可編程序控制器應(yīng)用第三章5.ppt

后一頁(yè),返回,可編程控制器原理與應(yīng)用,安徽理工大學(xué)電信學(xué)院,后一頁(yè),返回,安徽理工大學(xué)電信學(xué)院,第3章 西門子小型可編程控制器S7-200,3.3 順序控制及程序設(shè)計(jì),返回,后一頁(yè),前一頁(yè),3.3 順序控制及程序設(shè)計(jì) 3.3.1 程序結(jié)構(gòu) S7-200CPU的用戶程序由主程序、子程序和中斷程序組成。程序結(jié)構(gòu)見圖3-43所示。 1. 主程序 每次CPU掃描都要執(zhí)行一次主程序。STEP7-MicroWIN 32的程序編輯器窗口下部的標(biāo)簽用來(lái)選擇不同的程序。因?yàn)槌绦蛞驯环珠_，各程序結(jié)束時(shí)不需要加入無(wú)條件結(jié)束指令，如END、RET或RETI等。 2. 子程序 子程序是一個(gè)可選的指令的集合，僅在被其它程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行。同一段程序被多次調(diào)用，使用子程序可以簡(jiǎn)化程序代碼和減少掃描時(shí)間。設(shè)計(jì)得好的子程序容易移植到別的項(xiàng)目中去。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),返回,后一頁(yè),前一頁(yè),3. 中斷處理程序 中斷程序是指令的一個(gè)可選集合，中斷程序不是被主程序調(diào)用，它們?cè)谥袛嗍录l(fā)生時(shí)由可編程序控制器的操作系統(tǒng)調(diào)用。中斷程序用來(lái)處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件，因?yàn)椴荒茴A(yù)知何時(shí)會(huì)出現(xiàn)中斷事件，所以不允許中斷程序改寫可能在其他程序中使用的存儲(chǔ)器。 主程序應(yīng)安排到程序的最前面。其他部分的位置安排沒(méi)有嚴(yán)格的順序，但習(xí)慣上把子程序安排在中斷程序的前面。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),3.3.2 順序控制設(shè)計(jì)法 用一般方法設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，沒(méi)有一種通用的容易掌握的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時(shí)，用大量的中間單元來(lái)完成記憶、聯(lián)鎖和互鎖等功能，由于需要考慮的因素很多，它們往往又交織在一起，分析起來(lái)非常困難，并且很容易遺漏一些應(yīng)該考慮的問(wèn)題。修改某一局部電路時(shí)，很可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的其他部分產(chǎn)生意想不到的影響，因此梯形圖的修改也很麻煩，往往花了很長(zhǎng)的時(shí)間還得不到一個(gè)滿意的結(jié)果。而且設(shè)計(jì)出的梯形圖往往很難閱讀，給系統(tǒng)的維護(hù)和改進(jìn)帶來(lái)了很大的困難,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地有秩序地進(jìn)行操作。 使用順序控制設(shè)計(jì)法時(shí)首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝過(guò)程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖。有的可編程序控制器為用戶提供了順序功能圖語(yǔ)言，在編程軟件中生成順序功能圖后便完成了編程工作。它是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，很容易被初學(xué)者接受，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的工程師，也會(huì)提高設(shè)計(jì)的效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。某廠有經(jīng)驗(yàn)的電氣工程師用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)某控制系統(tǒng)的梯形圖，花了兩周的時(shí)間，同一系統(tǒng)改用順序控制設(shè)計(jì)法，只用了不到半天的時(shí)間，,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),就完成了梯形圖的設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)試車一次成功。 順序控制設(shè)計(jì)法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，這些階段稱為步(Step)，并用編程元件(例如位存儲(chǔ)器M和順序控制繼電器S)來(lái)代表各步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來(lái)劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量的ONOFF狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量的狀態(tài)是不同的。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),某組合機(jī)床液壓工作臺(tái)的整個(gè)工作過(guò)程可分為停止（原位），快進(jìn)，工進(jìn)，快退這四步的狀態(tài)改變都必須是由PLC輸出狀態(tài)的變化引起的，否則就不能這樣化分。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),步的這種劃分方法使代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著極為簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。 使系統(tǒng)由當(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號(hào)稱為轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件可以是外部的輸入信號(hào)，如按鈕、指令開關(guān)、限位開關(guān)的接通斷開等；也可以是可編程序控制器內(nèi)部產(chǎn)生的信號(hào)，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器常開觸點(diǎn)的接通等。