电气控制与PLC程序设计（松下系列）课件项目6

项目目标

1．掌握顺序控制设计法的基本步骤2．掌握启保停电路的单序列结构的编程方法3．掌握启保停电路的选择序列结构的编程方法4．掌握启保停电路的并行序列结构的编程方法3/9/2023项目内容

液压进给装置运动控制控制要求：1、初始状态活塞杆置右端，X2为ON2、按下启动按钮X3，活塞左行3、碰到限位开关X1活塞右行4、碰到限位开关X2活塞左行5、碰到限位开关X0活塞右行6、再次碰到限位开关X2活塞停止3/9/2023所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各种外部输入信号的作用下，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。使用顺序控制设计法时，首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师也会提高设计效率。程序的调试、修改和阅读也很方便。顺序控制设计法特别适合按先后顺序进行控制的系统。顺序控制设计法规律性很强，虽然编出的程序偏长，但程序结构清晰、可读性强。顺序控制设计法的基本设计步骤分为步的划分、转换条件的确定、顺序功能图的绘制和梯形图的绘制。相关知识

顺序控制设计法3/9/2023一、步的划分分析被控对象的工作过程及控制要求，将系统的工作过程划分成若干阶段，这些阶段称为“步”。如下图所示，送料小车开始停在左侧限位开关SQ2（对应内部输入继电器X2）处，按下启动按钮，开始装料，同时用定时器定时，10s后开始右行，碰到限位开关SQ1（对应内部输入继电器X1）后，停车卸料，同时用定时器定时，5s后开始左行，碰到限位开关SQ2（对应内部输入继电器X2）后返回初始状态，停止运行。显然一个工作周期可以分为装料、右行、卸料和左行四个阶段。3/9/2023二、转换条件的确定转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有外部设备的按钮、行程开关和内部定时器及计数器触点的动作（通/断）等。从上图中可以看出，小车由装料转为右行，其转换条件是定时10s的时间到；由右行转为卸料的转换条件是限位开关SQ1（对应内部输入继电器X1）动作；由卸料转为左行的条件是定时5s的时间到；由左行转为停止（回到原位）的转换条件是限位开关SQ2（对应内部输入继电器X2）动作。转换条件也可能是若干个信号的逻辑组合。3/9/2023三、顺序功能图的绘制顺序功能图是描述控制系统中控制过程、功能和特性的一种图形。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，而是一种通用的技术语言，可以供进一步的设计和不同专业的人员之间进行技术交流。顺序功能图是设计顺序控制程序的有力工具。在顺序控制设计法中，顺序功能图的绘制是最为关键的一个环节，它直接决定用户设计的PLC程序的质量。下面介绍功能图的一些知识3/9/2023(1)步与动作上面介绍过，用顺序控制设计法设计PLC程序时，根据系统工作状态的变化，将系统的工作过程划分成若干个阶段，这些阶段称为“步”，可以用编程元件（如辅助继电器R）来代表各步。如右图所示，以运料小车为例。根据小车工作状态的变化，一个工作周期可以分为装料、右行、卸料和左行四步，另外还应设置等待启动的初始步，分别用R0～R4来代表这五步。右图为该系统的顺序功能图。步在顺序功能图中用矩形框表示，矩形框中可以用数字表示该步的编号，一般用代表该步的编程元件的元件号作为该步的编号，如R0、R1、R2等，这样在根据顺序功能图设计梯形图时较为方便。

3/9/2023当步处于活动状态时，相应的动作被执行。但是应注明动作是保持型的还是非保持型的。保持型的动作是指该步活动时执行该动作，该步变为不活动后继续执行该动作。非保持型动作是指该步活动时执行该动作，该步变为不活动后停止执行该动作。一般保持型的动作在顺序功能图中应该用文字或指令肋记符标注，而非保持型动作不要标注。(1)步与动作3/9/2023当系统工作于某一步时，该步处于活动状态，称为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；步处于不活动状态时，相应的非保持型动作被停止执行。控制过程刚开始阶段的活动步与系统初始状态相对应，称为“初始步”，初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止状态。在顺序功能图中初始步用双线框来表示，每个顺序功能图中至少应有一个初始步。所谓“动作”是指某步活动时，PLC向被控系统发出的命令，或被控系统应执行的动作。动作用矩形框中的数字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相连接。如某一步有几个动作，可以用下图中的两种画法来表示，但是并不包含这些动作之间的任何顺序。(1)步与动作3/9/2023如右图所示，步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分隔开。步的活动状态进展按有向连线规定的路线进行。有向连线上无箭头标注时，其进展方向是从上到下、从左到右的。如果进展方向不是上述方向，应在有向连线上用箭头注明方向。步的活动状态进展由转换来完成，转换用与有向连线垂直的短划线来表示，步与步之间不允许直接相连，必须用转换隔开，而转换与转换之间也同样不能直接相连，必须用步隔开。转换条件是与转换相关的逻辑命题。转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号等标注在表示转换的短划线旁边。（2）有向连线、转换和转换条件

