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1、YCF（中职）可编程控制器技术与应用（西门子系列）第5章 顺序控制的程序设计教学课件工信版第第5章章 顺序控制的程序设计顺序控制的程序设计5.1 顺序控制设计基础顺序控制设计基础5.2 顺序功能图的实现方法顺序功能图的实现方法5.3 顺序功能图的应用顺序功能图的应用 5.1 顺序控制设计基础顺序控制设计基础 5.1.1顺序控制设计概述顺序控制设计概述 顺序控制设计法就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中使各个执行机构自动地按照一定的顺序进行工作，其控制总是一步一步按顺序进行。在顺序控制的整个过程中，可以分成有序的若干步序，或说若干个阶段，
2、各步都有自己应完成的动作。从每一步转移到下一步，一般都是有条件的，条件满足则上一步动作结束，下一步动作开始上一步的动作会被清除。使用顺序控制设计方法首先要根据系统的工艺过程画出顺序功能图，然后再根据顺序功能图画出梯形图。顺序控制设计方法是一种先进的设计方法，很容易被初学者掌握，对于有经验的工程师也会提高设计的效率，程序在调试修改和阅读时也非常方便。5.1 顺序控制设计基础顺序控制设计基础 5.1.2顺序功能图的基本概念顺序功能图的基本概念 顺序功能图(SFC)是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有力工具。主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作
3、(或命令)组成。1.步与动作步与动作（1）步 在功能图中可以根据系统输出状态的变化，将系统的工作过程划分成若干顺序相连的阶段，这些阶段称为“步”，可以用PLC的编程元件（如辅助继电器、移位寄存器和状态继电器等）来代表各步，如图5.1中的M0.0、M0.1、M0.2、M0.3，并用矩形框表示。步可根据被控对象工作状态的变化来划分，而被控对象工作状态的变化又是由PLC输出状态变化引起的，因此也可根据PLC输出状态变化来划分。5.1 顺序控制设计基础顺序控制设计基础 图图5.1 某机床动力头的进给运动示意图、时序图、顺序功能图某机床动力头的进给运动示意图、时序图、顺序功能图5.1 顺序控制设计基础顺
4、序控制设计基础（2）活动步 当系统工作于某一步时，该步处于活动状态，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，相应的非保持型动作被停止执行。如图5.1中，当M0.2这一步为活动步时，Q0.1将会被置1，并执行相应的操作工作进给。当M0.2为非活动步时，Q0.1会由于M0.2处于不活动状态而停止执行。注意在整个顺序流程执行过程中只能有一步为活动步。（3）初始步 控制过程刚开始阶段的活动步与系统初始状态相对应，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。每个顺序功能图中至少应有一个初始步。如图5.2中的M0.0步。（4）动作 所谓“动作”是指某步活动
5、时，PLC向被控系统发出的命令，或被控系统应执行的动作。动作用矩形框围起来，用短线与状态框平行相连，通常旁边往往也标出实现该动作的电气执行元件名称或PLC元件的地址。5.1 顺序控制设计基础顺序控制设计基础 2.有向连线、转换和转换条件有向连线、转换和转换条件 如图5.1所示，步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分隔开。有向连线进展方向是从上到下、从左到右时无箭头标注，如果不是上述方向，应在有向连线上用箭头注明方向。步与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开，而转换与转换之间也同样不能直接相连，必须有步隔开。转换是用与有向连线垂直的短划线来表示。转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符
6、号标注在表示转换的短划线旁边。使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等，也可能是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等，转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。5.1 顺序控制设计基础顺序控制设计基础 3.转换实现的基本规则转换实现的基本规则（1）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的。转换实现必须同时满足两个条件：该转换所有的前级步都是活动步；相应的转换条件得到满足。如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现称为同步实现（2）转换实现应完成的操作 转换的实现应完
7、成两个操作：使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步；使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。5.1 顺序控制设计基础顺序控制设计基础 5.1.3顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构 顺序功能图有三种不同的结构，分为单序列结构、选择序列结构和并行序列结构。（a）单序列（）单序列（b）选择序列（）选择序列（c）并行序列）并行序列图图5.3 顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构5.1 顺序控制设计基础顺序控制设计基础 5.1.4 绘制功能图应注意的问题绘制功能图应注意的问题 1两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。2两个转换也不能直接相连，必须用
