1、模块三模块三 顺序功能图编程及应顺序功能图编程及应用用2022-8-8 3.2 自动门控制系统设计 3.3 按钮式人行横道交通灯控制系统设计 3.1 气动夹具控制系统设计 3.4 气动机械手控制系统设计目录目录Contents2022-8-8【能力目标能力目标】1能熟练运用顺序控制继电器指令编写能熟练运用顺序控制继电器指令编写PLC程序。程序。2能熟练运用启保停电路以及置位复位指令编写顺序控制程能熟练运用启保停电路以及置位复位指令编写顺序控制程序。序。3能根据控制系统的控制要求，构建能根据控制系统的控制要求，构建PLC控制系统的硬件系统控制系统的硬件系统以及程序设计。以及程序设计。2022-8
2、-8【知识目标知识目标】1掌握顺序功能图的结构和工作原理。掌握顺序功能图的结构和工作原理。2熟悉顺序功能图的分类。熟悉顺序功能图的分类。3掌握顺序控制继电器指令。掌握顺序控制继电器指令。4掌握顺序功能图的编程规则和编程技巧。掌握顺序功能图的编程规则和编程技巧。2022-8-8任务任务3.1 气动夹具控制系统设计气动夹具控制系统设计2022年8月8日星期一任务导入任务导入 简易机械气动加工夹具用于固定工件。如图所示，气缸1和气缸2分别受两个电磁阀的控制，气缸上装有磁性开关用于检测气缸的伸缩状态。其工作过程为：气动夹具的原点位置是气缸1和气缸2均处于缩回状态时的位置，按下启动按钮，气缸1伸出气缸1
3、伸出到位延时1s气缸2伸出气缸2伸出到位延时20s气缸2缩回气缸2缩回到位延时1s气缸1缩回气缸1缩回到位，气动夹具回到原点位置。气动夹具2022年8月8日星期一相关知识相关知识一、顺序功能图一、顺序功能图1顺序功能图的组成顺序功能图的组成主要由步、动作、有向连线、转移条件组成，如图所示。2022年8月8日星期一将系统的一个工作周期划分为若个顺序相连的状态，这些状态称为步。步有初始步、静步、活动步。初始状态对应的步。一个初始状态对应的步。一个顺序功能图必须有一个初顺序功能图必须有一个初始步，如图中的始步，如图中的S0.0步，步，通常用双线方框表示，放通常用双线方框表示，放在顺序功能图的最上端。
4、在顺序功能图的最上端。活动步是指当前正在运行活动步是指当前正在运行的步。当步处于活动状态的步。当步处于活动状态时，步右侧相应的动作被时，步右侧相应的动作被执行。执行。静步是没有运行的步。静步是没有运行的步。步处于不活动状态时，步处于不活动状态时，相应的非保持型动作被相应的非保持型动作被停止。停止。2022年8月8日星期一步方框右边用线条连接的符号为本步的工作对象，简称为动作。一步中可能有一个或几个动作。当顺序控制继电器S或标志存储器M接通（ON）时，工作对象通电动作。动作分保持型动作和非保持型动作两类。【步】2022年8月8日星期一有向线段表示步的转移方向。从上到下或从左到右的有向线段的箭头可
5、以省略，如果不是上述的方向，则应在有向线段上用箭头注明进展方向。【有向线段】2022年8月8日星期一转移用与有向连线垂直的短画线来表示，将相邻两步隔开。转移条件标注在转移短线的旁边，如图中的T38、I0.3等。转移条件是与转移逻辑相关的触点，可以是动合触点、动断触点或它们的串并联组合。【转移条件】2022年8月8日星期一2顺序功能图的分类顺序功能图的分类SFC的基本结构（1）单循环序列单循环序列由一系列相继激活的步组成，每个步的后面仅有一个转移，每个转移后面只有一个步，当S0.2步为活动步，且满足转移条件c时，回到S0.0步开始新一轮的循环，如图（a）所示。2022年8月8日星期一2顺序功能图
6、的分类顺序功能图的分类SFC的基本结构（1）选择序列选择序列既有分支又有合并。选择序列的开始叫分支，转换条件d和e只能标在水平连线之下，根据分支转移条件d、e来决定究竟选择哪一个分支。选择序列的结束叫合并，转移条件i和j只能标在水平连线之上。2022年8月8日星期一2顺序功能图的分类顺序功能图的分类SFC的基本结构（1）并行序列若在某一步执行完后，需要同时启动若干条分支，那么这种结构称为并行序列。并行序列的开始叫分支，分支开始时采用双水平线将各个分支相连，转移对应的条件k称为公共转移条件。并行序列的结束叫合并，转移条件只能标在双水平线之下。2022年8月8日星期一3转移实现的条件转移实现的条件
