一、引言
在設(shè)計可編程控制器的梯形圖時，許多人采用經(jīng)驗法，這種方法沒有固定的步驟可遵循，且有很大的試探性和隨意性。對于各種不同的控制系統(tǒng)，設(shè)計者需重復(fù)設(shè)計。特別是在設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時，需要大量的中間單元來完成記憶、聯(lián)鎖、互鎖等功能，考慮的因素較多，它們往往又交織在一起，分析起來比較困難，很容易遺漏一些應(yīng)考慮的問題。且修改某一局部電路時，經(jīng)常是“牽一發(fā)而動全身”，對控制系統(tǒng)其他部分產(chǎn)生意想不到的影響。另外，用經(jīng)驗法設(shè)計出的梯形圖往往比較復(fù)雜，程序維護人員很難讀懂，給PLC控制系統(tǒng)的維護和改進帶來很大困難。本文通過實例介紹一種根據(jù)順序功能圖完成PLC梯形圖程序的順序控制設(shè)計法。
二、順序功能圖描述和梯形圖的形成
合理的控制程序取決于正確梯形圖的構(gòu)成，而梯形圖形成的最優(yōu)化的方法是通過順序功能圖的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)。首先根據(jù)控制過程的要求，給出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖，用圖形編程器將梯形圖(或轉(zhuǎn)換成指令代碼)寫入PLC。
1、順序功能圖描述
順序功能圖(Sequential Function Chart)也稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，是設(shè)計PLC控制程序的有利工具。它并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，是一種通用的技術(shù)語言，可供進一步設(shè)計和不同專業(yè)人員之間進行技術(shù)交流。
PLC
（1）SFC的結(jié)構(gòu)
SFC主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動作(或命令)組成。有單序列、選擇序列和并行序列三種基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。任何復(fù)雜的順序功能圖都可由上述三種序列組合而成。
圖1 SFC基本結(jié)構(gòu)
（a）單序列 （b）選擇序列 （c）并行序列
圖1a所示的單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步后面僅接一個轉(zhuǎn)換，每一個轉(zhuǎn)換后面只有一步。在圖1b所示的選擇序列中，序列的開始稱為分支，轉(zhuǎn)換條件只能標在水平連線之下，有多少分支就有多少條件，一般只能同時選擇一個條件對應(yīng)的分支序列，序列的結(jié)束稱為合并，N個選擇序列合并到一個公共序列時需要相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換條件，且其條件只能標在水平連線之上。在圖1c所示的并行序列中，其特點是當轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)導(dǎo)致幾個序列同時被激活(分支)，激活后每個序列中活動步的進展將是獨立的，當并行序列結(jié)束時（合并），只有當合并前的所有前級步(R8、RA)為活動步，且轉(zhuǎn)換條件滿足(XB=1)時，才會發(fā)生步R8、RA到步RB的進展，為了強調(diào)轉(zhuǎn)換的同步實現(xiàn)，在功能圖中水平連線用雙線表示。
PLC
（2）SFC中轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則
在SFC中，步的活動狀態(tài)的進展是由轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)來完成的。轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)必須同時滿足下列條件，即該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步且相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬�，而使所有前級步都變�(yōu)椴换顒硬�。以上�?guī)則可以用于任意結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換，是設(shè)計梯形圖的基礎(chǔ)。但是，對于不同結(jié)構(gòu)，其區(qū)別如下：
在單序列中，一個轉(zhuǎn)換僅有一個前級步和一個后續(xù)步。
在并行序列的分支處，轉(zhuǎn)換有幾個后續(xù)步，在轉(zhuǎn)換實現(xiàn)時應(yīng)同時將它們變?yōu)閹讉�活動步(對應(yīng)的編程元件置位)。
