順序控制設(shè)計(jì)法課件

1、順序控制設(shè)計(jì)法劉華波8.2 順序功能圖 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。 例如電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線就是一個(gè)典型的順序控制過程。順序控制的典型事例：電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線 電鍍流程概述在上主產(chǎn)線前要求毛坯無嚴(yán)重缺陷，并經(jīng)過滾磨或磨光前處理。經(jīng)吹塵后，上線用弱堿性溶液，采用陰極電解除油。時(shí)間控制在1015S，電流密度為35Adm2，清洗后，用氫氟酸溶液浸蝕5s，提高鍍層附著力。預(yù)鍍是關(guān)鍵一環(huán)，采用預(yù)鍍氰化銅的方法，在零件表面形成一層完全覆蓋，致密區(qū)附著良好的鍍層。水洗后，鍍鎳5min。其中，除油，預(yù)鍍

2、銅，鍍鎳的槽溫控制在5060，鍍銅和鍍鎳要求初始用高密度電流沖擊2min，之后鍍鎳再用涓流鍍3min，同時(shí)陰極移動(dòng)，用于攪拌電鍍?nèi)芤?，以保證鍍層均勻，致密，不起皮。為了節(jié)能，必須是鍍件進(jìn)入鍍槽后，才能接通電流排。電鍍線上的輸入輸出設(shè)備方式轉(zhuǎn)換開關(guān)：設(shè)手動(dòng)、單步、單周期、自動(dòng)四個(gè)方式。對(duì)手動(dòng)方式，還配有上下，進(jìn)退，抓放三種運(yùn)動(dòng)選擇開關(guān)，供操作人員控制天車的運(yùn)動(dòng)。另設(shè)有起動(dòng)，停止，急停和復(fù)位四個(gè)按鈕。位置檢側(cè)元件：有上限，下限，左限，右限及2位8位限。分別用限位開關(guān)儉測?？刂茩z測元件有：除油，預(yù)鍍，電鍍槽位的溫度檢測。輸出設(shè)備：上升/下降繼電器。前進(jìn)/后退繼電器。抓緊繼電器。噴淋，加熱，吹塵繼電器

3、。陰極移動(dòng)繼電器。電流排通斷接觸器及原點(diǎn)指示燈和聲光報(bào)警器。電鍍線上的輸入輸出設(shè)備 對(duì)于此類順序控制的PLC實(shí)例，可以采用順序控制設(shè)計(jì)法來進(jìn)行PLC程序的設(shè)計(jì)。 有的可編程序控制器則提供了順序功能圖編程語言，用戶在編程軟件中生成順序功能圖后便完成了編程工作，如西門子S7-300/400 PLC中的S7 Graph編程語言。 順序控制設(shè)計(jì)法是一種先進(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。什么是順序功能圖？ 順序功能圖是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，是設(shè)計(jì)PLC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

4、功能的具體技術(shù)，它是一種通用的技術(shù)語言，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。 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（命令）組成。下面我們以組合機(jī)床的動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為例來繪制其順序功能圖。組合機(jī)床的動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)初始位置停在左邊 （由限位開關(guān)I0.3指示)按下啟動(dòng)按鈕，向右快進(jìn)（Q0.0和Q0.1控制）到限位開關(guān)I0.1后，轉(zhuǎn)入工作進(jìn)給 （Q0.1控制）到限位開關(guān)I0.2后，快速返回（Q0.2控制)至初始位置（I0.3）停下I0.3I0.1I0.2組合機(jī)床的動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的順序功能圖步（1）矩形單線方框代表步（雙線方框代表初始步）框內(nèi)可用編號(hào)代表步序，也可用位存儲(chǔ)

5、單元作為程序進(jìn)入該步的標(biāo)志。 步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，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。 順序控制步的劃分（動(dòng)力頭的進(jìn)給過程為例） 階段（步序） 轉(zhuǎn)換條件 輸出狀態(tài)變化黑線紅線（初始段）SM0.1 ON Q0.0 OF Q0.1 OF Q0.2 OF紅線藍(lán)線（快進(jìn)段） I0.0 ON Q0.0 ON Q0.1 ON Q0.2 OF藍(lán)線綠線（工進(jìn)段） I0.1 ON Q0.0 OF Q0.1 ON Q0.2 OF綠線粉紅（快退段） I0.2 ON Q0.0 OF Q0.1 OF Q0.2 ON步序節(jié)拍 與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱為初始步，

6、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)。 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。 （2）步間的連接線稱為有向連線 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。 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。在可以

7、省略箭頭的有向連線上，為了更易于理解也可以加箭頭。（3）步間的短橫線表示轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來表示，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)來完成的，并與控制過程的發(fā)展相對(duì)應(yīng)。 M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3 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。 （4）步間的短橫線旁邊的邏輯條件表示轉(zhuǎn)換