8、一个步将它们隔开。3功能表图中初始步是必不可少的，它一般对应于系统等待起动的初始状态，这一步可能没有什么动作执行，因此很容易遗漏这一步。如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。4只有当某一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用无断电保持功能的编程元件代表各步，则PLC开始进入RUN方式时各步均处于“0”状态，因此必须要有初始化信号，将初始步预置为活动步，否则功能表图中永远不会出现活动步，系统将无法工作。5.2 顺序功能图的实现方法顺序功能图的实现方法5.2.1 利用顺序控制指令实现顺序功能图利用顺序控制指令实现顺序功能图顺序控制用3条指令描述程序的顺序控制步
9、进状态，指令格式如表5.1所示。（1）顺序步开始指令(LSCR)步开始指令，顺序控制继电器位SX,Y=1时，该程序步执行。（2）顺序步结束指令(SCRE)SCRE为顺序步结束指令，顺序步的处理程序在LSCR和SCRE之间。（3）顺序步转移指令(SCRT)使能输入有效时，将本顺序步的顺序控制继电器位清零，下一步顺序控制继电器位置1。5.2 顺序功能图的实现方法顺序功能图的实现方法在使用顺序控制指令注意事项：（1）步进控制指令SCR只对状态元件S有效。为了保证程序的可靠运行，驱动状态元件S的信号应采用短脉冲。（2）不能把同一编号的状态元件用在不同的程序中，例如，如果在主程序中使用S0.1，则不能在
10、子程序中再使用。（3）当输出需要保持时，可使用S/R指令。（4）在SCR段中不能使用JMP和LBL指令。即不允许跳入或跳出SCR段，也不允许在SCR段内跳转。可以使用跳转和标号指令在SCR段周围跳转。（5）不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。5.2 顺序功能图的实现方法顺序功能图的实现方法【例5.2】实现红、绿灯循环显示的功能，要求循环间隔时间为1s。使用顺序控制结构，画出顺序功能图并用顺序控制指令编写梯形图程序。5.2 顺序功能图的实现方法顺序功能图的实现方法5.2.2 利用启保停程序实现顺序功能图利用启保停程序实现顺序功能图启保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，无需编程元
11、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。5.2 顺序功能图的实现方法顺序功能图的实现方法【例5.3】利用启保停程序实现例5.1中某机床动力头的控制 5.2 顺序功能图的实现方法顺序功能图的实现方法5.2.3 利用置位复位指令实现顺序功能图利用置位复位指令实现顺序功能图S7-200系列PLC有置位和复位指令，且对同一个线圈置位和复位指令可分开编程，所以可以实现以转换条件为中心的编程。如图5.8所示，要实现Xi对应的转换必须同时满足两个条件：前级步为活动步
12、（Mi-1=1）和转换条件满足（Xi=1），所以用Mi-1和Xi的常开触点串联组成的电路来表示上述条件。两个条件同时满足时，该电路接通时，此时应完成两个操作：将后续步变为活动步（用S指令将Mi置位）和将前级步变为不活动步(用RST Mi-1 指令将Mi-1复位)。这种编程方法很有规律，每一个转换都对应一个S/R的电路块，有多少个转换就有多少个这样的电路块。图5.8利用置位复位指令实现顺序功能图利用置位复位指令实现顺序功能图5.2 顺序功能图的实现方法顺序功能图的实现方法【例5.4】利用置位复位指令实现例5.1中某机床动力头的控制。所对应的梯形图如图5.9所示。这种编程方式与转换实现的基本规则之
13、间有着严格的对应关系，用它编制复杂的功能图的梯形图时，更能显示出它的优越性。图5.9 利用置位复位指令实现例5.1中某机床动力头的顺序控制5.3 顺序功能图的应用顺序功能图的应用 5.3.1 运料小车运动控制运料小车运动控制运料小车运动分单循环运行和自动循环运行。单循环运行时，按下启动按钮，运料小车已位于最后端位置，即后限位开关SQ1接通，此时底门关闭，小车将向前运动到前限位开关SQ2处，漏斗门打开7S，货物装入小车中。装好后小车向后运动到后限位开关SQ1处，小车底门打开，并延时5s卸货，即完成一个循环。自动循环与单循环的不同之处是不仅仅完成一个循环，而是将连续自动循环运行。5.3 顺序功能图
14、的应用顺序功能图的应用 图图5.10 运料小车的运动示意图运料小车的运动示意图5.3 顺序功能图的应用顺序功能图的应用 表表5.2 运料小车的运料小车的I/O分配分配输入端口输入端口输出端口输出端口外部电器外部电器对应输入点对应输入点作用作用外部电器外部电器对应输出点对应输出点作用作用SB1I0.0启动按钮KM1Q0.1小车前进SQ1I0.1后限位KM2Q0.2小车后退SQ2I0.2前限位YV1Q0.3漏斗门SQ3I0.3底门限位YV2Q0.4小车底门SA-1I0.4自动SA-2I0.5单循环5.3 顺序功能图的应用顺序功能图的应用 图5.11 运料小车顺序功能图5.3 顺序功能图的应用顺序功
15、能图的应用 5.3.2 某剪板机的控制某剪板机的控制如图5.12所示，是某剪板机的示意图，开始时压钳和剪刀在上限位置，限位开关SQ1和SQ2为ON；按下起动按钮SB1后，剪板机的工作过程如下：首先板料被推动右行至限位开关使SQ4动作；然后压钳下行，压紧板料后，压力开关动作，压钳保持压紧；剪刀开始下行剪断板料后剪刀下限位开关SQ4动作，压钳和剪刀同时上行，当碰到限位开关SQ1、SQ2后停止上行，都停止后，又开始下一周期工作，剪完10块料后停止工作并停在初始状态。5.3 顺序功能图的应用顺序功能图的应用 图5.12 某剪板机的示意图5.3 顺序功能图的应用顺序功能图的应用 表5.3 剪板机控制的I/O分配输入端口输入端口输出端口输出端口外部电器外部电器对应输入点对应输入点作用作用外部电器外部电器对应输出点对应输出点作用作用SB1I1.0启动按钮YV0Q0.0板料右行SQ1I0.0压钳上限YV1Q0.1压钳下行压料SQ2I0.1剪刀上限YV2Q0.2剪刀下行剪料SQ3I0.2剪刀下限YV3Q0.3剪刀上行SQ4I0.3板右行限YV4Q0.4压钳上行SI0.4压力开关5.3 顺序功能图的应用顺序功能图的应用 图5.13 剪板机顺序功能图