在并行序列的合并處，轉(zhuǎn)換有幾個前級步，它們均為活動步時才有可能實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換實現(xiàn)時應(yīng)將它們變?yōu)椴换顒硬?對應(yīng)的編程元件復(fù)位)。
在選擇序列的分支與合并處，一個轉(zhuǎn)換實際上也只有一個前級步和一個后續(xù)步，但是一個步可能有多個前級步或多個后續(xù)步，只能選擇其一。
2、梯形圖的編制
根據(jù)SFC設(shè)計梯形圖時，通常用編程元件代表步。當某步為活動步時，對應(yīng)的編程元件為“1”態(tài)，當該步之后的轉(zhuǎn)換條件滿足時，轉(zhuǎn)換條件對應(yīng)的觸點或電路接通，因此可以將該觸點或電路與代表前級步的編程元件的常開觸點串聯(lián)，作為與轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的兩個條件同時滿足對應(yīng)的電路，當此電路接通時應(yīng)使代表前級步的編程元件復(fù)位，同時使代表后續(xù)步的編程元件置位(變?yōu)椤?”態(tài))并保持，即起保停電路。圖2是圖1b所示選擇序列功能圖對應(yīng)的梯形圖。在圖2中R3之后有一個選擇序列的分支，設(shè)步R3是活動步，當它的后續(xù)步R4或R5變?yōu)榛顒硬綍r，它都應(yīng)將R3變?yōu)椴换顒硬?“0”態(tài))，所以應(yīng)將R4和R5的常閉觸點與R3的線圈串聯(lián)。步R6之前有一個選擇序列的合并，當步R3是活動步且轉(zhuǎn)換條件X6滿足，或者步R5是活動步且轉(zhuǎn)換條件X7滿足，步R6都應(yīng)為活動步，對應(yīng)的起動電路由兩條并聯(lián)支路組成，每條支路分別由R4、X6和R5、X7的常開觸點串聯(lián)而成。并行序列和上述選擇序列梯形圖的編制有所不同，在圖1c中，步R7之后有一個并行序列的分支，當步R7是活動步且轉(zhuǎn)換條件X9滿足，步R8、R9應(yīng)同時變?yōu)榛顒硬�，這時用R7和X9的常開觸點串聯(lián)作為R8、R9的起動電路，與此同時步R7應(yīng)變?yōu)椴换顒硬剑灾恍鑼8或R9的常閉觸點與R7的線圈串聯(lián)即可。對于并行序列的合并(步RB之前)，該轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件是所有的前級步(步R8、R9)都是活動步和XB條件滿足。由此可知，應(yīng)將R8、R9和XB的常開觸點串聯(lián)，作為控制RB的起保停電路的起動電路。
圖2 圖1b所對應(yīng)的梯形圖
三、實例
圖3是采用一臺日本松下F0C14RS控制單元和一臺E16RS擴展單元PLC控制一臺輪胎內(nèi)胎硫化機的順序功能圖。它包含有跳步、循環(huán)、選擇序列等基本環(huán)節(jié)，一周期由初始、合模、反料、硫化、放氣、開模以及報警等七步組成。它們與輔助繼電器R10～R16相對應(yīng)。在反料和硫化階段，Y2接通，蒸氣進入模具。在放氣階段，Y2斷開，放出蒸氣。反料階段允許打開模具，硫化階段則不允許。急停按扭X0可以停止開模操作，也可以將合模改為開模。
圖3 實例控制順序功能圖
由圖3可知，初始狀態(tài)步R10有兩個前級步(R15、R16)和一個起動信號R9013(PLC開始運行時應(yīng)將R10置為“1”態(tài)，否則系統(tǒng)無法工作，所以將R9013初始閉合繼電器作為起動信號，即R9013只在程序運行中第一次掃描時合上，從第二次掃描開始斷開并保持斷開狀態(tài))，因此，R10的起動電路由三條支路并聯(lián)而成，其起保停電路的邏輯表達式為：
順序控制系統(tǒng)的特點及設(shè)計思路
1．特點順序控制系統(tǒng)是指按照預(yù)定的受控執(zhí)行機構(gòu)動作順序及相應(yīng)的轉(zhuǎn)步條件，一步一步進行的自動控制系統(tǒng)。其受控設(shè)備通常是動作順序不變或相對固定的生產(chǎn)機械。這種控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)步主令信號大多數(shù)是行程開關(guān)（包括有觸點或無觸點行程開關(guān)、光電開關(guān)、干簧管開關(guān)、霍爾元件開關(guān)等位置檢測開關(guān)），有時也采用壓力繼電器、時間繼電器之類的信號轉(zhuǎn)換元件作為某些步的轉(zhuǎn)步主令信號。
為了使順序控制系統(tǒng)工作可靠，通常采用步進式順序控制電路結(jié)構(gòu)。所謂步進式順序控制，是指控制系統(tǒng)的任一程序步（以下簡稱步）的得電必須以前一步的得電并且本步的轉(zhuǎn)步主令信號已發(fā)出為條件。對生產(chǎn)機械而言，受控設(shè)備任一步的機械動作是否執(zhí)行，取決于控制系統(tǒng)前一步是否已有輸出信號及其受控機械動作是否已完成。若前一步的動作未完成，則后一步的動作無法執(zhí)行。這種控制系統(tǒng)的互鎖嚴密，即便轉(zhuǎn)步主令信號元件失靈或出現(xiàn)誤操作，亦不會導(dǎo)致動作順序錯亂。
