1、第六章 顺序控制 顺序流程控制是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部的状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动有序地进行操作。在工程上，用梯形图或语句表的一般指令编程，程序虽然简单但需要一定的编程技巧，特别是工艺过程比较复杂的控制系统。对于一些顺序控制过程，各过程之间的逻辑关系复杂，给编程带来较大的困难。此时，利用顺序控制语言来编制程序会比较方便。顺序功能图（Sequential Function Chart,SFC）又叫做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，同时也是一种设计PLC顺序控制程序的有力工具。它具有简单、直观等特点，不涉及控制
2、功能的具体技术，是一种通用的语言，是IE(国际电工委员会)首选的编程语言。顺序功能图的基本思想是：设计者按照生产要求，将被控设备的一个工作周期划分成若干个工作阶段（简称“步”），并明确表示每一步要执行的输出，“步”与“步”之间通过制定的条件进行转换，在程序中，只要通过正确连接进行“步”与“步之间的转换，就可以完成被控设备的全部动作。PLC执行顺序功能图程序的基本过程是：根据转换条件选择工作“步”，进行“步“的逻辑处理。组成顺序功能图程序的基本要素是步、转换条件和有向连线。例：小车控制的顺序功能图 小车的初始位置停在左侧，限位开关SQ2（I0.2）动作，按下起动按钮SB1（I0.0）时，小车右行
3、（Q0.0），右行到位时压下限位开关SQ1（I0.1），小车停止运行；3s后小车自动起动，开始左行（Q0.1），左行到位时压下限位开关SQ2，小车返回初始状态停止运行。1.步 根据输出信号Q0.0和Q0.1的状态变化，一个工作周期可分为右行、暂停和左行3步，另外还应设置等待起动的初始步。用矩形方框表示步，方框中用代表各步的存储器位的地址作为步的编号。可以用的存储器有内部继电器Mx.x和状态继电器Sx.x，图中分别用M0.0M0.3 或S0.0S0.3来代表这4步。初始状态一般是系统等待启动命时的相对静止的状态。系统在开始进行自动控制之前，先应进入规定的初始状态。与系统的初始状态相对应的步称为初
4、始步，初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。2.与步对应的动作 对于被控系统，在某一步中需要完成某些“动作”(action)，用矩形框中的文字或符号来表示动作，该矩形框与相应步的方框用水平短线相连。如果某一步有几个动作，可以用图6-3中的两种画法来表示，但是并不隐含这些动作之间的任何顺序。当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”，步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的动作将停止执行。如当M0.3或S0.3为1时，该步为活动步，这时，PLC完成驱动Q0.1的动作。相反，当M0.3或S0.3为0时，该步为非活动步，这时，Q0.
5、1的不动作。动作表示方法：3.有向连线 在顺序功能图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的进展，种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在画顺序功能图时，将代表各步的方框按它们为活动步的先后次序顺序排列，并且用有向连线将它们连接起来。步的活动状态习惯的进展方向是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述的方向向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。在可以省略箭头的有向连线上，为了更易于理，也可以加箭头。4转换与转换条件 转换用有向连线上与有向连线垂直的短画线来表示，转换将相邻两步分隔开。步的活动态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应
6、。转换条件是与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用文字语言来描述，例如“触点A与触点B同时闭合”，也可以用表示转换的短线旁边的布尔代数表达式来表示，例如I0.1I0.2，表示I0.1和I0.2相与，即I0.1和I0.2同时为1时，条件成立。一般用布尔代数表达式来表示转换条件。顺序功能图的常见结构分为三种形式：单流程、选择性分支流程和并进分支流程。1单序列 单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换的后面只有一个步，单序列的特点是没有分支与合并。2选择序列 选择序列是指某一步后有若干个单一序列等待选择，称为分支，一般只允许选择一个顺序，转换只能标在水平线之下。选择序列的结
7、束称为合并，用 一条水平线表示，水平线一下不允许有转换条件。顺序功能图的常见结构分为三种形式：单流程、选择性分支流程和并进分支流程。顺序功能图的常见结构分为三种形式：单流程、选择性分支流程和并进分支流程。3.并行序列 并行序列是指在某一转换条件下同时启动若干个顺序，也就是说转换条件实现导致几个分支同时激活。并行序列的开始和结束都用双水平线表示。使用SCR指令设计控制梯形图 S7-200Smart系列PLC提供了顺序流程的相关指令，即顺序控制继电器指令SCR、SCRT、SCRE等。顺序功能流程图的主要元素是步、转移、转移条件和动作。S7-200Smart PLC顺序控制指令如表6-1所示。Sx.
