A顺序控制解读课件

第8章 顺序控制 可编程控制器原理及应用本章的主要内容本章的主要内容 8.1 顺序控制的概念顺序控制的概念8.2 西门子西门子S7-200PLC顺序控制指令及其应用顺序控制指令及其应用8.3西门子西门子S7-300/400PLC顺序控制指令与程序编写顺序控制指令与程序编写 5/4/20242可编程控制器原理及应用8.18.1 顺序功能图顺序功能图 在工业控制领域中，也可以将整个控制任务在时间上划分成能够实现不同功能的阶段，相当于工序。通过转换条件，各阶段相互衔接，按顺序依次执行。这就是目前被工业控制领域广泛采用的一种先进的控制方法顺序控制。使用顺序控制方法，不仅编程容易实现，而且编写的程序前后逻辑关系更加清晰，可以大大提高工程技术人员的编程效率。5/4/20243可编程控制器原理及应用8.18.1 顺序功能图顺序功能图 8.1.1顺序功能图的组成顺序功能图的组成 8.1.2顺序控制图与步进的基本结构顺序控制图与步进的基本结构8.1.3顺序控制的结构形式顺序控制的结构形式 5/4/20244可编程控制器原理及应用1.步的概念 与传统的编程方法不同，顺序控制的核心是需要按照控制要求设与传统的编程方法不同，顺序控制的核心是需要按照控制要求设计出时间上具有先后顺序的功能段，并且确定这些段之间的转换条件计出时间上具有先后顺序的功能段，并且确定这些段之间的转换条件以及段的执行与输出。在编程之前，这些工作一般都是通过绘制顺序以及段的执行与输出。在编程之前，这些工作一般都是通过绘制顺序功能图来实现。功能图来实现。顺序功能图一般由步、有向连线、步的执行和步的转顺序功能图一般由步、有向连线、步的执行和步的转换等部分构成。换等部分构成。8.1.18.1.1顺序功能图的组成顺序功能图的组成 步是顺序功能图中最基本的组成部分，它是顺序控制条件下为完成相应的控制功能而设计的独立的控制程序或程序段。“步”有三要素：步的开始与结束、步内操作和转移条件。1）初始步：系统的初始状态对应的步。每个功能图都有一个初始步。在状态转移图中，初始步用双线框表示，如。2）活动步：当前正在执行的步。5/4/20245可编程控制器原理及应用 8.1.18.1.1顺序功能图的组成顺序功能图的组成 2.有向连线 步与步之间的连线，表示步的活动状态的进展方向。无箭头的有向连线表示转换方向为上下，左右。3.转移从当前步进入下一步。转移是用与有向连线垂直的短划线表示。转移的实现：转移的实现：1）前级步必须是“活动步”；2）对应的转换条件成立。转移的特点：当前步转移到下一步后，前一步的操作立即终止。5/4/20246可编程控制器原理及应用 8.1.18.1.1顺序功能图的组成顺序功能图的组成 4.步的转移条件步的转移条件是指使系统从上一步向下一步转换时应该满足的条件。转换条件对应于PLC中的变量或者某个执行结果，如I0.0、M1.0等。转换条件满足后，就激活了下一步，同时终止本步的操作。常用的一些转换条件如按钮、行程开关、定时器或计数器的状态位等。5.动作（输出）动作（输出）是指某步活动时，PLC向被控系统发出的命令，或系统应执行的动作。动作用矩形框，中间用文字或符号表示，如果某一步有几个动作，则可用图8-1所示方法表示。5/4/20247可编程控制器原理及应用8.1.2 顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构 顺序功能图的结构包括单序列结构、选择序列结构、并列序列结顺序功能图的结构包括单序列结构、选择序列结构、并列序列结构以及跳步、重复和循环序列结构等构以及跳步、重复和循环序列结构等。1.单序列结构 每个前级步的后面只有一个转换，每个转换的后面只有一步。每一步都按顺序相继激活。5/4/20248可编程控制器原理及应用8.1.2 顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构 2.选择序列结构 一个前级步的后面紧跟着若干后续步可供选择，但一般只允许选择其中的一条分支。5/4/20249可编程控制器原理及应用8.1.2 顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构 3.并列序列结构 一个前级步的后面紧跟着若干后续步，当转换实现时将后续步同时激活。注：用双线表示并进并出。5/4/202410可编程控制器原理及应用4.跳步、重复和循环序列结构 1）跳步序列：当转换条件满足时，几个后续步将被跳过不执行。2）重复序列：当转换条件满足时，重新返回到某个前级步执行。3）循环序列：当转换条件满足时，用重复的办法直接返回到初始步。