PLC第4章-S7-1200-顺序控制设计法与顺序功能图

图4-2三相异步电动机的正反转控制电路右行左行停车4.1经验设计法第一页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQSU---L1V---L2W---L3U---L3V---L2W---L1KM2KM1M3~FRKM1KM2FRSB3SB24.1经验设计法第二页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQS合上电源开关QSKM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第三页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQS按下SB2，SB2的常闭触点断开,对KM2联锁SB2的常开触点闭合,KM1线圈得电KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第四页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQSKM1辅助常开触点闭合，对KM1自锁KM1常开触点闭合,电机正转KM1辅助常闭触点断开，对KM2联锁KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第五页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQS松开SB2,SB2常闭触点闭合SB2常开触点断开电机继续正转运行KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第六页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQS按下SB1,KM1线圈失电，KM1辅助常开触点断开,解除自锁KM1常开触点断开，电机停转KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第七页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQS松开SB1KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第八页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQS或不按停止按钮SB1，直接按下反转动按钮SB3,SB3常闭触点断开,对KM1联锁,SB3常开触点闭合,KM2线圈得电KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第九页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQSKM2辅助常开触点闭合,对KM2自锁KM2常开触点闭合,电机反转KM2辅助常闭触点断开，对KM1联锁KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第十页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQS松开SB3,SB3常闭触点闭合SB3常开触点断开电机继续反转运行KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第十一页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQS按下SB1,KM2线圈失电，KM2辅助常开触点断开,解除自锁KM2常开触点断开，电机停转KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第十二页，共79页。L1L2L3FU1FU2KM1KM2SB2SB3SB1KM1KM2UVWQS松开SB1KM2KM1FRKM1KM2FRM3~SB3SB24.1经验设计法第十三页，共79页。图4-3PLC的外部接线图将继电器电路转换为梯形图确定PLC的输入信号和输出信号。画PLC的外部接线图启动/停止一般使用常开按钮互锁使用常闭开关4.1经验设计法功能名触点(物理)I/O接口正转按钮SB2I0.0反转按钮SB3I0.1停止按钮SB1I0.2热继电器FRI0.2正转线圈KM1Q0.0反转线圈KM2Q0.1第十四页，共79页。I0.0I0.1I0.2Q0.1Q0.0Q0.0I0.1I0.0I0.2Q0.0Q0.1Q0.1图4-4梯形图将继电器电路转换为梯形图控制线路图>>梯形图注意互锁环节4.1经验设计法第十五页，共79页。拓展1：按下右行起动按钮SB2或左行起动按钮SB3后，小车在两个限位开关之间不停地循环往返，按下停止按钮SB1后，电动机断电，小车停止运动。