顺序控制程序的设计过程

1、上一节介绍的 PLC控制程序的设计过程，是在确定了输入、输出关系后，根据设计人员的直觉和经验直接进行梯 形图设计，这种方法称为经验设计法。对于一些简单的控制任务，经验设计法确实是一种简洁有效的方法，而面 对复杂的控制要求，用经验设计法就显得非常困难，并存在着以下的问题：（1）设计方法很难掌握，设计周期长 用经验法设计系统的梯形图时，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。对于各种 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，用大量的中间单元来完成 记忆、联锁、互锁等功能。由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容

2、易 遗漏一些应该加以考虑的问题。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。因此梯形图的修改也很麻烦。往往花了很长的时间还得不到一个满意的结果。（2）装置交付使用后维修困难 用经验法设计出的梯形图往往看上去非常复杂。对于其中某些复杂的逻辑关系，即使是设计者的同行，分析起 来都很困难，更不用说维修人员了。这给PC控制系统的维修和改进带来了很大的困难。事实上，对于 PLC 所擅长的离散型控制场合，不管控制任务有多复杂，通过细心分析就会发现，所谓的控制过 程就是在 PLC的指挥下，系统状态发生变化的过程。所以，只要把系统的状态从工艺要求中分离出来，控制问题

3、也就迎刃而解了。系统状态的变化是有规律的，一般是按顺序一步一步地进行的，在此基础上，人们总结形成了 一种科学有效的程序设计方法，称为顺序设计法或步进梯形图设计。7.7.1 顺序功能图基本概念顺序设计法或步进梯形图设计的概念是在继电器控制系统中形成的， 步进梯形图是用有触点的步进式选线器 （或 鼓形控制器）来实现的。但是由于触点的磨损和接触不良，工作很不可靠。上世纪 70年代出现的控制器主要由分 立元件和中小规模集成电路组成。因为其功能有限，可靠性不高，已经基本上被 PC 替代。可编程序控制器的设 计者们继承了前者的思想， 为控制程序的编制提供了大量通用和专用的编程元件和指令， 开发了供编制步进

4、控制 程序用的功能表图语言，使这种先进的设计方法成为当前 PC梯形图设计的主要方法。这种设计方法很容易被初学者接受。对于有经验的工程师，也会提高设计的效率。程序的调试、修改和阅读也 很容易。顺序功能图的设计步骤（1）首先根据系统的工作过程中状态的变化，将控制过程划分为若干个阶段。这些阶段称为步（Step ）。步是根据 PC 输出量的状态划分的。只要系统的输出量的通 / 断状态发生了变化，系统就从原来的步进入新的步。在各步 内，各输出量的状态应保持不变，如图 7.48 所示。图7 48状态步的划分（2）各相邻步之间的转换条件。转换条件使系统从当前步进入下一步。常见的转换条件有限位开关的通/ 断，

5、定时器、计数器常开触点的接通等。转换条件也可能是若干个信号的与、或逻辑组合。（3）画出顺序功能图或列出状态表。（4）根据顺序功能图或状态表，采用某种编程方式，设计出系统的梯形图程序。 顺序功能图又称为功能表图，它是一种描述顺序控制系统的图解表示方法，是专用于工业顺序控制程序设计的 一种功能说明性语言。它能形象、直观、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。功能图主要由“状态”、“转移”及有向线段等元素组成。如果适当运用组成元素，就可得到控制系统的静态表示方法，再根据转移触发规则模拟系统的运行，就可以得到控制系统的动态过程。步(状态) 步也就是状态

6、，是控制系统中一个相对不变的性质，对应于一个稳定的情形。可以将一个控制系统划分为被控系 统和施控系统。例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控系统。对于被控系统，在某一步中 要完成某些“动作”( action )，对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令” (command)。步的 符号如图 7.49 所示。矩形框中可写上该状态的编号或代码。(1) 初始状态。初始状态是功能图运行的起点，一个控制系统至少要有一个初始状态。初始状态的图形符号为双 线的矩形框，如图 7.49(a) 所示。在实际使用时，有时也是画单线矩形框，有时画一条横线表示功能图的开始。(2) 工作状态。

