plc第五章-顺序功能图

第五章顺序功能图 5 1系统设计的步骤5 2顺序功能图设计方法5 3基于起保停电路的设计方法5 4以转换为中心的设计方法5 5具有多种工作方式系统的设计方法 5 1系统设计的步骤 1 熟悉被控对象 工艺流程 控制要求 2 确定控制方案 选择输入输出设备 3 选择PLC 4 分配I O地址 列I O分配表 绘制接线图 设计控制台 柜 5 配置PLC 编写控制程序 调试修改6 编写控制系统的技术文件 包括说明书 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 控制软件 返回本节 5 2顺序功能图设计方法 顺序控制功能图 简称功能图 又叫状态功能图 状态流程图或状态转移图 它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言 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 返回本章首页 步有向连线转换 转换条件动作 或命令 一 顺序功能图的基本元素 1步步的概念步是根据系统输出量的变化 将系统的一个工作循环过程分解成若干个顺序相连的阶段 步对应于系统的一个稳定的状态 步的表示用矩形框表示 框中的数字或符号是该步的编号 活动步正在执行的步称为活动步 其他为不活动步起始步起始步对应于控制系统的初始状态 是系统运行的起点 一个控制系统至少有一个初始步 初始步用双线框表示 图5 1步 图5 2起始步 2有向线段和转换功能图中 步和步按运行时工作的顺序排列并用表示变化方向的有向线段连接起来 步的活动状态习惯的进展方向是从上到下从左到右 这两个方向上的有向连线的箭头可以省略 其它方向不可省略 转换用有向连线上的短划线表示 用于分隔两个相邻的步 步的活动状态的转化由转换实现 转换条件是与转换相关的逻辑命题 可以用文字 布尔表达式 图形符号等标注在表示转换的短线旁边 图5 3有向线段和转移 2 1 0 电机 M 2 起动 电机 M 1 起动 等待 T 1 延时时间到 按下停止按钮 按下起动按钮 3动作一个步表示控制过程中的稳定状态 它可以对应一个或多个动作 可以在步右边加一个矩形框 在框中用简明的文字说明该步对应的动作 如下图5 4所示 一个步对应多个动作时有两种画法 可任选一种 一步中的动作是同时进行的 动作之间没有顺序关系 可以有存储型 非存储型等 如 打开1号阀们并保持 图5 4动作的表示 二 顺序功能图设计基本规则 1步与步不能直接相连 必须用转移分开 2两个转换也不能直接相连 必须用步分开 3一个功能图必须有一个初始步 用于表示初始状态4自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程 因此功能图应包含有由步和有向连线组成的闭环 三 顺序功能图基本结构 1单序列结构2分支结构选择分支并列分支3循环结构4复合结构 1单序列结构 图5 5顺序结构 单序列结构由若干顺序激活的步组成 每步后面有一个转换 每个转换后也仅有一个步 2分支结构 图5 6选择性分支 1 选择分支选择分支结构含多个可选择的分支序列 多个分支序列分支开始和结束处用水平连线将各分支连起来 在选择分支开始处 转换符号只能标注在水平连线之上 选择序列的结束称合并 合并处的转换符号只能标注在水平线之上 每个分支结束处都有自己的转换条件 选择分支处 程序将转到满足转换条件的分支执行 一般只允许选择一个分支 两个分支条件同时满足时 优先选择左侧分支 2 并列分支 当转换条件满足时 并列分支中的所有分支序列将同时激活 用于表示系统中的同时工作的独立部分 图5 7并发性分支 为强调转换的同步实现 并列分支用双水平线表示在并列分支的入口处只有一个转换 转换符号必须画在双水平线的上面 当转换条件满足时 双线下面连接的所有步变为活动步 并列序列的结束称为合并 合并处也仅有一个转换条件 必须画在双线的下面 当连接在双线上面的所有前级步都为活动步且转换条件满足时 才转移到双线下面的步 3循环结构 循环结构用于一个顺序过程的多次或往复执行 功能图画法如图5 8所示 这种结构可看作是选择性分支结构的一种特殊情况 图5 8并发性分支 4复合结构 图5 9功能流程图举例 返回本节 四 顺序功能图转换实现的基本规则 1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 2转换实现时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 3并列序列与选择序列转换的实现并列序列分支处 转换有几个后续步 转换实现时应同时将他们变为活动步并列序列合并处 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非活动步在选择序列分支与合并处 