第6章顺序控制与S7编程

本章介绍顺序控制的概念、顺控系统的结构及顺序功能图的分类，结合具体实例详细分析顺序功能图的设计方法和设计步骤，最后介绍了如何在S7GRAPH环境下完成顺控器的设计及调试。§6.1梯形图的经验设计法与继电器电路转换法§6.2顺序功能图§6.3顺控器设计举例§6.4S7GRAPH的应用§6.5思考与练习第6章顺序控制与S7GRAPH编程返回首页返回首页§6.1梯形图的经验设计法与继电器电路转换法一、用经验法设计梯形图1、启动、停止与保持电路I0.0.I0.1Q4.1Q4.1I0.1Q4.1RI0.0Q4.1S起保停电路置位复位电路2、三相异步电机的正反转控制返回首页2、三相异步电机的正反转控制返回首页I0.0Q4.0I0.1I0.2Q4.1I0.5M1LSB2SB3SB1FR正转启动反转启动停车热继电器ＤＣ２４Ｖ正转ＫＭ１反转ＫＭ２ＫＭ2ＫＭ1ＡＣ２２０ＶＩ０.０Ｉ０.１Ｉ０.２Ｉ０.５Ｑ４.０Ｑ４.０Ｉ０.１Ｉ０.１Ｉ０.２Ｉ０.５Ｑ４.１Ｑ４.１３、常闭触点出入信号的处理４、小车控制程序的设计返回首页SB1FRI0.4I0.5I0.0Q4.0I0.1I0.2I0.3Q4.1

M1LＤＣ２４Ｖ右行ＫＭ１左行ＫＭ２ＫＭ2ＫＭ1ＡＣ２２０ＶSB2SB3右行启动左行启动左限位热继电器右限位停车Q4.1I0.1I0.0I0.4I0.2I0.5Q4.1Q4.0Q4.0I0.4T0SDS5T#8SI0.0I0.1I0.3I0.2I0.5Q4.0Q4.1T0二、根据继电器电路设计梯形图1、基本方法1）了解和熟悉被控设备的工作原理、工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。2)确定plc的输如信号和输出负载。继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构如果采用plc的输出位来控制，他们的线圈接在plc的输出端。按钮、操作开关和行程开关、接近开关、压力继电器等提供plc的数字量输入信号。继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用plc内部的存储器位和定时器来完成，他们与plc的输入位、输出位无关。返回首页3)选择plc的型号，根据系统所需的功能和规模选择plc模块、电源模块和数字量输入输出模块，对硬件进行组态，确定输入输出模块在计价中的安装位置和他们的起始地址。S7-300输入输出模块的起始地址在组态时由系统自动指定，用户也可以进行修改。4)确定plc各数字量输入信号与输出负载对应的输入位与输出位的地址，画出plc的外部接线图。各输入量和输出量在梯形图中的地址取决于他们所在的模块的起始地址和模块中的接线端子号。返回首页5)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存储器位（M）和定时器、计数器的地址。第四步和第五步建立了继电器电路图中的元件和梯形图中的位地址之间的对应关系。6)根据上述的对应关系画出梯形图。2注意事项根据继电器电路图设计plc的外部接线图和梯形图时应注意以下问题：（1）应遵守梯形图语言中的语法规定由于工作原理不同，梯形图不能照搬继电器电路中的某些处理方法。例如在继电器电路中，出点可以放在线圈的两侧，但是在梯形图中，线圈必须放在电路的最右边。返回首页（2）适当分离继电器电路图中的某些电路设计继电器电路原理图时的一个基本原则是尽量减少图中使用的触电个数，因为这意味着成本的节约，但是这往往使某些线圈的控制电路交织在一起。在设计梯形图时，首先的问题是设计的思路要清晰，设计出的梯形图容易阅读和理解，并不特别在意是否多用几个触电，因为这不会增加硬件的成本，只是在输入程序时需要多花一点时间。在将继电器电路图改画为梯形图时，最好将各线圈的控制电路分开。仔细观察继电器电路图中每个线圈受哪些触点的控制，画出分离后各线圈的控制电路。返回首页（4）时间继电器的处理时间继电器有四种延时触电图5-11是他们的图形符号和动作时序。图中上面两个触点是通电延时时间继电器的触点，线圈通电后触点延时动作，线圈断电后触电立即动作，恢复常态。这种时间继电器对应于s7-300/400的接通延时定时器，plc的定时器的触点是延时动作的触点，虽然他们的形状与普通的触点形状一样。（5）设置中间单元在梯形图中，若多个线圈都收某一个触点串并联电路的控制，为了简化电路，在梯形图中可以设置中间单元，即用该电路来控制某一存储器位，在各线圈的控制电路中使用其常开触点。