8、y是S7-200Smart PLC中顺序控制专用的步的标志，某一步激活，则该步的标志Sx.y动作（等于1），否则不动作（等于0）。表6-1 S7-200 PLC顺序控制指令使用S7-200 Smart系列PLC顺序流程指令需要注意以下几点。1）顺序控制指令仅对状态继电器S有效，S也具有一般继电器的功能，对它还可使用与其他继电器一样的指令。2）SCR段程序（LSCR至SCRE之间的程序）能否执行，取决于该段程序对应的态器S是否被置位。另外，当前程序SCRE（结束）与下一个程序LSCR（开始）之间程序不影响下一个SCR程序的执行。3）同一个状态器S不能用在不同的程序中，如主程序中用了S0.2，在子
9、程序中不能再使用它。4）SCR段程序中不能使用跳转指令JMP和LBL，即不允许使用跳转指令跳人、到ISCR程序或在SCR程序内部跳转。5）SCR段程序中不能使用FOR.NEXT和END指令。6）在使用SCRT指令实现程序转移后，前SCR段程序变为非活动步程序，该程序的元件会自动复位，如果希望转移后某元件能继续输出，可对该元件使用置位或复位指令在非活动步程序中，PLC通电常ON触点SMO.O也处于断开状态。图6-5为小车控制梯形图，状态转移图参考图6-2。从图中可以看出，顺序控制程序由多个SCR程序段组成，每个SCR程序段以SCR指令开始，以SCRE指令结束，程序段之间的转移使用SCRT指令。当
10、执行SCRT指令时，会将指定程序段的状态器激活（即置1），使之成为活动步程序，该程序段被执行，同时自动将前程序段的状态器和元件复位（即置O）。图6-5 采用SCR指令设计小车运动的控制梯形图使用基本的逻辑指令设计控制梯形图根据小车控制要求设计控制梯形图，如图6-6所示。图6-6 采用基本逻辑指令设计小车运动的控制梯形图使用基本的置位复位设计控制梯形图根据小车控制要求设计控制梯形图，如图6-7所示。图6-7 采用置位复位指令设计小车运动的控制梯形图6.4.1 冲床动力头进给运动控制系统1.明确系统控制要求如图6-8为冲床动力头的进给示意图，动力头的初始位置停在左侧，限位开关SQ1动作，按下起动按
11、钮SB时，动力头快进，进给到限位开关SQ2位置时，动力头转为工进；工进到限位开关SQ3位置时，动力头停止进给；同时定时3s后转为快退，返回到原位SQ1处停止。2.确定输入输出设备，并为其分配合适的I/0端子，如表6-2所示。3.绘制冲床动力头进给运动的控制PLC硬件原理图，如图6-8所示。表6-2 冲床动力头进给运动的PLC I/O地址分配4.编写PLC控制程序本实例控制功能简单，可采用单流程顺序功能图设计，其动作是一个接一个地顺序完成。每个状态仅连接一个转移，每个转移也仅连接一个状态。冲床动力头控制单流程顺序功能图如图6-9所示。根据输出信号QO.O、QO.1和QO.2的状态变化，一个工作周
12、期可分为快进、工进、暂停和快退4步，分别用SX.x或MX.x来代表各步。起动按钮、限位开关和定时器作为各步之间的转换条件。图6-8 喷泉控制PLC硬件原理图图6-9 喷泉控制PLC硬件原理图图6-10 SCR指令梯形图（1）使用SCR指令的方法设计的控制梯形图根据控制要求设计的控制梯形图，如图6-10所示。梯形图的程序执行过程 1)首次扫描时，SMO.1接通一个扫描周期，使顺序继电器SO.O置位，初始步变为活动步，只执行SO.O对应的SCR段程序。2)按下起动按钮SB，输入信号IO.O有效；指令“SCRT SO.1对应的状态继电器SO.1的状态由“0”变为“1”，操作系统使状态继电器SO.0的