7、（1）该转移所有的前级步都是活动步。（2）相应的转移条件得到满足。4绘制顺序功能图的规则绘制顺序功能图的规则（1）步与步之间必须由转移隔开。（2）转移和转移之间必须由步隔开。（3）步和转移、转移和步之间用有向线段连接。（4）一个顺序功能图中至少有一个初始步。（5）自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在SFC中应由步和有向连线构成一个闭环回路，以体现工作周期的完整性。（6）仅当某步所有的前级步均为活动步且转移条件满足时，该步才有可能变为活动步，同时其所有的前级步都变换为静步。2022年8月8日星期一二、顺序控制指令二、顺序控制指令顺序控制指令的使用说明如下。（1）顺序控制指令只对顺序控
8、制继电器S有效。2022年8月8日星期一（2）SCR标记SCR程序段的开始，SCRE标记 SCR 程序段的结束。SCR和SCRE指令之间的所有逻辑是否执行取决于S堆栈的值。（3）当输出动作需要保持时，可使用S/R指令。（4）SCRT转移指令有能流时，执行该指令，将复位当前激活的SCR段的S位，并会置位引用段的S位（5）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。2022年8月8日星期一三、顺序功能图与步进梯形图之间的转换三、顺序功能图与步进梯形图之间的转换顺序功能图与步进梯形图的转换2022年8月8日星期一四、认识气动元件四、认识气动元件1气源
9、装置气源装置 气源装置的主体部分是空气压缩机。它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能，为各类气动设备提供动力。空压机空压机2022年8月8日星期一2气动执行元件气动执行元件 气缸是气动系统的主要执行元件，它把压缩空气的压力能转化为机械能，带动工作部件运动。常见的有单作用气缸、双作用气缸和摆动气缸。2022年8月8日星期一 气缸主要由缸筒、活塞杆、前后端盖及密封件等组成。在图气缸主要由缸筒、活塞杆、前后端盖及密封件等组成。在图示气缸的作用气口安装了限出型节流阀，当调节节流阀示气缸的作用气口安装了限出型节流阀，当调节节流阀A时，是时，是调整活塞杆的伸出速度，而当调节节流阀调整活塞杆的伸出速度，而
10、当调节节流阀B时，是调整活塞杆的时，是调整活塞杆的缩回速度。缩回速度。2022年8月8日星期一（1）单作用气缸。单作用气缸的工作特点是：气缸活塞的一个运动方向靠空气压力驱动，另一个运动方向靠弹簧力或其他外部的方法使活塞复位，如图所示。单作用气缸2022年8月8日星期一（2）双作用气缸。双作用气缸的工作特点是：气缸活塞的两个运动方向都由空气压力推动，因此在活塞两边，气缸有两个气孔作供气和排气用，以实现活塞的往复运动，如图所示。双作用气缸 2022年8月8日星期一（3）叶片式摆动气缸。叶片式摆动气缸工作原理：将气压力作用在叶片上，由于叶片与转轴连在一起，因此受气压作用的叶片就带动转轴摆动，并输出力
11、矩。气缸用内部止动块或外部挡块来改变其摆动角。它是由直线汽缸驱动齿轮齿条实现回转运动，回转角度能在0180度之间任意可调，而且可以安装磁性开关，检测旋转到位信号，多用于方向和位置需要变换的机构。2022年8月8日星期一3气动控制元件气动控制元件 最常用的气动控制元件是电磁方向控制阀。它的主要作用是控制压缩空气的流动方向和气路的通断。电磁阀按电源的控制方式有直流24V和交流220V两种；按控制形式分单电控电磁阀和双电控电磁阀。2022年8月8日星期一（1）单电控电磁阀：电磁阀只有一个控制线圈YA。当电磁线圈通电时，气动回路就发生切换；电磁线圈失电时，电磁阀由弹簧复位，气动回路恢复到原状态，这相当
12、于“点动”，如图所示。单电控两位五通阀的符号及外形2022年8月8日星期一（2）双电控电磁阀：电磁阀有两个控制线圈YA0和YA1，常见的有两位五通电磁阀。任何一个电磁线圈通电，都会使电磁阀换向；双线圈电磁阀有记忆功能，即线圈通电后立即失电，电磁阀也会保持通电时的状态不变。只有当另一电磁线圈通电时，电磁阀才会切换为另一状态，这相当于“自锁”，如图所示。双电控两位五通阀的符号及外形2022年8月8日星期一4.磁性开关磁性开关 无接点的二线式磁性开关 传感器引出线2根，接线容易，电源为DC24V。“+”端接PLC的输入端，“”端接PLC“1M”点。磁性开关能在一般的磁性环境中使用，装配调整容易。磁性