8、條件M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3 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。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3（5）與步并排連接的方框表示該步執(zhí)行的動(dòng)作，多個(gè)動(dòng)作可并列。 根據(jù)需要，指令與對(duì)象的動(dòng)作響應(yīng)之間可能有多種情況。有的動(dòng)作僅在指令存續(xù)的時(shí)間內(nèi)有響應(yīng)，指令結(jié)束動(dòng)作終止（如常見點(diǎn)動(dòng)控制）。有的一旦發(fā)出指令，動(dòng)作就將一直繼續(xù)，除非再發(fā)出停止或撤消指令

9、（如開車、急停、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等）。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3兩個(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；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；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，從總體上說輸出變量的狀態(tài)各不相同；另一方面如果沒有該步，無法表示初始狀態(tài)，系統(tǒng)也無法返回停止?fàn)顟B(tài)。繪制順序功能圖時(shí)的注意事項(xiàng)4.自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)能多次重復(fù)執(zhí)行同一工藝過程，因此在順

10、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)。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)，該步才有可能變成活動(dòng)步。如果用沒有斷電保持功能的編程元件代表各步，進(jìn)入RUN工作方式時(shí)，它們均處于OFF狀態(tài)，必須用初始化脈沖SM01的常開觸點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換條件，將初始步預(yù)置為活動(dòng)步，否則因順序功能圖中沒有活動(dòng)步，系統(tǒng)將無法工作。如果系統(tǒng)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作方式，順序功能圖是用來描述自動(dòng)工作過程的，這時(shí)還應(yīng)在系統(tǒng)由手動(dòng)工作方式進(jìn)入自動(dòng)工作方式時(shí)，用一個(gè)適當(dāng)?shù)男盘?hào)將初始步置為活動(dòng)步。練習(xí)1I0.2I0.0I0.1I0.3Q0.

11、0Q0.1Q0.2畫出圖示波形對(duì)應(yīng)的順序功能圖。練習(xí)2I0.0Q0.0Q0.16s畫出圖示交通燈波形對(duì)應(yīng)的順序功能圖。紅燈綠燈黃燈5s4sQ0.2練習(xí)3I0.1I0.2I0.3快進(jìn)工進(jìn)快退設(shè)動(dòng)力頭初始狀態(tài)停在左邊，按下啟動(dòng)按鈕I0.0后，Q0.0和Q0.2為1，動(dòng)力頭向右快速進(jìn)給，碰到I0.2后，變?yōu)楣ぷ鬟M(jìn)給Q0.0為1，碰到限位I0.3后，暫停5s；5s后Q0.2和Q0.1為1，工作臺(tái)快速退回，返回初始位置停止運(yùn)動(dòng)。畫出順序功能圖。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.2Q0.0T37(5s)SM0.1I0.0I0.2I0.3T37M0.4Q0.1I0.1Q0.21、單序列 規(guī)則 轉(zhuǎn)

12、換與步驟交互連接。每一步的后面僅有一個(gè)轉(zhuǎn)換，每一個(gè)轉(zhuǎn)換后面僅有一步。234例順序功能圖（SFC）的其他形式2、選擇序列規(guī)則用水平線下連接多個(gè)轉(zhuǎn)換，表示步驟選擇開始，稱分支。轉(zhuǎn)換上的數(shù)字1、2表示轉(zhuǎn)換同時(shí)成立時(shí)的優(yōu)先度，無數(shù)字左先。多數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)換被連接在下面的水平線上，表示選擇結(jié)束，稱合并。S5S8S9S6S10S11hknj例123、并列序列規(guī)則二重水平線上有唯一一個(gè)轉(zhuǎn)換，表示并列順序的最初步驟同步開始，稱同步。以下步驟獨(dú)立進(jìn)行。二重水平線上的并列順序的最后步驟全部激活后，二重水平線下的唯一的轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，并行步驟結(jié)束，稱匯合。57891012AEFK順序控制的基本思想步序發(fā)生器1類對(duì)象操作動(dòng)作

13、2類對(duì)象轉(zhuǎn)換條件步序引入兩類對(duì)象的概念使轉(zhuǎn)換條件與操作動(dòng)作在邏輯關(guān)系上進(jìn)行分離。步序發(fā)生器根據(jù)轉(zhuǎn)換條件發(fā)出步序標(biāo)志，要求步序標(biāo)志不能重疊（當(dāng)下步有效時(shí)，應(yīng)同時(shí)撤消上步標(biāo)志）。步序標(biāo)志直接相應(yīng)控制操作動(dòng)作；步序標(biāo)志類似令牌，只有取得令牌，才能操作相應(yīng)的動(dòng)作。因果關(guān)系分層次表述，使因果傳遞清楚，避免含混模糊順序控制的實(shí)質(zhì)是面對(duì)兩類對(duì)象：步序標(biāo)志和操作動(dòng)作。這類似接力賽，參賽人一定要取得接力棒才能進(jìn)入比賽，任何時(shí)刻只能一人參賽，交棒后，前一個(gè)參賽人要及時(shí)退出比賽。交棒就是步序發(fā)生過程。隨之才是運(yùn)動(dòng)員的各自奔跑。順序控制的三個(gè)要點(diǎn)步序：一個(gè)連貫的過程分解成若干順序相連的不同階段，這些不同的階段稱步。轉(zhuǎn)

