第七讲 顺序功能图设计法2

复杂的顺序功能图举例某专用钻床用来加工圆盘状零件上均匀分布的6个孔。操作人员放好工件后，按下起动按钮X0，Y0变为ON，工件被夹紧，夹紧后压力继电器X1为ON，Y1和Y3使两只钻头同时开始向下进给。大钻头钻到由限位开关X2设定的浓度时，Y2使它上升，升到由限位开关X3设定的起始位置时停止上行。小钻头钻到由限位开关X4设定的浓度时，Y4使它上升，升到由限位开关X5设定的起始位置时停止上行，同时设定值为3的计数器C0的当前值加1。两个都到位后，Y5使工件旋转120，旋转到位时X6为ON，旋转结束后又开始钻到第二对孔。3对孔都钻完后，计数器的当前值等于设定值3，转换条件C0满足。Y6使工件松开，松开到位时，限位开关X7为ON，系统返回初始状态。在图4-21中用状态继电路S来代表各步，顺序功能图中包含了选择序列和并行序列。在步S21之后，有一个选择序列的合并，还有一个并行序列的分支。在步S29之前，有一个并行序列的合并，还有一个选择序列的分支。在并行序列中，两个子序列中的第一步S22和S25是同时变为活动步的，两个子序列中的最后一步S24和S27是同时变为不活动步的。因为两个钻头上升到位有先有后，设置了步S24和步S27作为等待步，它们用来同时结束两个并行序列。当两个钻头均上升到位，限位开关X3和X5分别有ON，大、小钻头两个子系统分别进入两个等待步，并行序列将会立即结束。每钻一对孔计数器C0加1，没钻完3对孔时C0的当前值小于设定值，其常闭触点闭合，转换条件C0满足，将从步S24和S27转换到步S28。如果已钻完3对孔，C0的当前值等于设定值，其常开触点闭合，转换条件C0满足，将从步S24和S27转换到步S29。子步（microstep）在顺序功能图中，某一步可以包含一系列子步和转换（见图4-22），通常这些序列表示系统的一个完整的子功能。子步的使用使系统的设计者在总体设计时容易抓住系统的主要矛盾，用更加简洁的方式表示系统的整体功能和概貌，而不是一开始就陷入某些细节之中。设计者可以从最简单的对整个系统的全面描述开始，然后画出更详细的顺序功能图，子步中还可以包含更详细的子步。这种设计方法的逻辑性很强，可以减少设计中的错误，缩短总体设计和查错需要的时间。顺序功能图中转换实现的基本原则转换实现的条件在顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件：(1) 该转换所有的前级步都是活动步。(2) 相应的转换条件得到满足 。 如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现称为同步实现（见图 4-23）。为了强调同步实现，有向连线的水平部分用双线表示。转换实现应完成的操作转换实现的基本规则是根据顺序功能图设计梯形图的基础，它适用于顺序功能图中的各种基本结构和下一章中介绍的各各顺序控制梯形图的编程方法。在梯形图中，用编程元件（如M和S）代表步，当某步为活动步时，该步对应的编程元件为ON。当该步之后的转换条件满足时，转换条件对应的触点或电路接通，因此可以将该触点对应的电路。例如图中的转换条件为X5+X1，它的两个前级步为步M10和步M11，应将逻辑表达式（X5+X1）M10M11对应的触点串并联电路作为转换实现的两个条件同时满足对应的电路。在梯形图中，该电路接通时，应使代表前级步的编程元件M10和M11复位，同时使代表后续步的编程元件M12和M13置位（变为ON并保持），完成以上任务的电路将在第后续培训中介绍。三、绘制顺序功能图时的注意事项下面是针对绘制顺序功能图时常见的错误提出的注意事项：(1) 两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。(2) 两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。(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，这一步可能没有什么输出处于ON状态，因此有的初学者在画顺序功能图时很容易遗漏这一步。初始步是必不可少的，一方面因为该步与它的相邻步相比，从总体上说输出变量的状态各不相同的；另一方面如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。(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（单周期操作），在连续循环工作方式时，将从最后一步返回下一工作周期开始运行的第一步。