13、状态由“1”变为“0”，初始步由活动步变为静止步，只执行SO.1对应的SCR段程序。系统从初始步转换到快进步，输出信号QO.O为0N，动力头快进。3)动力头快进到工进位置时，输入信号I0.1有效；指令“SCRT SO.2对应的状态继电器SO.2的状态由“0”变为“1”，操作系统使状态继电器SO.1的状态由“1”变为“0”，快进活动步变为静止步，状态继电器SO.1对应的SCR段程序不再被执行。系统从快进步转换到T进步，输出信号QO.O变为OFF，QO1变为ON，动力头工进。4)动力头工进到位后，输入信号10.2有效；指令“SCRTSO.3对应的状态继电器SO.3的状态由“0”变为“1”，操作系统
14、使状态继电器SO.2的状态由“1”变为“0”，工进活动步变为静止步，状态继电器SO.3对应的SCR段程序不再被执行。系统从工进步转换到暂停步，输出信号QO.1变为OFF，动力头工进停止；同时控制定时器T37工作，定时3s后，T37的常开接点闭合，系统将状态继电器SO.4的状态由“0”变为“1”，系统从暂停步转换到快退步，输出信号QO.2变为ON，动力头快退。5)动力头快退返回原位后，输入信号IOO有效；指令“SCRT SO.O对应的状态继电器SOO的状态由“0”变为“1”，操作系统使状态继电器SO.4的状态由“1”变为“0”，动力头快退步由活动步变为静止步，状态继电器SO4对应的S（、R段程序
15、不再被执行，输出信号Q0.2变为OFF，动力头停止运行。系统从快退步转换到初始步，在原位等待起动信号。图6-11 通用逻辑指令梯形图（2）使用通用逻辑指令的方法设计控制梯形图根据控制要求设计控制梯形图，如图6-11所示。SM0.1接通一个扫描周期，使顺序继电器M0.0置位，初始步变为活动步，在原位等待起动命令，当起动信号10.3有效时，当步MO.1为活动步时，输出信号QO.0为()N，控制电磁铁YA1得电，动力头快进，此时步MO.O变为静止步；快进到位后输入信号I0.1的常开触点接通即满足转换条件，这时步MO.1变为不活动步，而步MO2变为活动步，输出信号QO.0为OFF，控制电磁铁YA1断电
16、，同时使输出信号QO.1为ON，控制电磁铁YA2通电，动力头转为工进，工进到位后，输入信号I0.2的常开触点接通即满足转换条件，这时步MO.2变为不活动步，而步M0.3变为 活动步，输出信号QO.1为OFF，控制电磁铁YA2断电，动力头停止进给，定时器T37工作条件满足，开始定时；当定时器T37定时时间达到后,步M0.4变为活动步，输出信号QO.2为ON，控制电磁铁YA3得电，动力头快退；快退到位后限位开关动作，输入信号IO.O有效，步MO.O变为活动步，同时步MO.4变为不活动步，输出信号QO.2为OFF，控制电磁铁YA3断电，动力头返回原位，系统重新回到初始状态待命。图6-12 置位、复位
17、指令梯形图（3）使用置位、复位(S、R)指令的方法设计控制梯形图，如图6-12所示。首次扫描时，SM0.1接通一个扫描周期，使状态继电器SO.0置位，初始步变为活动步，在原位等待起动命令，当起动信号10.3有效时，使状态继电器SO.1置位，步SO.1为活动步时，Q0.0为ON，控制电磁铁YA1得电，动力头快进，此时步SO.0变为静止步；快进到位后限位信号I0.1的常开触点接通即满足转换条件，使状态继电器SO.2置位，这时步SO.1变为不活动步，而步SO.2变为活动步，输出信号QO.0为OFF，控制电磁铁YA1断电，同时使输出信号QO.1线圈通电，动力头转为工进，工进到位后，输入信号10.2的常
18、开触点接通即满足转换条件，使状态继电器SO.3置位，这时步SO2变为不活动步，而步SO.3变为活动步，输出信号QO.1为0N，控制电磁铁YA2断电，定时器T37 工作条件满足开始定时；当定时器T37定时时间达到后，使状态继电器SO.4置位，步SO.4变为活动步，输出信号QO.2为ON，控制电磁铁YA3得电，动力头快退；快退到位后限位开关动作，输入信号IO.0有效，使状态继电器SO.O置位，步SO.O变为活动步，同时步SO4变为不活动步，输出信号QO.2为0FF，控制电磁铁YA3断电，动力头返回原位，系统重新回到初始状态待命。6.4.2 混料罐控制系统1.明确系统控制要求如图6-13所示。混料罐