2．設(shè)計思路本文提出的4種簡易設(shè)計方法都是先設(shè)計步進階梯，在步進階梯實現(xiàn)由轉(zhuǎn)步主令信號控制輔助繼電器得失電；然后根據(jù)步進階梯設(shè)計輸出階梯，在輸出階梯實現(xiàn)由輔助繼電器控制輸出繼電器得失電。這4種設(shè)計法所設(shè)計的梯形圖電路結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的指令應(yīng)適用于大多數(shù)PLC機型，具有通用性。
由于各種PLC機型的編程元件代號及其編號不盡相同，為便于闡述，本文約定：所有梯形圖中的輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器（又稱內(nèi)部繼電器）的代號分別為：X、Y、M。設(shè)計中所用到的某些功能指令，如置位指令約定為S×，復(fù)位指令為R×；移位指指令為SR×。其中的“×”表示編程元件的編號，用十進制數(shù)表示。用這些方法設(shè)計實際的控制系統(tǒng)時，應(yīng)將編程元件代號和編號變換成所選用的PLC機型對應(yīng)的代號和編號。
圖1 順序控制流程
下面分別介紹各種設(shè)計方法。其中，前3種方法的設(shè)計依據(jù)都是圖1所示的順序控制流程。圖中，步1的轉(zhuǎn)步主令信號X0為連接啟動按鈕的輸入繼電器（為簡明起見，后述的轉(zhuǎn)步主令信號均省去“輸入繼電器”幾個字，只提輸入信號），X1為原位開關(guān)信號，X2、X3、X4分別為步2、3、4的轉(zhuǎn)步主令開關(guān)信號。M1～M5分別為各步的受控輔助繼電器。Y1～Y4分別為各步受控的輸出繼電器。
一、逐步得電同步失電型步進順序控制系統(tǒng)設(shè)計法
如圖2所示，這種設(shè)計方法是根據(jù)“與”、“或”、“非”的基本邏輯關(guān)系，設(shè)計成串聯(lián)、并聯(lián)或串、并聯(lián)復(fù)合的電路結(jié)構(gòu)。
圖2 逐步得電同步失電步進順控梯形圖
1．步進階梯的設(shè)計步進階梯的結(jié)構(gòu)
如圖2a所示。步1的M1得電條件是受控機械原位開關(guān)X1處于壓合狀態(tài)（若受控機械有多個執(zhí)行機構(gòu)，則要求每個執(zhí)行機構(gòu)的原位開關(guān)均處于壓合狀態(tài)），滿足原位條件后按起動按鈕X0才能得電。M1得電后自鎖，并為步2提供步進條件信號（M1的常開觸點）。步1的執(zhí)行動作完成時觸發(fā)的行程開關(guān)信號X2作為步2的轉(zhuǎn)步條件信號。步2的M2的輸入滿足其步進條件和轉(zhuǎn)步條件后得電自鎖，并為步3提供步進條件信號。按此規(guī)律即可實現(xiàn)后續(xù)每一工作步輔助繼電器的得電和自鎖。停止步M5的步進條件信號和轉(zhuǎn)步條件信號分別為：最后一個工作步M4發(fā)出的步進條件信號（M4的常開觸點）和該步動作完成時所觸發(fā)的轉(zhuǎn)步信號X1。由于M5的得電信號令控制系統(tǒng)失電，所以M5的回路不自鎖，而且要將其常閉觸點串聯(lián)在步1回路的最左端。從步2起后續(xù)各個步的回路構(gòu)成分支回路。一旦M5得電便使整個系統(tǒng)失電。如不用分支回路的結(jié)構(gòu)，也可采用圖3所示的回路。即把M5常閉觸點分別串聯(lián)在每步輔助繼電器的回路上。應(yīng)該注意的是：無論工作步還是停止步，如果某步的轉(zhuǎn)步主令信號有多個，則應(yīng)將多個轉(zhuǎn)步主令信號互相串聯(lián)。
圖3 逐步得電同步失電梯形圖
2．輸出階梯的設(shè)計輸出階梯
如圖2b所示。其設(shè)計方法是：（1）在控制流程圖中，找出某輸出繼電器M在哪一步開始得電和在哪一步開始失電，以此確定其得電信號（步進階梯中使M開始得電的輔助繼電器常開觸點）和失電信號（步進階梯中使M開始失電的輔助繼電器常閉觸點）；（2）將得電信號、失電信號和受控輸出繼電器線圈串聯(lián)。如果某個輸出繼電器在一個工作循環(huán)中多次得電失電，則將每次得失電的串聯(lián)信號互相并聯(lián)即可。例如，圖1中輸出繼電器Y1要求在步1和步3得電，在其余步失電。在圖2b畫其控制回路時，將圖1所示的第一次得電信號M1和第一次失電信號M2串聯(lián)，第二次得電信號M4和第二次失電信號串聯(lián)，然后將二者并聯(lián)起來，再與Y1的線圈串聯(lián)便構(gòu)成Y1的控制回路。其余依此類推。
二、逐步得電逐步失電型步進順序控制系統(tǒng)設(shè)計法
1．步進階梯設(shè)計
按圖1所示的控制流程，采用逐步得電逐步失電型順序控制系統(tǒng)設(shè)計法設(shè)計的步進階梯如圖4a所示，其電路結(jié)構(gòu)與圖3的不同點之一是每步的失電由下一步輔助繼電器的常閉接點控制；之二是步1回路必須串聯(lián)步2至最后工作步4的輔助繼電器常閉觸點。以防電路工作時，因誤操作再次起動而導(dǎo)致控制順序錯亂。其余的電路結(jié)與圖3相同。