KM2Q0.1KM1Q0.0I0.3SQ1I0.4SQ24.1经验设计法第十六页，共79页。4.1经验设计法I0.0I0.1I0.4I0.2Q0.0I0.3I0.1I0.0I0.3I0.2Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0I0.4Q0.1图4-5PLC的外部接线图图4-6小车自动往返的梯形图KM2Q0.1KM1Q0.0I0.3SQ1I0.4SQ2第十七页，共79页。4.1经验设计法I0.0I0.1I0.4I0.2Q0.0I0.3I0.1I0.0I0.3I0.2Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0I0.4Q0.1图4-6小车自动往返的梯形图此梯形图存在的问:在两端点处不能可靠停车第十八页，共79页。拓展案例2：小车开始时停在左边，左限位开关SQ1的常开触点闭合。按下列顺序控制小车：（1）按下右行起动按钮，小车开始右行。（2）走到右限位开关处，小车停止运动，延时8s后开始左行。（3）回到左限位开关处，小车停止运动。4.1经验设计法KM2Q0.1KM1Q0.0I0.3SQ1I0.4SQ2第十九页，共79页。I0.0I0.1I0.4I0.2Q0.0I0.3I0.1I0.0I0.3I0.2Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0M2.0Q0.1I0.4DB1TONTimeINQPTETT#8SM2.0图4-7梯形图4.1经验设计法此图与控制要求不相符?第二十页，共79页。I0.0I0.1I0.4I0.2Q0.0I0.3I0.1I0.0I0.3I0.2Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0M2.0Q0.1I0.4DB1TONTimeINQPTETT#8SM2.0图4-7梯形图4.1经验设计法第二十一页，共79页。4.1经验设计法——总结将继电器电路转换为梯形图1、确定PLC的输入/和输出信号2、画PLC的外部接线图启动/停止一般使用常开按钮互锁使用常闭开关3、控制线路图>>梯形图4、注意互锁环节I0.0I0.1I0.2Q0.1Q0.0Q0.0I0.1I0.0I0.2Q0.0Q0.1Q0.1功能名触点(物理)I/O接口正转按钮SB2I0.0反转按钮SB3I0.1停止按钮SB1I0.2热继电器FRI0.2正转线圈KM1Q0.0反转线圈KM2Q0.1第二十二页，共79页。提纲经验设计法顺序控制设计法与顺序功能图基于顺序功能图的梯形图设计方法第二十三页，共79页。顺序控制设计法对那些按动作的先后顺序进行工作的系统，非常适宜使用顺序控制设计法编程首先根据系统的工作顺序，画出顺序功能图然后根据顺序功能图编写梯形图程序。部分PLC提供了顺序功能图编程语言，用户在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作，如西门子S7-300/400PLC中的S7Graph编程语言。4.2顺序控制设计法与顺序功能图第二十四页，共79页。4.2顺序控制设计法与顺序功能图图4-1b置位复位电路I0.0Q0.0I0.1Q0.0SR起保停电路与置位复位电路是后面要重点介绍的顺序控制设计法的基本电路在实际电路中，起动信号和停止信号可能由多个触点组成的串、并联电路提供。I0.0I0.1Q0.0Q0.0图4-1a起保停电路第二十五页，共79页。例:某动力头的运动状态有三种，即快进→工进→快退。各状态的转换条件为：快进到一定位置，压限位开关SQ1则转为工进；工进到一定位置，压限位开关SQ2则转为快退；退回原位压限位开关SQ3，动力头自动停止运行。4.2顺序控制设计法与顺序功能图图4-8动力头控制功能图第二十六页，共79页。功能表图四要素:1、矩形框：表示各步，框内的数字是步的编号2、有向连线：连接步与步，箭头的方向表示步的转换方向（若有向连线的方向是从上到下或从左至右，可省略箭头）3、转换条件：标注在步与步之间的短横线旁4、动作内容说明：说明各步需要完成的动作4.2顺序控制设计法与顺序功能图第二十七页，共79页。初始步：双线框活动步：当前正在执行的步*当前一步为活动步，且满足转换条件时，将启动下一步，并终止前一步的执行。4.2顺序控制设计法与顺序功能图第二十八页，共79页。顺序功能图的基本结构单序列b)选择序列c)并列序列4.2顺序控制设计法与顺序功能图123abc第二十九页，共79页。a)单序列结构单序列结构的功能表图没有分支，每个步后只有一个步，步与步之间只有一个转换条件。不是指一个信号，它可能是多个信号的‘与’、‘或’等逻辑关系的组合！！4.2顺序控制设计法与顺序功能图123abc第三十页，共79页。b)选择序列结构c)并行序列结构共同点：都有分支和合并不同点：b)中各选择分支不能同时执行。所以，若已选择了转向某一分支，则不允许另外几个分支的首步成为活动步。