19、有两个进料口，一个出料口，上部有搅拌电动机。混料罐上有三个液面位置传感器，分别指示液面的高、中和低。当液面处于某种水平时，相应的液面位置传感器有信号。操作面板上有开始和停止两个按钮，两个按钮上带有指示灯。系统开始运行后，首先打开出料阀门，放料5s后关上出料阀门；接着打开进料阀门1，进料至中液位时关上进料阀门1；接着打开进料阀门2，进料至高液位时关上进料阀门2；搅拌5s后放料。如此连续循环，直到系统停止。图6-3 混料罐工作示意图2.确定输入输出设备，并为其分配合适的I/0端子，如表6-3所示。表6-3 混料罐的PLC I/O地址分配3.绘制冲床动力头进给运动的控制PLC硬件原理图，如图6-14
20、所示。图6-14 混料罐PLC硬件原理图4.编写PLC控制程序分析混料罐工作的过程，绘制出混料罐工作的顺序功能图，如图6-15所示。图6-15混料罐控制顺序功能图图6-16 混料罐控制梯形图 本例使用SCR指令的方法设计的控制梯形图，如图6-16所示。其它方法读者自行分析。按下启动按钮，I0.4接通。置位优先指令驱动Q0.5置“1”，运行指示灯点亮；按下停止按钮，置位优先按钮驱动Q0.6置“1”，停止指示灯点亮。运行指示灯点亮后，上升沿检测指令接通一个扫描周期，使S0.0置“1”，进入顺序控制的第一步。停止指示灯点亮后，上升沿检测指令接通一个扫描周期，使S0.0为起始地址的连续5位即S0.0S
21、0.4全部复位，所有步停止运行，系统停止工作。程序中的网络1网络4实现了系统的启动、停止功能，并通过指示灯指示，属于非步进指令。程序中的网络5网络20属于典型的步进段，每一步对应一个步进段。6.4.3 洗车控制系统1.明确系统控制要求(1)工作模式选择 选择自动模式时，系统进入自动工作状态。选择手动模式时，系统进入手动工作状态。(2)系统自动工作 在自动模式下，按下起动按钮，泡沫清洗机开始工作。清洗10s后控制清水清洗电动机工作，清水冲洗20s后停止冲洗。然后控制风干机工作，风干5s后风干机停止工作，清洗结束。(3)系统手动工作在手动模式下，按下起动按钮，泡沫清洗机工作；按下手动清水冲洗按钮，
22、清水清洗机工作；按下手动风干按钮，控制风干机工作。当按下停止按钮，清洗机停止运行。2.确定输入输出设备，并为其分配合适的I/0端子，如表6-4所示。表6-4洗车系统的PLC I/O地址分配3.绘制冲床动力头进给运动的控制PLC硬件原理图，如图6-17所示。图6-17 洗车控制PLC硬件原理图4.编写PLC控制程序本实例采用选择性顺序功能图的方法进行设计，根据其控制要求设计的顺序功能图如图6-18所示。根据输入条件选择工作模式，自动模式时，系统进入自动工作状态；选择手动模式时，系统进入手动工作状态。图6-18 洗车控制PLC硬件原理图本例使用SCR指令的方法设计的控制梯形图，如图6-19所示。其
23、它方法读者自行分析。1系统自动工作首次扫描时，SMO.1接通一个扫描周期，使顺序控制继电器SO.O置位，初始步变为活动步，只执行SO.O对应的SCR段程序，初始步变为活动步，等待起动命令。在自动模式下，开关SA接通，输入信号IOO为ON，按下起动按钮SB1时输入信号10.1为ON，指令“SCRT SO.1对应的顺序控制继电器SO.1的状态由“O”变为“1”，操作系统使顺序控制继电器SO.0的状态由“1”变为“0”，初始步由活动步变为静止步，只执行SO.1对应的SCR段程序，控制辅助继电器MO.1为ON，使输出信号QO.O为ON，接触器KM1线圈得电，控制泡沫清洗电动机工作，进行泡沫清洗工序；同
