可編程序控制器原理及應(yīng)用第07章課件

1、本章的主要內(nèi)容 7.1 順序控制概述7.2 S7-200PLC 順序控制指令與程序編寫7.3 S7-300/400PLC順序控制指令與程序編寫1 2022/7/21 7.1.1順序控制的基本概念 順序流程控制就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部的狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有序地進(jìn)行操作。它是一種效率較高的編程調(diào)試方法，其基本思想方法就是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，通過步進(jìn)的方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種要求。在工程上，用梯形圖或語(yǔ)句表的一般指令編程，程序雖然簡(jiǎn)潔但需要一定的編程技巧，特別是對(duì)于一個(gè)工藝過程比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。對(duì)于一些順序

2、控制過程，各過程之間的邏輯關(guān)系復(fù)雜，給編程帶來較大的困難。此時(shí)，利用順序控制語(yǔ)言來編制程序會(huì)比較方便。 應(yīng)用中，先根據(jù)控制要求繪制順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖編寫程序。西門子PLC S7-200 、S7-300/400都提供了順序控制編程語(yǔ)言。2 2022/7/217.1.2順序控制圖與步進(jìn)的基本結(jié)構(gòu) 順序功能圖將控制過程分成若干個(gè)“步”，每一步按條件執(zhí)行，連在一起構(gòu)成了程序控制的流程圖，稱為順序功能圖，如圖7-1所示。順序功能圖的概念和傳統(tǒng)的電氣控制中的概念是完全一致的，這給電氣工程師使用PLC帶來很大的方便。圖7-1順序功能圖 3 2022/7/217.1.2順序控制圖與步進(jìn)的基本結(jié)構(gòu)(

3、續(xù)) 順序功能圖中的“步”是個(gè)很重要的概念。在順序功能圖中，一個(gè)“步”對(duì)應(yīng)于一個(gè)控制步驟。 “步”有3要素：步的開始與結(jié)束、步內(nèi)操作和轉(zhuǎn)移條件，如圖7-2所示。圖7-2 順序控制的步4 2022/7/217.1.3順序控制的結(jié)構(gòu)形式 順序控制按順序功能圖的結(jié)構(gòu)可以分為三種形式：?jiǎn)瘟鞒?、選擇性分支流程和并進(jìn)分支流程。 在單流程設(shè)計(jì)中，每個(gè)前一級(jí)步的后面只有一個(gè)轉(zhuǎn)換，每個(gè)轉(zhuǎn)換的后面只有一步；每一步都按順序相繼激活，如圖7-3（左）所示。在選擇性分支流程設(shè)計(jì)中，一個(gè)前級(jí)步的后面緊跟著若干后續(xù)步可供選擇，但一般只允許選擇其中的一條分支如圖7-3（中）所示。在并進(jìn)分支流程設(shè)計(jì)中，一個(gè)前級(jí)步的后面緊跟著若

4、干后續(xù)步，當(dāng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時(shí)將后續(xù)步同時(shí)激活, 如圖7-3（右）所示。注：用雙線表示并進(jìn)并出 5 2022/7/217.1.3順序控制的結(jié)構(gòu)形式(續(xù))圖7-3 順序控制的結(jié)構(gòu)形式6 2022/7/217.1.4順序控制圖的繪制舉例 繪制順序功能圖沒有嚴(yán)格的規(guī)律可尋，工程上常用的方法就是仔細(xì)地分析控制系統(tǒng)的要求和控制對(duì)象的工作過程，按功能、時(shí)間進(jìn)行歸類總結(jié)，并在時(shí)間上劃分出有一定次序的工作步驟，以及各步驟的轉(zhuǎn)換條件；在這些步驟中確定哪些是需要并行執(zhí)行的，哪些是依次順序執(zhí)行的；是循環(huán)結(jié)構(gòu)還是非循環(huán)結(jié)構(gòu)。下面以某混料系統(tǒng)為例來說明如何繪制順序功能圖。7 2022/7/217.1.4順序控制圖的繪制舉例例7