一个转换实际上只有一个前级步和一个后续步 但一个步可能有多个前级步或多个后序步 一 启动与停止条件某步变为活动步的条件为前级步为活动步并且转换条件满足得到满足 因此某步的启动条件 前级步状态and转换条件即某步的启动回路应为前级步常开触点和转换条件的常开触点串联 并与自身常开点并联实现自保持当某步的下一步变为活动步时 该步就由活动变为不活动步 因此可以用后续步的常闭触点作为该步的停止条件 5 3基于起保停电路的设计方法 Step0 Step1 Step2 Step3 SV1 SV1 SV2 SV2 S FS SB1 SQ2 SQ3 SQ1 二 按起保停电路设计梯形图的一般方法 如果工步S i 的前级步是活动步 即S i 1 1 并且他们之间的转换条件成立 即X i 1 则工步S i 变为活动步 由 0 变为 1 所以 S i 的启动回路是由S i 1 和S i 的常开触点串联而成 并与S i 的常开触点并联 实现自保持 当后续步S i 1 变为活动步时 S i 应该断开 所以将S i 1 的常闭触点与S I 的线圈串联 三 输出电路的编程方法 仅在一步中为ON的输出量 可以直接与代表步的输出线圈并联若某输出在多个步中都为1状态 应将各步的常开触点并联后 去驱动该输出的线圈 快进 工进 快退 SQ1 SQ2 SQ3 四 单序列编程 机床液压动力滑台 滑台控制过程 SQ1 SQ2 SQ3分别为左限位 中限位 右限位开关 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 SQ1被压下 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 称工进 此时SV1断电关闭 SV2仍通电打开 碰到右限位开关SQ3时暂停8s SV2线圈断电 滑台停止运行 时间到滑台快速退回 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 图中SB1启动按钮 SQ1 SQ2 SQ3为行程开关SV1 SV2 SV3为控制电磁阀用Step0 Step1 Step2 Step3来代表初始步 快进步 工进步和快退步四个工步 他们应顺序地接通和断开 系统顺序功能图 快进 工进 快退 五 选择序列与并列序列的编程 如图 步Step0后有选择分支 若Step0为活动步 当它的后序步Step1或Step2变为活动步时 它都会变为不活动步 因此应将Step1和Step2的常闭点与Step0的线圈串联作为Step0的停止控制 如果一步后面有一个由N条分支组成的选择序列 该步可能转移到不同的N步去 应该将这N步对应的常闭触点与该步线圈串联 作为该步结束的条件 1选择序列的分支编程方法 如果某步之前有N个转换 即有N个分支进入该步 则该步的启动电路由N条支路并联而成 各支路由某前一级步对应的常开触点与相应转换条件的常开触点串联而成 2选择序列的合并的编程方法 3并列序列的分支编程 图中Step2后有一个并列分支 当Step2为活动步且转换条件满足时 Step3和Step5同时变为活动步 因此它们的启动电路相同 都是Step2的常开触点与转换条件串联构成 与此同时 Step2变为不活动步 由于后续步同时变为活动 因此因此仅需要其中一步的常闭触点作为其结束条件 4并列序列合并编程 并列序列的合并处转换实现的条件是所有前级步都是活动步且转换条件满足 因此应将所有前级步的常开触点与转换条件串联作为后序步启动条件 如Step0 5仅有两步的闭环的处理 如图 此时Step3不能变为活动步 因此不能用后续步的常闭点作为结束条件 应改为转换条件SB3 快进 工进 快退 5 4基于锁存 解锁指令设计顺序控制梯形图 1 以转换为中心的编程方法用所有前级步的常开触点和转换条件的常开点串联 作为所有后续步的置位和所有前级步复位的条件 每个转换对应一个这样的控制回路 Step0 SB1 Step0 S FS Step2 SQ3 Step1 SQ2 Step2 Step1 L L U L U Step1 Step0 Step3 Step2 L U Step3 SQ1 Step0 Step3 L U Step1 SV2 Step2 Step1 SV1 Step3 SV3 2以指令为中心的编程方法 将起保停电路改成锁存解锁指令原来的启动电路作为该步的锁存条件原来的停止电路中的常闭点改为常开点作为该步的解锁条件原串联的常闭点变为并联的常开点 Step1 Step0 Step3 Step2 Step0 SB1 Step1 L L U Step0 Step1 U Step1 SQ2 Step2 L S FS Step3 Step0 Step2 SQ1 Step3 L U Step2 