钱钧PLC 04顺序功能图ppt课件.ppt

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1、PLC原理与应用,机械与汽车工程学院 主 讲：钱 钧，丁苏赤 电 邮： 地 址：机械楼604室,2013年4月19、23日,Principles and Applications of PLC,1,第四章 梯形图程序的设计方法,4.1 PLC程序设计概述4.2 顺序功能图4.3 基于顺序功能图的梯形图编程4.4 PLC程序设计实例,2,4.1 PLC程序设计概述,PLC控制系统设计过程了解系统被控对象、工艺流程、控制要求功能：动作顺序、动作条件、保护、连锁。工作方式：手动、自动、半自动确定控制方案硬件设计确定系统输入/输出元件PLC型号和硬件配置分配输入/输出点的元件号画出硬件接线图,3,4.

2、1 PLC程序设计概述,PLC控制系统设计过程程序设计（梯形图）模拟调试、现场调试编写技术文件说明书电气原理图及电气元器件列表I/O连接图、I/O地址分配表程序的注释,4,4.1 PLC程序设计概述,PLC控制系统设计过程,了解被控系统选择PLC型号，确定硬件配置，分配I/O点，设计外部硬件接线图,满足要求？,满足要求？,现场总调试,交付使用,N,N,Y,Y,设计梯形图程序、模拟调试,设计制作控制柜，现场安装接线,5,4.1 PLC程序设计概述,传统经验设计方法的缺点设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性。设计复杂的程序时，可能要使用大量的中间单元完成记忆、连

3、锁和互锁等功能。由于考虑因素很多，往往交织在一起，分析起来十分困难。一般不可能把所有的问题都考虑的很周到。程序设计出来后，需要模拟调试或现场调试，发现问题再进行修改。有可能在修改某一局部程序时，对程序的其它部分产生意想不到的影响。因此，会给系统的维护和改进带来很大困难。,6,4.1 PLC程序设计概述,传统经验设计方法的缺点例：时序控制电路,T0,T1,T2,7,4.1 PLC程序设计概述,顺序控制设计法顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序，将系统的一个工作周期分为若干个顺序相连的阶段。在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，对生产过程中的各个执行机构自动有序地进行操作。使用顺序控制设

4、计时，首先根据系统的工艺过程画出顺序功能图，然后画出梯形图。顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接收。对于有经验的工程师，也会提高设计效率，节约大量设计时间，方便程序的调试、修改和阅读。,8,4.1 PLC程序设计概述,顺序功能图（Sequential Function Chart，SFC）又称为状态转移图。是用辅助继电器/状态继电器来描述工步转移的图形。它是描述控制系统控制过程、功能和特性的图形化工具。法国特利美公司(TeleMecanique)针对机械动作流程开发图形式顺序编程语言(Grafcet)。顺序功能图是Grafcet的延伸，IEC将其列为PLC标准编程语言之一（IE

5、C 1131）。我国在1986年颁布了SFC的国家标准GB6988.6-86。,9,4.1 PLC程序设计概述,顺序功能图设计思想将系统的工作周期划分为若干顺序相连的阶段，称之为“步”。当步被激活时（即满足一定的转换条件），步所代表的动作或命令将被执行。这样一步一步按照顺序，执行机构就能够顺序“前进”。组成步，动作，转换有向连线，转换条件,步 Sn,步 Sm,转换条件,10,4.1 PLC程序设计概述,顺序功能图的特点顺序功能图是一种通用、直观的图形语言，并不涉及所描述的控制功能的具体技术。可以供进一步设计和不同专业人员之间进行技术交流之用。对于熟悉设备控制要求和生产工艺的电气工程师来说，很容

6、易设计出顺序功能图。顺序功能图能完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性，是分析、设计电气控制系统控制程序的重要工具。,11,4.1 PLC程序设计概述,经验设计法 v.s.顺序控制设计法经验设计法Y = F(X)顺序控制设计法M = G(X)， Y = H(M),控制电路,X,M,输出电路,Y,12,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成4.2.2 顺序功能图的设计规则4.2.3 顺序功能图的基本结构,13,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成步活动步、不活动步初始步动作转换有向连线转换条件,14,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成步指控制系统的一个工作周

7、期中的某个阶段，根据输出量的状态变化划分。步对应于系统的一个稳定的状态。在任何一步内，各个输出量状态保持不变，即执行机构的动作没有变化。同时相邻的两步输出量总的状态是不同的。步用矩形方框表示。方框中可以用数字表示该步的编号，或用代表该步的编程元件（如：辅助继电器M）作为步的编号。如：用不同的存储位代表步，如M0.0等。这样，各步的编程元件的状态和各输出量之间有着极为简单的逻辑关系。,步5,M5,15,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成步例：步的划分,Y0 Y1 Y2: 000 100 110 011 000,16,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成活动步当系统正处于