8.1.2 顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构 5/4/202411可编程控制器原理及应用 绘制顺序功能图没有严格的规律可寻，工程上常用的方法就是绘制顺序功能图没有严格的规律可寻，工程上常用的方法就是仔细地分析控制系统的要求和控制对象的工作过程，按功能、时间进仔细地分析控制系统的要求和控制对象的工作过程，按功能、时间进行规类总结，并在时间上划分出有一定次序的工作步骤，以及各步骤行规类总结，并在时间上划分出有一定次序的工作步骤，以及各步骤的转换条件；在这些步骤中确定哪些是需要并行执行的，哪些是依次的转换条件；在这些步骤中确定哪些是需要并行执行的，哪些是依次顺序执行的；是循环结构还是非循环结构。下面以某组合机床液压工顺序执行的；是循环结构还是非循环结构。下面以某组合机床液压工作台系统为例来说明如何绘制顺序功能图作台系统为例来说明如何绘制顺序功能图。8.1.3 顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制 例例8.1 设计某组合机床液压工作台系统，控制要求如下：1）开始时滑台在行程开关SQ1处，当按下启动按钮SB1时，电磁阀YA1动作，滑台开始快速前进；2）当滑台达到行程开关SQ2时，电磁阀YA2动作，滑台开始工进；3）当滑台达到行程开关SQ3时，电磁阀YA3动作，滑台开始快速后退；4）当滑台达到行程开关SQ1时，滑台停止，等待下一次启动。5/4/202412可编程控制器原理及应用1.顺序功能流程图中步的确定与绘制顺序功能流程图中步的确定与绘制1）步的确定：可以将整个工作过程划分为4个不同的输出状态，即原位、快进、工进和快退4步。用step0step3代表原位、快进、工进和快退这4个步的编号 8.1.3 顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制 5/4/202413可编程控制器原理及应用2.转换条件和动作的确定与绘制8.1.3 顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制 5/4/202414可编程控制器原理及应用8.1.3 顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制3.PLC接线图的绘制和顺序功能流程图的改画 5/4/202415可编程控制器原理及应用8.1.3 顺序功能图的绘制顺序功能图的绘制4.初始条件的确定 当PLC刚进入程序运行状态时，虽然SQ1已满足，但由于step0的前步step3还未曾得电，故step0无法得电，其所有的后续步均无法工作。因此刚开始时应该给初始步一个激活信号，且此信号在激活初始步以后就不能再出现，否则会同时出现两个活动步 5/4/202416可编程控制器原理及应用8.2.1 S7-200 PLC顺序控制指令8.2 S7-200顺序控制指令及其应用顺序控制指令及其应用步结束指令的功能是标记一个SCR步的结束步转移指令的功能是将当前的SCR步切换到下一个SCR步，其操作数是下一个SCR步的标志位Sm.n。该指令执行操作是当前步的标志位清0，下一步标志位置1。m：031，n：07步开始指令，功能是标记一个步的开始，Sx.y是当前SCR步的标志位，它是S存储区内的二进制位；x：031，y：07。如当S0.01时，表示该步被执行功能说明梯形图指令8.2 S7-200顺序控制指令及其应用 5/4/202417可编程控制器原理及应用8.2 S7-200顺序控制指令及其应用使用使用SCR指令时应该注意：指令时应该注意：每一步的处理程序均在SCR和SCRT之间，当SCRT指令激活时，程序停止当前SCR步的工作，跳到下一个SCR步执行。1）SCR指令操作数只能是S存储区某个二进制位；2）在主程序、子程序或中断程序中，1个标志位Sx.y只能使用一次；3）在一个SCR步内，不能使用跳转指令（JMP/LBL）、循环指令（FOR/NEXT）或条件结束指令（END）。5/4/202418可编程控制器原理及应用8.2 S7-200顺序控制指令及其应用8.2.2 应用举例 以例8.1的某组合机床液压工作台的自动工作过程为例，用S7-Micro/WIN提供的步进控制指令编程：1）根据题目控制要求，先画出某组合机床液压工作台的自动工作过程的顺序功能图，如图8-6c所示。在S7-200步进指令程序中，每一步的标志位Sx.y与该例顺序功能图中步的编号M对应关系如表8-2所示。2）打开V4.0 STEP7-MicroWIN编程软件，在“指令树”栏中，单击“程序控制”打开子目录。3）在子目录中调用步进控制指令编程。