14、換條件：上步轉(zhuǎn)入下步所依賴的系統(tǒng)狀態(tài)的變化操作動(dòng)作：相連兩步間的基本差別是執(zhí)行不同的操作。即系統(tǒng)輸出狀態(tài)發(fā)生了變化。 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)來完成的。轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)必須同時(shí)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)。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。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 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。2轉(zhuǎn)換

15、實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作 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。 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

16、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。8.3 順序控制設(shè)計(jì)法 8.3.1 啟保停電路8.3.2 置位復(fù)位法8.3.3 使用SCR指令處理步序標(biāo)志的基本方法-啟保停法和置位復(fù)位法兩種方法反映了處理順序控制的共同思路，即實(shí)現(xiàn)步序標(biāo)志按序傳遞，并保證在任何時(shí)刻只有一個(gè)步序標(biāo)志被激活其區(qū)別是傳遞步標(biāo)志的手段不一樣兩種方法間所產(chǎn)生的時(shí)序有微小的差別。在應(yīng)用上應(yīng)予注意8.3.1 使用啟保停電路設(shè)計(jì)順序控制M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0

17、.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3程序分為兩大部分：處理步序轉(zhuǎn)換的程序；處理動(dòng)作的程序。處理步序轉(zhuǎn)換的程序M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3處理動(dòng)作的程序M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3練習(xí)3I0.1I0.2I0.3快進(jìn)工進(jìn)快退設(shè)動(dòng)力頭初始狀態(tài)停在左邊，按下啟動(dòng)按鈕I0.0后，Q0.0和Q0.2為1，動(dòng)力頭向右快速進(jìn)給，碰到I0.2后，變?yōu)楣ぷ鬟M(jìn)給Q0.0為1，碰到限位I0.3后，暫停5s；5s后Q0.2和Q0.1為1，工

18、作臺(tái)快速退回，返回初始位置重復(fù)運(yùn)動(dòng)。畫出順序功能圖。M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5I0.3T37I0.4&T38選擇序列M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5I0.3T37I0.4&T38M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5I0.3T37I0.4&T38M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5T37并列序列M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5T37M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.

19、5T378.3.2 采用置位復(fù)位方法編制順序控制因復(fù)位、置位有記憶功能，每步正常的維持時(shí)間不受轉(zhuǎn)換信號(hào)持續(xù)時(shí)間長短的影響。（無須自鎖）步序的傳遞過程中能避免兩個(gè)及以上的標(biāo)志同時(shí)有效，故不用考慮步序間的互鎖。SM0.1I0.0T37I0.1T38M0.1M0.2M0.3M0.0Q0.0T37Q0.0Q0.1Q0.0T38采用復(fù)位置位方法處理步標(biāo)志SM0.1I0.0T37I0.1T38M0.1M0.2M0.3M0.0Q0.0 NT37 SQ0.0 NQ0.1 NQ0.0 NT38 ST37RT38RM0.1-7 R動(dòng)作的控制情況SM0.1I0.0T37I0.1T38M0.1M0.2M0.3M0.0

20、Q0.0 NT37 SQ0.0 NQ0.1 NQ0.0 NT38 ST37RT38RM0.1-7 RM0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5I0.3T37I0.4&T38選擇序列M0.0M0.1M0.2M0.3I0.0I0.1I0.2M0.4M0.5T37并列序列SCR指令的引入順序控制的程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)是設(shè)置步步是構(gòu)成順序控制的基本單元，即每步的構(gòu)成形式及功能是雷同的。在程序上，步具有封裝的特點(diǎn)（具有形成專用指令的條件）經(jīng)過封裝，程序運(yùn)行時(shí)可跳過不活動(dòng)的步，必將提高運(yùn)行的效率，極大地壓縮機(jī)器的掃描周期。同時(shí)使編制程序的注意力集中到步的設(shè)計(jì)上。8.3.3 使用SCR指令設(shè)計(jì)順序控制SCR指令n是專用作步序標(biāo)志的Sx.x位SCR 步的開始標(biāo)識(shí)當(dāng)n（Sx.x）為ON時(shí)，該步為活動(dòng)步SCRT順序控制繼電器線圈。該線圈“通電”所指定的n （Sx.x）被置位，同時(shí)該指令所在步（由SCR指定）的標(biāo)志被復(fù)位SCRE步的結(jié)束標(biāo)識(shí)SCR指令應(yīng)用示例SCR和SCRE標(biāo)識(shí)了一段程序，這段程序?qū)?yīng)順序控制中的一步。在S0.1ON時(shí)，本例才成為活