第4章順序控制設(shè)計(jì)法與順序功能圖

4.1功能圖的產(chǎn)生及基本概念4.1.1順序功能圖的歷史4.1.2功能圖的基本概念4.1.3功能圖的構(gòu)成規(guī)則4.2順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換規(guī)則

4.2.1基本結(jié)構(gòu)

4.2.2轉(zhuǎn)換規(guī)則4.3順序功能圖的編程方法

4.3.1編程方法

4.3.2單序列編程方法

4.3.3選擇序列和并行序列編程方法

4.3.4僅有兩步的閉環(huán)處理4.4綜合應(yīng)用舉例

4.5順序功能圖語言s7-Graph的應(yīng)用4.5.1S7-Graph語言概述4.5.2使用s7Graph編程的例子4.1功能圖的產(chǎn)生及基本概念用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)梯形圖，沒有固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性。對于不同控制系統(tǒng)，沒有一種通用的容易掌握的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)梯形圖時，用大量的中間單元來完成記憶、聯(lián)鎖和互鎖等功能，設(shè)計(jì)復(fù)雜，考慮得周到，需要模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試。經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)出的梯形圖很難閱讀，不便于系統(tǒng)改進(jìn)和維護(hù)。針對于此:順序功能圖（SequentialFunctionCharts)最初是在20世紀(jì)70年代根據(jù)DIN19237標(biāo)準(zhǔn)來制定的，法國國家標(biāo)準(zhǔn)為Grafacet法(NFC03190)，1993年由IEC（6）1131再次為SFC制定了新標(biāo)準(zhǔn)。

