所谓顺序控制

所谓顺序控制，即根据生产工艺预先规定的顺序（程序或条件），使生产过程的各执行机构在输入信号的作用下，有条不紊地、自动地顺序动作。

前面所述的继电接触器所组成的自动控制线路就是一种简单的、纸级的顺序控制。

这种顺序控制起于本世纪20年代，其控制逻辑是通过固定接线来完成的，所以，通用性和灵活性差，而且由于触点繁多，使得控制线路的可靠性也差。

随着半导体逻辑元件的产生，50年代出现了无触点的半导体逻辑控制电路，大大提高了电路的可靠性。

但因仍是固定接线，所以，电路的通用性和灵活性问题仍未得到解决。

随着电子技术的发展，电子计算机已广泛地用于各种自动化生产过程，极大地提高了控制系统的灵活性和通用性。

但是，在工业生产中，大量存在的是一些简单的中、小型控制设备，而且它们大都属于开关量的控制，不需要复杂的数字运算，如果采用通用型计算机来完成，显然是“大材小用”。

于是，人们就寻找了一种结构比计算机简单、价格比计算机便宜的自动化控制装置－顺序控制器。

可见，顺序控制器是介于继电器控制电路、半导体逻辑控制电路和电子计算机控制之间的控制系统。

随着生产的发展，顺序控制器将日益被印刷[百科微博]自动控制线路所采用，对于装订机械的自动化、联动化来说，顺序控制器有着十分重要的意义及使用价值。

顺序控制器又称顺序控制器，它可分为矩阵式顺序控制器和可编程序控制器。

一、矩阵式顺序控制器矩阵式顺序控制器可分为基本逻辑顺序控制器和步进式顺序控制器。

1．基本逻辑式顺序控制器。

基本逻辑式顺序控制器是从继电接触器控制系统演变而来的，它的核心部分是二极管矩阵板。

在矩阵板上利用二极管的组合逻辑对条件信号灵活地进行“与”、“或”、“非”的逻辑组合，通过输出部分推动执行机构，形成程序控制。

它与继电器控制系统相比，其灵活性和通用性虽有提高，但由于编程仍是以继电器控制系统为基础，而且所有执行电器都是同时接到同一个电源上，每个电器的通电与断电是依靠二极管矩阵的逻辑组合来实现的，无记忆功能。

