毕业设计（论文）-基于西门子S7-200的PLC全自动洗衣机控制系统设计.doc

一、 摘要随着社会的发展工业化的加速，出现了洗衣机，再就是自动化洗衣机。无论是波轮式洗衣机也好，还是滚筒式洗衣机也好，都朝着智能化、水流方式多样化、洗衣方式创新化、设计更趋人性化四大特征方向发展。传统的电气控制已经不能满足现状的要求了。使智能化的控制取代了传统的工业控制。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁阀离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测。启动按钮用来启动洗衣机工作。随着先进科学技术的发展，应用于洗衣机上的技术越来越成熟，洗衣机的发展也越来越快，将来的洗衣机也将越来越智能化。本次设计主要采用PLC的控制技术来设计全自动洗衣机控制系统，跟传统的洗衣机相比更具有智能，实时监控，人性化的功能。本次设计通过顺序功能图展示了控制过程，通过设计梯形图实现了自动控制，并且经过反复的设计和修改之后体现了全自动洗衣机的洗衣过程和控制原理。关键字：PLC S7-200，顺序功能图，梯形图，自动控制SummaryWith the acceleration of industrialization and the development of society, the emergence of washing machines, and later automated washing machine. Whether it is loading washing machine or just the drum type washing machine, it is all towards intelligent, water forms, and laundry of innovation, design more user-friendly features of the four directions. Conventional electrical control can no longer meet the requirements of the status quo. Make intelligent control to replace the traditional industrial control.Washing machine water and drainage, respectively, by the inlet valve and drain valve control. Water, the control system so that water solenoid valve is opened, the water injected into the outer barrel; drainage, the drain solenoid valve is opened, the water discharged from the barrel outside the machine. Washed and dehydrated by the same motor drag through the solenoid valve to control the clutch, the power to the pulsator washing or drying drum (inside the barrel). Electromagnetic clutch loss of electricity, motor driven pulsator washing to achieve positive, reverse, for washing; electromagnetic clutch is energized, the motor within the barrel to drive one-way rotation for drying (this time not to switch the pulsator). Water level by low water level switch for testing. The start button to start the washing machines work.With the development of advanced science and technology, used in washing machine on the technology matures, more and more rapid development of washing machines, washing machines will also be more intelligent.The design mainly uses the PLC control technology to design the control system automatic washing machine, washing machine, compared with more traditional intelligence, real-time monitoring, user-friendly features. The design shows through the sequential function chart, the control process by designing a ladder to achieve automatic control, and after repeated changes of design and reflects the automatic washing machine after the laundry process and control theory.Keywords: PLC S7-200, Sequential Function Chart, Trapezoidal Chart, AutomaticControl 目录一、摘要1二、PLC概述32.1PLC的基本概念32.2PLC的基本结构32.3PLC的特点与应用领域4三、PLC的硬件与工作原理53.1PLC的分类53.2PLC的硬件7四、PLC程序设计基础104.1PLC程序设计基本步骤104.2程序设计技巧10五、数字量控制系统梯形图程序设计方法105.1 PLC的经验设计法105.2 根据继电器电路设计梯形图的方法125.3 顺序控制设计法与顺序功能图13六、顺序控制梯形图的设计方法186.1 