7、工作状态是控制系统正常运行时的状态，如图 7.49(b) 所示。根据系统是否运行，状态可分为动 态和静态两种。动状态是指当前正在运行的状态，静状态是没有运行的状态。不管控制程序中包括多少个工作状 态，在一个状态序列中同一时刻最多只有一个工作状态在运行中，即该状态被激活。(3) 与状态对应的动作。在每个稳定的状态下，可能会有相应的动作。动作的表示方法如图 7.49(b) 所示。图749顺序功能图基本符号转移 为了说明从一个状态到另一个状态的变化，要用转移概念，即用一个有向线段来表示转移的方向，连接前后两个 状态。如果转移是从上向下的(或顺向的) ，则有向线段上的方向箭头可省略。两个状态之间的有向

8、线段上再用 一段横线表示这一转移。转移的符号如图 7.49(c) 所示。转移是一种条件，当此条件成立，称为转移使能。该转移如果能够使状态发生转移，则称为触发。一个转移能 够触发必须满足：状态为动状态及转移使能。转移条件是指使系统从一个状态向另一个状态转移的必要条件，通 常用文字、逻辑方程及符号来表示。7.7 S7-200 系列 PLC的顺序控制指令及应用7.7.2 S7-200 系列 PLC顺序控制指令顺序控制指令形式顺序控制指令是 PLC生产厂家为用户提供的可使功能图编程简单化和规范化的指令。S7 200 PLC 提供了三条顺序控制指令，它们的 STL形式、 LAD形式和功能如表 7.13

9、所示。表7.14 顺序控制指令的形式及功能STLLAD功能操作对象LSCR bit顺序状态开始S(位)SCRT bit顺序状态转移S(位)SCRE顺序状态结束无CSCRE条件顺序状态结束无从上表中可以看出，顺序控制指令的操作对象为顺控继电器S，也把 S 称为状态器，每一个 S 的位都表示功能图中的一种状态。 S的范围为：即 S0.0 S31.7 。从 LSCR指令开始到 SCRE指令结束的所有指令组成一个顺序控制继电器(SCR)段。 LSCR指令标记一个 SCR段的开始，当该段的状态器置位时， 允许该 SCR段工作。 SCR段必须用 SCRE指令结束。 当SCRT指令的输入端有效时， 一方面置

10、位下一个 SCR段的状态器 S，以便使下一个 SCR段工作；另一方面又同时使该段的状态器复位，使该段 停止工作。由此可以总结出每一个 SCR程序段一般有三种功能：(1) 驱动处理：即在该段状态器有效时，处理相应的工作；有时也可能不做任何工作；(2) 指定转移条件和目标：即满足什么条件后状态转移到何处；(3) 转移源自动复位功能：状态发生转移后，置位下一个状态的同时，自动复位原状态。顺序控制指令的应用液压动力滑台在自动机床中被广泛采用， 这里以液压动力滑台控制为例来说明顺序功能图设计方法以及顺序控制 指令的使用方法。液压动力滑台在实际工作时的运动过程一般是：快进工进快退。其运动过程由快进、工进、

11、快退三个 电磁阀控制，控制系统 PLC各 I/O 功能及地址分配如表 7.15 所示。机床液压滑台控制系统如图 7.50 所示。表7.15 液压动力滑台控制系统 PLC I/O 地址分配功能名称动作器件I/O 地址说明启动按钮SB1I0.0启动滑台原点位置SQ1I0.1滑台在原点位置工进起点SQ2I0.2滑台运动到工进起点位置工进终点SQ3I0.3滑台运动到工进终点位置快进YV1Q0.0滑台快进工进YV1、YV2Q0.0、 Q0.1滑台工进快退YV3Q0.2滑台快退初始化脉冲 SM0.1将初始状态 S0.1置位。当按下起动按钮时 I0.0 接通， S0.2置位， S0.2接通 Q0.0实现快进

12、。当 快进到位时， SQ2动作，使 I0.2 接通， S0.3置位，而 S0.2复位， Q0.0继续接通,并且 Q0.1也同时接通，转为工 进。工进到位时 SQ3动作使 I0.3 接通， S0.4置位使 Q0.2接通，滑台快退回原点使 SQ1动作而 I0.1 接通， S0.1重 新置位，这时滑台停止于原点等待下一次起动。使用说明：(1) 顺控指令仅对元件 S 有效，顺控继电器 S 也具有一般继电器的功能，所以对它能够使用其他指令。(2)SCR 段程序能否执行取决于该状态器 (S) 是否被置位， SCRE与下一个 LSCR之间的指令逻辑不影响下一个 SCR 段程序的执行。(3) 不能把同一个 S

