可编程控制器应用技术课件 项目五 - 任务二 设计自动配料模拟系统

可编程控制器应用技术数字量控制系统的设计项目五数字量控制系统的设计

数字量控制是S7-1200PLC的主要功能之一，由此可搭建基于PLC的数字量控制系统，设计方法主要有经验设计法和顺序设计法两种。

本项目将重点介绍经验设计法及其常用的典型电路，顺序设计法及顺序功能图的绘制方法，还将介绍运动控制的概念及设计方法。项目导读数字量控制系统的设计掌握数字量控制系统的基本设计方法。掌握经验设计法的典型电路。知识目标掌握顺序功能图的绘制方法。掌握运动控制系统的设计方法。能够用经验设计法和顺序设计法搭建数字量控制系统。技能目标通过学习经验设计法和完善程序，锻炼不怕困难、勇于创新的精神。通过学习顺序设计法，增强遵循事物发展规律，多角度思考问题的意识。素质目标项目五设计水塔水位控制系统任务一设计自动配料模拟系统任务二任务三设计搬运机械手模拟系统任务二：设计自动配料模拟系统请设计一个自动配料模拟系统，如图5-10所示。自动配料模拟系统的工作过程如下：（1）按下启动按钮SB1，系统启动，信号灯L2熄灭，信号灯L1点亮，表示允许汽车开进装料，此时料斗出料阀D1关闭。若物位传感器S1的状态为“0”（表示料斗中的物料不满），进料阀D2开启；若传感器S1的状态为“1”（表示料斗中的物料已满），则进料阀D2关闭；电机M1、M2、M3和M4的状态均为“0”。（2）当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1的状态为“1”，信号灯L2点亮，L1熄灭；电机M4启动，随后M3、M2、M1依次启动，出料阀D1打开，时间间隔为2s。（3）当汽车装满时，限位开关SQ2的状态为“1”，此时出料阀D1关闭，随后M1、M2、M3和M4依次关闭，时间间隔为2s。同时信号灯L1点亮，信号灯L2熄灭。（4）按下停止按钮SB2，自动配料模拟系统终止运行图5-10自动配料模拟系统任务描述任务二：设计自动配料模拟系统任务分析图5-11自动配料模拟系统工作流程图根据自动配料模拟系统的工作过程，绘制自动配料模拟系统的工作流程图，如图5-11所示根据自动配料模拟系统的工作过程，填写I/O地址分配表根据I/O地址分配表，完成硬件电路接线图的设计，并完成硬件接线根据自动配料模拟系统的控制要求和I/O地址分配表，设计梯形图程序最后将梯形图程序下载到PLC中，按照自动配料模拟系统的工作过程，改变输入信号的状态，分析程序执行结果是否符合控制要求一、顺序设计法任务二：设计自动配料模拟系统预备知识

顺序控制系统是指按照生产工艺预先规定的顺序，在输入信号的作用下，各个执行机构根据内部状态和时间变化，自动有序地运行的数字量控制系统。顺序控制系统，如十字路口交通灯、机械手、生产流水线等，均有着严格的顺序控制要求。

设计顺序控制系统时，常采用顺序设计方法。顺序设计方法的主要步骤如下：（3）用编程元件控制PLC的各输出位（2）用编程元件代表各个阶段（如M），并利用转换条件控制代表各步的编程元件（1）将控制系统的一个周期划分为若干顺序相连的阶段（步）任务二：设计自动配料模拟系统二、顺序功能图顺序设计法常用的工具是顺序功能图。它是描述顺序控制常用的一种图形，主要由步、动作、有向连线、转换和转换条件组成，如图5-12所示。1．顺序功能图的组成要素图5-12顺序功能图二、顺序功能图任务二：设计自动配料模拟系统步根据输出量的状态变化而划分的阶段。在每一步中，代表各步的编程元件的状态与该步输出量的状态之间有着简单的逻辑关系。在任何一步之内，各输出量的状态不变，但相邻两步输出量的状态不能完全相同。系统初始状态对应的步称为初始步。初始步是系统等待启动时相对静止的阶段，一般没有输出，通常在首次扫描时启动。每个顺序功能图都必须有初始步，通常用双线框表示。当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称为活动步。动作每一步对应的输出（如Q0.0）或命令（如复位Q0.0）。当系统处于活动步时，相应的动作被执行；当系统处于不活动步时，相应的动作停止有向连线在顺序功能图中，用来标注步的进展方向的连线。步的活动状态默认的推进方向是从上到下或从左到右，因此这两个方向有向连线的箭头可以省略，其他方向有向连线的箭头不能省略转换和转换条件通常用与有向连线垂直的短划线表示转换，主要目的是间隔相邻两步；转换条件是当前步向下一步转换时需要满足的条件，转换条件常标在短划线旁。转换条件可以是单个信号电平或多个信号电平的逻辑组合，也可以是信号的上升沿（↑）或下降沿（↓）。任务二：设计自动配料模拟系统二、顺序功能图根据活动步进展的不同情况，顺序功能图可为单序列、选择序列和并行序列3种基本结构2.顺序功能图的结构单序列是最基础和简单的结构，它由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换的后面也只有一步任务二：设计自动配料模拟系统二、顺序功能图2.顺序功能图的结构一个活动步之后，紧接着有几个后续步可供选择的结构形式称为选择序列