2．輸出階梯設(shè)計輸出階梯如圖4b所示，輸出繼電器的控制回路根據(jù)控制流程直觀確定。例如，輸出繼電器Y1要求在步1、3得電，則將步1、3的輔助繼電器M1、M3的常開觸點并聯(lián)，再與Y1的線圈串聯(lián)即可。其余輸出繼電器的控制回路構(gòu)成方法與此相同。
圖4 逐步得電逐步失電型順控系統(tǒng)梯形圖
三、置位/復(fù)位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計法
1．步進階梯設(shè)計圖5a為用置位/復(fù)位指令設(shè)計的順序控制系統(tǒng)步進階梯。其設(shè)計依據(jù)也是圖1所示的控制流程。該步進階梯結(jié)構(gòu)的特點是每步的輔助繼電器都有一個置位線圈和一個復(fù)位線圈，二者編號相同。步1利用置位指令S使輔助繼電器M1置位（即M1線圈得電后內(nèi)部自鎖），建立步1程序，并為步2提供步進條件信號。當步2的轉(zhuǎn)步主令信號發(fā)出（X2閉合），指令S使M2置位，建立步2程序，同時復(fù)位指令R使M1復(fù)位，撤銷步1程序。同理可畫出后續(xù)各步繼電器置位/復(fù)位梯形圖。當最后一步完成并回到原位（X1閉合）時，指令R使M4復(fù)位，系統(tǒng)的工作循環(huán)結(jié)束。
2．輸出階梯設(shè)計圖5b為輸出階梯結(jié)構(gòu)，與圖4b完全相同，不再贅述。
圖5 置位/復(fù)位指令型順序控制電路
四、移位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計
1．步進階梯設(shè)計設(shè)計依據(jù)如圖6所示。圖7a為按圖6所示要求采用移位指令設(shè)計法設(shè)計的順序控制系統(tǒng)步進階梯，這種步進階梯由一個8位移位寄存器（由移位指令定義輔助繼電器M20～M27而成）作為控制元件。該移位寄存器中的IN為移位數(shù)據(jù)輸入端，CP為移位脈沖輸入端，R為復(fù)位端。這三個輸入端的輸入信號均為脈沖上升沿有效。對順序控制系統(tǒng)來說，輸入IN的信號必須是一個單脈沖信號，即移位數(shù)據(jù)為“1”。起動步1時，IN和CP同時輸入按鈕信號X0的脈沖上升沿后，在IN端生成的移位數(shù)據(jù)“1”便移入移位寄存器的M20位，此時該位有輸出（即輸出M20的常開觸點閉合信號），建立步1程序，并為步2提供步進條件信號；M20的常閉觸點即時斷開IN輸入端和CP的步1輸入端，完成數(shù)據(jù)“1”輸入和移位脈沖輸入。從步2起，本步的轉(zhuǎn)步主令信號一發(fā)出（X2接通），便輸入一個移位脈沖上升沿，使原來移入M20位的數(shù)據(jù)“1”移入M21位，建立步2程序，并為步3提供步進條件信號。移位后，M20位的狀態(tài)變?yōu)?，即其相應(yīng)的步1被撤銷，輸出為0。依此類推便可實現(xiàn)整個步進階梯逐步得電和逐步失電。最后一步完成并回到原位（X1接通）時，接通移位寄存器的復(fù)位端R，使移位寄存器復(fù)位清零，整個控制系統(tǒng)失電停止。
圖6 移位順序控制流程圖
圖7 移位指令型順序控制電路
設(shè)計這種步進階梯時要注意以下問題：（1）在一個自動工作循環(huán)內(nèi)，移位寄存器的移位數(shù)據(jù)輸入端IN只允許起動時輸入一個單脈沖信號。也就是說起動時只能輸入移位數(shù)據(jù)“1”。步進階梯的工作原理就是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)“1”，在移位寄存器中逐步向高位移位來實現(xiàn)逐步得電和逐步失電。所以輸入端IN要串聯(lián)每個移位輸出位的常閉觸點；（2）移位寄存器對移位脈沖輸入端開關(guān)的抖動非常敏感。若開關(guān)抖動一次，相當于多輸入了一個移位脈沖，移位數(shù)據(jù)“1”隨之多移了一位。由于接點式開關(guān)被觸發(fā)時難免產(chǎn)生抖動。為消除這種影響，在移位脈沖輸入端的步1輸入回路，必須串聯(lián)移位寄存器0位（本例為M20）的常閉觸點，一旦移位數(shù)據(jù)移入M20位，便斷開步1的輸入回路；而從步2開始，每步的輸入回路也要串聯(lián)上一位的常開觸點。例如步2的輸入回路要串聯(lián)上一位M20的常開觸點。這樣，當移位到步2轉(zhuǎn)步主令信號對應(yīng)的M21位時，便立即斷開步2的輸入回路。采用這樣的移位脈沖輸入回路結(jié)構(gòu)，可確保每步的轉(zhuǎn)步輸入信號持續(xù)時間只有PLC的一個掃描周期（一般只有幾Mｓ），因開關(guān)的抖動時間遠大于PLC的一個掃描周期。所以可有效地消除開關(guān)抖動的影響。
2．輸出階梯設(shè)計圖7b為輸出階梯，其結(jié)構(gòu)與圖4b相同，只是輔助繼電器編號不同而已。
結(jié)束語
上述4種PLC順序控制系統(tǒng)設(shè)計方法的共同特點是：
（1）由輸入繼電器控制輔助繼電器（包括由置位/復(fù)位指令和移位指令定義的輔助繼電器），按此構(gòu)成步進階梯；