轉(zhuǎn)換條件還可能是若干個(gè)信號(hào)的與、或、非邏輯組合。 順序控制設(shè)計(jì)法用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制可編程序控制器的各輸出位。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),3.3.3 順序功能圖 順序功能圖(Sequential Function Chart)是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計(jì)可編程序控制器的順序控制程序的有力工具。 順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言，可以供進(jìn)一步設(shè)計(jì)和不同專業(yè)的人員之間進(jìn)行技術(shù)交流之用。 1994年5月公布的IEC可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)(IECll31)中，順序功能圖被確定為可編程序控制器位居首位的編程語(yǔ)言。我國(guó)也在1986年頒布了順序功能圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6988.61986。順序功能圖主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作(或命令)組成。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),1. 步 圖3.45是鍋爐的鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的輸入輸出信號(hào)時(shí)序圖，為了節(jié)省篇幅，將兩個(gè)輸入脈沖信號(hào)的波形畫在一個(gè)波形圖中。按了起動(dòng)按鈕I0.0后，應(yīng)先開引風(fēng)機(jī)，延時(shí)5s后再開鼓風(fēng)機(jī)。按了停止按鈕I0.1后，應(yīng)先停鼓風(fēng)機(jī)，5s后再停引風(fēng)機(jī)。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),根據(jù)Q0.0及Q0.1的01狀態(tài)的變化，一個(gè)工作周期可以分為三步，另外還應(yīng)設(shè)置等待起動(dòng)的初始步，假設(shè)分別用M0.0-M0.3來(lái)代表這4步。圖3.46是描述該系統(tǒng)的順序功能圖，圖中用矩形方框表示步，方框中可以用數(shù)字表示該步的編號(hào)，也可以用代表該步的編程元件的地址作為步的編號(hào)，如M0.0等，這樣在根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)較為方便。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),初始步： 與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱為初始步，初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動(dòng)命令的相對(duì)靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個(gè)順序功能圖至少應(yīng)該有一個(gè)初始步，見圖3.47所示。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),3. 活動(dòng)步 當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時(shí)，該步處于活動(dòng)狀態(tài)，稱該步為“活動(dòng)步”。步處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行；處于不活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的非存儲(chǔ)型動(dòng)作被停止執(zhí)行。 4. 有向連線 在順序功能圖中，隨著時(shí)間的推移和轉(zhuǎn)換條件的實(shí)現(xiàn)，將會(huì)發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)展，這種進(jìn)展按有向連線規(guī)定的路線和方向進(jìn)行。在畫順序功能圖時(shí)，將代表各步的方框按它們成為活動(dòng)步的先后次序順序排列，并用有向連線將它們連接起來(lái)。步的活動(dòng)狀態(tài)習(xí)慣的進(jìn)展方向是從上到下或從左至右，在這兩個(gè)方向有向連線上的箭頭可以省略。如果不是上述的方向，應(yīng)在有向連線上用箭頭注明進(jìn)展方向。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),在可以省略箭頭的有向連線上，為了更易于理解也可以加箭頭。 如果在畫圖時(shí)有向連線必須中斷(例如在復(fù)雜的圖中，或用幾個(gè)圖來(lái)表示一個(gè)順序功能圖時(shí))，應(yīng)在有向連線中斷之處標(biāo)明下一步的標(biāo)號(hào)和所在的頁(yè)數(shù)。 5.轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來(lái)表示，轉(zhuǎn)換將相鄰兩步分隔開。步的活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來(lái)完成的，并與控制過(guò)程的發(fā)展相對(duì)應(yīng),返回,后一頁(yè),前一頁(yè),6.轉(zhuǎn)換條件 轉(zhuǎn)換條件是與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題，轉(zhuǎn)換條件可以用文字語(yǔ)言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符號(hào)標(biāo)注在表示轉(zhuǎn)換的短線的旁邊，使用得最多的是布爾代數(shù)表達(dá)式。 轉(zhuǎn)換條件I0.0*I0.1分別表示當(dāng)輸入信號(hào)I0.0和I0.1為ON時(shí)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。 7.與步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作或命令 可以將一個(gè)控制系統(tǒng)劃分為被控系統(tǒng)和施控系統(tǒng)，例如在數(shù)控車床系統(tǒng)中，數(shù)控裝置是施控系統(tǒng)，而車床是被控系統(tǒng)。