所以应该使各分支之间互锁。c)中各分支的首步同时被激活变成活动步。用双线来表示其分支的开始和合并，以示区别。转换条件放在双线之上(之下)。4.2顺序控制设计法与顺序功能图第三十一页，共79页。步程序的结构方法一：Si:各步的控制位Ci:各步的转换条件Bi:各步具体操作的执行对象4.2顺序控制设计法与顺序功能图Si-1Si+1Si+1Ci+1SiSiSiSi+2Si+1CiSiSi+1BiBi+1第三十二页，共79页。说明：1、某步将被激活的条件有二：前一步为活动步；满足转换条件。2、由于转换条件多为短信号，所以每步要加自锁；3、某步被激活，则其上一步要变成不活动步，所以将其常闭触点串联上一步中。4、Si:各步的控制位（M的若干个连续的位状态）Ci:各步的转换条件（I区的外部输入信号、PLC内部定时器/计数器输出等）Bi:各步具体操作的执行对象（Q区的输出信号）4.2顺序控制设计法与顺序功能图第三十三页，共79页。注意：各步的矩形框内常直接标注该步的控制位，而非步的编号！！4.2顺序控制设计法与顺序功能图第三十四页，共79页。步程序的结构方法二:4.2顺序控制设计法与顺序功能图SiSi+1BiBi+1Si-1SiCiSRSi-1SiSi+1Ci+1SRSi第三十五页，共79页。绘制顺序功能图的注意事项（1）顺序功能图中两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开；（2）顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待启动的初始状态，不要遗漏这一步；（3）实际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回路，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应该根据工艺要求返回到初始步或下一工作周期开始运行的第一步；（4）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。4.2顺序控制设计法与顺序功能图第三十六页，共79页。提纲经验设计法顺序控制设计法与顺序功能图基于顺序功能图的梯形图设计方法第三十七页，共79页。顺序控制设计法有一定的规律可循，所编写的程序易读、易检查、易修改，是常用的设计方法之一。使用顺序控制设计法的关键有三条：一是理顺动作顺序，明确各步的转换条件；二是准确地画出功能表图；三是根据功能表图正确地画出相应的梯形图，最后再根据某些特殊功能要求，添加部分控制程序。要想用好顺序控制设计法，重要的是熟练掌握功能表图的画法，以及根据功能表图画出相应梯形图的方法。4.3基于顺序功能图的梯形图设计方法第三十八页，共79页。用顺序控制设计法编程的基本步骤如下：(1)分析控制要求，将控制过程分成若干个工作步，明确每个工作步的功能，弄清步的转换是单向进行还是多向进行，确定步的转换条件(可能是多个信号的“与”、“或”等逻辑组合)。必要时可画一个工作流程图，它对理顺整个控制过程的进程以及分析各步的相互联系有很大作用。(2)为每个步设定控制位。控制位最好使用位存储器M的若干连续位。若用定时器/计数器的输出作为转换条件，则应为其指定输出位。4.3基于顺序功能图的梯形图设计方法第三十九页，共79页。(3)确定所需输入和输出点的个数，选择PLC机型，作出I/O分配。(4)在前两步的基础上，画出功能表图。(5)根据功能表图画梯形图。(6)添加某些特殊要求的程序。4.3基于顺序功能图的梯形图设计方法第四十页，共79页。1)I0.0启动，快速移动2)I0.1触发后，进入工速3)I0.2触发后，退回起点4）I0.3触发后，停止4.3基于顺序功能图的梯形图设计方法I0.3I0.1I0.2例1：组合机床动力头运动示意图第四十一页，共79页。转换条件控制步序标志部分步序标志实现输出部分优点程序结构清晰便于调试和维护4.3基于顺序功能图的梯形图设计方法——起保停第四十二页，共79页。4.3基于顺序功能图的梯形图设计方法——置位/复位第四十三页，共79页。步序标志实现输出部分4.3基于顺序功能图的梯形图设计方法——置位/复位等效第四十四页，共79页。4.4顺序控制设计法编程实例例2：电液控制系统动力头工作流程图第四十五页，共79页。控制要求如下：(1)系统启动后，两个动力头便同时开始按流程图中的工作步顺序运行。从它们都退回原位开始延时10s后，又同时开始进入下一个循环的运行。(2)若断开控制开关，各动力头必须将当前的运行过程结束(即退回原位)后才能自动停止运行。(3)各动力头的运动状态取决于电磁阀线圈的通、断电，它们的对应关系如表4-1和表4-2所示。表中的“+”表示该电磁阀的线圈通电，“-”表示该电磁阀的线圈不通电。4.4顺序控制设计法编程实例第四十六页，共79页。表4-11号动力头表4-22号动力头4.4顺序控制设计法编程实例第四十七页，共79页。