（2）由輔助繼電器控制輸出繼電器，以此構(gòu)成輸出階梯；
（3）無論步進階梯還是輸出階梯，都是很有規(guī)律的回路結(jié)構(gòu)。不管要設(shè)計的順序控制系統(tǒng)有多少步，也不管其輸入輸出點數(shù)有多少，只要弄清各種設(shè)計方法所設(shè)計的步進階梯和輸出階梯的回路結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，根據(jù)設(shè)計依據(jù)，套用其中任一種設(shè)計方法的回路結(jié)構(gòu)，就能快速地一次成功設(shè)計出較復(fù)雜的PLC順序控制系統(tǒng)。
基于運料小車自動往返順序控制的PLC程序
2008-9-9 19:39:00 來源： 網(wǎng)友評論 0條 點擊查看
摘要：本文基于運料小車自動往返順序控制的PLC程序設(shè)計，提出五種PLC程序設(shè)計方法，對各種設(shè)計方法的思路和特點，作了全面的闡述和歸納總結(jié)，并對它們進行了比較。
關(guān)鍵詞：PLC，順序控制，順序功能圖， 梯形圖，指令。
1 引言
在自動化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機械的工作臺需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動往返運動，并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留，以滿足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程序?qū)崿F(xiàn)運料小車自動往返順序控制，不僅具有程序設(shè)計簡易、方便、可靠性高等特點，而且程序設(shè)計方法多樣，便于不同層次設(shè)計人員的理解和掌握。本文以松下電工FP0系列PLC為例，提出基于運料小車自動往返順序控制的五種PLC程序設(shè)計方法。
2 系統(tǒng)控制要求[1]
運料小車自動往返順序控制系統(tǒng)示意圖，如圖1所示，小車在啟動前位于原位A處，一個工作周期的流程控制要求如下：
1）按下啟動按鈕SB1，小車從原位A裝料，10秒后小車前進駛向1號位，到達1號位后停8秒卸料并后退；
2）小車后退到原位A繼續(xù)裝料，10秒后小車第二次前進駛向2號位，到達2號位后停8秒卸料并再次后退返回原位A，然后開始下一輪循環(huán)工作；
3）若按下停止按鈕SB2，需完成一個工作周期后才停止工作。 圖3運料小車自動往返順序控制系統(tǒng)順序功能圖
4．1 經(jīng)驗設(shè)計法[3]
經(jīng)驗設(shè)計法是根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求和生產(chǎn)過程，在典型單元程序的基礎(chǔ)上，做一定的修改和完善。使用經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計的梯形圖程序，如圖4所示。根據(jù)系統(tǒng)控制要求小車在原位A（X2）處裝料，在1號位（X3）和2號位（X4）兩處輪流卸料。小車在一個工作循環(huán)中有兩次前進都要碰到X3，第一次碰到它時停下卸料，第二次碰到它時要繼續(xù)前進，因此應(yīng)設(shè)置一個具有記憶功能的內(nèi)部繼電器R1，區(qū)分是第一次還是第二次碰到X3。小車在第一次碰到X3和碰到X4時都應(yīng)停止前進，所以將它們的常閉觸點與Y2的線圈串聯(lián)，同時，X3的常閉觸點并聯(lián)了內(nèi)部繼電器R1的常開觸點，使X3停止前進的作用受到R1的約束，R1的作用是記憶X3是第幾次被碰到，它只在小車第二次前進經(jīng)過X3時起作用。它的起動條件和停止條件分別是小車碰到X3和X4，當小車第一次前進經(jīng)過X3時，R1的線圈接通，使R1的常開觸點將Y2控制電路中X3的常閉觸點短接，因此小車第二次經(jīng)過X3時不會停止前進，直至到達X4時，R1才復(fù)位。此外，將R1的另一對常開觸點與X0并聯(lián)，為第二次驅(qū)動Y0裝料做準備。
圖5 置位/復(fù)位指令設(shè)計的梯形圖
4．2 置位/復(fù)位指令設(shè)計法
使用置位/復(fù)位指令設(shè)計的梯形圖程序，如圖5所示。在程序中，每個過程對應(yīng)一個內(nèi)部繼電器，用前級步對應(yīng)的內(nèi)部繼電器的常開觸點與轉(zhuǎn)換條件對應(yīng)的觸點串聯(lián)，作為后續(xù)步對應(yīng)的內(nèi)部繼電器置位的條件，用后續(xù)步所對應(yīng)的內(nèi)部繼電器的常開觸點，作為有前級步對應(yīng)的內(nèi)部繼電器復(fù)位的條件。如小車在原位A處，按下SB1，X0接通，R1置位驅(qū)動Y0，開始裝料并定時，用R1的常開觸點與T0的常開觸點串聯(lián)作為R2的置位條件，用R2的常開觸點作為R1的復(fù)位條件，當定時時間一到，R2置位驅(qū)動Y1，小車前進，R1復(fù)位。為使系統(tǒng)能周期性循環(huán)工作，用R8（R8置位驅(qū)動Y3，小車后退）和R0的常開觸點串聯(lián)，與X0并聯(lián)作為R1再次置位的條件。對簡單順序控制系統(tǒng)也可直接對輸出繼電器置位或復(fù)位。該方法無需再增加內(nèi)部繼電器來記憶小車經(jīng)過X3的次數(shù)，邏輯順序轉(zhuǎn)換關(guān)系十分明確，對于初學(xué)者編程時，更加容易理解和掌握。
