第四单元--顺序功能图

第四单元顺序功能图任务一运料小车任务二按钮式人行道交通灯任务三自动门控制系统任务四液体混合装置任务五冲床机械手的运动任务六十字路口交通灯任务七用凸轮实现的旋转工作台任务八组合钻床任务九大小球分选系统任务一运料小车一、任务提出在自动化生产线上经常使用运料小车，如图4-1所示，货物通过运料小车M从A地运到B地，在B地卸货后小车M再从B地返回A地待命。本任务用PLC来控制运料小车的工作。图4-1运料小车示意图二、原理分析为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要3个输入点，4个输出点，输入输出点分配见表4-1。表4-1输入输出点分配表输入继电器作用输出继电器作用X0启动按钮Y0小车右行X1右限位开关Y1小车左行X2左限位开关Y2装料Y3卸料根据控制要求，画出时序图如图4-2所示。图4-2运料小车时序图运料小车的一个工作周期分为装料、右行、卸料和左行4步，再加上等待装料的初始步，一共有5步。各限位开关、按钮和定时器提供的信号是各步之间的转换条件，由此画出顺序功能图如图4-3所示。图4-3运料小车单周期工作方式顺序功能图运料小车单周期工作方式梯形图如图4-4所示。图4-4运料小车单周期工作方式梯形图三、知识链接1．经验设计法与顺序控制设计法第三单元中各梯形图的设计方法一般称为经验设计法，经验设计法没有一套固定的方法步骤可循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，有经验的工程师使用顺序控制设计法，也会提高设计的效率，程序调试、修改和阅读也更方便。所谓顺序控制，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，生产过程的各个执行机构自动有序地进行操作。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画出梯形图。2．顺序功能图顺序功能图由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或称命令）五部分组成。（1）步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，可以用编程元件M和S来代表各步。1)初始步2)活动步（2）与步对应的动作或命令一个步可以有多个动作，也可以没有任何动作。如果某一步有多个动作，可以用图4-5中的两种画法来表示。图4-5一个步后有多个动作的顺序功能图画法（3）有向连线在画顺序功能图时，将代表各步的方框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。（4）转换转换用有向连线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。（5）转换条件转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边，使用得最多的是布尔代数表达式（见图4-6）。图4-6转换与转换条件（6）绘制顺序功能图时的注意事项：1)两个步之间必须用一个转换隔开，两个步绝对不能直接相连。2)两个转换之间必须用一个步隔开，两个转换也不能直接相连。3)顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，初始步是必不可少的。4)自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态。5)在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步（本任务中代表各步的M0~M4），进入RUN工作方式时，它们均处于OFF状态，必须用初始化脉冲M8002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。6)顺序功能图是用来描述自动工作过程的，如果系统有自动、手动两种工作方式，这时还应在系统由手动工作方式进入自动工作方式时，用一个适当的信号将初始步置为活动步。四、任务实施1．将三个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0~X2（如图4-9所示的输入部分），并连接PLC电源。检查电路正确性，确保无误。图4-9运料小车的控制电路2.输入图4-4的梯形图，进行程序调试，调试时要注意动作顺序，运行后先按下SB，观察各输出的变化，等Y0接通后，再按下SQ1（模拟右限位开关），观察各输出的变化，等Y1接通后，再按下SQ2（模拟左限位开关），观察各输出的变化，检查是否完成了运料小车所要求的功能。任务二按钮式人行道交通灯一、任务提出在道路交通管理上有许多按钮式人行道交通灯，如图4-13所示，正常情况下，汽车通行，即Y3绿灯亮，Y5红灯亮；当行人想过马路，就按按钮。当按下按钮X0（或X1）之后，主干道交通灯从绿（5s）→绿闪（3s）→黄（3s）→红（20s），当主干道红灯亮时，人行道从红灯亮转为绿灯亮，15s以后，人行道开始闪烁，闪烁5s后转入主干道绿灯亮，人行道红灯亮。本任务利用PLC控制按钮人行道交通灯，用并行序列的顺序功能图编程。图4-13按钮式人行道交通灯示意图二、原理分析为了用PLC控制器来实现任务，PLC需要2个输入点，5个输出点，输入输出点分配见表4-2。表4-2输入输出点分配表输入继电器作用输出继电器作用X0SB1按钮Y1主干道红灯X1SB2按钮Y2主干道黄灯Y3主干道绿灯Y5人行道红灯Y6人行道绿灯由提出的任务画出时序图，如图4-14所示。图4-14按钮式人行道交通灯时序图主干道的一个工作周期分为4步，分别为绿灯亮、绿灯闪烁、黄灯亮和红灯亮，用M1~M4表示。人行道的一个工作周期分为3步，分别为红灯亮、绿灯亮和绿灯闪烁，用M5~M7表示。再加上初始步M0，一共有8步构成。各按钮和定时器提供的信号是各步之间的转换条件，由此画出顺序功能图如图4-15所示。图4-15按钮式人行道交通灯顺序功能图图4-16按钮式人行道交通灯梯形图（1）按钮式人行道交通灯梯形图如图4-16所示。图4-16按钮式人行道交通灯梯形图（2）三、知识链接1．