表4-3I/O分配表4.4顺序控制设计法编程实例第四十八页，共79页。图4-9电液控制系统动力头的控制功能表图4.4顺序控制设计法编程实例M2.0M2.1M2.2M2.3M2.4M2.5Q0.2、Q0.3Q0.1、Q0.2Q0.2、Q0.3、Q0.4Q0.1、Q0.3M3.1M3.2M3.3M3.4Q0.5、Q0.6Q0.5、Q0.7Q0.6、Q0.7M1.0I1.0I0.0I0.3I0.2I0.1I0.4I0.6I0.5延时10S，定时器输出位M4.0快进快退快进工进工进Ⅰ工进Ⅱ快退原位等待原位等待第四十九页，共79页。4.4顺序控制设计法编程实例初始等待第五十页，共79页。4.4顺序控制设计法编程实例1号快进1号工进Ⅰ1号快退1号等待1号工进Ⅱ第五十一页，共79页。4.4顺序控制设计法编程实例2号快进2号工进2号快退2号等待第五十二页，共79页。4.4顺序控制设计法编程实例1号快进1号工进Ⅰ1号快退1号等待1号工进Ⅱ第五十三页，共79页。4.4顺序控制设计法编程实例2号快进2号工进2号快退2号等待图4-10电液控制系统动力头的控制梯形图第五十四页，共79页。对梯形图的工作过程说明如下：(1)在PLC上电后的第一个扫描周期，M1.0为ON，使初始步M2.0为ON，为系统启动作好准备。(2)在一个循环过程结束时，两个动力头一起在原位停留10s后，步M2.0自动成为活动步，以使系统进入下一个循环的过程，所以将原位等待定时器的输出位M4.0与上电复位M1.0并联。(3)因为步M2.1和步M3.1是两个并行序列的首步，所以这两个步的活动条件都是步M2.0和控制开关I1.0的“与”。在一个循环的过程结束且M2.0成为活动步时，若I1.0始终为ON，从而使步M2.1和步M3.1自动成为活动步，并开始重复前一个循环的过程。4.4顺序控制设计法编程实例第五十五页，共79页。(4)当两个动力头都回到原位且等待步M2.5和M3.4都成为活动步时，定时器才开始计时。在定时10s时间到且步M2.0成为活动步时，等待步M2.5和M3.4才变为不活动步；(5)对应每一个工作步，要对控制相关电磁阀的输出位进行置位或复位。例如，在M2.1成为活动步时，要将Q0.2和Q0.3置位(电磁阀YV2、YV3线圈通电)，使1号动力头快进；在等待步M2.5和M3.4为活动步时，将相关电磁阀线圈的输出位进行复位，以保证下一个循环时动力头不会发生错误的动作。例如，在M2.5成为活动步时，将Q0.1和Q0.3复位，使1号动力头进入等待状态；在M3.4成为活动步时，将Q0.6和Q0.7复位，使2号动力头进入等待状态。4.4顺序控制设计法编程实例第五十六页，共79页。拓展示例——例1第五十七页，共79页。拓展示例拓展示例——例1第五十八页，共79页。拓展示例——例1第五十九页，共79页。拓展示例拓展示例——例2第六十页，共79页。拓展示例——例2第六十一页，共79页。拓展示例——例2第六十二页，共79页。某包装机，当光电开关I0.0到空包装箱放在指定位置时，按一下启动按钮I0.1，包装机按下面的动作顺序开始运行：（1）料斗Q0.0打开，物料落进包装箱。当箱中物料达到规定重量时，重量检测开关I0.2动作，使料斗关闭，并启动封箱机Q0.1对包装箱进行5s的封箱处理。封箱机用单线圈的电磁阀控制。（2）当搬走处理好的包装箱，再搬上一个空箱时（均为人工搬），又重复上述过程。（3）当成品包装箱满50个时，包装机自动停止运行。按上述要求，提出所需的控制电器元件，选择PLC机型，做I/O分配，画出顺序功能图、PLC外部的接线图和控制电路的主电路图，设计一个满足要求的梯形图程序。课后练习第六十三页，共79页。课后练习工作过程分析:光电开关I0.0检测到空包装箱重量检测开关I0.2,物料达到规定重量停止运行按下启动按钮I0.1料斗关闭启动封箱机Q0.1启动定时器1延时5S停止封箱机加法计数值+1记满50等待启动料斗Q0.0打开重复,下一个周期未记满50第六十四页，共79页。2)系统设计分析按照控制要求，输入点有3个，即光电检测开关、启动按钮、重量检测开关。输出点共2个，即料斗和封箱机。表？I/O分配表课后练习输入输出光电检测开关I0.0料斗Q0.0启动按钮I0.1封箱机Q0.1重量检测开关I0.2第六十五页，共79页。课后练习功能表图M2.0M1.0光电开关（I0.0）‘1’初始位置M2.1等待启动M2.2料斗打开M2.3料斗关闭启动封箱开始定时M2.4（定时M3.0）‘1’停止封箱记数+1Q0.0ONQ0.1ON、Q0.0OFF、启动5S定时Q0.1OFF、加法计数器+1启动按钮（I0.1）‘1’重量开关（I0.2）‘1’记数未满50，计数M3.1‘0’第六十六页，共79页。课后练习第六十七页，共79页。课后练习第六十八页，共79页。图4-11液体混合自动控制装置示意图实验二．液体混合自动控制系统设计及调试第六十九页，共79页。1)控制要求按下启动按钮，X1打开，液体A流入容器。