（6）设立外部互锁电路控制异步电动机正反转的交流接触器如果同时动作，将会造成三相电源短路。为了防止出现这种事故，应在plc外部设置硬件互锁电路。在继电器电路中如果也采用了其他互锁电路，在改用plc控制时也应采取同样的硬件互锁措施。外部负载的额定电压Plc的继电器输出模块和双向晶闸管输出模块一般只能驱动额定电压AC220V的负载，如果原来的交流接触器的线圈电压为380V，应换成220V的线圈，或设置外部中间继电器。顺序功能图（简称SFC）是IEC标准编程语言，用于编制复杂的顺控程序，很容易被初学者接受，对于有经验的电气程师，也会大大提高工作效率。§6.2.1顺序控制§6.2.2顺序功能图

§6.2顺序功能图返回本章§6.2.1顺序控制返回本节§6.2.2顺序功能图返回本节并行分支与汇合§6.3顺控器设计举例§6.3.1单流程设计§6.3.2选择性分支流程设计§6.3.3并进分支流程设计返回本章§6.3.1单流程设计【6-3-1】交通信号灯控制系统设计。返回本节上图所示为双干道交通信号灯设置示意图，元件分配表如下。返回上级1.控制说明信号灯的动作受开关总体控制，按一下起动按钮，信号灯系统开始工作，工作流程如图所示。返回上级2.顺序功能图

分析信号灯的变化规律，可将工作过程分成4个依设定时间而顺序循环执行的状态：S2、S3、S4和S5，另设一个初始状态S1。由于控制比较简单，可用单流程实现，如图6-7所示。

编写程序时，可将顺序功能图放置在一个功能块（FB）中，而将停止作用的部分程序放置在另一个功能（FC）或功能块（FB）中。这样在系统启动运行期间，只要停止按钮（Stop）被按动，立即将所有状态S2～S5复位，并返回到待命状态S1。在待命状态下，只要按动起动按钮（Start），系统即开始按顺序功能图所描述的过程循环执行。返回上级§6.3.2选择性分支流程设计【例6-3-2】洗车控制系统设计。返回本节上图所示为洗车控制系统布置图，元件分配表如下。

返回上级1.控制说明洗车过程包含3道工艺：泡沫清洗、清水冲洗和风干。系统设置“自动”和“手动”两种控制方式。控制要求如下：①若方式选择开关Mode置于“手动”方式，按起动按钮Start，则按下面的顺序动作：首先执行泡沫清洗→按冲洗按钮SB1，则执行清水冲洗→按风干按钮SB2，则执行风干→按完成按钮SB3，则结束洗车作业。②若选择方式开关置于“自动”方式，按起动按钮后，则自动执行洗车流程：泡沫清洗10s→清水冲洗20s→风干5s→结束→回到待洗状态。③任何时候按下停止按钮Stop，则立即停止洗车作业。返回上级2.顺序功能图设计

由于“手动”和“自动”工作方式只能选择其一，因此使用选择性分支来实现，如图所示。①待洗状态用S1表示。②洗车作业流程包括：泡沫清洗、清水冲洗、风干3个工序，因此在“自动”和“手动”方式下可分别用3个状态来表示：自动方式使用S2～S4；手动方式使用S5～S7。③洗车作业完成状态使用S8。返回上级【6-3-3】指示灯控制系统。某指示灯控制系统有3个指示灯，按下述要求控制：①按动起动按钮Start，按一定的时间间隔依L0→L1→L2的顺序点亮。②随时按动停止按钮Stop，按一定的时间间隔依L2→L1→L0灭灯，但未被点亮的灯不必执行灭灯动作。例如，若只有L0和L1被点亮，按动Stop后则只执行L1→L0灭灯动作。元件分配表如下。

返回上级由于要求灯的状态能够保持，因此应使用置位指令点亮指示灯，用复位指令使指示灯熄灭。程序采用带有跳转的选择性分支设计，如图所示。在S1（L0被点亮）被激活的情况下，若按动停止按钮Stop，则跳过S2～S5，直接激活S6（熄灭L0），然后自动复位S6；在S2（L0、L1被点亮）被激活的情况下，若按动停止按钮Stop，则跳过S3、S4，直接激活S5（熄灭L1）；在S3（L0、L1、L2被点亮）被激活的情况下，若按动停止按钮Stop，则激活S4（熄灭L2）。返回上级§6.3.3并进分支流程设计【例6-3-4】饮料灌装线的设计。返回本节上图为某流质饮料灌装生产线的示意图，在传送带上设有灌装工位和封盖工位，能自动完成饮料的灌装及封盖操作，元件分配表如下。返回上级1.控制说明传送带由电机M1驱动，传送带上设有灌装工位工件传感器SE1、封盖工位工件传感器SE2和传送带定位传感器SE5。①按动起动按钮Start，传送带M1开始转动，若定位传感器SE5动作，表示饮料瓶已到达一个工位，传送带应立即停止。②在灌装工位上部有一个饮料罐，当该工位有饮料瓶时，则由电磁阀LT1对饮料瓶进行3s定时灌装（传送带已定位）。③在封盖工位上有2个单作用气缸（A缸和B缸），当工位上有饮料瓶时，首先A缸向下推出瓶盖，当SE3动作时，表示瓶盖已推到位，然后B缸开始执行压接，1s后B缸打开，再经1sA缸退回，当SE4动作时表示A缸已退回到位，封盖动作完成。④瓶子的补充及包装，假设使用人工操作，暂时不考虑。⑤任何时候按停止按钮Stop，应立即停止正在执行的工作：传送带电机停止、电磁阀关闭、气缸归位。返回上级2.顺序功能图设计S1-传送带动作S2-电磁阀动作S3-等待S4-A缸推出S5-B缸压盖S6-B缸松开，A缸退回S7-等待返回上级【例6-3-5】气压式冲孔加工控制系统设计。返回上级上图为气压式冲孔加工控制系统示意图，右边为输送工件的传送带，左边为加工转盘，元件分配表如下。返回上级1.控制说明①在第1工位上设有转盘定位传感器SE1和工件检测传感器SE2。当转盘转到工位位置时SE1动作，利用该信号可控制转盘停止；有工件时SE2动作，利用该信号可控制第2和第3工位上的气压式冲孔机和测孔机是否动作，也可以控制第3和第4工位的隔离挡板是否抽离。②在第2工位上设有气压式冲孔机，并安装有下限位开关SB1和上限位开关SB2。当该工位有工件时执行冲孔操作，冲孔完成时SB1动作；冲孔机返回到位后SB2动作。