Step3 U SQ1 Step1 SV2 Step2 Step1 SV1 Step3 SV3 5 5具有多种工作方式的系统编程 机械手的原位 在最上面 最左边且除松开的电磁线圈 YV5 通电外其它线圈全部断电的状态 例 机械手控制系统设计 一 机械手的控制要求 机械手具有手动 单步 单周期 连续 回原点或原位五种工作方式 用开关SA进行选择 二PLC的I O分配 为了保证在紧急情况下 包括PLC发生故障时 能可靠地切断PLC的负载电源 设置了交流接触器KM 在PLC开始运行时按下 电源 按钮SB1 使KM线圈得电并自锁 KM的主触点接通 给输出设备提供电源 出现紧急情况时 按下 急停 按钮SB2 KM触点断开电源 三 程序设计 程序的总体结构 将程序分为公用程序 自动程序 手动程序和回原位程序四个部分 其中自动程序包括单步 单周期和连续工作的程序 这是因为它们的工作都是按照同样的顺序进行 所以将它们合在一起编程更加简单 梯形图中使用跳转指令使得自动程序 手动程序和回原位程序不会同时执行 公用程序 M0 原点条件 Step 长整型标签 其每一位用于存储一步 此程序中使用0 8位 程序中MOV指令清除所有步状态 用于防止手动到自动切换时有多个活动步 Step 0 第0步 M1 连续状态标志 手动程序 自动程序的顺序功能图 自动程序单步 单周期 连续 回原点程序 返回本章首页 结束放映 交通灯控制 交通灯控制 控制要求分析在系统工作时 对执行元件 指挥灯 有如下要求 1 信号灯系统的工作受启停按钮控制 启动按钮按下开始工作 停止按钮按下停止工作 2 南北方向绿灯和东西方向绿灯不能同时亮 如果同时亮则应用自动立即关闭信号灯系统 并立即发出报警信号 3 南北红灯亮维持25s 在此间时东西绿灯也亮 并维持20s时间 到20s时 东西绿灯闪亮 闪亮3s后熄火 在东西绿灯熄灭时 东西黄灯亮并维持2s 到2s时 东西黄灯熄灭 东西红灯亮 同时南北红灯熄灭 南北绿灯亮 4 东西红灯亮维持30s 在此同时南北绿灯亮维持25s 然后闪亮3s熄灭 接着南北黄灯亮维持2s后熄灭 同时南北红灯亮 东西绿灯亮 5 两个方向的信号灯 按上面的要求周而复始地进行工作 交通灯控制 I O接线系统的I O信号系统开启 停止按钮信号 输出信号有东西方向 南北方向各两组指示灯驱动信号和故障指示灯驱动信号 系统所需的输入点数为2 输出点数为13 且都是开关量 由于每一方向的两组指示灯中 同种颜色的指示灯同时工作 为节省输出点数 可以采用并联输出方法 此时仅需要7个输出点 com com 南绿 北绿 南黄 北黄 南红 北红 东绿 西绿 东黄 西黄 东红 西红 Local 2 O data 0 Local 2 O data 1 Local 2 O data 2 Local 2 O data 3 Local 2 O data 4 Local 2 O data 5 Local 3 I data 0 Local 3 I data 1 Local 2 O data 6 报警 等待 Step0 Step1 Step2 南北红灯亮 东西绿灯亮 S FS SB1 T1 T1 20S 南北红灯亮 T2 3S 东西绿灯闪烁 Step3 南北红灯亮 T3 2S 东西黄灯亮 Step4 南北绿灯亮 T4 25S 东西红灯亮 Step2 南北绿灯闪烁 T5 3S 东西红灯亮 Step3 南北黄灯亮 T6 2S 东西红灯亮 T2 T3 T4 T5 T6 5 6工业搅拌控制系统设计 5 6 1设计自动化项目的基本步骤设计一个自动化项目的方法有很多 可用于任何项目的基本步骤的说明如下图所 5 6 2将过程分割成任务和区域 一个自动化过程包括许多单个的任务 通过识别一个过程内的相关任务组 然后将这些组再分解为更小的任务 即使最复杂的过程也能够被定义 工业搅拌过程 决定过程的区域 在定义了要控制的过程之后 将项目分割成相关的组或区域 区域中的设备 由于每组被分为小任务 所以控制过程在这一部分所要求的任务就不那么复杂了 在工业搅拌过程示例中 可以看到四个不同的区域 见下表 在这个例子中 配料A的区域中包含的设备与配料B的区域相同 5 6 3说明各个功能区域 当说明过程中的各个区域和任务时 不仅要定义每个区域的操作 而且要定义控制该区域的各种组件 这包括 每个任务的电的 机械的和逻辑的输入和输出各个任务的互锁和相关性 区域描述 配料A B 进料泵电机进料泵电机传送配料A和B到混合罐 流速 400升 100加仑 分钟 速率 1200转 分时 100千瓦 134马力 泵由混合罐附近的操作员站控制 启动 停止 启动的次数被计数以便进行维护 计数器和显示都可以由一个按钮复位 对泵进行操作必须满足以下条件 混合罐的排料阀关闭 紧急关断未动作 如果满足下列条件 则泵被关断 在泵电机启动7秒后流量传感器仍指示没有流量 