当液面上升到I时，传感器I输出信号，将液体A的阀门关闭，液体B阀门打开。液面继续上升到H时，传感器H发出信号，将液体B的阀门关闭，同时启动电动机M，开始搅拌。搅拌均匀后(设6s)，停止搅动，打开放液阀，开始放出混合液体。当液面下降到L时，L从接通变为断开。经过3s后，混合液放完，将放液阀X3关闭，开始下一周期。在工作过程中，若按下停止按钮，则在完成当前混合操作处理后，才停止操作(停在初始状态)。实验二．液体混合自动控制系统设计及调试第七十页，共79页。说明：1、题意要求：按下停止按钮，并不立即停止程序，而需等待所有流程走完。编程思路：停止按钮只影响X1的打开。H:按下启动按钮延时6SL:延时3S实验二．液体混合自动控制系统设计及调试工作过程分析:X1打开I:X1关闭X2打开X2关闭M启动启动定时器1M停止X3打开启动定时器2开始定时X3关闭，开始下一个周期第七十一页，共79页。2)系统设计分析按照控制要求，输入点有5个，即一个启动按钮、一个停止按钮和三个液面指示传感信号。输出点共4个，即3个电磁阀X1、X2和X3，一台电动机M。表4-4I/O分配表实验二．液体混合自动控制系统设计及调试输入输出启动按钮I0.0电磁阀X1Q0.0停止按钮I0.1电磁阀X2Q0.1H传感器I0.2电磁阀X3Q0.2I传感器I0.3电动机MQ0.5L传感器I0.4第七十二页，共79页。图4-12液体混合自动控制装置外部连接图实验二．液体混合自动控制系统设计及调试I0.0I0.1I0.3I0.2I0.41M2LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.51L启动停止HILDC24VAC220VMDC24VX1X2X3第七十三页，共79页。功能表图M2.0M1.0SB（I0.0）‘1’初始位置M2.1X1开I（I0.3）‘1’M2.2X2开M2.3H（I0.2）‘1’M开M2.4（定时M3.0）‘1’X3开L（I0.4）‘0’Q0.0ONQ0.1ON、Q0.0OFFQ0.5ON、Q0.1OFF，启动6S定时Q0.2ON、Q0.5OFFM2.5（定时M3.1）‘1’启动3S定时X3开Q0.2OFF实验二．液体混合自动控制系统设计及调试第七十四页，共79页。1)控制要求信号灯受到起动开关控制，当起动开关接通时信号灯系统开始工作，先南北红灯亮，东西绿灯亮；当起动开关断开时，所有信号灯熄灭。南北红灯亮维持15s。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持10s。到10s时，东西绿灯闪亮，闪亮三次（一次/秒）后熄灭。在东西绿灯熄灭同时东西黄灯亮，并维持2s后东西黄灯熄灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　东西红灯亮维持15s。南北绿灯亮维持10s，然后闪亮三次（一次/秒）后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2s后熄灭，同时，南北红灯亮，东西绿灯亮，开始下一个周期的动作。实验三．感应式交通信号灯自动控制第七十五页，共79页。TL1南北绿灯控制信号TL4东西绿灯控制信号TL2南北黄灯控制信号TL5东西黄灯控制信号TL3南北红灯控制信号TL6东西红灯控制信号实验三．感应式交通信号灯自动控制第七十六页，共79页。注意：本实验中采用转换开关控制，而不是按钮。实验三．感应式交通信号灯自动控制工作过程分析:起动开关闭合延时2S开始下一个周期延时10S南北红灯东西绿灯启动定时器1南北红灯东西绿灯闪亮启动定时器2延时3S南北红灯东西黄灯启动定时器3东西红灯南北绿灯启动定时器4延时10S东西红灯南北绿灯闪亮启动定时器5延时3S东西红灯南北黄灯启动定时器6延时2S第七十七页，共79页。2)系统设计分析按照控制要求，输入点有1个，即控制开关。输出点共6个，即南北方向绿、黄、红灯和东西方向绿、黄、红灯。表4-5I/O分配表实验三．感应式交通信号灯自动控制输入输出控制开关I0.0南北绿灯TL1Q0.1南北黄灯TL2Q0.2南北红灯TL3Q0.3东西绿灯TL4Q0.4东西黄灯TL5Q0.5东西红灯TL6Q0.6第七十八页，共79页。实验三．感应式交通信号灯自动控制功能表图M2.0M1.0开关（I0.0）‘1’初始位置M2.1南北红灯东西绿灯M2.2南北红灯东西绿灯闪亮M2.3南北红灯东西黄灯M2.4（定时M3.2）‘1’东西红灯南北绿灯Q0.3ON、Q0.4ON、启动10S定时Q0.3ON、Q0.4闪亮、启动3S定时Q0.3ON、Q0.5ON、启动2S定时Q0.6ON、Q0.1ON、启动10S定时M2.5Q0.6ON、Q0.1闪亮、启动3S定时东西红灯南北绿灯闪亮（定时M3.0）‘1’（定时M3.1）‘1’（定时M3.3）‘1’（定时M3.4）‘1’（定时M3.5）‘1’M2.6Q0.6ON、Q0.2ON、启动2S定时东西红灯南北黄灯第七十九页，共79页。