對(duì)于被控系統(tǒng)，在某一步中要完成某些“動(dòng)作”(action)；對(duì)于施控系統(tǒng)，在某一步中則要向被控系統(tǒng)發(fā)出某些“命令”(command)。為了敘述方便，下面將命令或動(dòng)作統(tǒng)稱為動(dòng)作，并用矩形框中的文字或符號(hào)表示，該矩形框應(yīng)與相應(yīng)的步的符號(hào)相連。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),如果某一步有幾個(gè)動(dòng)作，可以用圖3.48 中的兩種畫法來(lái)表示，但是并不隱含這些動(dòng)作之間的任何順序。說(shuō)明命令的語(yǔ)句應(yīng)清楚地表明該命令是存儲(chǔ)型的，還是非存儲(chǔ)型的。例如某步的存儲(chǔ)型命令“打開1號(hào)閥并保持”，是指該步活動(dòng)時(shí)1號(hào)閥打開，該步不活動(dòng)時(shí)繼續(xù)打開；非存儲(chǔ)型命令“打開1號(hào)閥”，是指該步活動(dòng)時(shí)打開，不活動(dòng)時(shí)關(guān)閉。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),除了以上的基本結(jié)構(gòu)之外，使用動(dòng)作的修飾詞可以在一步中完成不同的動(dòng)作。修飾詞允許在不增加邏輯的情況下控制動(dòng)作。 3.3.4順序功能圖的基本結(jié)構(gòu) 1單序列 單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步的后面僅有一個(gè)轉(zhuǎn)換，每一個(gè)轉(zhuǎn)換的后面只有一個(gè)步(見圖3.49)。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),返回,后一頁(yè),前一頁(yè),2選擇序列 選擇序列的開始稱為分支(見圖3.50)，轉(zhuǎn)換符號(hào)只能標(biāo)在水平連線之下。如果步1是活動(dòng)步，并且轉(zhuǎn)換條件A=1，則發(fā)生由步1 步2的進(jìn)展。如果步1是活動(dòng)步，并且D=1，則發(fā)生由,步1步4的進(jìn)展。如果步1是活動(dòng)步，并且G=1，則發(fā)生由步1步6的進(jìn)展。如果步1是活動(dòng)步，并且I=1，則發(fā)生由步1步7的進(jìn)展。一般只允許同時(shí)選擇一個(gè)序列。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),選擇序列的結(jié)束稱為合并(見圖3.50)，幾個(gè)選擇序列合并到一個(gè)公共序列時(shí)，用和需要重新組合的序列相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換符號(hào)和水平連線來(lái)表示，轉(zhuǎn)換符號(hào)只允許標(biāo)在水平連線之上。 如果步3是活動(dòng)步，并且轉(zhuǎn)換條件C=1，則發(fā)生由步3 步8的進(jìn)展。如果步5是活動(dòng)步，并且F=1，則發(fā)生由步5步8的進(jìn)展。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),3并列序列 并行序列的開始稱為分支(見圖3.51)，當(dāng)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致幾個(gè)序列同時(shí)激活時(shí)，這些序列稱為并行序列。當(dāng)步1是活動(dòng)的，并且轉(zhuǎn)換條件A=1，2、4、 6和7這4步同時(shí)變?yōu)榛顒?dòng)步，同時(shí)步1變?yōu)椴换顒?dòng)步。為了強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)，水平連線用雙線表示。步2、4、6和7被同時(shí)激活后，每個(gè)序列中活動(dòng)步的進(jìn)展將是獨(dú)立的。在表示同步的水平雙線之上，只允許有一個(gè)轉(zhuǎn)換符號(hào)。并行序列用來(lái)表示系統(tǒng)的幾個(gè)同時(shí)工作的獨(dú)立部分的工作情況。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),并行序列的結(jié)束稱為合并(見圖3.51)，在表示同步的水平雙線之下，只允許有一個(gè)轉(zhuǎn)換符號(hào)。當(dāng)直接連在雙線上的所有前級(jí)步(步3、5、6和7)都處于活動(dòng)狀態(tài)，并且轉(zhuǎn)換條件H=1時(shí)，才會(huì)發(fā)生步3、5、6和7到步8的進(jìn)展，即步3、5、6和7同時(shí)變?yōu)椴换顒?dòng)步，而步8變?yōu)榛顒?dòng)步。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),4復(fù)合結(jié)構(gòu),返回,后一頁(yè),前一頁(yè),復(fù)合結(jié)構(gòu)也是由順序結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)和并列結(jié)構(gòu)有機(jī)組成，以后遇到的多是這種復(fù)合結(jié)構(gòu)（見圖3.52）。 5.子步(Micro step) 在順序功能圖中，類似程序流程圖中，用一個(gè)塊表示一段程序流程圖。這里某一步可以包含一系列子步和轉(zhuǎn)換，通常這些序列表示系統(tǒng)的一個(gè)完整的子功能。子步的使用使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在總體設(shè)計(jì)時(shí)容易抓住系統(tǒng)的主要矛盾，用更加簡(jiǎn)潔的方式表示系統(tǒng)的整體功能和概貌，而不是一開始就陷入某些細(xì)節(jié)之中。設(shè)計(jì)者可以從最簡(jiǎn)單的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的全面描述開始，然后畫出更詳細(xì)的順序功能圖，子步中還可以包含更詳細(xì)的子步。這種設(shè)計(jì)方法的邏輯性很強(qiáng)，可以減少設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，縮短總體設(shè)計(jì)和查錯(cuò)需要的時(shí)間。