4．3 保持指令設(shè)計法
使用保持指令設(shè)計的梯形圖程序，如圖6所示，該編程技術(shù)與以置位/復(fù)位指令的編程技術(shù)基本類似。不同之處是：保持指令的置位控制端不能有多個觸點并聯(lián)輸入，因此增加了一個內(nèi)部繼電器R9，初始啟動或循環(huán)工作時，R9置位，從而使R1置位；另外，使用保持指令所編制的程序步數(shù)要比置位/復(fù)位指令所編制的程序步數(shù)要少得多，占用的內(nèi)在大為減少。
SR左移位寄存器指令的功能只能為內(nèi)部繼電器WR的16位數(shù)據(jù)左移1位。該指令主要是對數(shù)據(jù)輸入，移位脈沖輸入，復(fù)位輸入信號的處理。數(shù)據(jù)在移位脈沖輸入的上升沿逐位向高位移位一次，最高位溢出，當復(fù)位信號輸入到來時，寄存器的所有內(nèi)容清零[4]。
使用SR左移位寄存器指令設(shè)計的梯形圖，如圖7所示，SR指令的數(shù)據(jù)輸入控制端為R1的常開觸點，移位脈沖輸入控制端為R2的常開觸點，復(fù)位信號輸入控制端由X2、R37（R37置位驅(qū)動Y3，小車后退）的常開觸點和R0的常閉觸點串聯(lián)組成。起初在原位A處，由于WR3的所有位均為0，R1置位，當X0接通，R0置位，R2接通一個周期，1被移入末位，R30置位驅(qū)動Y0，開始裝料并定時，同時R1復(fù)位；當定時時間一到，R2再接通一個周期，R31置位驅(qū)動Y1，小車后退；只要R2得到信號一次，就把內(nèi)部寄存器內(nèi)WR3中各位的數(shù)據(jù)依次向左移位一次，使R30至R37依次得電，系統(tǒng)以此按順序工作，直至完成一個周期，R1重新置位，系統(tǒng)開始下一輪周期的工作。
當X1接通時，R0復(fù)位，，系統(tǒng)完成本周期的工作后，WR3的所有內(nèi)容清零，系統(tǒng)停止工作。
該方法設(shè)計的梯形圖看起來簡潔，設(shè)計的效率也得到進一步的提高，容易被初學(xué)者理解和接受。這種設(shè)計方法不僅可以用于送料小車自動往返順序控制電路中，在彩燈順序控制電路中的應(yīng)用也十分廣泛。
4．5 步進指令設(shè)計法
步進指令是專門為順序控制設(shè)計提供的指令，步進指令按嚴格的順序分別執(zhí)行各個程序段，每個步進程序段都是相對獨立的，只有執(zhí)行完前一段程序后，下一段程序才能被激活。在執(zhí)行下一段程序之前，PLC要將此前步進過程復(fù)位，為下一段程序的執(zhí)行做準備。在各段程序中所用的輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器等都不允許出現(xiàn)相同編號，否則按出錯處理。
使用步進指令設(shè)計的梯形圖程序，如圖8所示，
X0與X2串聯(lián)作為啟動步進信號，X2與R0常閉觸點串聯(lián)作為步進結(jié)束信號，X2與R0常開觸點串聯(lián)作為周期性循環(huán)工作步進啟動信號，T0、X3、T1、X2、T0、X4、T1分別作為過程0～過程7之間的轉(zhuǎn)換控制信號。
圖8 步進指令設(shè)計的梯形圖
這種編程技術(shù)很容易被初學(xué)者接受和掌握，對于有經(jīng)驗的工程師，也會提高設(shè)計效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很容易，使用方便，在順序控制設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先考慮，該法在工業(yè)自動化控制中應(yīng)用較多。
5 結(jié)束語
本文提出基于運料小車自動往返順序控制系統(tǒng)的五種PLC程序設(shè)計方法各有特點，在實際應(yīng)用中，可根據(jù)實際情況選擇一種來設(shè)計程序，以適應(yīng)不同場合的控制要求。實踐表明，這些程序設(shè)計方法很容易被設(shè)計者接受和掌握，用它們可以得心應(yīng)手地設(shè)計出任意復(fù)雜的順序控制程序，從而提高設(shè)計的效率和縮短生產(chǎn)周期。
課題十二PLC順序控制系統(tǒng)程序設(shè)計
•教學(xué)目標
1．學(xué)會繪制功能圖的方法。
2．熟悉功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖的方法。
3．掌握順序控制系統(tǒng)程序設(shè)計原則。
4．掌握系統(tǒng)程序調(diào)試的一般規(guī)律。
•課題重點
1．如何繪制功能圖
2．功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖原則。
