S7-1500 PLC技术及应用 课件第6章 SIMATIC S7-1500 PLC的GRAPH编程

S7-1500PLC技术及应用高等职业系列教材第六章

教学导航西门子PLC的GRAPH编程简单流程的程序设计循环程序设计跳转程序设计选择分支程序设计并行分支程序设计6.16.26.36.56.66.4西门子PLC的GRAPH编程

西门子PLC的S7-GRAPH编程语言在IEC标准中又被称作“顺序功能图（SequentialFunctionChart，SFC）”，它一般用于编制复杂的顺控程序。

在PLC程序中，相当一部分程序是控制一台设备按照某个工艺流程一步步地完成相应的动作步骤。对于这样的顺序控制程序，程序设计者通常需要先画出整个工艺流程图，再通过流程图来编辑设计梯形图程序。若将该工艺流程图直接作为可执行的程序，那么程序设计的工作将变得方便高效。最终在20世纪80年代，“顺序功能图”这种程序设计方法被提出来，并发展成为了IEC标准，收录于IEC61131中。

TIA博途软件相较以往版本的编程软件，使用GRAPH语言编辑和调试程序已变得更为方便和灵活。目前，S7-300/400/1500系列PLC都可使用GRAPH语言进行编程，但S7-1200系列PLC还不支持GRAPH语言。1.GRAPH函数块建立

要使用GRAPH语言进行程序编辑首先需要建立一个FB块。双击项目树导航程序块中的“添加新块”，如图6-1所示。图6-1添加GRAPH函数块在建立新FB块的对话框中，将编程语言设置为GRAPH，如图6-2所示。图6-2建立使用GRAPH语言的FB块

双击打开新建的FB块，进入GRAPH语言的编辑界面，如图6-3所示。在该界面中，博途软件将GRAPH的工作区划分为两个区域，左侧为导航栏，右侧为编辑区域。通过在导航栏内点选各个部分，或单击工具栏上的按钮，可以在右侧的编辑区域选择开启前固指令、顺控器、后固指令、报警四部分的编辑。当FB块被调用的时候其指令执行的顺序为：先执行前固指令，再执行顺控器中的程序，最后执行后固指令。当后固指令运行完成后，整个FB块运行完毕。报警部分是设置块内一些监控与显示类别等信息，不是程序的编辑。图6-3GRAPH语言的编辑界面

在博途GRAPH编辑器中，指令收藏夹中的指令可使用单击或拖拽的方式对工作区进行编辑，其他指令则需使用双击或拖拽的方式对工作区进行编辑。顺控器的编辑界面如图6-4所示。2.顺控器的编辑图6-4顺控器的编辑界面

使用单击或双击方式，可以在工作区中选择准备插入的位置，然后单击指令收藏栏，如图6-5所示，希望插入的目标图标，即可以在指定位置插入期待的目标。图6-5指令收藏栏

如果选择拖拽方式，可使用鼠标单击编辑器工作区上工具条的“转换条件”图标并让其凹下去，同时将“转换条件”拖拽至需要放置到位置上，如图6-6所示。图6-6转换条件的拖拽

当插入“步”的动作框后，单击该步右上角的

，可打开该步的动作框并进行控制动作编辑，每一个动作框包含指令和地址。比如在动作框左边写上指令“N”，在右边写上地址“Q0.0”，表示当该“步”为活动步时Q0.0输出“1”，当该“步”为Q0.0输出“0”，如图6-7所示。图6-7编辑“步”的动作表6-1动作框里常用的指令表6-2动作框里常用的事件类型动作框里常用的指令如表6-1所示、事件类型如表6-2所示。指令（符号）指令基本动作描述N当该“步”为活动步时，地址输出“1”。当该“步”为不活动步时地址输出“0”。S当该“步”为活动步时地址址输出“1”并保持(即置位)。R当该“步”为活动步时地地址输出“0”并保持(即复位)。D当该“步”为活动步时，开始计时(时间由该框T#xx指定)，当时间到地址输出“1”。当该“步”为不活动步时地地址输出“0”L当该“步”为活动步时，地址输出“1”并开始计时(时间由该框T#xx指定)，当时间到地址出“0”。当该“步”为不活动步时地址输出“0”。CALL当该“步”为活动步时，调用指定的程序块。事件信号检测描述S1上升沿步已激活（信号状态为“1”）S0下降沿步已取消激活（信号状态为“0”）V1上升沿满足监控条件，即发生错误（信号状态为“1”）V0下降沿不再满足监控条件，即错误已消除（信号状态为“0”）L0上升沿满足互锁条件，即错误已消除（信号状态为“1”）L1下降沿不满足互锁条件，即发生错误（信号状态为“0”）A1上升沿报警已确认R1上升沿到达的注册