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),3.3.5 順序功能圖中轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則 1.轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件 在順序功能圖中，步的活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來(lái)完成的,轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)應(yīng)滿足兩個(gè)條件： (1)該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步都是活動(dòng)步。 (2)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。 如果轉(zhuǎn)換的前級(jí)步或后續(xù)步不止一個(gè)，轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)稱為同步實(shí)現(xiàn)(如并列結(jié)構(gòu))。為了強(qiáng)調(diào)同步實(shí)現(xiàn)，有向連線的水平部分用雙線表示。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),2轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)完成以下兩個(gè)操作： (1)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒?dòng)步。 (2)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的前級(jí)步都變?yōu)椴换顒?dòng)步。 以上規(guī)則可以用于任意結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換，其區(qū)別如下：在單序列中，一個(gè)轉(zhuǎn)換僅有一個(gè)前級(jí)步和一個(gè)后續(xù)步；在并行序列的分支處，轉(zhuǎn)換有幾個(gè)后續(xù)步，在轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)同時(shí)將它們對(duì)應(yīng)的編程元件置位。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),在并行序列的合并處，轉(zhuǎn)換有幾個(gè)前級(jí)步，它們均為活動(dòng)步時(shí)才有可能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)將它們對(duì)應(yīng)的編程元件全部復(fù)位；在選擇序列的分支與合并處，一個(gè)轉(zhuǎn)換實(shí)際上只有一個(gè)前級(jí)步和一個(gè)后續(xù)步，但是一個(gè)步可能有多個(gè)前級(jí)步或多個(gè)后續(xù)步。 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則是根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)梯形圖的基礎(chǔ)，它適用于順序功能圖中的各種基本結(jié)構(gòu)和下面介紹的各種順序控制梯形圖的編程方法。 在梯形圖中，用編程元件如M和S代表步，當(dāng)某步為活動(dòng)步時(shí)，該步對(duì)應(yīng)的編程元件為 ON。當(dāng)該步之后的轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，轉(zhuǎn)換條件對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)或電路接通，因此可以將該觸點(diǎn)或電路與代表所有前級(jí)步,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),的編程元件的常開觸點(diǎn)串聯(lián)，作為與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)條件同時(shí)滿足對(duì)應(yīng)的電路。例如，假設(shè)某轉(zhuǎn)換條件的布爾代數(shù)表達(dá)式為I0.1 * I0.3，它的兩個(gè)前級(jí)步用M0.5 和M0.6來(lái)代表，則應(yīng)將這4個(gè)元件的常開觸點(diǎn)串聯(lián)，作為轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)條件同時(shí)滿足對(duì)應(yīng) 的電路。在梯形圖中，該電路接通時(shí)，應(yīng)使所有代表前級(jí)步的編程元件復(fù)位，同時(shí)使所有代表后續(xù)步的編程元件置位(變?yōu)镺N并保持)。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),3.3.6 繪制順序功能圖的注意事項(xiàng) 繪制順序功能圖的注意事項(xiàng)： (1)兩個(gè)步絕對(duì)不能直接相連必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換將它們隔開。 (2)兩個(gè)轉(zhuǎn)換也不能直接相連必須用一個(gè)步將它們隔開。 (3)順序功能圖中的初始步一般對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)等待起動(dòng)的初始狀態(tài)，這一步可能沒(méi)有什么 輸出處于ON狀態(tài)，因此有的初學(xué)者在畫順序功能圖時(shí)很容易遺漏這一步。初始步是必不可 少的，一方面因?yàn)樵摬脚c它的相鄰步相比，從總體上說(shuō)輸出變量的狀態(tài)各不相同；另一方面如果沒(méi)有該步，無(wú)法表示初始狀態(tài)，系統(tǒng)也無(wú)法返回停止?fàn)顟B(tài)。,返回,后一頁(yè),前一頁(yè),(4)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)能多次重復(fù)執(zhí)行同一工藝過(guò)程，因此在順序功能圖中一般應(yīng)有由步和有向連線組成的閉環(huán)，即在完成一次工藝過(guò)程的全部操作之后，應(yīng)從最后一步返回初始步，系統(tǒng)停留在初始狀態(tài)，在連續(xù)循環(huán)工作方式時(shí)，將從最后一步返回下一工作周期開始運(yùn)行的第一步 。 (5)在順序功能圖中，只有當(dāng)某一步的前級(jí)步是活動(dòng)步時(shí)，該步