S7-200PLC順序控制指令及應(yīng)用

1、第六章 S7-200PLC順序控制指令及應(yīng)用 培訓(xùn)要求與內(nèi)容 理解功能圖的基本概念;掌握PLC功能圖的主要類型和編程方法;掌握S7-200PLC順序控制指令及其應(yīng)用. 6.1 功能圖的產(chǎn)生及基本概念 包括：功能圖的產(chǎn)生；功能圖的基本概念；功能圖的構(gòu)成規(guī)則。 6.2 順序控制指令 包括：順序指令介紹；舉例說明；使用說明。 6.3 功能圖的主要類型 包括：單流程；可選擇的分支和聯(lián)接；并聯(lián)分支和聯(lián)接；跳轉(zhuǎn)和循環(huán)。 6.4 順序控制指令應(yīng)用舉例6.1 功能圖的產(chǎn)生及基本概念 6.1.1 功能圖的產(chǎn)生 應(yīng)用上一章所介紹的基本指令和方法設(shè)計(jì)簡單順序控制問題的程序是可行的，但對(duì)于具有并發(fā)順序和選擇順序的問題

2、就顯得力不從心了 。因此，有必要進(jìn)一步深入探討解決更廣泛的順序類型問題的程序設(shè)計(jì)方法。 20世紀(jì)80年代初，法國科技人員根據(jù)PETRI NET理論，提出了可編程序控制器設(shè)計(jì)的Grafacet法。 Grafacet法是專用于工業(yè)順序控制程序設(shè)計(jì)的一種功能性說明語言，現(xiàn)在已成為法國國家標(biāo)準(zhǔn)（NFC03190）。IEC（國際電工委員會(huì)）也于1988年公布了類似的“控制系統(tǒng)功能圖準(zhǔn)備”標(biāo)準(zhǔn)（IEC848）。 現(xiàn)在多數(shù)PLC產(chǎn)品都有專為使用功能圖編程所設(shè)計(jì)的指令，使用起來非常方便。在中小型PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，如果采用功能圖法，首先要根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)功能流程圖，然后將其轉(zhuǎn)化為梯形圖程序。有些大型或中型PLC

3、可直接用功能圖進(jìn)行編程。6.1 功能圖的產(chǎn)生及基本概念 6.1.2 功能圖的基本概念 功能圖又稱為功能流程圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是一種描述順序控制系統(tǒng)的圖形表示方法，是專用于工業(yè)順序控制程序設(shè)計(jì)的一種功能性說明語言。它能完整地描述控制系統(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“狀態(tài)”、“轉(zhuǎn)移”及有向線段等元素組成。如果適當(dāng)運(yùn)用組成元素，就可以得到控制系統(tǒng)的靜態(tài)表示方法，再根據(jù)轉(zhuǎn)移觸發(fā)規(guī)則模擬系統(tǒng)的運(yùn)行，就可以得到控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程。 1. 狀態(tài) 狀態(tài)是控制系統(tǒng)中一個(gè)相對(duì)不變的性質(zhì)，對(duì)應(yīng)一個(gè)穩(wěn)定的情形。狀態(tài)的符號(hào)如圖6-1所示。矩形框中可寫上該狀態(tài)的編號(hào)或

4、代碼。6.1 功能圖的產(chǎn)生及基本概念 （1）初始狀態(tài) 初始狀態(tài)是功能圖運(yùn)行的起點(diǎn)，一個(gè)控制系統(tǒng)至少要有一個(gè)初始狀態(tài)。初始狀態(tài)的圖形符號(hào)為雙線的矩形框，如圖6-2所示。在實(shí)際使用時(shí)，有時(shí)也是畫單線矩形框，有時(shí)畫一條橫線表示功能圖的開始。 （2）工作狀態(tài) 工作狀態(tài)是控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)是否運(yùn)行，狀態(tài)可分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種。動(dòng)狀態(tài)是指當(dāng)前正在運(yùn)行的狀態(tài)，靜狀態(tài)是沒有運(yùn)行的狀態(tài)。動(dòng)狀態(tài)和靜狀態(tài)的概念不在此深入討論。6.1 功能圖的產(chǎn)生及基本概念 （3）與狀態(tài)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作 在每個(gè)穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，可能會(huì)有相應(yīng)的動(dòng)作。動(dòng)作的表示方法如圖6-3所示。 2. 轉(zhuǎn)移 為了說明從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的變化，