当在完成步的编辑后，可双击该步打开单步视图进入单步视图。在单步视图里该步内部可以编辑的程序分为：互锁（Interlock）、监控（Supervision）、动作（Actions）和转换（Trans）。这里主要介绍一下互锁：当该步处在激活状态，指令Q0.0设置了互锁信号I10.0，只有互锁信号I0.0被接通时，才可以正常执行该的指令Q0.0，否则该指令不被执行，如图6-8所示。图6-8单步编辑

在编写转移条件时，转移条件程序的指令主要有常开触点、常闭触点、比较指令、监视时间T或监视时间U，如图6-9所示。图6-9转换条件

插入转移“指令”时，首先选择插入模式“单击”或“拖拽”，然后单击所需要的图标，即可以在指定地方插入转移指令。然后在每个指令的地方写上地址即可。比如选择“单击”模式，选中“步1”（S1）的转移条件T1，再单击工具条上的“常开触点”后就可以把常开触点指令放到转移条件T1里然后写上指令的地址“M0.0”，如图6-10所示。图6-10条件转移指令

同理也可将“步3”（S3）的监控激活时间作为指令写入转换条件T3，如图6-11所示。图6-11以步的激活时间作为条件转移指令

顺控器中“步”的最后一般是跳转或结束指令，在顺控器工具条中分别用

和

表示。在插入跳转或结束“指令”时，首先选择插入模式“单击”或“拖拽”，然后单击

和

图标，即可以在指定地方插入跳转或结束指令。如果是跳转指令还需要写上跳转到那一“步”的地址代码，如图6-12所示。图6-12跳转指令

当GRAPH函数块编辑完毕后，可从项目导航的“程序块”中将该FB块拖拽至Main（OB1）的程序段中进行调用，如图6-13所示。3.GRAPH函数块的调用图6-13函数块的调用图6-14生成背景数据块

当GRAPH函数块被调用时，博途软件会自动生成背景数据块，如图6-14、6-15所示。由于GRAPH块被调用后其接口参数的设置及编译设置对后续的调试执行有着重大的影响，用户可以在“选项”>“设置”>“PLC编程”>“GRAPH”（Options>Settings>PLCprogramming>GRAPH）中选择不同接口参数集，也可以手动在所有参数集中删除或插入单个参数。选择完参数集后可对接口参数进行修改。图6-15GRAPH函数被调用下面列出一些GRAPH函数块输入输出接口常用的参数，如表-3所示。参数数据类型描述OFF_SQBOOL关闭顺控程序，即激活所有步INIT_SQBOOL激活初始步，复位顺控程序ACK_EFBOOL确认故障，强制切换到下一步S_PREVBOOL自动模式：向上翻页浏览当前活动步，显示“S_NO”参数中的步号手动模式：显示“S_NO”中的上一步（较小编号）S_NEXTBOOL自动模式：向下翻页浏览当前活动步，显示“S_NO”参数中的步号手动模式：显示S_NO中的下一步（较大编号）SW_AUTOBOOL操作模式切换：自动模式SW_TAPBOOL操作模式切换：半自动模式SW_TOPBOOL操作模式切换：自动或半自动模式SW_MANBOOL操作模式切换：手动模式，不启动单独的顺序S_SELINT如果在手动模式下选择输出参数“S_NO”的步号，则需使用“S_ON”/“S_OFF”进行启用/禁用S_ONBOOL手动模式：激活所显示的步S_OFFBOOL手动模式：取消激活所显示的步T_PUSHBOOL如果满足条件且“T_PUSH”（边沿），则转换条件切换到下一步类型：请求S_NOINT显示步号S_MOREBOOL激活其他步S_ACTIVEBOOL所显示的步处于活动状态ERR_FLTBOOL常规故障AUTO_ONBOOL显示自动模式TAP_ONBOOL显示半自动模式TOP_ONBOOL显示半自动模式MAN_ONBOOL显示手动模式