(5) 在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动时，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，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。如果系统有自动、手动两种工作方式，顺序功能图是用来描述自动工作过程的，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、顺序控制设计法的本质经验设计法实际上是试图用输入信号X直接控制输出信号Y。,如果无法直接控制，或为了实现记忆、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点。由于不同的系统的输出量Y与输入量X之间的关系各不相同，以及它们对联锁、互锁的要求千变万化，不可能找出一种简单通用的设计方法。顺序控制设计法则是用输入量X控制代表各步的编程元件（如辅助继电器M），再用它们控制输出量Y。任何复杂系统的代表步的辅助继电器的控制电路，其设计方法都是相同的，并且很容易掌握。由于代表步的辅助继电器是依次顺序变为ON/OFF状态的，实际上已经基本上解决了经验设计法中的记忆、联锁等问题。不同的控制系统的输出电路都有其特殊性，因为步M是根据输出量Y的ON/OFF状态划分的，M与Y之间具有很简单的相等或“与”的逻辑关系，输出电路的设计极为简单。由于以上原因，顺序控制设计法具有简单、规范、通用的优点。实战：用STL指令的编程方法1、STL指令步进梯形指令（Step Ladder Instructoin）简称为STL指令，FX系列PLC还有一条使STL指令复位的RET指令。利用这两条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。STL指令使编程者可以生成流程和工作与顺序功能图非常接近和程序。顺序功能图中的每一步对应一小阶段程序，每一步与其他完全隔离开的。使用者根据他的要求将这些程序段按一定的顺序组合在一起，就可以完全控制任务。这种编程方法可以节约编程的时间，并能减少编程错误。用FX系列PLC的壮态继电器编制顺序控制程序时，一般应与STL指令一起使用。S0S9用于初始步，S10S19用于自动返回原点。使用STL指令的状态继电器的常开触点称为STL触点，它是一种“胖”触点，从上图可以看出顺序功能图与梯形图之间的对应关系，STL触点驱动的电路块具有三个功能即对负载的驱动处理、指定转换条件和指定转换目标。STL触点一般是与左侧母线相连的常开触点,当某一步为活动步时,对应的STL触点接通,它右边的电路被处理,直到下一步被激活。STL程序区内可以使用标准梯形图的绝大多数指令和结构，包括应用指令。某一STL触点闭合后，该步的负载线圈被驱动。当该步后面的转换条件满足时，转换实现，即后续步对应的状态继电器被SET或OUT指令置位，后续步变为活动步，同时与原活动步对应的状态继电器被系统程序自动复位，原活动步对应的STL触点断开。系统的初始步应使用初始状态继电器S0S9，它们应放在顺序功能图的最上面，在由STOP状态切换到RUN状态时，可用此时只ON一个扫描周期的初始化脉冲M8002来将初始状态继电器置为ON，为以后步的活动状态的转换作好准备。需要从一步返回初始步时，应对初始状态继电器使用OUT指令。FX1S仅有128点断电保护状态继电器（S0S127），FX1N有1000点断电保持状态继电器（S0S999）。在由STOPRUN状态时，应使用M8002的常开触点和区间复位指令（ZRST）来将除初始步以外的其余各步的状态继电器复位。2、单序列的编程方法图中旋转工作台用凸轮和限位开关来实现运动控制。在初始状态时左限位开关X3为ON，按下起动按钮X0，Y0变为ON，电机驱动工作台沿顺时针正转，转到右限位开关X4所在位置时暂停5S（用TO定时），定时时间到时Y1变为ON，工作台反转，回到限位开关X3所在的初始位置停止转动，系统回到被始状态。工作台一个周期内的运动由图中自下而上的4步组成，它们分别对应于S0，S20S22，步S0是初始步。PLC上电时进入RUN状态，初始化脉冲M8002的常开触点新闭合一个扫描周期，梯形图中第一行的SET指令将初始步S0置为活动步。在梯形图的第二行中，S0的STL触点和X0的常开触点组成的串联电路代表转换实现的两个条件，S0的STL触点闭合表示转换X0的前级步S0是活动步，X0的常开触点闭合表示转换条件满足。在初始步时按下起动按钮X0，两个触点同时闭合，转换实现的两个条件同时满足。