FX系列PLC编程及应用(廖常初)第5章

5.3 顺序控制设计法与顺序功能图
所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作 用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩 序地进行操作。顺序控制设计法首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图， 然后根据顺序功能图画出梯形图。顺序功能图是IEC 61131标准中PLC位居首 位的编程语言。
5.2
根据继电器电路图设计梯形图
5.2.1
基本方法
将PLC想象为继电器控制系统中的控制箱，其外部接线图描述了这个控制 箱的外部接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，输入继电器和输 出继电器是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”。 将继电器电路图转换为功能相同的PLC外部接线图和梯形图的步骤如下： 1）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路 图分析和掌握控制系统的工作原理。 2）确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它们对应的输入继电器和输 出继电器的软元件号，画出PLC的外部接线图。 3）确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅 助继电器和定时器的软元件号。 4）根据上述的对应关系画出梯形图。 图5-7是某铣床的继电器控制电路图。
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（例如M），再用 它们控制输出量 Y。步是根据输出量Y的状态划分的，输出电路的设计极为简 单。任何复杂系统的代表步的辅助继电器M的控制电路的设计方法都是通用的， 并且很容易掌握。
5.3 使用STL指令的编程方法 5.3.1 控制程序的典型结构
手动程序用于使系统进入自动控制要求的初始状态， 或用于出现硬件故障的情况。 STL 指令不能用于子程序，一般采用图 5-17 所示的 跳转结构。 X20 为OFF 时跳过自动程序，执行手动程 序；为ON时跳过手动程序，执行自动程序。
5.3.4 顺序功能图中转换实现的基本规则
1．转换实现的条件 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。 2．转换实现应完成的操作 1) 使所有的后续步变为活动步。 2) 使所有的前级步变为不活动步。 3．绘制顺序功能图时的注意事项 1) 两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们分隔开。 2) 两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们分隔开。 3) 不要漏掉初始步。 4) 在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环。 4．顺序控制设计法的本质 经验设计法试图用输入信号 X直接控制输出信号 Y，由于不同的系统的 输出量X与输入量Y之间的关系各不相同，不可能找出一种简单通用的设计 方法。
跳转指令“CJ P1”的指针P1在图5-22中。图521 的右边为手动程序。用手动按钮 X4 ～ X7 分别 独立控制装料、左行、卸料和右行。每对功能相 反的输出继电器用对方的常闭触点实现互锁。 3．自动程序 图 5-22 左边第 2 行和第 3 行的电路等效于 S0 的 STL 触点和 X1 、 X3 的常开触点组成的串联电路 将S20置位。在初始步时小车如果在装料处，按 下起动按钮X3，上述3个触点同时闭合，转换实 现的两个条件同时满足，置位指令“SET S20” 使后续步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 ， Y11 和 T0 的 线 圈 通 电，开始装料和定时。定时时间到时，转换条件 T0满足，下一步的状态S21被指令“SET S21”置 位，同时前级步的状态S20 被 系 统 程 序 自 动 复 位，系统将这样一步一步地工作下去。
通过“按钮联锁”，不按停车按钮就可以改变电机的旋转方向。 在PLC外部设置由KM1和KM2的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路，以确 保不会出现因为两个接触器同时动作使三相电源相间短路的故障。
4．常闭触点提供的输入信号的处理 PLC外接SB2的常闭触点，未停止按钮SB2时，其常闭触点闭合，X1为ON， 梯形图中 X1的常开触点闭合。在梯图中应将 X1 的常开触点与 Y0的线圈串 联。按下停止按钮SB2，其常闭触点断开，X1变为OFF，梯形图中X1的常开 触点断开，Y0的线圈断电，实现了停机操作。
5.3.3 单序列的编程方法
1．程序结构 用状态S0、S20～S23代表图5-10中控制运料矿车的顺序功能图中的步。
2．公用程序与手动程序 图5-21的第一块电路是公用程序，在手动方式（X20为OFF）和首次扫描时， 将顺序功能图中的非初始步对应的状态 S20 ～S23 批量复位，然后将初始步 S0 置位，将所有的输出继电器复位。上述操作主要是防止由自动方式切换到手动 方式，然后又返回自动方式时，可能会出现同时有多个活动步的异常情况。 如果开机时没有将S0置位，S0为OFF，初始步为不活动步，即使满足转换条 件，也不能转换到步S20。