当GRAPH函数块在OB1被调用后，可按菜单栏

将程序下载至PLC中。双击进入函数块并按下

，可对顺控器的各步状态进行监控，如图6-16所示。4.GRAPH函数块的下载与监控图6-16监控GRAPH函数块

单流程的程序是由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换后面只有一步，整个流程图中没有分支与合并的地方，如图6-17所示。其中对一些编辑和制图方法与符号进行标准化，具体如图：图6-17单流程顺控图

在图6-17中的每一个“Step”称为一“步”。一般将顺序控制的流程分为若干个阶段，每个阶段被称为“步”。前一“步”完成之后（满足了运行下一个的条件），运行下一“步”，依次运行下来完成整个控制流程。最开始运行的“步”称为起始步，用双方框表示，其余的步用方框表示。步执行的顺序永远从上至下排列，同时之间用有向实线段连接。

每步都有一个步编号和步名称，其中步编号由字母“S”和数字组成，步编号可以由用户逐一修改，也可以批量修改，但在顺控图中每一步的编号都是唯一的，不能与其他步重复,在每一步的右上角有都一个文档模样的图标，用于在顺控器视图下显示和编辑该步内的指令。1.步

在图6-17中，完成上一步之后，且满足运行下一步的条件时运行下一步，这种过程称为步与步之间的转换。在表示步与步之间关系的有向实线段上，画上一个横杠，表示转换。横杠的右侧注明这次转换的编号和名称。转换编号由字母“T”和数字组成，转换编号数字可以由用户逐一修改或批量修改，但在顺控图中每一个转换编号是唯一的，不能与其他转换重复。

在横杠的右侧由点状线延伸去连接一个梯形图的图标，单击这个图标可以使用梯形图或者逻辑结构图编辑本次转换的条件。2.转换条件

任意程序的最后可以连接一个符号来表示该程序执行到当前位置。若如图6-17所示为一个单流程程序，应在该程序最后加入黑色实心圆表示程序结束。3.结束符图6-17单流程顺控图

某一冷加工自动线有一个钻孔动力头，该动力头的加工过程示意图，如图6-18所示。其控制要求如下：（1）动力头在原位，并加以起动信号，这时接通电磁阀YV1，动力头快进。（2）动力头碰到限位开关SQ1后，接通电磁阀YV1和YV2，动力头由快进转为工进，同时动力头电动机转动（由KM1控制）。（3）动力头碰到限位开关SQ2后，开始延时3s。（4）延时时间到，接通电磁阀YV3，动力头快退。（5）动力头回到原位即停止。图6-18钻孔动力头工作示意图解：确定输入/输出（I/O）分配表，如表6-4所示。0输入输出输入设备输入编号输出设备输出编号启动按钮S01I0.0电磁阀YV1Q0.0限位开关SQ0I0.1电磁阀YV2Q0.1限位开关SQ1I0.2电磁阀YV3Q0.2限位开关SQ2I0.3接触器KM1Q0.3表6-4钻孔动力头I/O分配表

根据工艺要求画出顺控图如图6-19所示，是一个简单流程的顺控图，当PLC在开机时进入初始状态S1，当程序运行使动力头回到原位时，利用限位开关SQ0（I0.1）为转移条件使程序返回初始状态S1，等待下一次启动（即程序停止）。图6-19钻孔动力头顺控图PLC控制剪板机的示意图如图6-20所示。其控制要求如下：