返回上级③在第3工位上设有测孔机和由单作用气缸A控制的废料箱隔离挡板。测孔机上设有下限位开关SB3和上限位开关SB4，当该工位有工件时，首先进行测孔，若测孔机在设定时间内能测孔到底（SB3动作），则为合格品，否则即为不合格品。不合格品在测孔完毕后，由A缸抽离隔离板，让不合格的工件自动掉入废料箱；若为合格品，则送到第4工位。④在第4工位设有由单作用气缸B控制的包装箱隔离挡板，当合格的工件到达该工位时，有气缸B抽离隔离挡板，将合格的工件落入包装箱。⑤工件的补充、冲孔、测试及搬运可同时进行，工件的补充由传送带（电机M2驱动）送入。返回上级2.顺序功能图设计由于工件的补充、冲孔、测试及搬运要求同时进行，所以应采用并进分支与汇合流程设计顺序功能图。返回上级【例6-3-6】机械手臂的控制。返回上级上图为机械手臂控制系统示意图，元件分配表如下。返回上级1.控制说明试设计一个使用机械手臂来搬运工件的顺序控制程序，机械手臂控制示意图左边为传送带，由电机MC驱动，在传送带的右端（E点）设有工件传感器LS5。右边为3个单作用气缸控制的机械手臂，A缸可使机械手臂左右移动，并设置有左限位开关LS1和右限位开关LS2，通电时气缸向左伸出，断电时自动缩回；B缸可使机械手臂上下移动，并设置有下限位开关LS3和上限位开关LS4，通电时气缸向下伸出，断电时自动缩回；C缸为气动抓手，通电时抓手动作将工件抓紧，断电时抓手松开。①机械手臂的原点位置：A缸缩回到最右端、B缸缩回到最上端、C缸松开状态。返回上级②当人工将工件放置在D点时LS0动作→B缸即得电伸出并带动机械手臂下降直到LS3动作→C缸得电将工件抓取，然后延时2s→B缸断电复位并带动机械手臂上升直到LS4动作→A缸得电伸出并带动机械手臂，将工件搬运到E点上方直到LS1动作→B缸得电伸出并带动机械手臂下降直到LS3动作→C缸断电放开工件，延时2s→B缸断电缩回并带动机械手臂上升直到LS4动作→A缸断电缩回并带动机械手臂返回到原点待命。③当E点有工件（LS0动作）且B缸已上升到最上方（LS4动作）时，传送带电机MC转动以运走工件，经3s后传送带电机自动停止。机械手臂应等待传送带电机停止后才能将工件放置在E点。返回上级2.顺序功能图设计①当按动起动按钮Start以后，首先激活S2进行原点复位；复位结束（LS2和LS4动作），若D点有工件（LS0动作），则激活S3使手臂下降；下降到位后（LS3动作）激活S4，抓取工件并延时2s；延时2s后激活S5，手臂上升；上升到位后（LS4动作），若传送带E点无工件（LS5未动作），则激活S6，手臂向左伸出；伸出到位后（LS1动作），激活S7，手臂带动工件下降；下降到位后（LS3动作）激活S8，抓手松开并放下工件；工件放下后（延时2s为准）激活S9，手臂上升，到位后（LS4动作）返回原点待命。②当按下停止按钮Stop时，激活S14手臂返回原点，但为了防止机械损坏，工件不能松开。③当传送带上的E点有工件且机械手臂处于上方时，可激活S10、S11，起动传送带电机；延时3s后激活S12，使传送带电机停止并返回待命状态。由于机械手臂和传送带可以看作2个独立的系统，因此应采用并进分支流程设计。返回上级§6.4S7GRAPH的应用S7-300除了支持前面介绍的梯形图、语句表及功能块图等基本编程语言之外，如果使用可选软件包（S7GRAPH）或STEP7专业版，还能进行顺序功能图的编写。§