13、开关安装在气缸两侧磁性开关安装在气缸两侧 无接点开关的感应元件是磁阻器件，当气缸活塞杆的磁体接近开关时，受磁无接点开关的感应元件是磁阻器件，当气缸活塞杆的磁体接近开关时，受磁场的影响，开关的磁阻元件输出一电压信号。经信号放大器放大后指示灯（红色）场的影响，开关的磁阻元件输出一电压信号。经信号放大器放大后指示灯（红色）发光，控制输出点与电源负端接通。将磁性开关安装在气缸两侧，就可以发出气发光，控制输出点与电源负端接通。将磁性开关安装在气缸两侧，就可以发出气缸活塞杆伸出到位或缩回到期位的信号。缸活塞杆伸出到位或缩回到期位的信号。2022年8月8日星期一5气动控制回路的实现气动控制回路的实现（1）单
14、电控电磁阀控制单作用气缸。2022年8月8日星期一（2）双电控电磁阀控制双作用气缸。5气动控制回路的实现气动控制回路的实现任务实施任务实施【训练工具、材料和设备】【训练工具、材料和设备】按钮按钮1个个通用电工工具通用电工工具1套套导线若干导线若干PLC1台台磁性开关磁性开关4个个电磁阀电磁阀2个个2022年8月8日星期一1硬件电路硬件电路气缸1是双线圈阀气缸2是单线圈阀2022年8月8日星期一气动夹具的I/O接线电源电源4个磁性开关的棕色线接PLC的输入I，公共端1M接DC24电源的正极。晶体管输出型PLC，电磁阀3个线圈一端接输出Q，另一端并联后接2M公共端。2022年8月8日星期一2绘制顺
15、序功能图绘制顺序功能图气动夹具的顺序功能图I2.0=1，气缸1缩回到位；I2.3=1，气缸2缩回到位；I0.1=1，启动。I2.1=1，气缸1伸出到位；T37=1，延时1s时间到；I2.2=1，气缸2伸出到位；T38=1，延时20s时间到；I2.3=1，气缸2缩回到位；T39=1，延时1s时间到；I2.0=1，气缸1缩回到位；注意：注意：西门子S7-200 SMART PLC的顺序功能图中是不允许出现双线圈 的，因 此 在 图 中 的S0.1步、S0.3步和S0.7步中对Q0.4、Q0.5以及Q0.3都用S指令进行双线圈处理。2022年8月8日星期一3将顺序功能图转换成梯形图将顺序功能图转换成
16、梯形图2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一知识拓展知识拓展单周期和连续工作方式的编程单周期和连续工作方式的编程气动夹具的自动工作方式分为单步、单周期和连续等。各种工作方式的含义如下。（1）单步工作方式。按一次启动按钮，前进一个工步（或工序）。系统每进行一步都会停止下来，适用于系统的调试和检修。（2）单周期工作方式。按下启动按钮，系统从原点位置开始，自动运行一个周期后返回原点并停留在原点位置。（3）连续工作方式。按下启动按钮，系统从原点位置开始，周期性循环运行。2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一注意：教材图中单周期和连续转移条件错误，正确见此图红色部分2022-8-8任
17、务任务3.2 自动门控制系统设计自动门控制系统设计人靠近自动门时，微波感应器SB为ON，驱动门电动机开门；当人通过后，再将门关上。2022年8月8日星期一任务导入任务导入感应器感应器开门到位开门到位关门到位关门到位I0.0I0.1I0.1I0.2I0.2自动门控制系统自动门控制系统2022年8月8日星期一相关知识相关知识选择分支的编程选择分支的编程进入分支进入分支合并分支合并分支2022年8月8日星期一选择分支处理在S0.0后有转移条件I0.0和I0.3，则后续步可能转移到S0.1、S0.3，故S0.0后有两个转移分支指令SCRT，分别转移到S0.1所在的第1分支和S0.3所在的第二分支。20
18、22年8月8日星期一合合并并处处理理从从第第1分分支支转转移移到到合合并并点点S0.5从从第第2分分支支转转移移到到合合并并点点S0.5在在S0.5步之前有转移条件步之前有转移条件I0.2、I0.5，则前级步则前级步S0.2、S0.4有可能转移到有可能转移到S0.5，故在，故在S0.2、S0.4的电路块中，的电路块中，分别有分别有2条由条由I0.2、I0.5作为转移条件作为转移条件的的SCRT指令将指令将S0.5置位。置位。任务实施任务实施【训练工具、材料和设备】【训练工具、材料和设备】电动机电动机1台台热继电器热继电器1个个通用电工工具通用电工工具1套套导线若干导线若干接触器接触器2个个PL