选择序列的开始称为分支，由于各分支的转换条件不同，因此只能标在水平线之内，选择序列的结束称为合并，只要选择序列的有一个结束步为活动步，就可以激活合并步。如：当步1处于活动步时，若I0.1的状态为“1”，则激活步2；若I0.4的状态为“1”，则激活步4；若I0.7的状态为“1”，则激活步7。如：若步3为活动步且I0.3的状态为“1”，或步5为活动步且I0.6的状态为“1”，又或步7为活动步且I1.1的状态为“1”，则激活步8任务二：设计自动配料模拟系统二、顺序功能图一个活动步之后，紧接着有几个后续步同时被激活的结构形式称为并行序列2.顺序功能图的结构并行序列的开始称为分支，各分支共用一个转换条件，即转换条件满足时，各个分支同时被激活；并行序列的结束称为合并，只有并行序列的结束步全部为活动步，才能激活合并步。如：若步2处于活动步且I0.1的状态为“1”，则同时激活步3、步5和步7；若步4、步6与步7同时处于活动步且I0.4的状态为“1”，则激活步8。只要步4、步6与步7中有一个为非活动步，均不能激活步8在绘制顺序功能图时，需要注意以下几点：①

两个步不能直接相连，必须用转换将它们隔开；②

两个转换之间也不能直接相连，必须用步将它们隔开；③

顺序功能图中的初始步一般对应于系统的初始状态，这一步没有输出，却是顺序功能图必须有的任务二：设计自动配料模拟系统如图5-14所示为某锅炉风机控制系统的波形图，请绘制出该锅炉风机控制系统的顺序功能图【例3】二、顺序功能图图5-14某锅炉风机控制系统的波形图任务二：设计自动配料模拟系统锅炉风机控制系统的设计思路如下。（1）根据Q0.0和Q0.1接通/断开状态的变化，划分风机的工作步骤。风机工作期间可以分为4步，即M0.1、M0.2、M0.3及M0.0（初始步）。（2）判断转换和转换条件。初始步M0.0的激活条件是首次扫描（设置系统时钟存储器字节）；由M0.0向M0.1转换的条件为I0.0的状态为“1”；由M0.1向M0.2转换的条件为T0定时结束（15s）；M0.2向M0.3转换的条件为I0.1的状态为“1”。（3）判断步中的动作。初始步M0.0无输出，步M0.1的输出为Q0.0，步M0.2的输出为Q0.0和Q0.1，步M0.3的输出为Q0.0。故该锅炉风机控制系统的顺序功能图如图5-15所示。分析二、顺序功能图图5-15某锅炉风机控制系统的顺序功能图小试身手：如果某些输出量在连续若干步的状态均为“1”，也可以用置位、复位指令来控制它们。请用置位、复位指令完成例3中的顺序功能图任务二：设计自动配料模拟系统三、顺序功能图转换为梯形图程序由于S7-1200PLC没有配备顺序功能图语言，因此必须转换为梯形图程序或功能块图才能被执行。这里以转换为梯形图程序为例介绍顺序功能图的转换方法在顺序功能图中，步的活动状态（M的状态）是通过转换得到的，转换的实现必须同时满足3个条件：①该转换所有的前级步为活动步；②相应的转换条件得到满足；③

后续活动步为非活动步。因此，线圈输出M的条件是前级步的状态为“1”且满足转换条件。将顺序功能图转换为梯形图程序时，应先用输出指令得到M，再用M去控制输出信号（动作）。任务二：设计自动配料模拟系统三、顺序功能图转换为梯形图程序1．单序列的转换【例4】将图5-15所示的顺序功能图转换成梯形图程序将顺序功能图转换为梯形图程序的主要思想如下。（1）将步的转换条件作为梯形图程序的输入，步作为线圈输出，采用启保停电路表达转换、转换条件及步之间的逻辑关系。其中前一步和转换条件串联为该步的启动条件，后一步为该步的停止条件。（2）将步与动作之间的逻辑关系用梯形图程序表达出来。将步作为输入，动作作为输出。故将图5-15所示的顺序功能图转换为梯形图程序如图5-16所示。分析图5-16锅炉风机控制系统的梯形图程序任务二：设计自动配料模拟系统三、顺序功能图转换为梯形图程序图5-16锅炉风机控制系统的梯形图程序小试身手：试用置位、复位指令改写图5-16所示的梯形图程序任务二：设计自动配料模拟系统三、顺序功能图转换为梯形图程序

选择序列的转换与单序列的转换类似，重点要注意选择序列分支和合并。2．选择序列的转换将图5-17所示的顺序功能图转换成梯形图程序图5-17选择系列的顺序功能图【例5】任务二：设计自动配料模拟系统三、顺序功能图转换为梯形图程序

将选择序列的顺序功能图转换为梯形图程序时，主要考虑以下两方面：（1）不是分支开始和分支结束的步，转换方法和单序列转换方法相同。（2）由于各分支的条件不同，需要分开写；分支合并时，应将各分支的转换条件并联后作为分支合并的开始条件。故将选择序列的顺序功能图转换为梯形图程序如图5-18所示。分析图5-18选择序列的梯形图程序任务二：设计自动配料模拟系统三、顺序功能图转换为梯形图程序

并行序列的转换与选择序列的转换类似，不同的是并行序列的分支开始条件只有一个，且各分支同时开始；分支结束，所有分支均执行完毕且满足转换条件，才能激活后续步。

3．并行序列的转换将图5-19所示的顺序功能图转换成梯形图程序图5-19并行序列的顺序功能图【例6】任务二：设计自动配料模拟系统三、顺序功能图转换为梯形图程序

并行序列的顺序功能图转换为梯形图程序时，主要考虑以下两方面。（1）不是分支开始和分支