这里采用电脑演示的方法来边演示边讲授 5/4/202419可编程控制器原理及应用8.3 S7-300/400顺序控制指令及其应用 S7-300/400顺序控制的程序编写是在可选软件包S7-GRAPH中完成的。利用S7-GRAPH编程语言，可以清楚快速地组织和编写S7-PLC系统的顺序控制程序。如果安装了S7-GRAPH，就可以进行S7-300/400的顺序控制编程了。编写完成的顺序控制程序段保存在FB中，由其他程序调用。5/4/202420可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令1.GRAPH的工具图标 5/4/202421可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令 5/4/202422可编程控制器原理及应用 GRAPH的浏览窗口图标如图8-8所示，如果FB中有多个顺序控制器，可以用“Graphics”选项卡来选择显示哪一个顺序控制器 8.3.1 S7-300/400顺序控制指令 5/4/202423可编程控制器原理及应用 GRAPH中的步与步的动作命令的功能在图8-10中也做了详细的说明。表示步的方框中有步的编号（如步序S1）和步的名称（如Step1），单击后可以修改它们，但不能用汉字作步和转换的名称。转换条件可以用梯形图或功能块图来表示，在View菜单中用LAD或FBD命令来切换两种表示方法。表示步的方框右面是每一步的动作框，一个动作行由指令和操作数地址组成。图8-10 GRAPH中步与步的动作命令8.3.1 S7-300/400顺序控制指令 5/4/202424可编程控制器原理及应用2.标准动作指令指令名称变量（地址）类别数据类型注 释N普通线圈Q、I、M、D位（bit）当所在步为活动步时，变量的状态为1；否则变量的状态为0S置位Q、I、M、D位（bit）当所在步为活动步时，使变量的状态置位为1，并保持R复位Q、I、M、D位（bit）当所在步为活动步时，使变量的状态复位为0，并保持D接通延时Q、I、M、D位（bit）当所在步变为活动步n秒（延时设定的时间）后，如果该步仍然为活动步，则该变量的状态变为1T#时间常数T#（const）为设定延时的时间常数L脉冲限制Q、I、M、D位（bit）当所在步为活动步时，变量的状态变为1，并保持设定的时间后自动复位；当该步为不活动步时，变量的状态立刻为0T#时间常数CALL块调用FB、FC、SFB等块序号当所在步为活动步时，调用命令中指定的块8.3.1 S7-300/400顺序控制指令 5/4/202425可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令限定条件：在表8-5中，所有指令均可以加上自定义的限定条件均可以加上自定义的限定条件，即在指令后面加C（如NC、SC等）。在GRAPH的单步显示方式下（双击需要添加限定条件的那一步，即可切换到单步视图，也可以通过视窗工具栏来切换），可以设定该步中某个指令的限定条件，即在图8-11所示Interlock线圈左边添加限定条件，I0.0为S1步中带有限定条件指令的限定条件。对于带限定条件的指令，只有该指令所在步处于激活状态且限定条件满足时，该指令才执行。没有限定条件的指令若所在步处于活动状态就会被立即执行。在顺控显示方式下，带限定条件的步在图形上有C标志，如图8-12所示。例如：当图8-12中的步S1为活动步时，Q0.0为1，一旦限定条件也满足（I0.0=1），则Q0.1为1。5/4/202426可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令图8-11 单步显示方式中的限定条件 图8-12 顺控显示方式中的限定条件显示 5/4/202427可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令3.步中的计数器 步中计数器的执行与指定的事件有关。GRAPH的步进计数器指令如表8-6所示。限定条件可以用于计数器（计数器命令与限定条件组合时，命令后面要加上C），对于有限定条件的计数器，只有在限定条件满足和指定的事件出现时，步中的计数器才会计数。计数值为0时计数器位为0，计数值非0时计数器位为1。