使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法186.2 以转换条件为中心的顺序控制梯形图的设计方法196.3 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法20七、设计全自动洗衣机控制系统207.1 全自动洗衣机控制原理207.2 全自动洗衣机顺序功能图217.3 全自动洗衣机梯形图237.4 I/O接口分配图24八、全自动洗衣机控制系统设计总结24九、致谢24十、参考文献25二、 PLC概述2.1 PLC的基本概念现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有较高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（Programmable Logic Controller, PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC的应用面广，功能强大、使用方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域的应用也得到了迅速的发展。PLC仍然处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。PLC应用面之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。2.2 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：1. 电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。2. 中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。3. 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4. 输入输出接口电路 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。5. 功能模块如计数、定位等功能模块。6. 通信模块如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。图一 PLC控制系统示意图2.3 PLC的特点与应用领域1. PLC的特点 编程方法简单易学。 功能强，性能价格比高。 硬件配置齐全，用户使用方便，适应性强。 可靠性高，抗干扰能力强。 系统的设计、安装、调试工作量少。 维修工作量小，维修方便。 体积小，功耗低。2. PLC的应用领域 数字量逻辑控制。这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 运动控制。PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 闭环过程控制。闭环过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 数据处理。现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 通信联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。三、 PLC的硬件与工作原理3.1 PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行分类。1. 按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。 整体式PLC：整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 模块式PLC：模块式PLC是将PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。图二 整体式PLC外形图图三 模块式PLC2. 按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。 低档PLC：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 中档PLC：除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。 高档PLC：除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3. 按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。 小型PLC：I/O点数 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量816K。3.2 PLC的硬件3.2.1 PLC的物理结构如图四所示，S7200 CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC。图四 S7200 CPU模块的外形图3.2.2 CPU模块中的存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。PLC使用以下几种物理存储器： 随机存取存储器（RAM） 只读存储器（ROM） 可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）3.2.3 I/O模块表一 I/O模块电路图和工作原理电路图工作原理输入模块当外接触点接通时，光耦合器中两个反并联的发光二极管中的一个亮，光敏三极管饱和导通；外接触点断开时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经内部电路传送给CPU模块。输出模块供电后继电器线圈产生磁场，常开触点闭合形成控制。3.2.4 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。图五 PLC工作原理PLC有两种操作模式，即RUN(运行)模式与STOP（停止）模式。在CPU模块的面板上用“RUN”和“STOP”LED显示当前的操作模式。在RUN模式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。在STOP模式，CPU不执行用户程序，可以用编程软件创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC。图六 扫描过程3.2.5 S7200系列PLCS7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性。 极丰富的指令集。 易于掌握。 便捷的操作。 丰富的内置集成功能。 实时特性。 强劲的通讯能力。 丰富的扩展模块。四、 PLC程序设计基础4.1 PLC程序设计基本步骤 根据控制要求，确定控制的操作方式（手动、自动、连续、单步等），应完成的动作（动作的顺序和动作条件），以及必须的保护和联锁；还要确定所有的控制参数，如转步时间、计数长度、模拟量的精度等。 根据生产设备现场的需要，把所有的按钮、限位开关、接触器、指示灯等配置按照输入、输出分类；每一类型设备按顺序分配输入/输出地址，列出PLC的I/O地址分配表。每一个输入信号占用一个输入地址，每一个输出地址驱动一个外部负载。 对于较复杂的控制系统，应先绘制出控制流程图，参照流程图进行程序设计。可以用梯形图语言，也可以用助记符语言。 对程序进行模拟调试、修改，直至满意为止。调试时可采用分段调试，并利用计算机或编程器进行监控。 程序设计完成后，应进行在线统调。开始时先带上输出设备（如接触器、信号指示灯等），不带负载进行调试。调试正常后，再带上负载运行。全部调试完毕，交付试运行。如果运行正常，可将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。4.2 程序设计技巧 梯形图应体现“左重右轻”、“上重下轻”的原则。 尽量避免出现分支点梯形图。 将多层控制转化为多分支控制。五、 数字量控制系统梯形图程序设计方法5.1 PLC的经验设计法数字量控制系统又称为开关量控制系统，继电器控制系统就是典型的数字量控制系统。这种控制系统的电路设计采用传统的经验设计法。 经验设计法：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。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个满意的结果。 本质：实际上是试图用输入信号X直接控制输出信号Y，如果无法控制或为了解决记忆、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点，由于各系统输出量Y与输入量X之间的关系和对联锁、互锁的要求千变万化，不可能找出一种简单通用的设计方法。 特点：设计方法没有普遍规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计质量与设计者的经验有很大关系，设计出的程序可读性差，可维护性差。 适用场合：可用于较简单的梯形图程序和随机控制系统程序设计。5.1.1 有记忆功能的电路（起保停电路）图七 起保停电路5.1.2 定时器应用电路定时器延时接通/延时断开电路入下图所示：图八 定时器延时接通/延时断开电路5.1.3 常闭触点输入信号的处理在设计梯形图时就要考虑对常闭触点输入信号的处理，设计思路就不能够按照常规思路来进行，需要考虑对这些常闭输入触点的状态进行调整，才能得到正确的梯形图程序结构，给电路的分析带来不便。为了使梯形图和继电器电路图中触点的类型相同，建议尽可能地使用常开触点作为PLC的输入信号。如果某些信号用常闭触点输入，可以按输入全部为常开触点来设计梯形图。然后将梯形图中外接常闭触点的输入位的触点改为相反的触点，即常开触点改为常闭触点，常闭触点改为常开触点。 图九 常闭触点输入信号的处理5.2 根据继电器电路设计梯形图的方法PLC中的梯形图语言与继电器控制电路图极为相似，可以根据继电器电路图来设计梯形图程序，从而用PLC改造继电器控制系统。由于原有的继电器控制系统经过长期的使用和考验，已经证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图程序来实现继电器系统的功能。且这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。5.2.1 系统改造的基本方法将PLC看成是继电器控制系统中的控制柜，原继电器控制系统中控制柜的输入、输出信号即看成是PLC的I/O信号，柜内的中间继电器、时间继电器、计数器等物理元器件即看成是PLC内部的编程元件。在此基础上即可对继电器控制电路进行梯形图程序的改造。将继电器电路转换成功能相同的PLC外部接线图和梯形图的步骤为：1）了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，做到在设计和调试控制系统时心中有数。2） 确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它对应的梯形图中的I/O地址，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位存储器（M）和定时器(T)地址，建立继电器电路中的物理元件与梯形图中编程元件的地址间的对应关系。4）根据上述对应关系画出梯形图，同时对图中不符合梯形图语法规则的程序结构作局部修改和调试。5.2.2 系统改造中的注意事项梯形图和继电器电路图表面相似，实际上有本质区别。继电器电路是硬件电路，而梯形图是软件程序。改造中应注意如下问题：1）应遵守梯形图语言中的语法规定。2） 设置中间单元：若多个线圈都受某组串并联触点的控制，为了简化电路，在梯形图中可以设置用该电路控制的位存储器（类似继电器电路的中间继电器）。3） 尽量减少PLC的输入信号和输出信号，减少PLC的I/O点数，降低费用。4）设立外部联锁电路，增强系统的安全性和可靠性。5）对梯形图进行优化设计，在串联电路中将单个触点放在右边，在并联电路中将单个触点放在下边，以避免电路的块连接操作，从而减少程序指令条数。6）关注外部负载的额定工作电压要求，选用PLC输出模块的输出类型需与之匹配。5.3 顺序控制设计法与顺序功能图5.3.1 顺序控制设计法用经验设计法设计梯形图程序存在的问题：经验设计法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，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间元件来完成记忆、联锁和互锁等功能，由于需要考虑的因素较多，它们往往又交织在引起，分析起来十分困难，并且容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部电路时，很可能会“牵一发而动全身”，对系统的其它部分产生意想不到的影响，因此梯形图的修改十分麻烦，往往花了很长时间还得不到一个满意的结果。