•難點釋疑
功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖方法。
•教學(xué)內(nèi)容
一、何謂功能圖（系統(tǒng)狀態(tài)）設(shè)計法
系統(tǒng)程序設(shè)計一般有兩種思路：一是針對某一具體對象（輸出）來考慮（就像我們前面所用到的方法），另一種就是本課題所要介紹的功能圖設(shè)計法。它把整個系統(tǒng)分成幾個時間段，在這段時間里可以有一個輸出，也可有多個輸出，但他們各自狀態(tài)不變。一旦有一個變化，系統(tǒng)即轉(zhuǎn)入下一個狀態(tài)。給每一個時間段設(shè)定一個狀態(tài)器，利用這些狀態(tài)器的組合控制輸出。
例如前面介紹的工作臺自動往復(fù)控制系統(tǒng)，我們可以畫出它的狀態(tài)圖：
二、狀態(tài)轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)
狀態(tài)轉(zhuǎn)移的實現(xiàn)，必須滿足兩個方面：
一是轉(zhuǎn)移條件必須成立，二是前一步當前正在進行。
二者缺一不可，否則程序的執(zhí)行在某些情況下就會混亂。
三、畫功能圖一般步驟
（1）分析控制要求和工藝流程，確定功能圖
結(jié)構(gòu)（復(fù)雜系統(tǒng)需要）。
（2）工藝流程分解若干步，每一步表示一穩(wěn)定狀態(tài)。
（3）確定步與步之間轉(zhuǎn)移條件及其關(guān)系。
（4）確定初始狀態(tài)。（可用輸出或狀態(tài)器）
（5）解決循環(huán)及正常停車問題。
（6）急停信號的處理。
例1．兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)。（組態(tài)模擬畫面演示）
要求：有兩種液體A、B需要在容器中混合成液體C待用，初始時容器是空的，所有輸出均失效。按下啟動信號，閥門X1打開，注入液體A；到達I時，X1關(guān)閉，閥門X2打開，注入液體B；到達H時，X2關(guān)閉，打開加熱器R；當溫度傳感器達到60℃時，關(guān)閉R，打開閥門X3，釋放液體C；當最低位液位傳感器L=0時，關(guān)閉X3進入下一個循環(huán)。按下停車按鈕,要求停在初始狀態(tài)。
啟動信號X0，停車信號X1，H（X2），I（X3），L（X4），溫度傳感器X5，閥門X1（Y0），閥門X2（Y1），加熱器R（Y2），閥門X3（Y3）
畫出該系統(tǒng)的功能圖。
練習(xí)1 氣壓成型機控制
要求：開始時，沖頭處在最高位置（XK1閉合）。按下啟動按鈕，電磁閥1DT得電，沖頭向下運動，觸到行程開關(guān)XK2時，1DT失電，加工5秒時間。5秒后，電磁閥2DT得電，沖頭向上運動，直到觸到行程開關(guān)XK1時，沖頭停止。按下停車按鈕，要求立即停車。
啟動信號X0，停車信號X1，XK1（X2），XK2（X3），1DT（Y0），2DT（Y1）。
畫出該系統(tǒng)的功能圖。
四、功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖
（1）給出輸入信號與輸出信號地址分配。
（2）除了初始步除外，每一步用一個輔助繼電器來表示步狀態(tài)。
QA：該步前的轉(zhuǎn)移條件
TA：該步后的轉(zhuǎn)移條件
J：該步的輔助繼電器
Y：該步對應(yīng)輸出繼電器
（3）為確保嚴格順序執(zhí)行，啟動條件變成：QA•Ji-1
（4）除最后一步外，每一步采用下一步輔助繼電器Ji+1作為本步的關(guān)斷條件。
（5）每步輸出用對應(yīng)步輔助繼電器表示。
（6）連續(xù)啟動信號用最后一步的啟動信號與上停止相關(guān)信號。
（7）急停信號作為每一步狀態(tài)器停止信號。
例2．兩種液體混合裝置控制系統(tǒng)。
根據(jù)例1畫出的功能圖，將其轉(zhuǎn)換成梯形圖，并上機調(diào)試。
（1）給出輸入信號與輸出信號地址分配
輸入：
啟動信號：X0 停止信號：X1 急停信號：X2 H：X3 I：X4 L：X5 溫度傳感器：X6
輸出：
閥A：Y0 閥B：Y1 閥C：Y3 加熱器：Y2
步狀態(tài)器：
第二步：R0 第三步：R1 第四步：R2 第五步：R3
（2）根據(jù)功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖。
（3）上機調(diào)試程序
練習(xí)2 氣壓成型機控制
將上練習(xí)1轉(zhuǎn)換成梯形圖，并上機調(diào)試。
例3．設(shè)計噴泉電路。（主要解決步狀態(tài)器后帶多輸出情況）
要求：噴泉有A、B、C三組噴頭。啟動后，A組先噴5秒，后B、C同時噴，5秒后B停，再5秒C停，而A、B又噴，再2秒，C也噴，持續(xù)5秒后全部停，再3秒重復(fù)上述過程。
（1）給出I/O地址
輸入：啟動：X0 停止：X1 急停：X2
輸出：A組：Y0 B組：Y1 C組：Y2
輔助繼電器：2步：R0 3步：R1 4步：R2 5步：R3 6步：R4 7步：R5
（2）畫出功能圖如下：
（3）轉(zhuǎn)換成梯形圖