三個標(biāo)準(zhǔn)差異:差異小，最初標(biāo)準(zhǔn)SFC不允許在控制中有分支或者閉環(huán)，新標(biāo)準(zhǔn)提供了這種可能性。原因:4.1.1順序功能圖的歷史控制要求功能流程圖梯形圖程序設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化功能圖法流程:順序設(shè)計(jì)按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的次序，在各種輸入信號的作用下，根據(jù)時間順序，執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動并有序地進(jìn)行操作。特別適合生產(chǎn)流水線上應(yīng)用。順序設(shè)計(jì)法是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)思想是將系統(tǒng)的工作過程劃分為若干個順序相連的階段，這個階段稱之為”步“或”狀態(tài)“，當(dāng)步被激活時(即滿足一定的轉(zhuǎn)換條件），步所代表的行動或命令將被執(zhí)行。這樣一步一步按照順序，執(zhí)行機(jī)構(gòu)就能夠”前進(jìn)“。順序設(shè)計(jì)法步驟4.1.2功能圖的基本概念功能圖(功能流程圖/狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖):描述順序控制系統(tǒng)的圖解表示方法,專用于工業(yè)順序控制程序設(shè)計(jì)的功能性說明語言。它能完整的描述控制系統(tǒng)的工作過程、功能和特性,是分析、設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)控制程序的重要工具。功能圖主要由“步”、“轉(zhuǎn)移”及有向線段等元素組成。步轉(zhuǎn)移有向線段靜態(tài)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)移觸發(fā)規(guī)則系統(tǒng)動態(tài)過程1.步★步是控制系統(tǒng)中一個相對不變的性質(zhì)，對應(yīng)于一個穩(wěn)定的情形。步的圖形符號編號/代碼⑴初始步初始步是功能圖運(yùn)行的起點(diǎn)，一個控制系統(tǒng)至少要有一個初始步。初始步的圖形符號為雙線的矩形框編號初始步的圖形符號編號動作A步中動作的表示⑵工作步工作狀態(tài)是控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時的狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行則為動狀態(tài)，沒有運(yùn)行為靜狀態(tài)。⑶與步對應(yīng)的動作當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱為活動步，相應(yīng)的動作被執(zhí)行；步處于不活動狀態(tài)，相應(yīng)的非存儲型動作被停止執(zhí)行。步的動作中有存儲型（S）和非存儲型（NS）兩大常用類型，存儲型為保持型，可以用S和R指令對動作置位和復(fù)位，非存儲型與它所在的步“同存亡”，用輸出指令實(shí)現(xiàn)。動作B2.轉(zhuǎn)移★轉(zhuǎn)移是為了說明從一個步到另一個步的變化。用有向線段加一段橫線表示某個轉(zhuǎn)移。線段方向即為轉(zhuǎn)移方。★轉(zhuǎn)移是一種條件，條件成立稱為轉(zhuǎn)移使。若該轉(zhuǎn)移能使步發(fā)生轉(zhuǎn)移稱為觸發(fā)。一個轉(zhuǎn)移能夠觸發(fā)必須滿足：狀態(tài)為動狀態(tài)及轉(zhuǎn)移使能。轉(zhuǎn)移條件是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的必要條件，通常用文字、邏輯方程及符號表示。如圖所示。步A步B轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件4.1.3功能圖的構(gòu)成規(guī)則⑴步與步不能相連，必須用轉(zhuǎn)移分開；如果沒有具體的轉(zhuǎn)移條件，一般用定時延時來解決）。⑵轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移不能相連，必須用步分開；⑶步與轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移與步之間的連接采用有向線段，從上到下畫時，可以省略箭頭；當(dāng)有向線段從下向上畫時，必須畫上箭頭，以表示方向；⑷一個功能圖至少要有一個初始步。它是進(jìn)入順序控制環(huán)的入口。(5)一般在OB100中將起始步預(yù)置為當(dāng)前步，否則系統(tǒng)不能工作。(6)如果有手動、自動兩種工作方式，在手動進(jìn)入自動自動工作方式時，需用適當(dāng)?shù)男盘枌⒊跏疾阶優(yōu)楫?dāng)前步。(7)在單周期和循環(huán)自動運(yùn)行方式下，結(jié)束步返回的方式不同。單周期運(yùn)行方式下，返回起始步；循環(huán)運(yùn)行方式下，返回第1步。4.2順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換規(guī)則單序列可選擇序列和合并并行序列和合并跳轉(zhuǎn)和循環(huán)功能圖結(jié)構(gòu)4.2.1基本結(jié)構(gòu)單序列、選擇序列、跳轉(zhuǎn)及并行序列1、單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步后面只有一個轉(zhuǎn)換，每個轉(zhuǎn)換后面只有一個步。沒有分支和合并。2、選擇序列與合并（多分支序列）選擇序列有分支，且轉(zhuǎn)換條件要寫到分支線以內(nèi)。選擇序列的合并稱為合并，轉(zhuǎn)換條件必須在合并線以內(nèi)。M0.0M0.1M0.2Q0.0Q0.1Ⅰ0.1Ⅰ0.0M0.5Ⅰ0.2M0.6Ⅰ0.6Q0.2Q0.5M0.3M0.4Q0.3Q0.4Ⅰ0.3Ⅰ0.4Ⅰ0.5可選擇的分支和聯(lián)接功能圖M0.0M0.1M0.2Q0.0Q0.1Ⅰ0.1Ⅰ0.0M0.5Ⅰ0.3Ⅰ0.4Q0.2Q0.5M0.3M0.4Q0.3Q0.4Ⅰ0.2并行分支和聯(lián)接功能圖M0.0M0.1M0.2M0.3M0.4M0.5M0.6Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Ⅰ0.0Ⅰ0.1Ⅰ0.2Ⅰ0.3Ⅰ1.0Ⅰ1.1Ⅰ0.4Ⅰ0.5Ⅰ0.6Ⅰ1.2Ⅰ1.2Ⅰ1.0Ⅰ1.1跳轉(zhuǎn)和循環(huán)功能圖說明I1.0為OFF時進(jìn)行局部循環(huán)操作，I1.0為ON時則正常順序執(zhí)行；I1.1為ON時正向跳轉(zhuǎn)，I1.1為OFF時則正常順序執(zhí)行；I1.2為OFF時，進(jìn)行多周期循環(huán)操作，I1.2為

