《电气控制》-项目二 公路交通信号灯的PLC控制

任务一彩灯闪烁电路的PLC控制

一、项目任务二、知识链接三、项目分析四、项目实施五、技能训练一、项目任务一、控制要求设计一个彩灯闪烁电路的控制程序，控制要求为：三盏彩灯HL1、HL2、HL3，按下起动按钮后HL1亮，5s后HL1灭HL2亮，5s后HL2灭HL3亮，5s后HL3灭，5s后HL1、HL2、HL3全亮，5s后HL1、HL2、HL3全灭，5s后HL1、HL2、HL3全亮，5s后HL1、HL2、HL3全灭，5s后HL1亮……如此循环；随时按停止按钮停止系统运行。二、控制对象工作原理这是一个典型的顺序控制例程，根据控制要求，可将整个工作过程分为9个状态，每个状态的功能分别为状态一（初始复位及停止复位），状态二（HL1亮），状态三（HL2亮），状态四（HL3亮），状态五（全灭），状态六（HL1、HL2、HL3全亮），状态七（全灭），状态八（HL1、HL2、HL3全亮），状态九（全灭）。二、知识链接1、顺序控制法概述2、顺序功能图的设计3、绘制顺序功能图的注意事项4、顺序控制编程方式-起保停电路设计法

所谓顺序控制，就是按照生产工艺的流程顺序，在各个输入信号及内部软元件的作用下，使各个执行机构自动有序地运行。使用顺序控制法是首先根据系统的工艺流程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。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、修改和阅读也很方便。

顺序功能图又称状态流程图，是PLC专门用于编制顺序控制程序的一种编程方式。顺序功能图根据序列中有无分支及实现转换的不同，功能图的基本结构可分为三种：单流程、选择性流程和并行性流程，本项目介绍单流程顺序控制，另两种序列将在下面两个项目中介绍。所谓单流程顺序控制，就是控制的流程为单一的，也就是唯一的。功能流程图一、功能图及其基本概念绘制功能流程图时应注意以下几点。1）初始步对应于系统启动时的初始状态，是必不可少的，一个功能流程图至少有一个初始步。2）状态与状态间不能直接相连，必须有一个转换分隔。3）转换与转换间不能直接相连，必须用一个转换分隔。4）状态与转换之间采用有向线段，方向向下、向右时有向线段的箭头可以省略。二、顺序功能图的种类1.单序列由一系列相继激活的步组成，每一步之后仅有一个转换，每一个转换之后只有一个步。2.选择序列如图所示，步5为活动步，转换条件h=1，则发生步5→步8的转换；若步5为活动步，转换条件k=1，则发生步5→步10的转换，一般只允许同时选择一个序列。3.并联序列如图所示，步3为活动步，转换条件e=1，步4和步6的转换同时变为活动步，步3变为不活动步，步4和步6被同时激活后，每个序列中活动步的进展是独立的。单序列流程图选择序列流程图

并联序列流程图

例：以电动机循环正反控制为例来说明单流程顺序功能图的设计，其控制要求为：电动机正转3s，暂停2s，反转3s，暂停2s，如此循环5个周期，然后自动停止；运行中，可按停止按钮停止，热继电器动作也应停止。根据输出状态的变化可将工作周期分为正转、暂停、反转、暂停、计数，另外还包括初始步，共六步。在S7-200系列PLC种，状态继电器元件S0.0～S31.7可作为顺序控制元件，也可以用通用状态继电器M来表示。（1）将每个工序用PLC的一个状态继电器来表示。电动机循环正反转控制的状态继电器的分配如下：初始状态→M0.0，正转→M0.1，暂停→M0.2，反转→M0.3，暂停→M0.4，计数→M0.5。（2）将每个工序要完成的动作用PLC的线圈或功能指令来表示。电动机循环正反转的各状态功能如下：M0.0：复位；M0.1：驱动Q0.0、T37线圈得电，使电动机正转3s；M0.2：驱动T38线圈得电，使电动机停转2s；M0.3：驱动Q0.1、T39线圈得电，使电动机反转3s；M0.4：驱动T40线圈得电，使电动机停转2s；M0.5：驱动C0得电计数。（3）将每个工序间的转移条件用PLC的触点或电路块来表示。电动机循环正反转的转移条件如下：M0.0：初始脉冲SM0.1、停止按钮I0.0或热继电器I0.1，另外还有从S0.5来的计数器的常开触点C0；M0.1：起动按钮I0.2或从M0.5来的计数器的常闭触点C0；M0.2：定时器的延时常开触点T37；M0.3：定时器的延时常开触点T38；M0.4：定时器的延时常开触点T39；M0.5：定时器的延时常开触点T40。（4）画出顺序功能图。三、绘制顺序功能图的注意事项1、顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的起始状态，这一步可能没有什么输出状态，但确实必不可少，在绘制顺序功能图时不能遗漏。一般用系统的初始条件，若无初始条件，可用初始脉冲SM0.1进行驱动。2、顺序功能图中的箭头方向就是PLC的转移方向。3、在顺序功能图中，只有当对应的“步”处于激活状态，对应该“步”的负载驱动和转移才有可能，若对应的“步”是关闭的，则负载驱动和状态转移就不可能发生。因此，除初始“步”外，其他所有状态只有在其前一“步”处于激活且转移条件成立时才能开启。同时，下一“步”一旦被“激活”,上一“步”就自动关闭。四、顺序控制编程方式-起保停电路设计法