8、某一步时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。此时，相应的动作被执行。不活动步处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。,当前步,前级步,后续步,活动步,17,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成初始步与系统的初始状态对应的步称为初始步。初始状态一般是指系统等待启动命令的相对静止状态。初始步用双线方框表示。每个顺序功能图至少有一个初始步。,步0,18,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成与步对应的动作控制系统由施控系统和被控系统组成。例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，车床是被控系统。在某一步中要使被控系统完成某些动作，就要求施控系统向被控系统发出相应的命

9、令。动作用带矩形框的文字或符号表示。该矩形框用短线与相应步的符号相连。,步5,动作A,19,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成与步对应的动作如果某一步有几个动作，可以用两种画法表示。但这并不隐含这些动作之间的先后顺序。,20,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成与步对应的动作动作有存储型（S）和非存储型（N）两大类型存储型为保持型，可以用S和R指令对存储型动作置位和复位。非存储型则与它所在的步“同存亡”，用输出指令实现。说明动作的语句应表明该动作是否为存储型的命令。,N,21,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成与步对应的动作动作的修饰词,22,4.2 顺

10、序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成有向连线状态转移路线和方向随着时间的推移和转换条件的实现，步的活动状态也会发生进展（转移）。这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。将代表各步的方框按它们成为活动状态的先后顺序排列，并用有向连线将它们连接起来。步的活动状态的进展方向按从上到下，或从左到右排列。在这两个方向上有向连线的箭头可以省略。如果在设计有向连线必须中断，应在有向连线中断处表明下一步的标号和所在的页码。如步83 12页。,23,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成转换分割两个相邻步将相邻的两步分开，步的活动进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。用有向连线上与有

11、向连线垂直的短划线表示。转换条件是与转换相关的逻辑命题。可以用文字语言、布尔代数或图形符号表示，将其表注在转换符号(短划线)的旁边。,24,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成例,25,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成例：锅炉的鼓风机和引风机的控制,26,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成例：运料小车控制,27,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成例：液压滑台运动控制,28,4.2 顺序功能图,4.2.1 顺序功能图的组成例：彩灯循环点亮控制,29,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则两个步不能直接相连，必须用一个转换将两者

12、隔开（如果没有具体的转换条件，一般都用定时延时来解决）。两个转换条件也不能直接相连，必须用一个步将两者隔开。在单序列中，只有当某一步的前级步是活动步时该步才有可能成为活动步。,30,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则初始步对应于系统等待启动的初始状态在初始步，可能没有输出处于ON状态，但此步必不可少。该步与后续步的输出变量（动作）不同。如果没用该步，无法表示控制系统的初始状态，系统也就无法回到该状态。,步0,31,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则激活初始步的方法如果使用没有断电保持功能的编程元件代表各步，在PLC进入RUN工作方式时，这些编程元件都处于OF

13、F状态。初始步也是如此。这样控制系统将无法工作。此时可以使用SM0.1的常开触点使初始步成为活动步。如果控制系统具有自动/手动两种工作状态，应在系统由手动方式进入自动方式时，用一个适当的信号将初始步置为活动步。,32,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则设计的自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程。因此，一般是使用步和有向线段组成闭环。在一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停止在初始状态。在连续循环工作方式时，将从最后一步返回到下一工作周期开始运行的第一步。,33,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则例：液体混合装置控制初始时容器是空的，各

14、阀门均关闭。按下启动按钮后，打开阀YV1，液体A流入容器，中限位开关变为ON时，关闭阀YV1，打开阀YV2，液体B流入容器。当液面到达上限位开关时，关闭阀YV2，电机M开始运行，搅动液体，60s后停止搅动，打开阀YV3，放出混合液，当液面降至下限位开关之后再过5s，容器放空，关闭阀YV3，打开阀YV1，又开始下一周期的操作。按下停止按钮，在当前工作周期的操作结束后，停止操作(停在初始状态)。,34,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则例：液体混合装置控制,35,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则例：液体混合装置控制用PLC来实现控制任务，需要5个输入点，4个输

15、出点。,输入输出(I/O)点分配表,时序图,0 1 2 3 4 5,36,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则例：液体混合装置控制,37,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则例：液体混合装置控制,38,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功能图的设计规则转换实现的条件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。为了强调同步实现，在有向连线的水平部分用双线表示。,39,4.2 顺序功能图,4.2.2 顺序功

16、能图的设计规则转换实现应完成的操作(1) 使所有有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步；(2) 使所有有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。,当前步,前级步,后续步,活动步,40,4.2 顺序功能图,4.2.3 顺序功能图的基本结构单序列由一系列相继激活的步组成。即每一步的后面仅接有一个转换，每一转换的后面只有一个步。,41,4.2 顺序功能图,4.2.3 顺序功能图的基本结构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。 一般只允许同时选择一个序列！ 选择序列的结束称为合并，几个选择序列合并到一个公共序列时，用需要重新组合的与分支序列相同数量的转换符号和水