5、要用轉(zhuǎn)移概念，即用一個(gè)有向線段來表示轉(zhuǎn)移的方向。兩個(gè)狀態(tài)之間的有向線段上再用一段橫線表示這一轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移的符號(hào)如圖6-4所示。6.1 功能圖的產(chǎn)生及基本概念 轉(zhuǎn)移是一種條件，當(dāng)此條件成立時(shí)，稱為轉(zhuǎn)移使能。該轉(zhuǎn)移如果能夠使?fàn)顟B(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，則稱為觸發(fā)。一個(gè)轉(zhuǎn)移能夠觸發(fā)必須滿足：狀態(tài)為動(dòng)狀態(tài)及轉(zhuǎn)移使能。轉(zhuǎn)移條件是指使系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)向另一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的必要條件，通常用文字、邏輯方程及符號(hào)來表示。 6.1.3 功能圖的構(gòu)成規(guī)則 控制系統(tǒng)功能圖的繪制必須 滿足以下規(guī)則： （1）狀態(tài)與狀態(tài)不能相連， 必須用轉(zhuǎn)移分開。 （2）轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)移不能相連， 必須用狀態(tài)分開。6.1 功能圖的產(chǎn)生及基本概念 （3）狀態(tài)與轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)

6、移與狀態(tài)之間的連接采用有向線段，從上向下畫時(shí)，可以省略箭頭；當(dāng)有向線段從下向上畫時(shí)，必須畫上箭頭，以表示方向； （4）一個(gè)功能圖至少要有一個(gè)初始狀態(tài)。 下面用一個(gè)例子來說明功能的繪制。6.1 功能圖的產(chǎn)生及基本概念某一沖壓機(jī)的初始位置是沖頭抬起,處于高位;當(dāng)操作者按動(dòng)啟動(dòng)按鈕時(shí),沖頭向工件沖擊;到最低位置時(shí),觸動(dòng)低位行程開關(guān);然后沖頭抬起,回到高位,觸動(dòng)高位行程開關(guān),停止運(yùn)行.圖6-5所示為功能圖表示的沖壓機(jī)運(yùn)行過程.沖壓機(jī)的工作順序可分為三個(gè)狀態(tài):初始、下沖和返回狀態(tài)。從初始狀態(tài)到下沖狀態(tài)的轉(zhuǎn)移須滿足啟動(dòng)信號(hào)和高位行程開關(guān)信號(hào)同時(shí)為ON時(shí)才能發(fā)生；從下沖狀態(tài)到返回狀態(tài)，須滿足低位行程開關(guān)為O

7、N時(shí)才能發(fā)生。從該例可以進(jìn)一步知道，功能圖就是由許多個(gè)狀態(tài)及連線組成的圖形，它可以清晰地描述系統(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)量和效率大大提高。功能圖有多種類型，具體舉例見后面。6.2 順序控制指令 6.2.1 順序控制指令介紹 順序控制指令是PLC生產(chǎn)廠家為用戶提供的可使功能圖編程簡單化和規(guī)范化的指令。 S7-200PLC提供了三條順序控制指令，它們的STL形式、LAD形式和功能如表6-1所示。6.2 順序控制指令 從表中可以看出，順序控制指令的操作對(duì)象為順控繼電器S，S也稱為狀態(tài)器，每一個(gè)S位都表示功能圖中的一種狀態(tài)。S的范圍為：S0.0S31.7。注

8、意：我們使用的是S的位信息。 從LSCR指令開始到SCRE指令結(jié)束的所有指令組成一個(gè)順序控制繼電器（SCR）段。LSCR指令標(biāo)記一個(gè)SCR段的開始，當(dāng)該段的狀態(tài)器置位時(shí)，允許該SCR段工作。SCR段必須用SCRE指令結(jié)束。當(dāng)SCRT指令的輸入端有效時(shí)，一方面置位下一個(gè)SCR段的狀態(tài)器，以便使下一個(gè)SCR段開始工作；另一方面又同時(shí)使該段的狀態(tài)器復(fù)位，使該段停止工作。由此可以總結(jié)出每一個(gè)SCR程序段一般有以下三種功能： （1）驅(qū)動(dòng)處理 即在該段狀態(tài)器有效時(shí)，要做什么工作，有時(shí)也可以不做任何工作。 （2）指定轉(zhuǎn)移條件和目標(biāo) 即滿足什么條件后狀態(tài)轉(zhuǎn)移到何處。 （3）轉(zhuǎn)移源自動(dòng)復(fù)位功能 狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移后，