5/4/202428可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令表8-6 GRAPH中的步进计数器指令 事 件指令变量注 释S1：所在步由不活动步变为活动步S0：所在步由活动步变为不活动步L1：限定条件不再满足CSC计数器C0C999计数器设初值：当事件发生，设定计数值的初值初始值：常数或其他变量计数器的初值L0：限定条件变为满足V1：发生监视错误CUC计数器C0C999增计数：当事件发生，计数值当前值加1V0：监视错误消失A1：信息被确认CDC减计数：当事件发生，计数值当前值减1R1：在 输 入 信 号REG_EF/REG_S的上升沿，记录信号被置位CRC计数器复位：当事件发生，计数值当前值复位为0 5/4/202429可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令其中，S0、S1是事件号S1表示当所在步由不活动步变为活动步时（即事件S1出现)S0表示当所在步由活动步变为不活动步时（即事件S0出现）请解释以下两个指令的意义：5/4/202430可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令4.步中的定时器1）TL为扩展的脉冲定时器命令，该命令的上面一行是定时器的名称，如T1；下面一行是定时器的定时时间time，如S5T#88S。一旦事件发生，定时器开始启动定时。定时器在启动后运行时，与限定条件和该步是否为活动步无关。在time指定的时间内，定时器位为1，此后变为0。正在定时的定时器可以被新发生的事件重新启动，即重新开始定时。2）TD为接通延时定时器命令。一旦事件发生，定时器开始启动定时。定时器在启动后运行时，与限定条件和该步是否为活动步无关。在time指定的时间内，定时器位为0，延时时间到时变为1。正在定时的定时器可以被新发生的事件重新启动，即重新开始定时。3）TR是复位定时器命令，一旦事件发生定时器立即停止定时，定时器位与定时器当前值被复位为0。5/4/202431可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令5.步的系统信息Step name.T：步当前或最后一次被激活的时间。Step name.U：步当前或最后一次被激活的时间，不包括有干扰（disturbance）的时间。如果监控条件满足，表示有干扰事情发生。图8-13 步的系统信息使用在使用比较器时，可以将步的系统信息作为地址来使用（见图8-13）。图8-13表示当Step1这一步当前或最后一次被激活的时间大于800ms时，比较器有输出 5/4/202432可编程控制器原理及应用8.3.1 S7-300/400顺序控制指令8.步中的监控功能 例如下图所示，当S1为活动步时，I0.1条件满足（即导通），监控发生错误，该步变为红色，功能块产生一个错误信号。当顺序控制器转换到下一步的转换条件（I0.2）满足时，顺序控制器不会转换到下一步，只有通过确认错误（即功能块的输入参数ACK_EF有输入信号），才会强制性的转换到下一步（S2）。5/4/202433可编程控制器原理及应用8.3.2 S7 Graph功能块的参数设置 1）手动模式在手动模式下，每个执行器的动作必须按下相应的动作按钮才能实现。转换条件满足并不能转换到下一步，步的活动或不活动状态的控制是用手动完成的。2）自动模式在自动模式下，当转换条件满足时，由当前步转换到下一步，程序自动运行。3）单步模式在单步模式下，转换条件满足并且功能块的输入参数T_PUSH为上升沿时，才能转换 到下一步。它与自动模式的区别在于它对步与步之间的转换有附加的条件（T_PUSH为上升沿）。4）自动或切换到下一步模式在该模式下，只要转换条件满足或在功能块的输入参数T_PUSH为上升沿时，都能转换到下一步。1.顺序控制系统的运行模式 5/4/202434可编程控制器原理及应用8.3.2 S7 Graph功能块的参数设置 在RUN模式下可以用功能块的输入参数来选择4种工作模式，在下列参数的上升沿激活相应的工作模式。1）SW_AUTO：自动模式。2）SW_MAN：手动模式。3）SW_TAP：单步（Inching）模式。4）SW_TOP：自动或切换到下一步（Automatic or Switch to next）模式。1.顺序控制系统的运行模式2.S7 Graph FB的参数集S7 GraphFB的引脚参数可以参照表8-78-11 5/4/202435可编程控制器原理及应用8.3.3 S7 Graph编程步骤下面结合例8.1某组合机床液压工作台的自动工作系统控制，介绍如何用S7 GRAPH编辑顺序控制程序。1.设计顺序功能图根据题目控制要求，先画出该工作台的自动工作过程的顺序功能图，如图8-6（c）所示。2.创建S7项目打开SIMATIC Manager，然后使用菜单“文件”中的“新建”命令创建一个项目，并命名为“机床液压工作台”。3.硬件配置选择“机床液压工作台”项目下的SIMATIC 300 Station文件夹，进入硬件组态窗口进行硬件配置，并修改输入输出地址（0），最后编译保存并下载到CPU。4.编辑符号表在符号表中输入需要注释的变量，如图8-17所示。