六第4章_数字量控制系统梯形图程序设计方法2

第4章数字量控制系统梯形图程序设计方法4.1梯形图的经验设计法4.2根据继电器电路图设计梯形图的方法4.3顺序控制设计法与顺序功能图•掌握常见的几种梯形图；•熟悉继电器电路图设计梯形图的方法；•掌握S7-200PLC顺序控制指令的类型、格式、使用方法和编程规则；•掌握顺序功能图的结构、类型、格式和编程规则；•学会用顺序功能图设计顺序控制程序，进行程序的调试与模拟运行。学习目标4.1梯形图的经验设计法数字量控制系统开关量控制系统继电器控制系统经验设计法：试探性、随意性“经验”是依据设计者经验进行设计的方法，主要基于以下几点：•PLC编程的根本点是找出符合控制要求的系统各个输出的工作条件，这些条件又总是以机内各种器件的逻辑关系出现的。•梯形图的基本模式是启-保-停电路，每一个启-保-停电路一般只针对一个输出，这个输出可以是实际输出，也可是中间变量。•梯形图编程中常使用一些约定俗成的基本环节，它们都有一定的功能，可以像积木一样在许多地方应用，如延时环节、振荡环节、互锁环节等。4.1梯形图的经验设计法•4.1.1有记忆功能的电路起动信号I0.0使输出Q0.0置位（接通并保持），形成自锁功能；停止信号I0.1使输出Q0.0复位断开。图4-1有记忆功能的电路4.1.2定时器应用电路图4-2延时接通/延时断开电路长延时程序S7-200PLC中定时器最大设定时间为3276.7s，如果需要更长的延时时间，可以用计数器可以实现长延时。由SM0.4提供时钟脉冲信号（1min），计数器C2对脉冲进行计数，计数器的设定值30000和脉冲周期1min之积就是定时时间，为30000min。1min时钟脉冲信号延时500h还可以用定时器和计数器配合完成。当输入信号接通后，定时器T37提供的3000s脉冲信号，计数器C4对其进行计数，计满12000次，定时时间达到10000小时。延时10000h闪烁电路(方脉冲产生电路）输出脉冲的周期和占空比可调的振荡电路。t38为接通时间，t37为断开时间，周期为t37+t38当T37的输入信号接通后开始定时，时间到,其触点接通T38的输入信号，T38的定时时间到断开T37的输入信号，使T37复位，从而使T38也复位。复位后其常闭触点接通，T37又开始定时。输出线圈Q0.0周期性“接通”和“断开”，时间分别是T37和T38的设定时间。I0.0Q0.04.1.3经验设计法举例•三相异步交流电动机主要指笼型异步电动机和绕线式异步电动机，由于三相笼型异步电动机具有结构简单、价格便宜、坚固耐用、维修方便等优点，获得广泛应用。据统计，在一般工矿企业中，笼型异步电动机的数量占电力拖动设备总台数的85％左右。•根据生产机械和工艺条件的具体要求，其控制线路能够实现电力拖动系统的起动、制动、调速、保护和生产过程的自动化。图4-5小车自动往复运动的继电器控制电路图4.1.4停止输入信号的处理•若外部连接的硬件输入为常开，则编程（软件）中就用常闭触点；若外部连接的硬件输入为常闭，则编程（软件）中就用常开触点。•如果某些信号只能由常闭触点输入（硬件），可以按照输入全部为常开触点来设计梯形图，这样可以将继电器电路图直接翻译为梯形图，然后将梯形图中外接常闭触点的输入信号位的触点改为相反的触点。停止控制的处理如果输入为常闭触点，编制的梯形图与继电器原理图相反I0.1I0.2Q0.0Q0.0()如果输入为常开触点，编制的梯形图与继电器原理图一致总结：用经验设计法设计PLC程序时大致可以按下面几步来进行：分析控制要求、选择控制原则；设计主令元件和检测元件，确定输入输出设备；设计执行元件的控制程序；检查修改和完善程序。1)．考虑不周、设计麻烦、设计周期长2)．梯形图的可读性差、系统维护困难4.2根据继电器电路图设计梯形图的方法4.2.1将继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的步骤：•1）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理；•2）确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它们相对应的梯形图中的输入位和输出位的地址（I/O分配），画出PLC的外部接线图（接口电路）；•3）确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的位存储器（M）和定时器（T）的地址；•4）根据上述对应关系画出梯形图。