因此，对于输入、输出点数较多，工艺过程比较复杂的生产自动线，用这种控制器来编程时是相当麻烦的，限于篇幅，在此，它的编程方法不作介绍。

2．步进式顺序控制器。

步进式顺序控制器的控制原理是步进控制，它的核心部分是步进器，即分配器。

利用步进器进行分步控制，对每个程序步，在输入、输出矩阵板中用二极管进行逻辑组合，从而形成程序控制。

可见，基本逻辑式顺序控制器和步进式顺序控制器的编程都是通过硬件来实现的，即由二极管在矩阵板中的选择性安插来实现的。

所不同的是步进式顺序控制器设置了一个通用的记忆电路，使这个记忆电路具备自锁、联锁、记忆等功能，取代了基本逻辑式顺序控制器中与之相应的大量的二极管。

给机械设备的执行元件提供工作电压时，每步只向一个输出线圈供电，对不该动作的继电器均断电即可，避免了控制系统中繁琐的逻辑关系组合，使程序编制大大简化。

这种以通用记忆电路（步进器）为核心构成的矩阵式顺序控制器称为步进式顺序控制器。

它可分为条件步进式和时间步进式两种。

前者是以生产过程的动作完成信号（如限位开关的动作信号）作为程序转换信号；后者是以顺序控制器自身的计时、定时信号作为程序转换信号。

下面以条件步进式顺序控制器为例介绍其结构和原理。

（1）基本结构。

步进式顺序控制器是在基本逻辑式顺序控制器的基础上改进而成的，所以，它除具有基本逻辑式的组成部分外，还具有控制电源分配的步进器。

图3－5所示是条件步进式顺序控制器的框图结构，它由输入电路、输出电路、输入矩阵、输出矩阵、联锁矩阵和步进器等部分组成。

现将各部分的作用简述如下：图3－5 条件步进式顺序控制器的框图结构①输入电路和输出电路。

输入电路和输出电路的组成和作用与基本逻辑式控制器中的相同。

输入电路主要起“转换站”的作用，即把反映现场工作状态的检测信号，用以控制执行机构，如接通接触器，使电机主回路接通或接通电磁阀线圈，使气阀或油阀动作。

②矩阵板。

条件步进式矩阵板，一般分为输入矩阵、输出矩阵和联锁矩阵。

输入矩阵的作用是产生换步信号。

现场发出“动作完成”信号后，通过它的运算判断，产生一个程序转换信号，使步进器进入下一步工作。

输出矩阵的主要任务是分配每步程序，并按先后顺序控制执行电器的动作。

联锁矩阵是利用旁路原理，对输出矩阵送给输出继电器的电信号增加控制条件，以按照生产自动线中某些机构所需的特殊要求进行动作。

③步进器。

步进器是步进式控制器的核心部件，它的作用是根据程序转换信号实现自动移动，即步进器各位的输出端依次产生高电平，使电源依次给该动作的继电器供电。

所以，它是整个控制装置的指挥中心，其实质是起着一个分配器的作用。

步进器分为机械式步进器和电子式步进器，目前，广泛应用的是由数字集成电路构成的电子式步进器。

各种型式的触发器，如D触发器、JK触发器、RS触发器等，均可构成电子式步进器。

图3－6所示是由D触发器所组成的N位步进器的逻辑图，其连结是将前一位的Q端与后一位的D端相联，构成N位的移位寄存器，但由于最后一位（第N 位）触发器的输出端Q与第一位的D端连接，移位寄存器就变成了环形计数器。

所以图3－6是D触发器组成的环形计数式步进器，各位触发器的R端为清“0”线，各位触发器的S端为置“1”线，且由手动开关控制。

CP脉冲上升沿到来时，如果D＝1，则触发器置“1”（即Q＝1）；反之，如果D＝0，则触发器置“0”（即Q＝0），因此可以用某位Ci=1去控制相应工序的电路接通电源而动作，其它工序的电路均断电。

由此可见，系统需要多少个程序，步进器就需要多少只D 触发器。

图3－6 D触发器组成的步进器由于D触发器的高电平只有3．6V，而且触发器在高电位时，负载能力很低，为此，在步进器输出端接有一反相放大器（如F1、F2…FN）,用放大器进行电平转换和功率放大，可提高负载能力。

（2）应用举例。

例3－5 编制小车自动往返运动的条件步进式顺序控制器。

小车自动往返运动的示意图如图3－7所示，系统的程序步只有两步：第一步从原位（起点）前进到终点（由继电器KM1控制），第二步从终点返回至原位（由继电器KM2控制），然后周而复始地进入下去。

并要求既能自动换步，又能手动换步。

因动作只有两步，所以步进器是由两个D触发器组成。

用行程开关SQa 、SQb将现场动作信号传给输入矩阵（SQa 装在起点处，SQb装在终点处），关入单稳态产生触发脉冲CP，使步进器输出一个高电位；由输出矩阵将步进器提供的工作电压，提供给KM1或KM2，从而使执行部件动作。

图3－8所示是小车自动往返运动的条件步进式顺序控制器，图中选择开关S用于手动控制，按钮开关SB用于对步进器清零，可停止清洗过程。

图3－7 小车自动往返运动示意图其动作顺序如下：①清零。

按下SB，使步进器为零状态（C1＝“0”，C2＝“0”）。

②将S置于SD1则SD1＝“0”，使步进器的C1＝“1”（C2仍为“0”），给输出矩阵的1号竖母线提供高电平，使继电器KM得电，小车前进，即程序动格进入第一步。

此时，由于SQb 未运作，C1端输出的高电位经R和常闭触点SQb至地。

所以，CP母线上没有高电位信号。

③当第一程序工作完成后（即前进到终点时）现场信号SQb动作，高电位信号被直接送到CP母线上，通过单稳态电路整形放大，输出一个CP脉冲，触发步进器，使C1＝“0”，C2＝“1”，给KM2提供工作电压，小车后退，即系统转换至第二程序动作。