开始时压钳和剪刀在上限位置，限位开关SQ1和SQ2闭合。按下启动按钮后，板料右行至限位开关SQ3处，然后压钳下行，压紧板料后压力继电器吸合，压钳保持压紧，剪刀开始下行。剪断板料后，压钳和剪刀同时上行，分别碰到限位开关SQ1和SQ2后，停止上行。压钳和剪刀都停止后，又开始下一周期的工作。图6-20PLC控制剪板机工作示意图解：确定输入/输出（I/O）分配表，如表6-5所示。表6-5PLC控制剪板机I/O分配表输入输出输入设备输入编号输出设备输出编号启动按钮SB1I0.0板料右行电动机Q0.0压钳上限位开关SQ1I0.1压钳下行电磁阀YV1Q0.1剪刀上限位开关SQ2I0.2压钳上行电磁阀YV2Q0.2右行限位开关SQ3I0.3剪刀下行电磁阀YV3Q0.3压力继电器I0.4剪刀上行电磁阀YV4Q0.4剪刀下限位开关SQ4I0.5

根据工艺要求画出顺控图如图6-21所示，当PLC在开机时进入初始状态S1，当程序运行完毕时时，利用限位开关SQ1（I0.1）和SQ2（I0.2）为转移条件使程序返回初始状态S1，等待下一次启动（即程序停止）。特别指出：该程序结束后一定要返回初始状态S1，否则下次无法起动。图6-21PLC控制剪板机顺控图

循环程序是当某步运行完成之后，需要回到本序列之前的某步重新运行，这时就需要跳转结构，该结构如图6-22所示。在程序中需要跳转的位置上画一个向下的箭头，并在箭头旁边标明跳转到哪一步。在跳转到的那个步前再画一个向左的箭头，并在箭头右侧标注从哪个转换跳转而来。当程序执行完S5步后首先判断是否满足转换条件Trans5。若不满足转换条件，再判断是否满足转换条件Trans7。若满足转换条件，程序则再跳转回原先单序列结构中的步Step4，如此循环下去，直至满足转换条件Trans5，关闭转换条件Trans7，程序进入步Step6。图6-22循环程序顺控图PLC控制交通灯的示意图如图6-23所示。其控制要求如下：

设置一个启动按钮SB1，当它接通时，交通信号灯控制系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。设置一个开关K1进行选择交通灯连续循环与单次循环，当K1为0时，交通灯连续循环，当K1为1时，交通灯单次循环。图6-23PLC控制交通灯示意图PLC控制交通灯的工艺流程如下：

（1）按下启动按钮后，南北红灯亮并保持20秒，同时东西绿灯亮，但保持15秒，15秒后东西绿灯闪烁3次（每周期1秒）后熄灭；继而东西黄灯亮，并保持2秒，2秒后，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭且南北绿灯亮。

（2）东西红灯亮并保持15秒。同时南北绿灯亮，但保持10秒，到10秒时南北绿灯闪烁3次（每周期1秒）后熄灭；继而南北黄灯亮，并保持2秒，2秒后，南北黄灯熄灭，南北红灯亮，同时东西红灯熄灭且东西绿灯亮。

（3）上述过程作一次循环；按启动按钮后，交通灯连续循环，按停止按钮SB2交通灯立即停止。解：设定PLC控制交通灯的I/O分配表如表6-6所示。表6-6PLC控制交通灯的I/O分配表输入输出输入设备输入编号输出设备输出编号启动按钮SB1I0.0南北红灯Q0.0循环方式选择开关K1I0.1东西绿灯Q0.1东西黄灯Q0.2东西红灯Q0.3南北绿灯Q0.4南北黄灯Q0.5

根据控制要求可采用不同的方法绘制对应的顺控图。

此处提供一种采用循环方式控制的交通灯的顺控图形式，如图6-24所示。图6-24交通灯状态转移图对应的梯形图

跳转程序是当某步运行完成之后，需要跳转到同一个分支或另一个分支的某个位置，去执行不同的工艺动作，如图6-25所示。当运行至转换Trans7后跳转至另一个序列中的步Step4，在该单序列结构中运行至转换Trans5时，再跳转回原先单序列结构中的步Step1，如此循环下去。图6-25跳转程序顺控图