图4-9PLC外部接线图图4-10梯形图定时器的瞬动触点－－用M4.2.2注意事项1.应遵守梯形图语言中的语法规定2．确定输入输出信号（按钮、开关、检测信号等是PLC的外部输入，一般用输入接点I的常开；交流接触器和电磁阀等执行机构接在PLC的输出Q端)设置中间单元(时间继电器用定时器，中间继电器用位存储器M,时间继电器的瞬动触点也用位存储器M）3．尽量减少PLC的输入信号和输出信号（每一输入信号或输出信号分别占用一个输入点一个输出点）4．设立外部联锁电路（一般外部联锁与软件联锁同时使用，避免两路输出同时导通，起保护作用）5．梯形图的优化设计（结构优化，可简化程序，缩短扫描周期，如：“左大右小，上大下小”）6．外部负载的额定电压（继电器输出和晶闸管输出的PLC带载AC220V，晶体管输出的PLC只能接直流负载）4.3顺序控制设计法与顺序功能图§4.3.1顺序控制设计法顺序控制定义：按照实际生产工艺在预定的时间或条件下，按规定的动作次序，对控制过程顺序地进行自动控制，使各个执行机构自动地有序地进行操作。使用顺序控制设计法时，首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图。特点：①简单易学；②设计效率高；③调试、修改和阅读方便。顺序控制例1：送料小车控制系统甲地乙地丙地甲地乙地丙地甲地乙地丙地甲地乙地丙地控制特点：①控制输出②记忆功能顺序控制例2：自动咖啡机①控制输出②记忆功能③逻辑运算硬币接收系统控制(逻辑)送出咖啡退回余钱控制特点：顺序控制例3：原料混合加热控制系统控制过程：①装原料A，到50%;②装原料B，到75%;③搅拌并加热到95度;④保持20min;⑤排料至5%。•顺序功能图（SFC）：又称为功能流程图或状态转移图，是一种描述控制系统的控制过程、功能和特性的图形，是设计PLC顺序控制程序的有力工具。•顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）组成。小车自动往返2台电机顺序启动4.3.2顺序功能图的结构步－状态步的基本概念顺序控制的设计思路是把系统的一个工作周期划分为若干个状态，每个状态称为一个步，并用编程元件（位存储器M或顺序控制继电器S）来代表。每一步的输出状态不变，而相邻两个输出状态不同。步－状态初始步：与控制系统的初始状态相对应的步称为初始步，一般是控制系统等待起动命令的相对静止的状态。每个顺序功能图最少应该有一个初始步，用双线框表示。只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变为活动步。一般程序启动时，各步均为OFF状态，因此必须用初始化脉冲SM0.1的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，否则因顺序功能图中没有活动步，系统将无法工作。SM0.1：首次扫描周期时该位打开，一种用途是调用初始化子程序。活动步：当控制系统运行到某一个状态时，该状态所处的步被“激活”，称该步为“活动步”，上一步自动变为“不活动步”。当步处于活动状态时，对应的动作被执行；处于不活动状态时，对应的动作被停止执行。步－状态转换条件转换方向：顺序功能图中代表各步的方框按照动作的先后顺序从上到下（或从左到右）排列，并用有向线段连接起来，通常把连线上的箭头省略不画。如果没有遵循从上到下（或从左到右）排列方向，应该在连线上用箭头标明动作方向转换条件转换条件：使控制系统由当前步进入下一步的信号为转换条件，在转换方向的连线上用垂直短线表示。转换条件可以是外部输入信号，也可以是PLC内部产生的信号，还可以是几个信号的与、或、非逻辑组合。