24、时定时器T37开始定时，后续过程请读者按此方法自行分析。2系统手动工作 手动模式时，输入信号IO.O断开，其常开接点接通，此时如有起动信号即输入I0.1有效时，指令“SCRT SO.4”对应的顺序控制继电器SO.4的状态由“O变为“1”，操作系统使顺序控制继电器SO.O的状态由“1变为“0”，进入手动运行阶段，运行过程读者行分析。3.系统停止工作无论系统是自动工作还是手动工作，只要按下停止按钮，输入信号10.2有效，通过复位指令将SO.1SO.7复位，同时将SO.0置位为“1”，使初始步变为活动步，系统返回初始状态等待命令。图6-19 洗车控制梯形图6.4.4专用钻床控制系统一.明确系统控制要
25、求 某专用钻床工作过程如图6-20所示，使用大小两只钻头同时钻两个孔，开始自动运行之前两个钻头在最上面，上限位开关10.3和10.5为ON。放好工件后，按下起动按钮I0.O，工件被夹紧，夹紧到位后I0.1为ON，两只钻头同时开始工作，钻到由限位开关I0.2和I0.4设定的深度时分别上行，回到由限位开关I0.3和I0.5设定的起始位置时分别停止上行。两个钻头都到位后，工件被松开，松开到位后，一个工作周期结束，系统返回初始状态。图6-20专用钻床工作示意图二.确定输入输出设备，并为其分配合适的I/0端子，如表6-5所示。表6-5专用钻床的PLC I/O地址分配三.绘制冲床动力头进给运动的控制PLC
26、硬件原理图，如图6-21所示。图6-21专用钻床控制PLC硬件原理图四.编写PLC控制程序 根据本实例的控制要求可采用并行分支的顺序功能图设计，系统的某一步活动后，满足转换条件能够同时激活若干步的并行分支；并行分支结束时，在表示同步的水平双线之下只允许有一个转换符号，即当两个钻头都回升到位后，才允许工件松开，松开到位后，一个工作周期结束，系统返回初始状态等待下一次工作的开始。本实例设计专用钻床顺序功能图如图6-22所示。图6-22专用钻床控制顺序功能图本例梯形图程序采用逻辑指令实现，如图6-23所示，其它方法读者自行分析。程序的执行过程如下:首次扫描时，SMO.1接通一个扫描周期，使继电器MO
27、.O变为ON，初始步变为活动步，等待起动命令。按下起动按钮SB1，输入信号IO.O为ON，自动运行之前两个钻头在最上面，上限位开关I0.3和I0.5为ON，此时继电器MO.1的工作条件满足，继电器IO.1变为ON，步M0.1变为活动步而初始步MO.0为静止步，输出信号QO.0为ON，接触器KMl线圈得电，控制夹紧电磁阀通电夹紧工件，夹紧到位后开关SQ1动作，输入信号IO1为ON，其常开接点接通即满足转换条件，这时步M0.1变为不活动步，而步M0.2和步MIO.5同时变为活动步，控制输出信号QO.1和QO.3同时为ON，控制接触器KM2和KM4线圈得电，大小钻头同时向下运动进行钻孔。当两个孔钻完
28、，大、小钻头分别碰到各自的下限位开关SQ2和SQ3，输入信号I0.2和I 0.4有效，使步MO.3和步M O.6变为活动步，控制输出信号QO.2和QO.4同时为ON，控制接触器KM3和KM5线圈得电，两个钻头分别向上运动，碰到各自的上限位开关SQ4和SQ5，输入信号I0.3和I0.5有效，控制输出信号QO.2和QO.4同时为OFF，大小钻头停止上行，两个等待步M0.4和MO.7变为活动步。只要步MO.4和M0.7同时为ON，使Ml.O为ON，步Ml.O也变为活动步，同时步M10.4和MO.7变为不活动步，控制输出信号QO.5为ON，控制接触器KM6线圈得电，工件被松开，限位开关I0.7变为ON，使继电器MO.O变为ON，步MO.7变为不活动步，初始步变为活动步，系统返回初始状态，等待起动命令。图6-23专用钻床控制梯形图