PLC控制自动混料罐的示意图如图6-26所示。其控制要求如下：

混料罐装有两个进料泵（控制两种液料的进罐），装有一个出料泵（控制混合料出罐），另有一个混料泵（用于搅拌液料），罐体上装有三个液位检测开关SI1、SI4、SI6，分别送出罐内液位低、中、高的检测信号，罐内与检测开关对应处有一只装有磁钢的浮球作为液面指示器（浮球到达开关位置时开关吸合，离开时开关释放）。操作面板上设有一个混料配方选择开关S07，用于选择配方１或配方２，还设有一个起动按钮S01，当按动S01后，混料罐就按给定的工艺流程开始运行，连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02混料罐完成一次循环后才能停止。图6-26PLC控制自动混料罐示意图混料罐的工艺流程如图6-27所示。图6-27混料罐的工艺流程解：确定输入/输出（I/O）分配表，如表6-7所示。表6-7混料罐I/O分配表输入输出输入设备输入编号输出设备输出编号高液位检测开关SI6I0.0进料泵1Q0.0中液位检测开关SI4I0.1进料泵2Q0.1低液位检测开关SI1I0.2混料泵Q0.2起动按钮S01I0.3出料泵Q0.3停止按钮S02I0.4配方选择开关S07I0.5

根据工艺要求编写PLC控制混料罐顺控图，如图6-28所示。图6-28PLC控制混料罐的顺控图

选择性分支就是当某一步完成之后，满足不同的条件，则执行不同的步，图6-29所示。在步Step3下用单实线横向展开，实线连接2个单序列结构。当Step3执行完成后，进行选择：当转移条件Trans3满足时，执行步Step3引导的这个单序列结构，其余单序列结构不会运行；当转移条件Trans7满足时，执行步Step7引导的这个单序列结构，依此类推，当有多个单序列时也依照此逻辑执行。图6-29选择性分支

如图6-30所示为机械手分拣大小球控制系统，其控制要求如下：

机械手初始状态在左上角原点处（上限位开关SQ3及左限位开关SQ1压合，机械手处于放松状态），当按下启动按钮SB1后，机械手下降，2秒后机械手一定会碰到球，如果碰到球的同时还碰到下限位开关SQ2，则一定是小球；如果碰到球的同时未碰到下限位开关SQ2，则一定是大球。机械手抓住球后开始上升，碰到上限位开关SQ3后右移。如果是小球右移到SQ4处（如果是大球右移到SQ5处），机械手下降，当碰到下限位开关SQ2时，将小球（大球）释放放入小球（大球）容器中。释放后机械手上升，碰到上限位开关SQ3后左移，碰到左限位开关SQ1时停。一个循环结束。图6-30机械手分拣大小球控制系统工作示意图解：确定输入/输出（I/O）分配表，如表6-8所示。表6-8PLC控制拣球I/O分配表输入输出输入设备输入编号输出设备输出编号启动按钮SB1I0.0下降电磁阀YV0Q0.1左限位开关SQ1I0.1机械手吸合电磁阀YV1Q0.2下限位开关SQ2I0.2上升电磁阀YV2Q0.3上限位开关SQ3I0.3右移电磁阀YV3Q0.4小球右限位开关SQ4I0.4左移电磁阀YV4Q0.5大球右限位开关SQ5I0.5

根据工艺要求画出顺控图，如图6-31所示。从状态转移图中可以看出，顺控图中出现了分支，而两条分支不会同时工作，具体转移到哪一条分支由转移条件（例题中为下限位开关SQ2）I0.2的通断状态决定。此类顺控图称为选择性分支与汇合的多流程顺控图。图6-31机械手分拣大小球控制系统顺控图

并行分支就是当某一步完成且满足某个转换条件之后，接下来有几步同时开始执行，这时就需要并联结构，该结构如图6-32所示。

在转换Trans2下方，这里用双实线横向展开并在双实线上向