流量传感器指示流动已停止 配料A B 入口阀和进料阀 配料A和B的入口阀和进料阀可以允许或防止配料进入混合槽 阀门是带有弹簧的电磁铁 电磁阀 如果电磁铁动作则阀打开 如果电磁铁不动作则阀关闭 入口阀和进料阀都由用户程序控制 满足以下条件 入口阀和进料阀可以打开 进料泵电机至少运行1秒 如果满足下列条件 则泵被关断 流量传感器指示没有流量 搅拌电机 搅拌电机在混合罐中混合配料A和配料B 速率 1200转 分时100千瓦 134马力 搅拌电机由混合罐附近的操作员站控制 启动 停止 启动的次数被计数以便进行维护 计数器和显示都可以由一个按钮复位 对泵进行操作必须满足以下条件 罐液位传感器没有指示 罐液位低于最低限 混合罐的排料阀是关闭的 紧急关断未动作 如果满足下列条件 则泵被关断 在电机启动后的10秒内转速计未指示已达到额定速度 排料阀 排料阀让混合物排出 靠重力排出 到过程的下一阶段 阀门是带有弹簧的电磁阀 如果电磁阀动作则送出阀打开 如果电磁阀不动作则送出阀关闭排料阀可由操作员站控制 打开 关闭 以下条件满足排料阀可以打开 搅拌电机关断罐液位传感器未指示 罐空 紧急关断未动作 如果满足下列条件 则泵被关断 罐液位传感器指示 罐空 罐液位测量开关 设置液面满 低空三个传感器并用指示灯做状态显示 这些液位指示开关指示罐的液位高度并用来联锁进料泵和搅拌电机 5 6 4列表输入 输出和入 出 为每个要控制的设备写出物理说明后 为每个设备或任务区域画出输入和输出 5 6 5为电机生成一个I O图 在这个工业搅拌过程的例子中使用了两个进料泵和一个搅拌电机 每个电机由它自己的 电机控制例程 控制 而这个 电机子程序 对三个设备都是一样的 该子程序块需要六个输入 两个用于启动或停止电机 一个用于复位维护显示 一个用于电机的响应信号 电机运行 未运行 一个用于运行期间必须接收的响应信号 一个用于计量时间的定时器的号码 逻辑块还需要5个输出 两个指示电机的操作状态 一个指示故障 一个指示电机应维护了 还需要一个输出参数启动电机 5 6 6为阀门创建一个I O图 阀由 阀门子程序 控制 该子程序对所有的阀都是一样的 该子程序有两个输入 一个用来打开阀 一个用来关闭阀 有两个输出 一个用于指示阀是打开的 另一个用于指示阀是关闭的 另有一个参数用于启动该阀 5 6 7建立安全要求 根据法定的要求及公共健康和安全政策 决定为确保过程安全还需要哪些附加组件 在描述中还应包括那些安全组件对过程区域的任何影响的部分 定义安全要求 确定哪些设备需要硬件接线电路以达到安全要求 通过定义 这些安全电路的操作独立于可编程控制器之外 虽然安全电路通常提供一个I O接口以便与用户程序相配合 通常你要组态一个矩阵来连接每一个执行器 这些执行器都有它自己的紧急断开范围 这个矩阵是安全电路的电路图的基础 要设计安全机制可按如下进行 决定每个自动化任务之间逻辑的和机械的 电的互锁 设计电路使得属于过程的设备可以在紧急情况下手动操作 为过程的安全操作建立更进一步的安全要求 建立安全电路 在工业搅拌过程示例中使用了以下逻辑作为它的安全电路 一个紧急断开开关可独立于可编程控制器 PLC 之外关掉以下设备 配料A的进料泵配料B的进料泵搅拌电机阀门紧急关断开关一般是红色有蘑菇头带自锁的按钮 紧急断开开关设置在操作员站控制面板容易按又不容易按错的地方 紧急断开开关状态送入PLC控制器进行软件连锁 5 6 8描述所需要的操作员显示和控制 每个过程需要一个操作接口 使得操作人员能够对过程进行干预 设计技术规范的部分包括操作员控制站的设计 定义操作员控制站 在示例中所描述的工业搅拌过程 每个设备都可以由操作员控制站上的按钮来启动或停止 这个操作员控制站包括用以指示操作状态的指示灯 见下图 操作站上还包括指示设备在经过一定次数的启动后需要维护的指示灯以及可以使过程立即停止的紧急断开开关 操作站上还有用来复位三个电机的维护显示灯的按钮 用这个按钮可以关断用于指示电机应进行维护的维护指示灯并将相应的计数器清零 操作员控制站 5 6 9生在一个组态图 在制作了设计要求的文档后 还必须决定项目所需的控制设备的类型 通过决定使用什么样的模板也就指定了可编程控制器的结构 生成一个组态图指定以下方面 CPU类型I O模板的类型及数量物理输入和输出的组态下图所示为工业搅拌过程的组态的示例 组态图 5 6 10程序结构 主例程及子例程之间的调用关系如下 进料泵A 排放阀 搅拌电机 入口阀A和B 进料阀A和B 进料泵B 电机 阀门 定义标签别名 进料泵 搅拌电机和入口阀符号表AliasTagnameDataTypeDescriptionFeed pump A startlocal 2 I data 0BOOLStartbuttonofthefeedpumpforingredientAFeed