可以是0或1的状态，也可以是上升沿或下降沿。转换条件将相邻两步隔离开。状态Sn状态Sm转移条件满足转移条件时，实现状态转移，即上一状态（转移源）复位，下一状态（转移目标）置位。状态转换：步5动作A动作B步6动作C动作Da＋b步5动作A动作B步6动作C动作Da●b动作或命令顺序功能图中每一步代表一个状态，此状态与对应的步相连，并在步的右侧用线框表示，一个状态可能有一个或多个动作，多个动作可以水平排列，也可以垂直排列。注意动作的修饰词。（表4-1）例如：功能图的主要类型:1.单流程结构2.并行分支结构3.选择性分支结构4.跳转和循环结构4.3.3顺序功能图的类型单流程4.3.3顺序功能图的类型动作一个接一个的完成，每个状态仅连接一个转移，每个转移仅连接一个状态，从上到下只有一条路径，中间没有分支，这是最简单的顺序功能图。选择性流程从两个或两个以上的多个分支流程中选择其中的某一个单支流程，即一个控制流可能转入多个控制流中的一个，不允许多路分支同时执行，进入哪一个分支，取决于哪一个转移条件满足，在同一时刻，只允许一个转移条件满足。注意：在选择性分支处，转移条件在分支线的下方，且在同一时间，只能有一个条件满足，具有唯一性；而在汇合处，转移条件在汇合线的上方。分支与汇合处用单水平线表示。分支处汇合处并行性流程当转移条件满足时，控制程序同时并行处理两个或两个以上的多个分支流程，且多个并行分支流必须同时激活。转移条件只有一个，在合并控制流时，所有的分支控制流都必须完成。注意：在并行性分支处，转移条件在分支线的上方，而在汇合处，转移条件在汇合线的下方。而分支处与汇合处用双水平线表示。分支处汇合处跳转和循环流程在有些情况下，单流程、选择性流程和并行性流程的混合出现，如跳转和循环流程§4.3.5顺序功能图中转换实现的基本规则转换实现的条件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。转换实现应完成的操作使所有的后续步变为活动步。使所有的前级步变为不活动步。绘制顺序功能图时的注意事项两个步不能直接相连，必须用一个转换条件将它们分隔开。两个转换条件不能直接相连，必须用一个步将它们分隔开。不要漏掉初始步。在顺序功能图中，步与转换、转换与步之间一般应有由步和有向线段连接，当方向从上到下时，箭头可以省略不画；当方向从下向上时，箭头必须画出，以表示转移方向。分支限数：选择性分支与并行性分支各≦8，分支与汇合组合时≦16。不允许汇合线或汇合线前状态的跳转和复位。若确需要，则应加入虚拟状态，使跳转和复位点不直接接触汇合线。（例：P67图5-7）举例1：电动机顺序控制3台电动机M1～M3，要求间隔1min顺序起动和间隔30s逆序停止起动按钮SB1和停止按钮SB2,3台电动机M1～M3分别用接触器KM1、KM2、KM3控制I/O接线图SB1SB2KM1～KM2KM3FR1ILQ0.0Q0.1Q0.2S7-200IMI0.0I0.1FR2FR3顺序功能图30s1minSB11min0初始状态1M1起动并保持2M2起动并保持3M3起动并保持4M3停止5M2停止6M1停止SB230s举例2：单流程顺序功能图两条传送带A和B用来传送较长的物体，要求尽可能地减少传送带的运行时间。在传送带端部设置了两个光电开关，对应输入信号I0.0和I0.1，有物体通过时I0.0和I0.1接通（ON），传送带A、B的电机分别用Q0.0和Q0.1控制。SM0.1使初始步M0.0为ON；按下起动按钮I0.2，传送带A开始运行，被传送物体的前沿使I0.0变为ON时，系统进入步M0.2，两条传送带同时运行。被传送物体的后沿离开光电开关I0.0时，传送带A停止运行，物体的后沿离开光电开关I0.1时，传送带B停止运行，系统返回初始步。单流程顺序功能图Q0.0Q0.1I0.0ABI0.1SM0.1I0.2M0.0M0.0（）1SM0.1（）1SM0.01R（）I0.0M0.1M0.2（）1SM0.11R（）I0.0M0.2M0.3（）1SM0.21R（）M0.2NI0.1M1.0M0.3M1.0（）M0.0（）1SM0.31R（）Q0.0M0.1（）M0.3Q0.1M0