9、置位下一個(gè)狀態(tài)的同時(shí)，自動(dòng)復(fù)位原狀態(tài)。6.2 順序控制指令 6.2.2 舉例說明 在使用功能圖編程時(shí)，應(yīng)先畫出功能圖，然后對(duì)應(yīng)于功能圖畫出梯形圖。圖6-6所示為順序控制指令使用的一個(gè)簡單例子。 在該例中，初始化脈沖SM0.1用來置位S0.1，即把S0.1（狀態(tài)1）狀態(tài)激活；在狀態(tài)1的SCR段要做的工作是置位Q0.4、復(fù)位Q0.5和Q0.6，T37同時(shí)計(jì)時(shí)。1s計(jì)時(shí)到后狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，T37即為狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，T37的常開觸點(diǎn)將S0.2（狀態(tài)2）置位（激活）的同時(shí)，自動(dòng)使原狀態(tài)S0.1復(fù)位。 在狀態(tài)2的SCR段，要做的工作是輸出Q0.2，同時(shí)T38計(jì)時(shí)，20s計(jì)時(shí)到后，狀態(tài)從狀態(tài)2(S0.2)轉(zhuǎn)移到

10、狀態(tài)3（S0.3），同時(shí)狀態(tài)2復(fù)位。 注意：在SCR段輸出時(shí)，常用特殊中間繼電器SM0.0（常ON繼電器）執(zhí)行SCR段的輸出操作。因?yàn)榫€圈不能直接和母線相連，所以必須借助于一個(gè)常ON的SM0.0來完成任務(wù)。6.2 順序控制指令6.2 順序控制指令 6.2.3 使用說明 （1）順控指令對(duì)元件S有效，順控繼電器S也具有一般繼電器的功能，所以對(duì)它能夠使用其他指令。 （2）SCR段程序能否執(zhí)行取決于該狀態(tài)位S是否被置位，SCRE與下一個(gè)LSCR之間的指令邏輯不影響下一個(gè)SCR段程序的執(zhí)行。 （3）不能把同一個(gè)S位用于不同程序中，例如：如果在主程序中用了S0.1，則在子程序中就不能在使用它。 （4）在S

11、CR段中不能使用JMP和LBL指令，就是說不允許跳入、跳出或在內(nèi)部跳轉(zhuǎn)，但可以在SCR段附近使用跳轉(zhuǎn)和標(biāo)號(hào)指令。 （5）在SCR段中不能使用FOR、NEXT和END指令。 （6）在狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移后，所有的SCR段的元件一般也要復(fù)位，如果希望繼續(xù)輸出，可使用置位/復(fù)位指令。 （7）在使用功能圖時(shí)，狀態(tài)器的編號(hào)可以不按順序編排。6.3 功能圖的主要類型6.3.1 單流程這是最簡單的功能圖，其動(dòng)作是一個(gè)接一個(gè)地完成。每個(gè)狀態(tài)僅連接一個(gè)轉(zhuǎn)移，每個(gè)轉(zhuǎn)移也僅連接一個(gè)狀態(tài)。如圖6-7所示為單流程的功能圖、梯形圖和語句表。6.3 功能圖的主要類型 6.3.2 可選擇的分支和聯(lián)接 在生產(chǎn)實(shí)際中，對(duì)具有多流程的工作