17、平连线来表示。转换符号只允许在标在水平连线之上。循环结构可以看成是选择结构的一种特殊情况。,42,4.2 顺序功能图,4.2.3 顺序功能图的基本结构选择序列例,水平连线,水平连线,分支,合并,43,4.2 顺序功能图,4.2.3 顺序功能图的基本结构并行序列并行序列的开始也称为分支，并行序列的结束也称为合并。当转换条件成立时，可以导致几个序列同时激活，这些序列称为并行序列。 为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示，在表示同步的水平双线之上只允许有一个转换条件。同样，在表示并行序列合并的水平双线之下也只允许有一个转换条件。,44,4.2 顺序功能图,4.2.3 顺序功能图的基本结构并行序列

18、例,水平双线,水平双线,分支,合并,45,4.2 顺序功能图,4.2.3 顺序功能图的基本结构单序列、选择序列、并行序列的区别：单序列中，一个转换只有一个前级步和一个后续步。在选择序列的分支处和合并处，一个转换只有一个前级步和一个后续步。但是一个步可能有多个前级步和多个后续步。在并行序列的分支处，转换有几个后续步，转换实现时应同时将他们变为活动步。在并行序列的合并处，转换有几个前级步。它们均为活动时才有可能实现转换，在转换实现时应将它们全部变为不活动步。,46,4.2 顺序功能图,4.2.3 顺序功能图的基本结构复合结构,47,4.2 顺序功能图,4.2.3 顺序功能图的基本结构子步在顺序功能

19、图中，某一步可以包含一系列子步和转换。通常，这些序列（子步）表示整个系统的一个完整的子功能。通过使用子步，使设计者在总体设计时不用考虑一些对执行件控制的具体细节，而抓住控制系统实现中的主要矛盾，用更简洁的方法表示系统的整体功能和概貌。,48,4.2 顺序功能图,4.2.3 顺序功能图的基本结构子步例,49,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,PLC编程方式工艺过程 - 顺序功能图 - PLC梯形图启保停电路以转换为中心步进梯形指令,编程方式？,基于顺序功能图的梯形图编程实现方法,50,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1 使用启保停电路的编程方式启保停电路仅仅使用触点和线圈启动信号、

20、停止信号可以是由多个触点组成的串、并联电路利用自保持，对短信号具有记忆功能,51,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1 使用启保停电路的编程方式SFC使用辅助继电器代表步。当某一步激活为活动步时，对应的辅助继电器为ON；转换实现的条件可以用代表步的编程元件的触点与代表转换条件对应的触点的串联的电路来表示。当某一转换实现（转换条件对应的触点接通）时，该转换的后续步变成活动步，同时当前步变成不活动步。很多转换条件都是短信号。它们存在的时间比它激活的后续步存在的时间短。因此，应使用记忆（保持）功能电路来控制代表步的辅助继电器。,52,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1 使用启保

21、停电路的编程方式假设有辅助继电器Mi-1、Mi和Mi+1表示SFC中相连的三步，Xi-1和Xi+1分别为Xi之前/之后的转换条件。当Mi-1为活动步时，且在转换条件Xi = 1，则Mi成为活动步。步的启动条件=前级步状态 and 转换条件当Mi为活动步时，且在转换条件Xi+1 = 1，则Mi+1成为活动步，且Mi同时成为不活动步。步的停止条件 = 后续步的常闭触点断开,Xi-1,53,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.1 单序列的编程方式,前级步,转换条件,Mi (Mi-1 Xi + Mi) Mi+1,Xi-1,关闭,54,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.1 单序

22、列的编程方式例：运动小车控制,55,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.1 单序列的编程方式例：机床液压动力滑台控制滑台运动由三个电磁阀SV1、SV2、SV3控制。初始时，滑台停在最左侧。按下启动按钮SB1，电磁阀SV1、SV2线圈同时通电打开，滑台向右快速进给（快进）。碰到中限位开关SQ2时变为工作进给（工进），此时SV1断电关闭，SV2仍通电打开，碰到右限位开关SQ3时，SV2线圈断电，滑台停止运行。延时8s后，滑台快速退回（快退），此时SV3线圈通电打开；返回到初始位置时，SQ1动作，SV3线圈断电，停止运动。,左限位 中限位 右限位,56,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程

23、,4.3.1.1 单序列的编程方式例：机床液压动力滑台控制SB1为启动按钮。SQ1、SQ2、SQ3为行程开关，SV1、SV2、SV3为电磁阀。,57,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.1 单序列的编程方式例：机床液压动力滑台控制,M3,I0.1,M1,M0,SM0.1,M0,M0,I0.0,M2,M1,M1,M1,I0.2,M3,M2,M2,M2,I0.3,M0,M3,M3,2.输出电路：Y=H(M),1.控制电路：M=G(X),注意：1.整体输出！2.并联输出！,58,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.2 选择序列的编程方式选择序列的分支编程方式如果某一步的后面由