pump A stoplocal 2 I data 1BOOLStopbuttonofthefeedpumpforingredientAFlow Alocal 2 I data 2BOOLIngredientAflowingInlet valve Alocal 3 o data 0BOOLActivatestheinletvalveforingredientAFeed valve Alocal 3 o data 1BOOLActivatesthefeedvalveforingredientAFeed pump A onlocal 3 o data 2BOOLLampfor feedpumpingredientArunning Feed pump A offlocal 3 o data 3BOOLLampfor feedpumpingredientAnotrunning Feed pump Alocal 3 o data 4BOOLActivatesthefeedpumpforingredientAFeed pump A faultlocal 3 o data 5BOOLLampfor feedpumpAfault Feed pump A maintlocal 3 o data 6BOOLLampfor feedpumpAmaintenance Feed pump B startlocal 2 I data 3BOOLStartbuttonofthefeedpumpforingredientBFeed pump B stoplocal 2 I data 4BOOLStopbuttonofthefeedpumpforingredientBFlow Blocal 2 I data 5BOOLIngredientBflowing AliasTagnameDataTypeDescriptionInlet valve Blocal 3 o data 8BOOLActivatestheinletvalveforingredientBFeed valve Blocal 3 o data 9BOOLActivatesthefeedvalveforingredientBFeed pump B onlocal 3 o data 10BOOLLampfor feedpumpingredientBrunning Feed pump B offlocal 3 o data 11BOOLLampfor feedpumpingredientBnotrunning Feed pump Blocal 3 o data 12BOOLActivatesthefeedpumpforingredientBFeed pump B faultlocal 3 o data 13BOOLLampfor feedpumpBfault Feed pump B maintlocal 3 o data 14BOOLLampfor feedpumpBmaintenance Agitator runninglocal 2 I data 8BOOLResponsesignaloftheagitatormotorAgitator startlocal 2 I data 9BOOLAgitatorstartbuttonAgitator stoplocal 2 I data 10BOOLAgitatorstopbuttonAgitatorlocal 4 o data 0BOOLActivatestheagitatorAgitator onlocal 4 o data 1BOOLLampfor agitatorrunning Agitator offlocal 4 o data 2BOOLLampfor agitatornotrunning Agitator faultlocal 4 o data 3BOOLLampfor agitatormotorfault Agitator maintlocal 4 o data 4BOOLLampfor agitatormotormaintenance 传感器和液位指示灯符号表AliasTagnameDataTypeDescriptionTank below maxlocal 2 I data 11BOOLSensor mixingtanknotfull Tank above minlocal 2 I data 12BOOLSensor mixingtankaboveminimumlevel Tank not emptylocal 2 I data 13BOOLSensor mixingtanknotempty Tank max displocal 4 o data 8BOOLLampfor mixingtankfull Tank min dis