12、要進(jìn)行流程選擇或者分支選擇。即一個(gè)控制流可能轉(zhuǎn)入多個(gè)可能的控制流中的某一個(gè)，但不允許多路分支同時(shí)執(zhí)行。到底進(jìn)入哪一個(gè)分支，取決于控制流前面的轉(zhuǎn)移條件哪一個(gè)為真。可選擇分支和聯(lián)接的功能圖、梯形圖如圖6-8所示。6.3 功能圖的主要類型 6.3.3 并行分支和聯(lián)接 在許多實(shí)例中，一個(gè)順序控制狀態(tài)流必須分成兩個(gè)或多個(gè)不同分支控制狀態(tài)流，這就是并行分支或并發(fā)分支。當(dāng)一個(gè)控制狀態(tài)流分成多個(gè)分支時(shí)，所有的分支控制狀態(tài)流必須同時(shí)激活。當(dāng)多個(gè)控制流產(chǎn)生的結(jié)果相同時(shí)，可以把這些控制流合并成一個(gè)控制流，即并行分支的聯(lián)接。在合并控制流時(shí)，所有的分支控制流必須都是完成了的。這樣，在轉(zhuǎn)移條件滿足時(shí)才能轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)。

13、并發(fā)順序一般用雙水平線表示，同時(shí)結(jié)束若干個(gè)順序也必須用雙水平線表示。 圖6-9所示為并行分支和聯(lián)接的功能圖和梯形圖。需要特別說明的是，并行分支聯(lián)接時(shí)要同時(shí)使?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到新的狀態(tài)，完成新狀態(tài)的啟動(dòng)。另外在狀態(tài)S0.2和S0.4的SCR程序段中，由于沒有使用SCRT指令，所以S0.2和S0.4的復(fù)位不能自動(dòng)進(jìn)行，最后要用復(fù)位指令對(duì)其進(jìn)行復(fù)位。這種處理方法在并行分支的聯(lián)接合并時(shí)會(huì)經(jīng)常用到，而且在并行分支聯(lián)接合并前的最后一個(gè)狀態(tài)往往是“等待”過渡狀態(tài)。它們要等待所有6.3 功能圖的主要類型 并行分支都為“真”后一起轉(zhuǎn)移到新的狀態(tài)。這時(shí)的轉(zhuǎn)移條件永遠(yuǎn)為“真”，而這些“等待”狀態(tài)不能自動(dòng)復(fù)位，它們的復(fù)位就要

14、使用復(fù)位指令來完成了。6.3 功能圖的主要類型 6.3.4 跳轉(zhuǎn)和循環(huán) 單一順序、并發(fā)和選擇是功能圖的基本形式。多數(shù)情況下，這些基本形式是混合出現(xiàn)的。跳轉(zhuǎn)和循環(huán)是其典型代表。 利用功能圖語言可以很容易實(shí)現(xiàn)流程的循環(huán)重復(fù)操作。在程序設(shè)計(jì)過程中可以根據(jù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件，決定流程是單周期操作還是多周期循環(huán)，是跳轉(zhuǎn)還是順序向下執(zhí)行。圖6-10為跳轉(zhuǎn)和循環(huán)的功能圖、梯形圖和語句表。 圖中：I1.0為OFF時(shí)進(jìn)行局部循環(huán)操作，I1.0為ON時(shí)則正常順序執(zhí)行；I1.1為ON時(shí)正向跳轉(zhuǎn)，I1.1為OFF時(shí)則正常順序執(zhí)行；I1.2為OFF時(shí)進(jìn)行多周期循環(huán)操作，I1.2為ON時(shí)則進(jìn)行單周期循環(huán)操作。6.4 順序控制

15、指令應(yīng)用舉例6.4.1 選擇和循環(huán)電路舉例1. 題目圖6-11為一臺(tái)分檢大小球的機(jī)械臂裝置。它的工作過程是：當(dāng)機(jī)械臂處于原始位置時(shí)，即上限開關(guān)LS1和左限位開關(guān)LS3壓下，抓球電磁鐵處于失電狀態(tài)。這時(shí)按動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB1后，機(jī)械臂下行，碰到下限位開關(guān)LS2后停止下行，且電磁鐵得電吸球。如果吸住的是小球，則大小球檢測開關(guān)為SQ為ON；如果吸住的是大球，則SQ 為OFF。1秒鐘后，機(jī)械臂上行，碰到上限位開關(guān)LS1后右行，它會(huì)根據(jù)大小球的不同，分別分別在LS4（小球）和LS5（大球）處停止右行，然后下行至下限位停止，電磁鐵失電，機(jī)械臂把球放在小球箱里或大球箱里，1秒鐘后返回。如果不按停止按鈕，則機(jī)械臂