此时置位指令SET S20被执行，后续步S20变为活动步，同时系统程序自动地将前级步S0复位为不活动步。S20的STL触点闭合后，该步的负载被驱动，Y0的线圈通电，工作台正转，限位开关X4动作时，转换条件得到满足，下一步的状态继电器S21被置位，进入暂停步，同时前级步的状态继电器S20被自动复位，系统将这样一步一步地工作下去，在最后一步，工作台反转，系统返回限位开关X3所在的位置时，用OUT SO指令使初始步对应的S0变为ON并保持，系统返回并停止在初始步。在图中梯形图的结束处，一定要使用RET指令，才能使LD点回到左侧母线上，否则系统将不能正常工作。使用STL指令应注意以下问题：(1)与STL触点相连的触点应使用LD或LDI指令，即LD点移到STL触点的右侧，该点成为临时母线。下一条STL指令的出现意味着当前STL程序区的结束和新的STL程序区的开始。RET指令意味着整个STL程序区的结束，LD点返回左侧母线。各STL触点驱动的电路一般放在一起，最后一个STL电路结束时一定要使用RET指令，否则将出现“程序错误”信息，PLC不能执行用户程序。(2)STL触点可以直接驱动或通过别的触点驱动Y，M，S，T等元件的线圈和应用指令。STL触点右边不能使用入栈（MPS）指令。(3)由于CPU只执行活动对应的电路块，使用STL指令时允许双线圈输出，即不同的STL触点可以分别驱动同一编程元件的一个线圈。但是同一元件的线圈不能在可能同时为活动步的STL区内出现，在有并行序列的顺序功能图中，应特别注意这一问题。(4)在步的活动状态的转换过程中，相邻两步的状态继电器会同时ON一个扫描周期，可能会引发瞬间的双线圈问题。为了避免不能同时接通的两个输出（如控制异步电动机正反转的交流接触器线图）同时动作，除了在梯形图中设置软件互锁电路外，还应在PLC外部设置由常闭触点组成的硬件互锁电路。定时器在下一次运行之前，首先应将它复位。同一定时器的线圈可以在不同的步使用，但是如果用于相邻的两步，在步的活动状态转换时，该定时器的线圈不能断开，当前值不能复位，将导致定时器的非正常运行。(5)OUT指令与SET指令均可用于步的活动状态的转换，将原来的活动步对应的状态寄存器复位，此外还有自保持功能。SET指令用于将STL状态继电器置位为ON并保持，以激活对应的步。如果SET指令在STL区内，一旦当前的STL步被复激活，原来的活动步对应的STL线圈被系统程序自动复位。SET指令一般用于驱动状态继电器的元件号比当前步的状态继电器元件号大的STL步。在STL区内的OUT指令用于顺序功能图中的闭环和跳步，如果想跳回已经处理过的步，或向前跳过若干步，可对状态继电器使用OUT指令（见下图）。OUT指令还可以用于远程跳步，即从顺序功能图中的一个序列跳到另一个序列（见下图）。以上情况虽然可以使用SET指令，但最好使用OUT指令。(6)STL指令不能与MC-MCR指令一起使用。在FOR-NEXT结构中、子程序和中断程序中，不能有STL程序块，STL程序块不能出现的FEND指令之后。STL程序块中可使用最多4级嵌套的FOR-NEXT指令，虽然并不禁止在STL触点驱动的电路块中使用CJ指令，但是可能引起附加的和不必要的程序流程混乱。为了保证程序易于维护和快速查错，建议不要在STL程序中使用跳步指令。(7)并行序列或选择序列中分支处的支路数不能超过8条，总的支路数不能超过16条。(8)在转换条件对应的电路中，不能使用ANB，ORB，MPS，MRD和MPP指令。可用转换条件对应的复杂电路来驱动辅助继电器，再用后者的常开触点来作转条件。(9)与条件跳步指令（CJ）类似，CPU不执行处于断开状态的STL触点驱动的电路块中的指令，在没有并行序列时，同时只有一个STL触点接通，因此使用STL指令可以显著地缩短用户程序的执行时间，提高PLC的输入、输出响应速度。(10)M2800M3071是单操作标志，当下图中M2800的线圈通电时，只有它后面第一个M2800的边沿检测触点（2号触点）能工作，而M2800的1号和3号脉冲触点不会动作。M2800的4号触点是使用LD指令的普通触点，M2800的线圈通电时，该触点闭合。借助单操作标志可以用一个转换条件实现多次转换。在上图中，当S20为活动步，X0的常开触点闭合时，M2800的线圈通电，M2800的第一个上升沿检测触点闭合一个扫描周期，实现了步S20到步S21的转换。X0的常开触点下一次由断开变为接着通时，因为S20是不活动步，没有执行图中的第一条LDP M2800指令，S21的STL触步之后的触点是M2800的线圈之后遇到的它的第一个上升沿检测触点，所以该触点闭合一个扫描周期，系统由步S21转换到S22。