用经验设计法设计出的梯形图程序往往很难阅读，给系统的维修和改进带来了很大困难。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。顺序控制系统的特点：有很强的时序性，即先做什么，后做什么，前面的工作没做完，则不能做后面的工作，其中有很多联锁、互锁等逻辑关系。若采用传统的经验设计法来设计用户程序，一般是比较困难的。顺序控制设计法设计过程：首先根据被控系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图程序。有的PLC为用户提供了顺序功能图语言，在编程软件中生成顺序功能图便完成了编程工作，编程软件会自动生成对应的梯形图程序。顺序控制设计法的优点：这是一种先进的设计方法，设计过程规律性强，容易接受和掌握，可以极大地提高设计效率，是顺序控制的生产现场设计PLC梯形图程序的主要方法，它用输入量X控制代表各步的编程元件（如辅助继电器M）,再用它们控制输出量Y，设计出的程序可读性强，程序的调试、修改和维护方便，要重点学习和掌握。 顺序功能图(Seguential Function Chart)是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC顺序控制程序的有力工具。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，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。图十一 顺序功能图的组成5.3.2 顺序功能图中的步与动作1.步的基本概念及工步划分的基本方法可以将被控系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并用编程元件（如位存储器M和顺序控制继电器S）来代表各步。根据输出量的状态变化来划分步：在任何一步之内，各输出量的接通/断开状态不变，但相邻两步输出量总的状态不相同。然后确定步与步之间的转换条件，若上一步为活动步，且由上一步到当前步的转换条件成立，则发生步的活动状态的进展，当前步变为活动步，上一步变为静步。各步相应的输出即命令或动作，当步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动步时，相应的动作被停止。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各输出位。2.初始步每个顺序功能图至少要有一个初始步，对应于等待起动命令时的相对静止状态，用双线方框表示。这一步可能没有什么输出处于接通状态，但这一步是必不可少的。一方面因为该步与它的相邻步相比，输出变量总的状态各不相同，另一方面如果没有该步，系统将无法表示其初始状态，系统也将无法返回停止状态。3与步对应的动作和命令 施控系统：控制设备(如PLC、工控计算机等)，发出控制命令。 被控系统：生产设备(如机床、输送带、锅炉等)接收控制命令，完成相应动作，实现生产过程。在顺序功能图中，称呼命令或动作均可，一步中的命令或动作排列位置之间没有任何先后顺序。4.活动步当系统正处在某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。图十二 顺序功能图5.3.3 顺序功能图中的有向连线与转换条件1.有向连线在顺序功能图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的进展，这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在顺序功能图中，将代表各步的方框按它们成为活动步的顺序排列，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到右，在这两个方向有向连线的箭头可以省略。如果不是上述方向，应在有向连线上用箭头标出进展方向。若图中有向连线必须中断，应在中断处标出后续步序和所在页数。2.转换转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步隔开。步的活动状态的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。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。转换条件可以是外部输入信号，如按钮、开关等的接通/断开等；可以是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等；还可以是若干个信号的与、或、非等的逻辑组合。顺序功能图中转换条件的表示方法：可以用文字语言、图形符号和布尔代数来表示在代表转换的短划线旁，多使用布尔代数表达式。5.3.4 顺序功能图的基本结构1.单系列由一系列相继激活的步组成，每一步之后仅有一个转换，每一个转换之后也仅有一个步。2.选择系列 分支：开始称为分支，其结构是某一步之后在不同转换条件的控制之下，当某个转换条件满足时，可以由该步有选择地进入到后续的某一步所对应的分支系列中。该步转换符号只能标注于水平线之下。 合并：结束称为合并。几个选择系列合并到一个公共系列时，用需要重新组合的系列相同数量的转换符号和水平连线来表示。转换符号只允许标注于水平连线之上。 图十三 单序列和选择序列3.并行系列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。当转换的实现导致几个系列同时激活时，这些系列称为并行系列。 分支：并行系列开始（同时开始多个活动步） 合并：并行系列结束（同时结束多个活动步）在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。4.复杂顺序功能图顺序功能图中同时具有单系列、选择系列和并行系列等结构的顺序功能图称为复杂顺序功能图。5.3.5 顺序功能图中转换实现的基本规则1.转换实现的条件 该转换的所有前级步都是活动步， 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，有向连线的水平部分用双实线表示。2.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都变为活动步 使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步转换实现的基本规则是根据顺序功能图设计梯形图程序的基础，它适用于顺序功能图中的各种基本结构的梯形图编程。