19、C1台台行程开关行程开关4个个三线制传感器三线制传感器1个个2022年8月8日星期一1硬件电路硬件电路2022年8月8日星期一自动门系统的I/O电路硬件互锁硬件互锁热继电器接入输热继电器接入输出电路，节约出电路，节约PLC的点数的点数2022年8月8日星期一2绘制顺序功能图绘制顺序功能图自动门系统的顺序功能图选择分支选择分支2022年8月8日星期一3将顺序功能图转换成梯形图将顺序功能图转换成梯形图自动门系统的梯形图软件互锁软件互锁2022年8月8日星期一相关知识相关知识一、顺序功能图中电动机的过载保护设计一、顺序功能图中电动机的过载保护设计热继电器热继电器急停按钮急停按钮2022年8月8日星期
20、一二、顺序功能图中的停止设计二、顺序功能图中的停止设计1用复位指令用复位指令R实现紧急停止控制实现紧急停止控制若不同时将S0.0置位，则程序不处在待机状态，就不能按启动按钮重新启动。2022年8月8日星期一2按下停止按钮后，完成一周期的工作后才能停止按下停止按钮后，完成一周期的工作后才能停止将停止将停止I0.1的短信号变的短信号变成长信号成长信号2022-8-8任务任务3.3按钮式人行横道交通灯按钮式人行横道交通灯控制系统设计控制系统设计2022年8月8日星期一任务导入任务导入 图示为按钮式人行横道红、绿灯交通管理器。正常情况下，汽车通行，即Q0.3绿灯亮，Q0.5红灯亮；当行人需要过马路时，
21、按下按钮I0.0（或I0.1），30s后主干道交通灯的变化为绿灯黄灯红灯（其中黄灯亮10s）；当主干道红灯亮时，人行道从红灯转成绿灯亮，15s后人行道绿灯开始闪烁，闪烁5次后转入主干道绿灯亮，人行道红灯亮。2022年8月8日星期一相关知识相关知识 进入分支进入分支合并分支合并分支并行分支的编程并行分支的编程2022年8月8日星期一并行分支处理在S0.0后有公共转移条件I0.0，则后续步同时转移到S0.1、S0.3，故S0.0后有两个转移指令SCRT，分别转移到S0.1所在的第1分支和S0.3所在的第二分支。2022年8月8日星期一任务实施任务实施【训练工具、材料和设备】【训练工具、材料和设备】
22、通用电工工具通用电工工具1套套导线若干导线若干PLC1台台按钮按钮3个个指示灯指示灯6个个2022年8月8日星期一1硬件电路硬件电路人行道交通灯的I/O电路2022年8月8日星期一2程序设计程序设计怎么将交通灯的顺序功能怎么将交通灯的顺序功能图转换成梯形图？图转换成梯形图？2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一知识拓展知识拓展1部分重复的编程方法部分重复的编程方法重复编程重复编程2同一分支内跳转的编程方法同一分支内跳转的编程方法跳过跳过S2.12022年8月8日星期一2022年8月8日星期一3.跳转到另一条分支的编程方法跳转到另一条分支
23、的编程方法从一个分从一个分支跳到另支跳到另一个分支一个分支2022-8-8任务任务3.4 气动机械手控制系统设计气动机械手控制系统设计2022年8月8日星期一任务导入任务导入图示是一台将工件从左工作台搬运到右工作台的气动机械手。机械手结构2022年8月8日星期一1手动工作方式手动工作方式 手动操作时，通过机械手操作面板上的6个手动按钮分别控制机械手的上升、下降、左行、右行、夹紧和放松。2单周期工作方式单周期工作方式 按下启动按钮，机械手从原点位置开始，按照上述工作流程完成一个周期后，返回原点并停留在原点位置。3连续工作方式连续工作方式 按下启动按钮，机械手从原点位置开始，按照上述工作流程完成一
24、个周期后继续循环运行。按下停止按钮，机械手并不马上停止工作，待完成最后一个周期工作后，系统才返回并停留在原点位置。4单步工作方式单步工作方式 从原点位置开始，每按一次启动按钮，系统就跳转一步，完成该步动作后自动停止在该步，再按一下启动按钮，才开始执行下一步动作。5自动回原点工作方式自动回原点工作方式 机械手在急停时可能会停止在非原点位置，这时机械手无法进入自动工作方式，所以需要调整机械手的位置，当按下启动按钮时，机械手会按其回原点程序由其他位置回到原点位置。2022年8月8日星期一相关知识相关知识一、使用启保停电路的编程方法一、使用启保停电路的编程方法2022年8月8日星期一为什么没有Q0.0