（4）上機調(diào)試
練習(xí)3 設(shè)計鉆床主軸多次進給控制。（學(xué)生自行練習(xí)）
要求：該機床進給由液壓驅(qū)動。電磁閥DT1得電主軸前進，失電后退。同時，還用電磁閥DT2控制前進及后退速度，得電快速，失電慢速。其工作過程為：
啟動信號X0，急停信號X1，XK1（X2），
XK2（X3），XK3（X4），XK4（X5），
DT1（Y0），DT2（Y1）
五、利用移位寄存器進行程序設(shè)計
（1）初始數(shù)據(jù)一般用F0指令送入，這樣數(shù)據(jù)端用R9011即可。
（2）移位脈沖端用各步狀態(tài)器的啟動信號。
（3）復(fù)位端用急停。
例4 十字路口交通燈控制系統(tǒng)（用移位寄存器指令實現(xiàn)）
要求：按下啟動按鈕，按照下列要求實現(xiàn)控制：東西方向紅燈亮，同時，南北方向綠燈亮7秒，隨后南北方向綠燈閃爍3秒，之后南北方向黃燈亮2秒；緊接著南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮7秒，隨后東西方向綠燈閃爍3秒，之后東西方向黃燈亮2秒，實現(xiàn)一個循環(huán)。如此循環(huán)，實現(xiàn)交通燈的控制。按下停止按鈕，交通燈立即停止工作。．
（1）畫出功能圖（學(xué)生自己分析）
（2）給出I/O地址
（3）轉(zhuǎn)換成梯形圖
（4）上機調(diào)試
練習(xí)4 三自由度機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計（用移位寄存器指令實現(xiàn)）
控制要求：
1） 1） 在初始位置（上、左、松限位開關(guān)確定）處，按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作。
2） 2） 機械手首先向下運動，運動到最低位置停止。
3） 3） 機械手開始夾緊工件，一直到把工件夾緊為止（由定時器控制）。
4） 4） 機械手開始向上運動，一直運動到最上端（由上限位開關(guān)確定）。
5） 5） 上限位開關(guān)閉合后，機械手開始向右運動。
6） 6） 運行到右端后，機械手開始向下運動。
7） 7） 向下到位后，機械手把工件松開，一直到松限位開關(guān)有效（由松限位開關(guān)控制）。
8） 8） 工件松開后，機械手開始向上運動，直至觸動上限位開關(guān)（上限位開關(guān)控制）。
9） 9） 到達最上端后，機械手開始向左運動，直到觸動左限位開關(guān)，此時機械手已回到初始位置。
10） 10） 要求實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)工作。
11） 11） 正常停車時，要求機械手回到初始位置時才能停車。
12） 12） 按下急停按鈕時，系統(tǒng)立即停止。
（1）畫出功能圖（學(xué)生自己分析）
（2）給出I/O地址
（3）轉(zhuǎn)換成梯形圖
（4）上機調(diào)試
•課題小結(jié)
1．繪制功能圖一般方法
2．功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖原則
3．系統(tǒng)程序設(shè)計注意事項
（1）初始狀態(tài)描述。
（2）連續(xù)啟動信號設(shè)計。
（3）停止信號處理。
（4）狀態(tài)器啟動信號設(shè)計。
（5）輸出信號邏輯關(guān)系的實現(xiàn)。
4．如何利用SRWR、F0等指令設(shè)計程序。
•課后作業(yè)（上機練習(xí)）
自動鉆床控制系統(tǒng)
控制要求
1） 1） 按下啟動按鈕，系統(tǒng)進入啟動狀態(tài)。
2） 2） 當光電傳感器檢測到有工件時，工作臺開始旋轉(zhuǎn)，此時由計數(shù)器控制其旋轉(zhuǎn)角度（計數(shù)器計滿2個數(shù)）。
3） 3） 工作臺旋轉(zhuǎn)到位后，夾緊裝置開始夾工件，一直到夾緊限位開關(guān)閉合為止。
4） 4） 工件夾緊后，主軸電機開始向下運動，一直運動到工作位置（由下限位開關(guān)控制）。
5） 5） 主軸電機到位后，開始進行加工，此時用定時5秒來描述。
6） 6） 5秒后，主軸電機回退，夾緊電機后退（分別由后限位開關(guān)和上限位開關(guān)來控制）。
7） 7） 接著工作臺繼續(xù)旋轉(zhuǎn)由計數(shù)器控制其旋轉(zhuǎn)角度（計數(shù)器計滿2個）。
8） 8） 旋轉(zhuǎn)電機到位后，開始卸工件，由計數(shù)器控制（計數(shù)器計滿5個）。
9） 9） 卸工件裝置回到初始位置。
10） 10） 如再有工件到來，實現(xiàn)上述過程。
11） 11） 按下停車按鈕，系統(tǒng)立即停車。
（1）畫出功能圖（學(xué)生自己分析）
（2）給出I/O地址
（3）轉(zhuǎn)換成梯形圖
（4）上機調(diào)試
要求以課題大作業(yè)形式完成程序設(shè)計、程序調(diào)試并有書面報告。
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