13、 位用于不同程序中，例如：如果在主程序中用了 S0.1 ，则在子程序中就不能再使用它。(4) 在 SCR段中不能使用 JMP和 LBL 指令，就是说不允许跳人、跳出或在内部跳转，但可以在SCR段附近使用跳转和标号指令。(5) 在 SCR段中不能使用 FOR、 NEXT和 END指令。(6) 在状态发生转移后，所有的 SCR段的元器件一般也要复位，如果希望继续输出，可使用置位复位指令。(7) 在使用功能图时，状态器的编号可以不按顺序安排。7.7.3 顺序功能图的结构类型单序列单序列由一系列相继激活的步组成， 是最简单的一种顺序功能图， 如图7.50 所示。每一步的后面仅接有一个转换， 每一个转换

14、的后面只有一个步。选择的分支和合并选择序列的开始称为选择分支，如图 7.51 （a）所示。转换符号只能标在水平连线之下。如果步 5是激活的，并且 转换条件 e=1，则发生由步 5到步6的进展。如果步 5是活动的，并且 f=1 ，则发生由步 5到步9的进展。在选择序列 的分支时，一般只允许同时选择一个序列。图751选择序列的分支和合并 选择序列的结束称为选择合并，如图 7.51 （b）所示。几个选择序列合并到一个公共序列时，用需要重新组合的 序列相同数量的转换符号和水平连线来表示。转换符号只允许标在水平连线之上。如果步5是活动的，并且转换条件 m=1，则发生由步 4到步 12的进展。如果步 8是

15、活动的，并且 n=1，则发生由步 8到步 12的进展。并行分支并行序列的开始称为并行分支，如图 7.52 （a）所示。当转换的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并 行序列。当步 3是活动的，并且 e=1，则 4、6、8这三步同时被激活，同时步 3变为不活动。为了强调转换的同步 实现，水平连线用双线表示。步 4、6、 8被同时激活后，每个序列中的活动步的进展将是独立的。在表示同步的 水平双线之上，只允许有一个转换符号。图752并行序列的分支和合并并行序列的结束称为并行合并，如图 7.52 （b）所示。在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。当 直接连在双线上的所有前级步都处于活动状

16、态，并且转换条件 d=1时，才会发生步 3、5、7到步 8的进展。即 3、5、 7同时变为不活动的，而步 8变为活动步。跳转与循环向下面非相邻状态的直接转移或者向系列外的状态转移被称为跳转， 以箭头符号表示转移的目标状态， 如图 7.53 （ a）所示。 向上面状态的转移被称为重复， 与跳转一样，用箭头符号表示转移的目标状态，如图 7.53 （ b）所示。图753跳转与循环S1.3 不运行今天在现场调试了下，还是老问题，循环到第三次的时候，TITLE=自动运行开始 M8.0-M15.0Network 1/ 自动控制开始时清除掉所有命令LD SM0.1ON M0.0LD M8.2EDOLDLD

17、M7.0EUOLDLD M0.3EUOLDR S0.1, 32R M9.0, 40R M15.1, 4R M19.0, 4Network 2/ 自动停止及自动模式取消时步进复位LD M8.0EDLD M8.2EDOLDS M18.0, 1Network 3LD M2.3A M3.3R M18.0, 1Network 4 / 自动运行/ 自动运行LDN M4.0AN M4.1A M0.2AN M0.3AN M7.0AN Q0.6= M8.0Network 5/ 自动 开始 - 停止 按钮（自复位按钮）LD M0.4A M8.0EU= M8.1Network 6/ 开始- 停止按钮 * 按一次启动

18、，再按一次停止LDN M8.1A M8.2LD M8.1AN M8.2OLDAN M7.0AN M0.3AN M4.0= M8.2Network 7/ 重复次数计数LD S1.3EDLD SM0.1LD M8.2EDOLDCTU C5, VW160Network 8LD SM0.0MOVW C5, VW164Network 9LD M8.2EULD S1.3EDOLDS S0.1, 1Network 10LDW= VW164, VW160LD M8.2EDOLDR S0.1, 1Network 11LSCR S0.1Network 12/ 自动开始，升降轮上升，后夹紧LD S0.1S M9.0