并行序列的结束称为合并，步5和步7都处于活动状态，并且转换条件 i 为 ON时，从步5 和步7 转换到步10。 4．复杂的顺序功能图举例 开始时压钳和剪刀在上限位置，限位开关 X0 和 X1 为 ON 。按下起动按钮 X10，首先板料右行至限位开关X3动作，然后压钳下行，压紧板料后，压力 继电器 X4为ON ，压钳保持压紧，剪刀开始下行。剪断板料后，X2 变为ON， 压钳和剪刀同时上行，它们分别碰到限位开关 X0和X1后，分别停止上行， 都停止后，又开始下一周期的工作，剪完5块料后停止工作，返回初始步。 用C0来控制剪料的次数，C0的当前值在步M6加1。没有剪完3块料时，C0 的常闭触点闭合，转换条件 满足，将返回步M1，重新开始下一周期的工 作。 剪完5块料后，C0的常开触点闭合，转换条件C0满足，将返回初始步M0。 步M5和步M7是等待步，它们用来同时结束两个子序列。
第5章 开关量控制系统梯形图设计方法
5.1 梯形图的经验设计法与继电器电路转换法 5.1.1 梯形图中的基本电路
1．起保停电路 2．置位复位电路 3．三相异步电动机正反转控制电路 用分开的两个起保停电路来分别控制小车的右行和左行。FR是作过载保护 用的热继电器，将Y0和Y1的常闭触点分别与对方的线圈串联，称为“互锁”。
5.1.2 经验设计法
1．基本方法 在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地 修改和完善梯形图。 2．控制小车往返次数的程序设计 小车开始时停在最左边，按下右行起动按钮，小车开始右行，以后小车在 两个限位开关之间往返运行。往返3次后小车停在最左边。
为了控制往返的次数，用右限位开关X3给计数器C0提供计数脉冲。小车前 两次往返时，C0的当前值小于设定值3，与Y0线圈串联的C0的常闭触点闭合， 不影响左限位开关X4自动起动小车右行。 小车第3次右行到达右限位开关 X3时，C0的当前值等于设定值。小车左行 到达最左边时，X4的常闭触点断开，使Y1的线圈断电，小车停止左行。因为 C0的常闭触点断开，X4的常开触点不能起动小车右行，使小车停在左限位开 关处。下一次用 X0 起动小车右行时，C0 被复位，其常闭触点闭合，使Y0 的 线圈通电，小车开始右行。
5.3.2 有向连线与转换条件
1．有向连线 在画顺序功能图时，将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序 排列，并用有向连线将它们连接起来。步的活动状态习惯的进展方向是从上 到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述 的方向，则应在有向连线上用箭头注明进展方向。 2．转换 步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，用有向连线上与有向连线 垂直的短划线来表示转换。 3．转换条件 使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。图5-10中的转换条件T0 对应于T0延时接通的常开触点。 转换条件X0和 分别表示当输入信号X0为 ON和OFF时转换实现。转换条件↑X0和↓X0分别表示在X0的上升沿和下降沿 时转换实现。
5.3.2 STL指令
STL是步进梯形指令，RET是使STL指令复位的指令。状态（S）与STL指令 一起使用。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，该步的负载线圈被驱动。当该步后面的转换条件满足时， 后续步对应的状态被SET指令或OUT指令置位，后续步变为活动步。与原活动 步对应的状态被系统程序自动复位，原活动步对应的STL触点断开。 图5-18的画法来自编程手册，图5-19中来自编程软件，其中的STL指令实际 上是控制它下面的 STL区的逻辑条件，对应于图5-18中的STL触点。在下一条 STL指令或RET指令出现时，当前的STL区结束。如果使用了IST指令，系统的 初始步应使用初始状态S0～S9，S10～S19用于自动返回原点。
5.3.3 顺序功能图的基本结构
1．单序列没有分支与合并。 2．选择序列 选择序列的开始称为分支，转换符 号只能标在水平连线之下。 如果步 5 是活动步，并且转换条件 h 为ON，则由步5→步8。如果步5是活动 步，并且 k 为ON ，则由步 5 → 步10 。一 般只允许同时选择一个序列。 选择序列的结束称为合并，转换符 号只允许标在水平连线之上。 如果步 9 是活动步，并且转换条件 j 为ON，则由步9→步12。如果步11是活 动步，并且n为ON，则由步11→步12。 3．并行序列 并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。并行序列 的开始称为分支，当步3是活动步，并且转换条件e为ON，从步3转换到步4和 步6。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。
3．活动步 当系统正处于某一步所在的阶段时称该步为“活动步”，该步的动作被执行； 处于不活动状态时，该步的非存储型动作停止执行。 4．与步对应的动作或命令 在每一步中要完成某些动作，可以用图5-11中的两种画法来表示多个动作。 图5-10中的Y10 ~ Y13为非存储型动作，在步M2为活动步时，Y12为ON；步M 为不活动步时，Y12为OFF。 存储型的动作可以用表 5-1 中的 S 和 R 来表示。图 5-27 中的 Y2 在连续的 5 步 S20～ S24 中都应为 ON ，在Y2 开始为ON 的第一步S20 的动作框内，用指令“S Y2”表示将Y2置位。该步变为不活动步后，Y2继续保持ON状态。在Y2为ON 的最后一步S24的下一步S0的动作框内，用指令“R Y2”表示将Y2复位，复位 后Y2变为OFF状态。 图5-10中的T0在步M1为活动步时定时，T0的线圈通电。T0相当于步M1的一 个非存储型动作，所以将T0放在步M1的动作框内。