画好顺序功能图后，接下来的问题是将其转换为梯形图输入到PLC中，本项目介绍起保停电路设计法，该方法采用存储位M来代表“步”，使用有记忆功能的电路或指令（如起保停电路和置位、复位指令）来控制代表“步”的存储位。三、项目分析彩灯闪烁电路PLC控制系统的I／0端口地址分配表输入输出设备名称输入继电器设备名称输出继电器起动按钮SB1I0.1彩灯HL1Q0.1停止按钮SB2I0.2彩灯HL2Q0.2彩灯HL3Q0.3彩灯闪烁电路PLC控制系统接线示意图四、项目实施五、技能训练

三台电动机在按下起动按钮后，每隔一段时间自动顺序起动；顺序完毕后，按下停止按钮，每隔一段时间自动反向顺序停止。在起动过程中，如果按下总停按钮，则立即中止运行。任务二大小球分拣机械臂装置的PLC控制

一、项目任务二、知识链接三、项目分析四、项目实施五、技能训练一、项目任务

图示电路为一台大小球分拣机械臂装置，它的工作过程是：当机械臂处于原始位置时，即上限开关SQ1和左限位开关SQ3压下，抓球电磁铁处于失电状态。这时按启动按钮SB1后，机械臂下行，碰到下限位开关SQ2后停止下行，且电磁铁得电吸球。如果吸住的是小球，则大小球检测开关SQ为ON；如果吸住的是大球，则SQ为OFF。1s后，机械臂上行，碰到上限位开关SQ1后右行，它会根据大小球的不同，分别在SQ4（小球）和SQ5（大球）停止右行，然后下行至下限位停止，电磁铁失电，机械臂把球放在小球箱或大球箱里，1s后返回。如果不按停止按钮SB2，则机械臂一直工作下去。如果按了停止按钮，则不管何时按，机械臂最终都要停止在原始位置。再次按起动按钮后，系统可以再次从头开始循环工作。

二、知识链接1、选择性流程的设计及编程概述2、顺序控制编程方式——以转换为中心的顺序控制梯形图设计法选择性流程的设计及编程

由两个及以上的分支程序组成，但只能从其中一个分支执行的任务，称为选择性流程，如图所示。顺序控制编程方式-以转换为中心的顺序控制梯形图设计法

对于启保停电路，我们可以用具有相同功能的SET和RST指令来代替，即采用以转换为中心的编程方式，其方法是：用该转换所有前级步对应的存储位的常开触点与转换对应的触点或电路串联（即起保停电路中的起动条件），作为使所有后续步对应的存储位置位（用SET指令）和使所有前级步对应的存储位复位(用RST指令)的条件。每一个转换对应一个这样的控制置位和复位的电路块，有多少个转换就有多少个这样的电路块。用这种方法编程时，不能将输出位的线圈与置位复位指令并联，而是用代表步的存储器位的常开触点或它们的并联电路来驱动输出位的线圈。用存储位M来代替状态继电器，对图进行转化，转化后的的梯形图如图所示。选择性流程应用举例

设计一个用PLC来实现电动机正反转能耗制动的控制系统，其控制要求如下：按SB1，KM1闭合，电动机正转；按SB2，KM2闭合，电动机反转；按SB，KM1或KM2断开，KM3闭合，进行能耗制动，制动时间为5S；FR动作，KM1、KM2或KM3释放，电动机自由停车。三、项目分析大小球分拣机械臂PLC控制系统的I／0端口地址分配表