5.插入S7 Graph功能块（FB）选择“块”，右击鼠标，在弹出的快捷菜单中选择“插入新对象”“功能块”命令，新建一个功能块FB1，选择创建语言为GRAPH，如图8-18所示。5/4/202436可编程控制器原理及应用8.3.3 S7 Graph编程步骤8.打开功能块FB1双击功能块FB1，打开S7 Graph，如图8-19所示。7.插入“步及步的转换”选中某个步的方框，然后再单击Sequencer浮动工具栏中的“步及步的转换”图标，即可添加“步及步的转换”，如图8-20所示。8.编辑步的名称步的方框内有步的编号（如S1）和步的名称（如Step1），单击相应项可以进行修改，不能用汉字作步和转换的名称。如将步S1S4的名称依次改为Initial（初始化）、KUAIJIN（快进）、GONGJIN（工进）、KUAITUI（快退），如图8-21所示。9.动作的编辑选中S1的动作框线，然后单击Sequencer浮动工具栏中的“插入动作”图标，插入2个动作行；在第2个动作行中输入命令D，然后回车，第2行的右栏自动变为2行，在第1行内输入位地址，如M0.8，然后回车；在第2行内输入时间常数，如T#18S（表示延时18s），然后回车。5/4/202437可编程控制器原理及应用 8.3.3 S7 Graph编程步骤 5/4/202438可编程控制器原理及应用 8.3.3 S7 Graph编程步骤 5/4/202439可编程控制器原理及应用 8.3.3 S7 Graph编程步骤 5/4/202440可编程控制器原理及应用 8.3.3 S7 Graph编程步骤 5/4/202441可编程控制器原理及应用 8.3.3 S7 Graph编程步骤 5/4/202442可编程控制器原理及应用 8.3.3 S7 Graph编程步骤11.保存FB1 保存FB1时，程序将被自动编译。如果程序有错误，在Details窗口给出错误提示和警告，改正错误后才能保存。此时STEP7系统自动生成FC72和SFC64功能块。12.在OB1中调用S7 GRAPH功能块（FB）完成了对S7 Graph程序FB1的编程后，需要在主程序OB1中调用FB1，同时应指定FB1对应的背景数据块。为此应在SIMATIC管理器中先生成FB1对应的背景数据块DB1。双击OB1功能块，打开编辑器左侧浏览窗口中的FB块文件夹，双击其中的FB1图标，在OB1的Network 1中调用顺序功能图程序FB1，在模块的上方输入FB1的背景数据块DB1的名称，最后用FileSave命令保存OB1。如图8-24所示。5/4/202443可编程控制器原理及应用 8.3.3 S7 Graph编程步骤 5/4/202444可编程控制器原理及应用 8.3.3 S7 Graph编程步骤 5/4/202445可编程控制器原理及应用8.3.4 应用举例例例8.2 设计某工业清洗车间的洗涤控制系统。控制要求如下：1）按下启动键，洗涤设备启动，进水阀灯亮，洗涤设备开始注水；2）水位达到上限，上限传感器导通，进水阀灯灭，表示水注满；3）波轮开始旋转，左转5s，停1s，右转5s，停1s；4）运行4min后，波轮停止转动，排水阀灯亮，开始排水；5）水位排完，下限传感器断开，排水阀灯灭，排水阀关闭；6）脱水桶指示灯亮，脱水桶开始工作；7）1min后，脱水桶停止工作，蜂鸣器响30s，整个洗衣过程完成；8）在任何情况下，按下停止键，洗衣机停止工作。首先应写出系统的I/O对照表 5/4/202446可编程控制器原理及应用8.3.4 应用举例首先应写出系统的I/O对照表符号变量数据类型注释启动按钮I0.0BOOL启动按钮上限传感器I0.1BOOL上限传感器下限传感器I0.2BOOL下限传感器停止按钮I0.3BOOL停止按钮表8-12 数字量输入变量定义 5/4/202447可编程控制器原理及应用8.3.4 应用举例首先应写出系统的I/O对照表表8-13 数字量输出变量定义符号变量数据类型注释进水阀及其灯Q0.0BOOL进水阀灯及进水阀波轮电动机左转Q0.1BOOL波轮电动机左转波轮电动机右转Q0.2BOOL波轮电动机右转排水阀及其灯Q0.3BOOL排水阀灯及排水阀脱水及其灯Q0.4BOOL脱水指示灯及脱水电机蜂鸣器Q0.5BOOL蜂鸣器 5/4/202448可编程控制器原理及应用8.3.4 应用举例图8-26 PLC程序流程图 5/4/202449可编程控制器原理及应用8.3.4 应用举例 5/4/202450可编程控制器原理及应用8.3.4 应用举例 5/4/202451可编程控制器原理及应用8.3.4 应用举例 5/4/202452可编程控制器原理及应用8.3.4 应用举例在OB1中调用FB1,背景数据块为DB1 5/4/202453