19、, 2R M19.3, 1A M9.0TON T45, +5Network 13/ 延时 0.2 秒后，前后步进气缸伸出LD T45S M9.2, 1Network 14LD M9.2SCRT S0.3Network 15SCRENetwork 16LSCR S0.3Network 17/ 伸出到位后断开电磁阀，同时复位升降轮 LD M2.2A M3.2R M9.0, 1R M9.2, 1TON T46, +5Network 18/ 延时 0.2 秒后，电极压下LD T46S M9.3, 1Network 19LD M9.3SCRT S0.5Network 20SCRENetwork 21LS

20、CR S0.5Network 22/ 电极压下后延时焊接LD M9.3TON T47, +5A T47S M9.4, 1Network 23/ 焊接完成复位动作LD M9.4A M12.5EDR M9.3, 2R M9.1, 1Network 24/ 焊接完成跳到下一控制LD M9.4EDS M19.0, 1Network 25LD M19.0SCRT S0.7Network 26SCRENetwork 27LSCR S0.7Network 28/ 顺序控制 2 开始，后松开，前夹紧，拖轮上升 LD S0.7S M9.5, 2R M19.0, 1A M9.5TON T48, +5Network

21、 29/ 延时 0.2 秒后前后步进缩回LD T48S M9.7, 1Network 30LD M9.7SCRT S1.1Network 31SCRENetwork 32LSCR S1.1Network 33/ 缩回到位后，复位拖轮，同时复位步进LD M2.3A M3.3R M9.5, 1R M9.7, 1TON T49, +5Network 34/ 延时 0.2 秒后，电极压下LD T49S M10.0, 1Network 35LD M10.0SCRT S1.3Network 36SCRENetwork 37LSCR S1.3Network 38/ 焊接LD M10.0TON T50, +5

22、A T50S M10.1, 1Network 39/ 焊接完成复位动作LD M10.1A M12.5EDR M10.0, 2R M9.6, 1Network 40LD M10.1EDS M19.1, 1Network 41LD M19.1SCRT S0.1Network 42SCRENetwork 43LD M8.2AW= VW164, VW160S S1.7, 1Network 44LSCR S1.7Network 45/ 顺序控制开始，后夹紧，前松开，拖轮上升 LD S1.7S M11.0, 2R M19.1, 1A M11.0TON T51, +5Network 46/ 延时 0.2 秒

23、后，后步进伸出LD T51S M11.2, 1Network 47LD M11.2SCRT S2.1Network 48SCRENetwork 49LSCR S2.1Network 50/ 伸出到位后LD M2.2A M3.3R M11.0, 1R M11.2, 1TON T52, +5Network 51/ 延时 0.2 秒后，电极压下LD T52S M11.3, 1Network 52LD M11.3SCRT S2.3Network 53SCRENetwork 54LSCR S2.3Network 55/ 电极压下延时 0.2 秒后，焊接LD M11.3TON T53, +5A T53S

24、M11.4, 1Network 56/ 焊接完成复位LD M11.4A M12.5EDR M11.3, 2R M11.1, 1Network 57LD M11.4EDS M19.2, 1Network 58LD M19.2SCRT S2.5Network 59SCRENetwork 60/ 重复计数LD S2.5EDLD SM0.1LD M8.2EDOLDCTU C7, VW168Network 61LD SM0.0MOVW C7, VW166Network 62LDW> VW118, VW166A S2.5EDS S2.5, 1Network 63LDW= VW166, VW168LD M8.2EDOLDR S2.5, 1Network 64LSCR S2.5Network 65/ 顺序控制开始，后夹紧前松开，拖轮上升LD S2.5S M11.5, 2R M19.2, 1A M11.5TON T54, +5Network 66/ 延时 0.2 秒后，前后步进伸出LD T54S M11.7, 1S M12.0, 1Network 67LD M12.0O M11.7SCRT S2.7Network 68SCRENetwork 69LSCR S2.7Network 70/ 步进到位后，后松开前夹紧LD M2.2A M3.2S M12.1, 1R M11.6, 1R M11.7,