3/9/2023（3）顺序功能图转换实现的基本规则

步与步之间实现转换应同时具备两个条件：条件一是前级步必须是活动步；条件二是对应的转换条件成立。当同时具备以上两个条件时，才能实现步的转换。即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，而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。例如图中R2步为活动步的情况下转换条件X1成立，则转换实现，即R3步变为活动步，而R2步变为不活动步。如果转换的前级步或后续步不止一个，遇同步实现转换。3/9/2023（4）顺序功能图的基本结构根据步与步之间转换情况的不同顺序功能图有以下几种基本结构形式：①单序列结构单序列结构是最简单的一种结构，它是由一系列按顺序排列、相继激活的步组成。每一步的后面只有一个转换，每一个转换的后面只有一步，如右图所示。3/9/2023②选择序列结构

选择序列结构有开始和结束之分。选择序列的开始称为分支，选择序列的结束称为合并。选择序列的分支是指一个前级步后面紧接着有若干个后续步可供选择，各分支都有各自的转换条件。分支中表示转换的短划线只能标在水平线之下。如下图所示为选择序列的分支。假设步4为活动步，如果转换条件a成立，则步4向步5实现转换；如果转换条件a成立，则步4向步7转换；如果转换条件c成立，则步4向步9转换。分支中一般只允许同时选择其中的一个序列。选择序列的合并是指几个选择分支合并到一个公共序列上。各分支也都有各自的转换条件，转换条件只能标在水平线之上。3/9/2023选择序列的合并如下图所示为选择序列的合并。如果步6为活动步，转换条件d成立，则由步6向步11转换；如果步8为活动步，转换条件e成立，则由步8向步11转换；如果步10为活动步，转换条件f成立，则由步10向步11转换。3/9/2023③并行序列结构

并行序列也有开始和结束之分。并行序列的开始也称为分支，并行序列的结束也称为合并。如下图所示为并行序列的分支。它是指当转换实现后将同时使多个后续步激活。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。如果步1为活动步，且转换条件a成立，由2、3、4、三步同时变成活动步，而步1变为不活动步。注意：当步2、3、4被同时激活后，每一序列接下来的转换将是独立的。3/9/2023并行序列的合并如下图所示为并行序列的合并。当直接连在双线上的所有前级步5、6、7都为活动步时，且转换条件e成立，才能使转换实现。即步8变为活动步，而步5、6、7均变为不活动步。

3/9/2023④子步结构

在绘制复杂控制系统顺序功能图时，为了在总体设计中容易抓住系统的主要矛盾，更简洁地表示系统的整体功能和全貌，通常采用子步的结构形式，这样可避免一开始就陷入某些细节中。所谓子步结构是指在顺序功能图中，某一步包含着一系列子步和转换。如下图所示的顺序功能图采用了子步的结构形式。顺序功能图中步6包含了6.1、6.2、6.3、6.4四个子步。这些子步结构通常表示整个系统中的一个完整子功能，类似于计算机编程中的子程序。因此，设计时只需先画出简单的描述整个系统的总顺序功能图，然后再进一步画出更详细的子顺序功能图即可。子步中可以包含更详细的子步。这种采用子步的结构形式，逻辑性强，思路清晰，可以减少设计错误，缩短设计时间。

3/9/2023⑤跳步、重复和循环序列结构

跳步、重复和和循环序列结构实际上都是选择序列结构的特殊形式。如右图所示为跳步序列结构。当步2为活动步时，如果转换条件e成立，则跳过步3和步4直接进入步5。3/9/2023循环序列结构如右图所示为循环序列结构。即在序列结束后，用重复的办法直接返回初始步形成循环。在实际控制系统中，顺序功能图往往不是单一地含有上述某一种序列结构，而是上述各种序列结构的组合。3/9/2023重复序列结构如右图所示为重复序列结构，当步4为活动步时，如果转换条件d不成立而条件e成立，则重新返回步2，重复执行步2、步3和步4。直到转换条件d成立，重复结束，转入步5。3/9/2023（5）绘制顺序功能图注意事项

①两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。②两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。③顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待启动的初始状态，初始步可能没有输出处于ON状态，但初始步是必不可少的。④自动控制系统是多次重复执行同一工艺的过程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，系统应在最后一步返回到初始步，停留在初始状态（单周期操作，如前图所示）。在连续循环工作方式时，应从最后一步返回到下一个工作周期开始运行的第一步。3/9/2023（5）绘制顺序功能图注意事项

⑤在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步，当进入RUN工作方式时，它们均处于OFF状态，此时必须用初始化脉冲R9013的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，否则因顺序功能图中没有活动步，系统将无法工作。顺序功能图是用来描述自动工作过程的，如果系统有自动、手动两种工作方式，这时还应在系统由手动工作方式进入自动工作方式时，用一个适当的信号将初始步置为活动步。3/9/2023四、