ON時進(jìn)行單周期循環(huán)操作。3、跳轉(zhuǎn)與循環(huán)跳轉(zhuǎn)是選擇分支的特例，是選擇序列某一條分支上沒有步，但轉(zhuǎn)換條件仍然存在。從上往下的順序跳步，叫跳轉(zhuǎn)，反之就叫循環(huán)了。4、并行序列與合并并行序列是某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)幾個序列的同時激活。用并行雙橫線表示，雙橫線上只允許有一個轉(zhuǎn)換信號。并行序列表示系統(tǒng)的幾個獨(dú)立部分同時工作的情況。并行序列的結(jié)束稱之為合并，合并也用雙橫線表現(xiàn)。在雙橫線下也只允許有一個轉(zhuǎn)換條件。4.2.2轉(zhuǎn)換規(guī)則1）轉(zhuǎn)換的前一步必須是活動步。2）相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件必須滿足。從前一步轉(zhuǎn)換到當(dāng)前步的轉(zhuǎn)換條件有如下：滿足該條件后，前一步轉(zhuǎn)換為當(dāng)前步，當(dāng)前步由”將來時“變?yōu)椤艾F(xiàn)在時”成為活動步。從當(dāng)前步轉(zhuǎn)換到后一步時，應(yīng)滿足的條件如下：條件滿足后，當(dāng)前步成為不活動步，成為“過去時”，程序順利地進(jìn)行下一步操作。在單序列中，一個轉(zhuǎn)換僅有一個前步和后步；選擇序列的分支和合并處，一個轉(zhuǎn)換也只有一個前步和一個后步，但一個步可能會有多個前步或多個后步；并行序列的分支處，轉(zhuǎn)換有幾個后步，在轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時，應(yīng)同時將其對應(yīng)的步（一般是存儲器位）置位，使這些當(dāng)前步變?yōu)榛顒硬健Ｔ诓⑿行蛄械暮喜⑻帲D(zhuǎn)換有幾個前步，只有當(dāng)它們都變?yōu)榛顒硬剑M足轉(zhuǎn)換條件后，才能實(shí)現(xiàn)下一步的轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)后，應(yīng)將對應(yīng)的步（存儲位）全部復(fù)位，使當(dāng)前步變?yōu)椴换顒硬健?.3順序功能圖的編程方法梯形圖IQa)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法信號關(guān)系圖輸出電路控制電路MQIb)順序設(shè)計(jì)法信號關(guān)系圖經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法實(shí)際上是用輸入信號I直接控制輸出信號Q，如果無法直接控制，或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)記憶、聯(lián)鎖、互鎖等功能，只好被動地增加一些輔助元件和輔助觸點(diǎn)。4.3.1編程方法順序設(shè)計(jì)包括控制電路設(shè)計(jì)和輸出電路設(shè)計(jì)兩個部分。控制電路設(shè)計(jì)則是用代表轉(zhuǎn)換條件的輸入信號I控制代表各步的M，再用M來控制輸出量Q。M與Q之間具有簡單的“與”邏輯關(guān)系，輸出電路設(shè)計(jì)極為簡單。（S）（Ｒ）M0.2M0.3M0.2條件1條件n（S）（Ｒ）M0.3M0.4M0.3條件n+1條件n+m控制電路的梯形圖（S）（）M0.3保持型動作置位（S）（）M0.4非保持型動作輸出電路的梯形圖……M0.3M0.4條件1…條件n條件n+1…條件n+mAB保持型動作置位非保持型動作方法1：用置位和復(fù)位方法（）M0.2M0.3條件1條件n（）M0.3M0.4條件n+1條件n+m……M0.5M0.4M0.3M0.4（S）（）M0.3保持型動作置位（S）（）M0.4非保持型動作輸出電路的梯形圖保持型動作置位非保持型動作控制電路的梯形圖方法2：用啟保停方法舉例1：沖壓機(jī)功能流程圖M0.0M0.1M0.2等待Q0.0Q0.1啟動信號及高位行程開關(guān)I0.0與I0.3低位行程開關(guān)I0.1高位行程開關(guān)I0.2沖壓機(jī)的工作順序可分為三個步：初始、下沖和返回步。從初始步到下沖步的轉(zhuǎn)移須滿足啟動信號和高位行程開關(guān)信號同時為ON時才能發(fā)生；從下沖步到返回步，須滿足低位行程開關(guān)為ON時才能發(fā)生。返回到停止，須高位行程開關(guān)信號為ON才能發(fā)生。功能圖就是由多個狀態(tài)及連線組成的圖形，他可以清晰的描述系統(tǒng)的工序要求，使復(fù)雜問題簡單化，并且使PLC編程成為可能，而且編程的質(zhì)量和效率也會大大提高。下沖返回4.3.2單序列編程方法()()()M0.2I0.2M0.1M0.0M0.0M0.1M0.2I0.3I0.0M0.1M0.0M0.1I0.1M0.0M0.2M0.1()Q0.0M0.1()Q0.1M0.2控制電路輸出電路方法1：用啟保停電路編程(S)(S)(S)M0.2I0.2M0.0M0.1I0.3I0.0M0.0M0.1I0.1M0.2()Q0.0M0.1()Q0.1M0.2控制電路輸出電路(R)M0.0(R)M0.1方法2：用置位和復(fù)位指令實(shí)現(xiàn)例2液壓動力滑臺進(jìn)給控制下圖為(S)M0.4I0.3M0.0(R)M0.4(S)M0.1(R)M0.0M0.0I0.0I0.3(S)M0.1I0.1M0.2(R)M0.1(S)M0.2I0.2M0.3(SD)T0(S)M0.3T0M0.4(R)M0.3()M0.1Q4.0S5T#8S()M0.1Q4.1()M0.4Q4.2M0.2用置位和復(fù)位指令實(shí)現(xiàn)方法1方法2注意：a)在開機(jī)時，CPU調(diào)用OB100初始化塊時，必須將初始步對應(yīng)的M0.0置為1狀態(tài)，其余各步對應(yīng)的存儲位復(fù)位為0狀態(tài)。b)用置位和復(fù)位指令編程不能將輸出位Q的線圈與置位指令和復(fù)位指令并聯(lián)。例2工作臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的控制控制工藝如左圖所示，工作臺的初始狀態(tài)時停在限位開關(guān)I0.1處，i0.1為1狀態(tài)，按下啟動按鈕I0.0，工作臺正轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到限位開關(guān)I0.2處改為反轉(zhuǎn)，返回到限位開關(guān)I0.1處又改為正轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到限位開關(guān)I0.3處又改為反轉(zhuǎn)，回到起始點(diǎn)停止運(yùn)動。從左邊功能圖看出，這是一個并行序列，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換必須滿足一下條件：4.3.3選擇序列和并行序列編程方法1、并行序列的編程功能圖梯形圖選擇分支合并并行分支合并2、跳轉(zhuǎn)和并行序列編程例3已經(jīng)鉆床控制系統(tǒng)的順序功能圖，試轉(zhuǎn)換為控制的梯形圖4.3.4僅有兩步的閉環(huán)處理功能圖梯形圖癥結(jié)：步M0.2既是步M0.3的前級步，有是它的后續(xù)步。解決辦法就是把M0.2的常閉觸點(diǎn)改為帶轉(zhuǎn)換條件的I（如I0.3)隔開。I0.34.4綜合應(yīng)用舉例設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化寫出使用功能圖編程時應(yīng)按照一下步驟：