24、N条分支组成的选择序列，该步可能转换到不同的N步去，则应将这N个后续步对应的辅助继电器M的常闭触点与该步的线圈串连，作为结束该步的条件。,选择分支,59,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.2 选择序列的编程方式选择序列的合并编程方式如果某一步之前由N个转换，即有N个分支进入该步，则代表该步的M的启动电路应有N条支路并联而成。各支路由某一前级步对应的M的常开触点与相应转换条件对应的触点串联所组成。,选择分支,选择合并,60,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.3 并行序列的编程方式并行序列的分支编程方式如果某一步的后面由N条分支组成的并行序列，该步应转换到N步去，则应将

25、该步对应的M的常开触点与转换条件串联，使其后的N步同时成为活动步。由于这N步同时成为活动步，可将这些活动步的某一常闭触点与其前级步的线圈串联。,61,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.3 并行序列的编程方式并行序列的合并编程方式如果某一步之前有一个并行序列的合并，该步转换实现的条件是应使其N个前级步都是活动步和转换条件得到满足。因此，应将代表N个前级步的辅助继电器的常开触点和代表转换条件的触点串联作为代表该步的辅助继电器M的启动电路。,并行合并,62,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.4 仅有两步的闭环的处理对于仅有两步组成的小闭环，用启保停电路设计的梯形图就不能正

26、常工作。例：在M2和X2均为ON时，M3的起动电路接通，但是，这时与其串联的M2的常闭触点使其无法接通。出现上述问题的原因在于M2既是M3的前级步又是M3的后续步。,逻辑错误！,63,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.4 仅有两步的闭环的处理对于仅有两步组成的小闭环，用启保停电路设计的梯形图就不能正常工作。改进办法0：将梯形图中M2的常闭触点用转换条件X3的常闭触点代替。,64,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.4 仅有两步的闭环的处理对于仅有两步组成的小闭环，用启保停电路设计的梯形图就不能正常工作。改进办法1：增加一步转换条件“=1”相当于逻辑代数中的常数l，即表

27、示转换条件总是满足的，只要进入步M10，将马上转换到步M2去。,65,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.4 仅有两步的闭环的处理对于仅有两步组成的小闭环，用启保停电路设计的梯形图就不能正常工作。改进办法1：增加一步,66,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.1.4 仅有两步的闭环的处理对于仅有两步组成的小闭环，用启保停电路设计的梯形图就不能正常工作。改进办法2：增加一步,67,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.2 以转换为中心的编程方式转换实现的条件该转换所有的前级步都是活动步；相应的转换条件得到满足转换实现应完成的操作使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步

28、都变为活动步；使得所有有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。,68,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.2 以转换为中心的编程方式例：,X0,X3,X1,X2,快进,工进1,工进2,69,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.2 以转换为中心的编程方式例：,70,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.3 使用步进梯形指令的编程方式步进梯形指令(Step Ladder Instruction, STL)状态寄存器S有断电保持功能,转换目标,转换条件,驱动处理,转换目标,转换条件,驱动处理,71,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.3 使用步进梯形指令的编程

29、方式状态寄存器S的常开触点（STL触点）与左侧母线相连。当某一步为活动步时，对应的STL触点接通，该步的负载被驱动。当某活动步的后面的转换条件满足时，转换实现：后继步变为活动步，当前步变为不活动步（系统自动复位，STL触点断开）。,72,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.3 使用步进梯形指令的编程方式与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，直到出现下一条STL指令或出现RET指令。RET指令使LD点返回左侧母线，在最后一个电路结束时必须使用。STL触点可以直接驱动或经过触点驱动编程元件的线圈。STL指令只能用于状态寄存器，在没有并行序列时，一个状态

30、寄存器的STL触点在梯形图中只能出现一次。,STL S23OUT Y1OUT Y3LD X1OUT Y2RET,73,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.3 使用步进梯形指令的编程方式例：,LD M8002SET S0STL S0LD X4SET S31STL S31OUT Y0LD X3SET S32STL S32OUT Y1LD X1SET S33,STL S33OUT Y0LD X2SET S34STL S34OUT Y1LD X0SET S0RET,74,4.3 基于顺序功能图的梯形图编程,4.3.4 不同编程方式特点比较启保停电路以步为中心。通用性最强！以转换为中心以转换为中心（转换实现的基本规则）步进梯形指令以步进梯形指令触点或状态继电器为中心（转换实现的基本规则）,谢谢听讲，下次再见！,课件下载请到 Email: Pass: robotics,下一讲：PLC编程实例,