4)关闭气垫滑动模块；
19、关闭气垫滑动模块；(5)将提升汽缸下降；将提升汽缸下降；(6)返回初始状态。返回初始状态。5)如果测试失败：如果测试失败：(1)将提升汽缸下降；将提升汽缸下降；(2)将推出汽缸的活塞将推出汽缸的活塞杆推出；杆推出；(3)将推出汽缸的活塞将推出汽缸的活塞杆缩回；杆缩回；(4)返回初始位置。返回初始位置。工件可用检测工件可用检测I0.0非黑工件非黑工件I0.1检测工件是否在容纳器中检测工件是否在容纳器中I0.2工件高度正确工件高度正确I0.3提升汽缸在高位提升汽缸在高位I0.4提升汽缸在低位提升汽缸在低位I0.5推出汽缸在缩回位置推出汽缸在缩回位置I0.6提升汽缸下降提升汽缸下降Q0.0提升汽缸升
20、起提升汽缸升起Q0.1推出汽缸的推出杆推出推出汽缸的推出杆推出Q0.2气垫滑动打开气垫滑动打开Q0.3控制程序控制程序输出程序输出程序 在单步运行状态时，每在单步运行状态时，每按下开始按钮，形成一个扫按下开始按钮，形成一个扫描周期宽度的脉冲描周期宽度的脉冲M30.0M30.0；而当自动运行状态时，按下而当自动运行状态时，按下开始按钮后，置位开始按钮后，置位M30.1M30.1；而而M30.2 M30.2 是两信号的综合。是两信号的综合。将将M30.2M30.2串联在各个控制回串联在各个控制回路中，可以实现单步或自动路中，可以实现单步或自动运行的功能。运行的功能。注意：注意：上机练习上机练习:大
21、小球分类选择传送装置示意图如大小球分类选择传送装置示意图如图。其工作原理如下：初始位置为图。其工作原理如下：初始位置为机械臂在上部并在左边，机械臂下机械臂在上部并在左边，机械臂下降（当磁铁压着大球时，限位开关降（当磁铁压着大球时，限位开关SQ2SQ2断开，当压着的是小球时断开，当压着的是小球时SQ2SQ2接通）时，如果是大球，则接通）时，如果是大球，则Y1Y1吸住吸住球并上升，至球并上升，至SQ3SQ3处右行，至处右行，至SQ5SQ5后，下降至后，下降至SQ2SQ2，释放，之后上升释放，之后上升至至SQ3SQ3，左移至初始位置。如果是左移至初始位置。如果是小球则右行至小球则右行至SQ4SQ4后，下降、释放、后，下降、释放、上升、左移至初始位置。试根据工上升、左移至初始位置。试根据工艺要求用顺序功能图进行系统设计。艺要求用顺序功能图进行系统设计。用梯形图实现顺序流程图程序。用梯形图实现顺序流程图程序。