输入输出设备名称输入继电器设备名称输出继电器起动按钮SB1I0.0原点指示灯HLQ0.0停止按钮SB2I0.1下降电磁阀线圈YV1Q0.1上限位SQ1I0.2夹紧/放松电磁铁线圈YA1Q0.2下限位SQ2I0.3上升电磁阀线圈YV2Q0.3左限位SQ3I0.4接触器线圈右行KM1Q0.4大小球检测开关SQI0.5接触器线圈左行KM2Q0.5小球右限位SQ4I0.6大球右限位SQ5I0.7大小球分拣机械臂PLC控制系统接线示意图四、项目实施五、技能训练

设计一个给咖啡发放三种不同量糖的SFC程序。这是咖啡机控制程序中的加糖部分，是一个物料混合逻辑顺序控制问题，本题强调具有选择性分支的SFC程序的编程。功能要求为：①使用一个运行按钮SB2，每按一次，咖啡机运行一个加糖周期。②咖啡机能发放三种不同量的糖：不加、1份、2份。在其操作面板上设置三个按钮：NONE、1Sugar、2Sugar分别来选择上述三种放糖量。项目实施公路交通信号灯的PLC控制

一、项目任务二、知识链接三、项目分析四、项目实施五、技能训练一、项目任务

设计一个用PLC控制的十字路口交通灯的控制系统，其控制要求如下：（1）自动运行时，按一下起动按钮，信号灯系统按图2-3-1所示要求开始工作（绿灯闪烁的周期为1s），按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭；（2）手动运行时，两方向的黄灯同时闪动，周期是1s。二、知识链接1、并行性流程的设计及编程概述2、顺序控制编程方式——使用SCR步进指令的顺序控制梯形图设计法并行性流程的设计及编程

所谓并行性流程，是指由两个及以上的分支程序组成的，但必须同时执行各分支的程序，每个流程运行后，最后汇合在一起。如图所示。顺序控制指令表LADSTL说明LSCRn步开始指令，为步开始的标志，该步的状态元件的位置1时，执行该步SCRTn步转移指令，使能有效时，关断本步，进入下一步。该指令由转换条件的接点启动，n为下一步的顺序控制状态元件SCRE步结束指令，为步结束的标志LSCR——装载顺序控制继电器指令，用于表示一个SCR段即状态步的开始。SCRT——顺序控制继电器转换指令，用于表示SCR段之间的转换。当SCRT对应的线圈得电时，对应的后续步的状态元件被激活，同时当前步对应的状态元件被复位，变为不活动步。SCRE——顺序控制继电器结束指令，用于表示SCR段的结束。每一个SCR段的结束必须使用SCRE指令。SCRE指令无操作数。在使用顺序控制指令时应注意以下几点。1）步进控制指令SCR只对状态元件S有效。为了保证程序的可靠运行，驱动状态元件S的信号应采用短脉冲。2）当输出需要保持时，可使用S、R指令。3）不能把同一编号的状态元件用在不同的程序中。例如，如果在主程序中使用S0.1，则不能在子程序中再使用。4）在SCR段中不能使用JMP和LBL指令。即不允许跳入或跳出SCR段，也不允许在SCR段内跳转。可以使用跳转和标号指令在SCR段周围跳转。5）不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。顺序控制编程方式——使用SCR步进指令的顺序控制梯形图设计法

顺序控制继电器（SCR）指令是基于SFC的编程方式，它依据被控对象的顺序功能图（SFC）进行编程，将控制程序进行逻辑分段，顺序控制程序被顺序控制继电器指令(LSCR)划分为LSCR和SCRE指令之间的若干个SCR段，一个SCR段对应于程序功能图中的一步。LSCR指令把S位（例如S0.1）的值装载到SCR堆栈和逻辑堆栈栈顶。SCR堆栈的值决定该SCR段是否执行。当SCR程序段的S位置位时，允许该SCR程序段工作。顺序控制继电器转换指令SCRT执行SCR程序段的转换，使当前激活的SCR程序段的S位复位，从而使该SCR程序段停止工作；同时使下一个要执行的SCR程序段S位置位，以便下一个SCR程序段工作。顺序控制继电器结束指令SCRE表示一个SCR程序段的结束，SCR程序段必须由SCRE指令来结束。使用SCR指令时要注意：不能在不同的程序中使用相同的S位，不能在SCR段中使用JMP、LBL、FOR、NEXT、END指令，不能出现双线圈。并行性流程应用举例

液压剪切机主要用于板料的剪切加工，它主要由送料机、料架、压块和剪刀等组成，如图所示。液压剪切机在初始位置时，压紧板料的压钳在上面位置压合SQ1，剪刀也在上面压合行程开关SQ2。剪切机开始工