此时C2提供的高电平经R和SQa至地，故CP母线上没有高电位号。

④当第二程序动作完毕后（即后退到原位时），现场信号SQa动作，高电位信号被直接送到CP母线上，使步进器触发为C1＝“1”，C2＝“0”，提供KM1工作电压，小车又前进。

如此周而复始，循环工作。

⑤如在前进时需停车，可按下SB，则步进器复位到初始状态，控制过程结束。

此时若需反转，可将选择开关S置于SD2，则C2＝“1”，KM2得电，小车后退。

此时若需继续前进，可将选择开关S置于SD1，则C1＝“1”，KM1得电，小车继续前进。

图3－8 小车自动返运动的条件步进式程序控制器由上述可知：步进器转换程序的关键是正确地发出CP脉冲，且步进器对每一个CP脉冲只能有一个触发器输出高电位，给一条输出矩阵行母线供电。

若由于误操作或步进器发生故障，则可能有两个或两个以上的触发器输出高电位，那么将有两个或两个以上的程序同时工作，这样可能发生机械互撞，或造成电源短路，设备损坏等事故。

为保证系统的安全工作，避免此类现象发生，在步进式顺序控制器中增加多“1”检测装置，使得当发生两条以上输出矩阵竖母线同时供电时，该装置可以自动将步进器清“0”，同时发出报警信号。

多“1”检测装置可以用不同的电子电路构成，此处不作介绍，请读者参阅有关资料。

二、可编程序控制器－PC矩阵式顺序控制器的编程是通过硬件来实现的，而可编程序控制器，其编程是通过软件来实现的，故又称为指令式顺序控制器。

这种控制器的灵活性和通用性在矩阵式控制器的基础上前进了一大步。

世界上第一台可编程序控制器是由美国DEC公司研制而成的，是以二进制逻辑运算为主，专为工业环境下应用而设计的工业控制器，当时被称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。

由于微电子技术的不断发展，PLC的功能不断增强，从最初的逻辑运算发展到能进行各种数字运算、数据处理和程序控制，成为整个生产过程中，设备控制的多功能控制器。

因此，现普遍称其为可编程序控制器，简称PC。

1．PC的组成和各部分的作用。

可编程序控制器PC由中央处理器CPU、存贮器（包括系统存贮器和用户存贮器）、输入单元、输出单元、编程器、外部设备接口6部分组成，如图3－9所示，各部分的作用如下：图3－9 可编程序控制器（PC）的框图结构（1）CPU的作用。

CPU称为中央处理单元，它是可编程序控制器的核心部分，即称为系统电脑。

它按PC中系统程序赋予的功能，接收并存贮从编程器输入的用户程序和数据，用扫描的方式接收现场输入装置的状态或数据，并存入数据存贮器中的输入状态表。

PC进入运行状态后，它又能从存贮器中逐条读取用户程序的指令所规定的任务，产生相应的控制信号去启闭有关的门电路，分时、分渠道地去执行数据的存取、传送和处理等动作，完成用户程序中规定的逻辑运算等任务。

根据其运算动果，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器表的内容，再由输出状态表的位状态或数据寄存器的有关内容实现输出控制。

微型PC一般用单片机或单板机作为CPU。

（2）存贮器。

存贮器分为系统存贮器（ROM）和用户存贮器（RAM）。

①系统存贮器。

系统存贮器主要用于存放系统程序。

系统程序是制造厂家在研制系统时确定的，它和机器的硬件组成（包括一些专用芯片的特性）有关，在机器使用过程中是不可变动的。