16、一直工作下去。如果按了停止按鈕，則不管何時(shí)按，機(jī)械臂最終都要停止在原始位置。再次按動(dòng)啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)可以再次從頭開始循環(huán)工作。6.4 順序控制指令應(yīng)用舉例 2. 解題 （1）輸入輸出地址分配 輸入點(diǎn)： 輸出點(diǎn)： 啟動(dòng)按鈕SB1 I0.0 原始位置指示燈HL Q0.0 停止按鈕SB2 I0.1 抓球電磁鐵K Q0.1 上限位開關(guān)LS1 I0.2 下行接觸器KM1 Q0.2 下限位開關(guān)LS2 I0.3 上行接觸器KM2 Q0.3 左限位開關(guān)LS3 I0.4 右行接觸器KM3 Q0.4 小球右限位開關(guān)LS4 I0.5 左行接觸器KM4 Q0.5 大球右限位開關(guān)LS5 I0.6 大小球檢測開關(guān)SQ I

17、0.7 (2)系統(tǒng)功能圖如圖6-12所示，梯形圖如圖6-13所示。6.4 順序控制指令應(yīng)用舉例6.4.2 并行分支和聯(lián)接電路舉例1.題目某化學(xué)反應(yīng)過程的裝置有四個(gè)容器組成，容器之間用泵連接，以此來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。每個(gè)容器都裝有檢測容器空滿的傳感器，2#容器還帶有加熱器和溫度傳感器，3#容器帶有攪拌器。當(dāng)1#、2#容器中的液體抽入3#容器時(shí)，啟動(dòng)攪拌器。3#、4#容器是1#、2#容器體積的兩倍，可以由1#、2#容器的液體裝滿?；瘜W(xué)反應(yīng)過程如圖6-14所示。6.4 順序控制指令應(yīng)用舉例 該化學(xué)反應(yīng)的工作原理是：按動(dòng)啟動(dòng)按鈕后，1#、2#容器分別用泵P1、P2從堿和聚合物庫中將其抽滿。抽滿后傳感器發(fā)出

18、信號(hào)，P1、P2關(guān)閉，然后2#容器加熱到60C時(shí)，溫度傳感器發(fā)出信號(hào)，關(guān)掉加熱器。P3、P4分別將1#、2#容器中的溶液送到3#反應(yīng)器中，同時(shí)啟動(dòng)攪拌器，攪拌時(shí)間60秒。一旦3#滿或1#、2#空，則泵P3、P4停止并等待。當(dāng)攪拌時(shí)間到，P5將液體抽到產(chǎn)品池4#容器，直到4#滿或3#空。成品由P6抽走，直到4#空。至此，整個(gè)過程結(jié)束，再次按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，新的循環(huán)可以開始。 2 解題 （1）輸入/輸出點(diǎn)地址分配 輸入點(diǎn)： 手動(dòng)啟動(dòng)按鈕 I0.0； 1#容器滿 I0.1；1#容器空 I0.2； 2#容器滿 I0.3； 2#容器空 I0.4；3#容器滿 I0.5； 3#容器空 I0.6； 4#容器滿 I0.7；4#容器空 I1.0； 溫度傳感器 I1.16.4 順序控制指令應(yīng)用舉例(2)根據(jù)系統(tǒng)控制要求繪制的功能圖如圖6-15所示。由功能圖設(shè)計(jì)出的梯形圖程序如圖6-16所示。6.4 順序控制指令應(yīng)用舉例 6.4.3 選擇和跳轉(zhuǎn)電路舉例 1. 題目 如圖6-17所示，三臺(tái)電機(jī)在按下啟動(dòng)按鈕后，每隔一段時(shí)間自動(dòng)順序啟動(dòng)；啟動(dòng)完畢后，按下停止按鈕，每隔一段時(shí)間自動(dòng)反向順序停止。在啟動(dòng)過程中，如果按下停止按鈕，則立即中止啟動(dòng)過程，對(duì)已啟動(dòng)運(yùn)行的電機(jī)，馬上進(jìn)行反方向順序停止，直到全部結(jié)束。6.4 順序控制指令應(yīng)用舉例2、解題、解題該例功能圖如圖該