顺序控制梯形图的编程方法根据控制系统的顺序功能图设计梯形图的方法，称为顺序控制梯形图的编程方法。下面介绍使用启保停电路的编程方法。（1）使用启保停电路的编程方法根据顺序功能图设计梯形图;使用启保停电路的编程方法,用辅助继电器R来代表各步。当某一步为活动步时，对应的辅助继电器为ON状态，当某一转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。由于很多转换条件都是短信号（瞬时），即它存在的时间比它激活后续步为活动步的时间短，因此应使用有记忆（或称保持）功能的电路来控制代表步的辅助继电器。常用的有启保停电路和置位、复位指令组成的电路。启保停电路适用于触点和线圈有关的通用逻辑指令，各种型号的PLC都有这一类指令，所以这是一种通用的编程方式，适用于各种型号的PLC。3/9/2023（1）使用启保停电路的顺序序列结构的编程方法如下图所示是某小车运动的示意图、设小车在初始位置时停在右边，限位开关SQ2(X2)为ON。按下启动按钮X3后，小车向左运动，碰到限位开关SQ1(X1)时，变为右行，返回限位开关SQ2(X2)处又变为左行，碰到限位开关SQ0(X0)时，再次变为右行，返回起始位置后停止运动。启动X3SQ2SQ1SQ03/9/2023小车运动的顺序功能图启动X3SQ2SQ1SQ03/9/2023小车运动的梯形图3/9/2023（1）使用启保停电路的编程方法如下图所示，该图采用了启保停电路进行顺序控制梯形图编程。图中R1、R2和R3是顺序功能图中顺序相连的三步，X1是步R2之前的转换条件，R2变为活动步的条件是它的前级步R1为活动步，且转换条件X1为ON。所以在梯形图中，应将R1和X1对应的常开触点串联，作为控制R2的启动电路。当R2和X2均为ON时，步R3变为活动步，这时步R2应变为不活动步，因此将R3=1作为使R2变为OFF的条件，即将后续步R3的常闭触点与R2的线圈串联，作为控制R2的停止电路。用R2的常开触点与R1和X1的串联电路并联，作为控制R2的保持电路。3/9/2023①若某一输出量在某一步中为ON，可以将它们的线圈分别与对应步的辅助继电器的线圈并联。②如果某一输出继电器在几步中都应为ON，则应将代表各有关步的辅助继电器的常开触点并联后，再驱动该输出继电器的线圈。如上页图所示Y0在步R1和R3中都应为ON，所以将R1和R3的常开触点并联，来控制Y0的线圈。设计梯形图的输出电路部分时，应注意以下问题：

3/9/2023（2）使用启保停电路的选择序列结构的编程方法

复杂控制系统的顺序功能图由单序列、选择序列和并行序列组成，掌握了选择序列和并行序列的编程方法，就可以将复杂的顺序功能图转换为梯形图。对选择序列和并行序列编程的关键在于对它们的分支和合并的处理，转换实现的基本规则是设计复杂系统梯形图的基本规则。如下页图所示是自动门的顺序功能图。当人靠近自动门时，感应器X0为ON，Y0驱动电动机高速开门，碰到开门减速开关X1时，变为低速开门，碰到开门极限开关X2时电动机停转，开始延时，若在0.5s内感应器检测到无人，Y2启动电动机高速关门。碰到关门减速开关X3时，改为低速关门，碰到关门极限开关X4时电动机停转。在关门期间若感应器检测到有人，则停止关门，T1延时0.5s后自动转换为高速开门。3/9/2023自动门示意图自动门的控制要求：当人靠近自动门时，感应器X0为ON，Y0驱动电动机高速开门，碰到开门减速开关X1时，变为低速开门，碰到开门极限开关X2时电动机停转，开始延时。若在0.5s内感应器检测到无人，Y2启动电动机高速关门。碰到关门减速开关X3时，改为低速关门，碰到关门极限开关X4时电动机停转。在关门期间若感应器检测到有人，则停止关门，T1延时0.5s后自动转换为高速开门。3/9/2023X4自动门控制顺序功能图3/9/2023①选择序列分支的编程方法

如果某一步的后面有一个由N条分支组成的选择序列，各步都能转到不同的N步去，此时应将这N个后续步的辅助继电器的常闭触点与该步的线圈串联，作为结束该步的条件。上图中步R4之后有一个选择序列的分支，当它的后续步R5、R6变为活动步时，R4应变为不活动步。所以需将R5和R6的常闭触点与R4的线圈串联。同样R5之后也有一个选择序列的分支，处理方法同上。②选择序列合并的编程方法对于选择序列的合并，如果某一步之前有N个转换（即有N条分支在该步之前合并后进入该步），则代表该步的辅助继电器的启动电路应由N条支路并联而成，各支路由某一前级步对应的辅助继电器的常开触点与相应转换条件

对应的触点或电路串联而成。上图中，步R1之前有一个选择序列的合并，当步R0为活动步并且转换条件X0满足，或R6为活动步，并且转换条件T1满足时，步R1都应变为活动步，即控制R1的启保停电路的启动条件应为R0和X0的常开触点串联电路与R6和T1的常开触点串联电路进行并联。

3/9/20