在梯形图中，用编程元件（例如M和S）代表步，当某步为活动步时，该步对应的编程元件为ON。当该步之后的转换条件满足时，转换条件对应的触点或电路接通，因此可以将该触点或电路与代表所有前级步的编程元件的常开触点串联，作为与转换实现的两个条件同时满足的电路。上述规则可以适用于任意结构顺序功能图的转换。区别在于： 单系列中，一个转换仅有一个前级步和一个后续步。 并行系列中，分支处的转换有几个后续步，在转换实现时应同时将它们对应的编程元件置位；在并行系列的合并处，转换有几个前级步，它们均为活动步时才有可能实现转换，在转换实现时应将它们对应的编程元件全部复位。选择系列的分支与合并处，一个转换实际上只对应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或多个后续步。3.绘制顺序功能图时的注意事项 顺序功能图中，两个步不能直接相连，须用一个转换将它们隔开，两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。 初始步必不可少，且必须初始化激活系统才可能启动。 单周期操作的控制系统：当启动信号到来时，系统从初始步开始运行，在执行完一次工艺过程的全部操作之后，从最后一步返回到初始步，系统停止在初始状态，等待下一次启动信号的到来。 连续循环工作的控制系统：当启动信号到来时，系统从初始步开始运行，在执完一次工艺过程的全部操作之后，系统从最后一步返回到工作周期中开始运行的第一步（即初始等待步），继续执行下一个周期的操作，直到系统的停止信号到来时，系统执行完一个工作周期后，返回并停在初始等待状态（即初始等待步），等待下一个启动信号的到来。上述两种操作的控制系统的区别在于：单周期操作的控制系统中只有启动信号，没有停止信号(异常情况需要急停系统的急停按钮除外)，正常情况下系统运行完一个工作过程后回到并停于初始状态，即每启动一次只运行一个工作周期。连续循环操作的控制系统中有启动输入信号和停止输入信号，系统运行完一个工作过程后重复下一个工作周期的工作，直到停止信号到来后，系统执行结束该周期的工作后，停于初始状态。六、 顺序控制梯形图的设计方法6.1 使用起保停电路的顺序控制梯形图设计方法根据顺序功能图设计梯形图程序时，可以用存储器位M来代表步。某一步为活动步时，对应的存储器位为1状态，某一转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。使用起保停电路的编程结构仅仅使用到与触点和线圈有关的指令，任何一种PLC的指令系统均有这一类指令，故该方法是一种通用的设计方法，适用于所有厂家及型号的PLC。 6.1.1 单系列的编程方法编程过程紧紧围绕工步转换实现的两个基本条件及转换实现后应该完成的操作来进行。在上述编程结构中，对Mi步进行编程时，编程思路为：若第Mi-1步为活动步，且Xi条件成立，则第Mi步变成活动步并自动保持，同时将该步对应的命令或动作驱动起来。当其下一步Mi+1变成活动步后，通过Mi+1的常闭触点将Mi步变成不活动步。采用这种编程方法需要注意不能出现双线圈输出。若需要在多个工步中对某个线圈进行驱动，则可使用相应工步的常开触点并联驱动的方法来解决。 6.1.2 选择系列与并行系列的编程方法1.选择系列的分支的编程方法选择系列分支处，某一步之后可能面对多个分支。当该步为活动步时，分支中转换条件满足的方向即为该步的进展方向，且每次只能选择一个进展方向。由于该步可能转换到不同的多个步中去，所以在编程结构中应该将所有的后续步的常闭触点与该步的线圈串联，作为结束该步的条件。2.选择系列的合并的编程方法选择系列的合并处，可能会出现由多个步合并为一个步的情况。这时控制该步的起动电路应由所有N条支路的转换条件并联而成。图十六 选择系列与并行系列的编程方法4.并行系列的分支的编程方法在并行系列分支处，当某一步为活动步且其后的转换条件满足时，将同时激活多个后续的工步，同时停止该活动步。5.并行系列的合并的编程方法在并行系列合并处，当多个前级步均为活动步且其后的转换条件满足时，将激活后续工步，同时停止前面的多个前级步。任何复杂的顺序功能图都是由单系列、选择系列和并行系列组成的，掌握了单系列的编程方法和选择系列、并行系列的分支与合并的编程方法，就不难迅速地设计出任意复杂的顺序功能图描述的数字量控制系统的梯形图程序。6.2 以转换条件为中心的顺序控制梯形图的设计方法6.2.1 单系列的编程方法在顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并且转换条件满足，则转换实现。即该转换对应的所有后续步都变成活动步，而该转换对应的所有前级步都变成不活动步。在以转换为中心的编程方法中，将该转换的所有前级步对应的存储器的常开触点与转换对应的的触点或电路串联，该串联电路即为起保停电路的起动电路，且作为置位后续步（使用S指令）和复位前级步（使用R指令）的条件。使用这种编程方法，每一个工步均可采用这种编程结构来处理，编程方法规律性强，梯形图与转换实现之间有着严格的对应关系，在设计复杂的顺序功能图时即容易掌握，又不容易出错。但是使用这种编程方法时，不能将各步对应的命令或动作与置位指令或复位指令并联。因为控制置位或复位的串联电路（转换实现的两个条件）接通时只有一个扫描周期，转换条件满足后前级步马上被复位，该串联电路断开，无法对活动步对应的命令或动作在该步为活动步时使其保持接通状态。所以在编程时需要对各个步的命令或动作进行专门的驱动处理，即使用代表步的存储器位的常开触点或它们的并联电路来驱动各步对应的命令或动作（即这种编程方法不允许出现双线圈输出）。6.2.2 选择系列的编程方法在选择系列的分支与合并处，由于每个转换只是对应于一个前级步和一个后续步，需要置位和复位的指令只有一个，因此选择系列的分支与合并的编程方法实际上与单系列结构的编程方法完全一样。6.2.3并行系列的编程方法在并行系列分支与合并的编程：当某个转换对应的多个前级步均为活动步且其后的转换条件满足时，将激活后续工步，同时停止前面的多个前级步。6.3 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法S7-200系列PLC中，提供了专门用于编制顺序控制程序的顺序控制继电器（SCR）的相关指令。顺序控制程序被划分为LSCR与SCRE指令之间的若干段，一个SCR段对应于顺序功能图中的一个步。使用该编程方法时，代表工步的编程元件应选用顺序控制继电器来担当。表二 顺序控制继电器（SCR）的相关指令梯形图指令表描述SCRLSCR S_bitSCR程序段开始SCRTSCRT S_bitSCR转换SCRECSCRE