25、的输出？2022年8月8日星期一1选择序列顺序功能图的编程方法选择序列顺序功能图的编程方法选择序列分支的编程方法示例选择序列合并的编程方法示例前级步前级步M0.0“与与”转移条件转移条件I3.0串联后续步串联后续步M1.1、M1.2、M1.3的的“非非”自锁自锁2022年8月8日星期一2并行序列顺序功能图的编程方法并行序列顺序功能图的编程方法并行序列分支的编程方法示例进入第1分支进入第2分支2022年8月8日星期一2并行序列顺序功能图的编程方法并行序列顺序功能图的编程方法并行序列合并的编程方法示例M5.4常闭触点断开常闭触点断开2022年8月8日星期一二、使用置位复位指令的编程方法二、使用置位
26、复位指令的编程方法1单序列顺序功能图的编程方法单序列顺序功能图的编程方法使用置位复位指令的控制步2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一2选择序列顺序功能图的编程方法选择序列顺序功能图的编程方法选择序列分支的编程方法示例2022年8月8日星期一2选择序列顺序功能图的编程方法选择序列顺序功能图的编程方法选择序列合并的编程方法示例2022年8月8日星期一3并行序列顺序功能图的编程方法并行序列顺序功能图的编程方法并行序列分支的编程方法示例公共转移条件公共转移条件I0.12022年8月8日星期一3并行序列顺序功能图的编程方法并行序列顺序功能图的编程方法并行序列合并的编程
27、方法示例公共出分支条件公共出分支条件I0.5任务实施任务实施【训练工具、材料和设备】【训练工具、材料和设备】按钮按钮13个个通用电工工具通用电工工具1套套导线若干导线若干PLC1台台磁性开关磁性开关6个个电磁阀电磁阀3个个2022年8月8日星期一一、硬件电路设计一、硬件电路设计2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一手动按钮手动按钮工作方式选择开关工作方式选择开关磁性开关磁性开关输出电磁阀和指示灯输出电磁阀和指示灯2022年8月8日星期一电磁阀为感性元件，且为直流电路，故加续流二极管。2022年8月8日星期一二、程序设计二、程序设计机械手主程序2022年8月8日星期一1公共程序公共程序
28、原点条件原点条件初始状态初始状态复位非初始步复位非初始步复位回原点步复位回原点步复位连续标志位复位连续标志位2022年8月8日星期一2手动手动程序程序互锁互锁限位限位机械手在上限位时才允许左右移动机械手在上限位时才允许左右移动机械手在左限位或右机械手在左限位或右限位时才允许放松工限位时才允许放松工件件互锁互锁限位限位机械手在左限位或右机械手在左限位或右限位时才允许上升或限位时才允许上升或下降下降2022年8月8日星期一3自动自动程序程序2022年8月8日星期一2022年8月8日星期一M0.0的启保停电路放在M0.1启保停电路之后的目的是，防止在单步方式下程序连续跳转两步。若不如此，当步M1.0
29、为活动步时，按下启动按钮I0.0，M0.0步和M0.1步同时被激活，这不符合单步的工作方式2022年8月8日星期一4自动回原点程序自动回原点程序2022年8月8日星期一知识拓展知识拓展移位寄存器指令编程法移位寄存器指令编程法2022年8月8日星期一第1步：确定移位脉冲，即确定图中的移位寄存器中的“EN”。EN=M0.0I0.0I0.1+M0.1T37+M0.2I0.2+M0.3T38+M0.4I0.12022年8月8日星期一第2步：确定数据输入，即确定图中的移位寄存器中的“DATA”。M0.0I0.1 M0.1 M0.2 M0.3 M0.42022年8月8日星期一第3步：确定移位寄存器的最低位S_BIT，一般是初始步后面的一步，即图中的M0.1步。2022年8月8日星期一第4步：确定移位长度N。除初始步外，所有步数 相 加 之 和，这 里，N=4。2022年8月8日星期一用每一步状态的常开触点控制每步对应的动作得电