顺序功能图的基本结构顺序功能图有三种基本结构，单序列、并行序列和选择序列，如图4-17所示。图4-17顺序功能图的三种基本结构2．用启-保-停电路实现的并行序列的编程方法（1）并行序列分支的编程方法并行序列中各单序列的第一步应同时变为活动步。对控制这些步的启-保-停电路使用同样的启动电路，可以实现这一要求。（2）并行序列合并的编程方法图4-16中步M0之前有一个并行序列的合并，该转换实现的条件是所有的前级步（即步M4和M7）都是活动步和转换条件T4满足。由此可知，应将M4、M7和T4的常开触点串联，作为控制M0的启-保-停电路的启动电路。四、任务实施1．将二个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0和X1（如图4-18所示的输入部分），并连接PLC电源。检查电路正确性，确保无误。图4-18按钮式人行道PLC接线图2．输入图4-16所示的梯形图，进行程序调试，调试时要注意动作顺序，运行后可任意按下X0（或X1），监控观察各输出（Y1~Y3、Y4、Y5）和相关定时器（T0~T4）的变化，检查是否完成了按钮式人行道交通灯所要求的功能。任务三自动门控制系统一、任务提出许多公共场所的门口都有自动门，如图4-21所示。人靠近自动门时，红外感应器X0为ON，Y0驱动电机高速开门，碰到开门减速开关X1时，变为低速开门。碰到开门极限开关X2时电机停转，开始延时。若在0．5s内红外感应器检测到无人，Y2起动电机高速关门。碰到关门减速开关X3时，改为低速关门，碰到关门极限开关X4时电机停转。在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，T1延时0．5s后自动转换为高速开门。本任务利用PLC控制自动门，用选择序列的顺序控制功能图编程。图4-21自动门控制示意图二、原理分析为了用PLC控制器来实现自动门控制系统，PLC需要5个输入点，4个输出点，输入输出点分配见表4-3。表4-3输入输出点分配表输入继电器作用输出继电器作用X0红外感应器Y0电机高速开门X1开门减速开关Y1电机低速开门X2开门极限开关Y2电机高速关门X3关门减速开关Y3电机低速关门X4关门极限开关如图4-22a是自动门控制系统在关门期间无人要求进出的时序图，如图4-22b所示是自动门控制系统在关门期间又有人要求进出时的时序图。图4-22自动门控制系统时序图设计选择序列的顺序功能图如图4-23所示。图4-23自动门顺序功能图设计的梯形图如图4-24所示。图4-24自动门控制梯形图三、知识链接1．用启-保-停电路实现的选择序列的编程方法（1）选择序列分支的编程方法如果某一步的后面有一个由N条分支组成的选择序列，该步可能转换到不同的N步去，应将这N个后续步对应的辅助继电器的常闭触点与该步的线圈串联，作为结束该步的条件。如图4-23中步M4之后有一个选择序列的分支，当它的后续步M5或者M6变为活动步时，它应变为不活动步。所以需将M5和M6的常闭触点串联作为步M4的停止条件。（2）选择序列合并的编程方法对于选择序列的合并，如果某一步之前有N个转换(即有N条分支在该步之前合并后进入该步)，则代表该步的辅助继电器的启动电路由N条支路并联而成，各支路由某一前级步对应的辅助继电器的常开触点与相应转换条件对应的触点或电路串联而成。以步M1为例，对应的起动电路由两条并联支路组成，每条支路分别由M0、X0和M6、T1的常开触点串联而成。2．仅有两步的闭环的处理如图4-25a所示的顺序功能图用启-保-停电路设计，那么步M3的梯形图如图4-25b所示，可以发现，由于M2的常开触点和常闭触点串联，它是不能正常工作的。这种顺序功能图的特征是：仅由两步组成的小闭环。在M2和X2均为ON时，M3的启动电路接通，但是这时与它串联的M2的常闭触点却是断开的，所以M3的线圈不能通电。出现上述问题的根本原因在于步M2既是步M3的前级步，又是它的后续步。解决的方法有两种：（1）以转换条件作为停止电路将图4-25b中M2的常闭触点用转换条件X3的常闭触点代替即可，如图4-25c所示。图4-25仅有两步的小闭环（2）在小闭环中增设一步如图4-26a所示，在小闭环中增设了M10步就可以解决这一问题，这一步没有什么操作，它后面的转换条件“=1”相当于逻辑代数中的常数l，即表示转换条件总是满足的，只要进入步M10，将马上转换到步M2去。图4-26b是根据图4-26a画出的梯形图。图4-26小闭环中增设步四、任务实施1．将5个模拟红外传感器和限位开关的按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0~X4，如图4-27所示，并连接PLC电源。检查电路正确性，确保无误。图4-27自动门输入电路2．输入图4-24所示的梯形图，进行程序调试，调试时要注意动作顺序，运行后先按下X0（模拟有人），再依次按下X1~X4，每次操作都要监控观察各输出（Y0~Y3）和相关定时器（T0~T1）的变化，检查是否完成了自动门控制系统所要求的在关门期间无人进出时所要求的功能。3．继续调试程序，顺序为按下X0→X1→X2→X0→X1→X2→X3→X4，监控观察各输出（Y0~Y3）和相关定时器（T0~T1）的变化，检查是否完成了自动门控制系统所要求的在关门期间有人进出时所要求的功能。再把输入顺序改为按下X0→X1→X2→X3→X0→X1→X2→X3→X4，监控观察各输出（Y0~Y3）和相关定时器（T0~T1）的变化，检查是否完成了自动门控制系统所要求的在关门期间有人进出时所要求的功能。任务四液体混合装置一、任务提出如图4-29a所示是某一液体混合装置，开始时容器是空的，各阀门均关闭，各传感器均为OFF。按下启动按钮后，打开阀YV1，液体A流入容器，中限位开关变为ON时，关闭阀YV1，打开阀YV2，液体B流入容器。当液面到达上限位开关时，关闭阀YV2，电机M开始运行，搅动液体，60s后停止搅动，打开阀YV3，放出混合液，当液面降至下限位开关之后再过5s，容器放空，关闭阀YV3，打开阀YV1，又开始下一周期的操作。按下停止按钮，在当前工作周期的操作结束后，才停止操作(停在初始状态)。图4-29液体混合装置示意图和PLC接线图输入继电器作用输出继电器作用X0中限位传感器