功能流程圖梯形圖程序語句控制要求例4圖右為物料混合裝置用來將粉末狀的固體物料和液體物料按一定的比例混合在一起，經(jīng)過一定時間的攪拌后得到成品。粉料和液料都用電子秤來計(jì)量，計(jì)量預(yù)置值分別存MW10和MW12中。初始狀態(tài)：粉料秤稱斗、液料秤稱斗和攪拌機(jī)都是空的，它們底部的排料閥關(guān)閉，粉料倉下部的螺旋輸送機(jī)和攪拌機(jī)電機(jī)停轉(zhuǎn)。排料閥放料閥螺旋輸送機(jī)成品排放閥物料混合控制系統(tǒng)時序圖例5某機(jī)械手用來將工件從A點(diǎn)搬到B點(diǎn)，其控制的操作面板、工藝圖和外部接線圖如下圖所示，系統(tǒng)設(shè)有手動、單周期、單步、連續(xù)和返回原點(diǎn)5種工作方式，試編制PLC程序?qū)崿F(xiàn)其功能。機(jī)械手示意圖操作面板外部接線圖單周期工作方式：按下啟動按鈕后，機(jī)械手按工藝流程圖規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。連續(xù)工作方式：在初始狀態(tài)下啟動按鈕后，機(jī)械手從初始步開始一個周期接一個周期地反復(fù)連續(xù)工作，按下停止按鈕后，并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。單步工作方式：從初始步開始，按一下啟動按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動停止工作并停在該步，再按一下啟動按鈕，又往前走一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。返回原點(diǎn)工作方式：在進(jìn)入單周期、連續(xù)、和單步工作方式之前，系統(tǒng)如果不在原點(diǎn)狀態(tài)，按下啟動按鈕后，可使系統(tǒng)返回原點(diǎn)狀態(tài)。“負(fù)載電源”