5、.1混料系統(tǒng)的順序功能圖的繪制。 本案例的控制對(duì)象是混料罐，如圖7-4所示?；炝瞎抻袃蓚€(gè)進(jìn)料口，一個(gè)出料口，上部有攪拌電動(dòng)機(jī)?；炝瞎奚嫌腥齻€(gè)液面位置傳感器，分別指示液面的高、中和低。當(dāng)液面處于某種水平時(shí)，相應(yīng)的液面位置傳感器有信號(hào)。操作面板上有開始和停止兩個(gè)按鈕，兩個(gè)按鈕上帶有指示燈。8 2022/7/217.1.4順序控制圖的繪制舉例 系統(tǒng)開始運(yùn)行后，首先打開出料閥門，放料5s后關(guān)上出料閥門；接著打開進(jìn)料閥門1，進(jìn)料至中液位時(shí)關(guān)上進(jìn)料閥門1；接著打開進(jìn)料閥門2，進(jìn)料至高液位時(shí)關(guān)上進(jìn)料閥門2；攪拌5s后放料。如此連續(xù)循環(huán)，直到系統(tǒng)停止。 分析混料罐工作的過程，繪制出混料罐工作的順序功能圖，如圖

6、7-5所示。9 2022/7/217.1.4順序控制圖的繪制舉例圖7-4 控制對(duì)象示意圖10 2022/7/217.1.4順序控制圖的繪制舉例圖7-5 PLC控制程序流程圖11 2022/7/21本章的主要內(nèi)容 7.1 順序控制概述7.2 S7-200PLC 順序控制指令與程序編寫7.3 S7-300/400PLC順序控制指令與程序編寫12 2022/7/217.2.1 S7-200順序控制指令及其使用 S7-200系列PLC提供了順序流程的相關(guān)指令，即順序控制繼電器指令SCR、SCRT、SCRE等。順序功能流程圖的主要元素是步、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移條件和動(dòng)作。13 2022/7/217.2.1 S7-

7、200順序控制指令及其使用使用S7-200系列PLC順序流程指令需要注意以下幾點(diǎn)。1）不能在一行以上程序中使用相同的Sx.y位。2）不能在SCR指令中使用JMP和LBL指令，即不允許用跳入或跳出的方法跳入或跳出SCR段，其實(shí)對(duì)用順序流程控制指令能實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)的，完全可以不用JMP。3）不能在SCR段中使用END指令。14 2022/7/217.2.1 S7-200順序控制指令及其使用 步進(jìn)程序和非步進(jìn)程序分別執(zhí)行，執(zhí)行的結(jié)果可能相互影響，如網(wǎng)絡(luò)1的執(zhí)行結(jié)果會(huì)使步進(jìn)程序進(jìn)入S0.0步，網(wǎng)絡(luò)2的執(zhí)行結(jié)果可能會(huì)使步進(jìn)程序從S0.0步轉(zhuǎn)移至其他步，網(wǎng)絡(luò)4中S0.0步的執(zhí)行結(jié)果會(huì)決定網(wǎng)絡(luò)8的執(zhí)行結(jié)果。 另外

8、，圖7-6中的網(wǎng)絡(luò)4和5中的條件是S0.0和SM0.0，它們?cè)谶@里是等效的，在S0.0步內(nèi)是一直接通的。15 2022/7/217.2.1 S7-200順序控制指令及其使用16 2022/7/217.2.1 S7-200順序控制指令及其使用17 2022/7/217.2.2 應(yīng)用舉例 本節(jié)將再次講解7.1節(jié)的混料罐PLC程序開發(fā)，使用順序控制實(shí)現(xiàn)控制要求。程序流程圖和7.1節(jié)的相同。本節(jié)將使用S7-200 PLC的步進(jìn)指令完成程序的編寫。 例7.2 混料罐順序控制程序設(shè)計(jì)。 混料罐的地址符號(hào)表如表7-2所示。混料罐的S7-200 PLC步進(jìn)控制程序如圖7-7所示。18 2022/7/217.2

9、.2應(yīng)用舉例 19 2022/7/21 7.2.2應(yīng)用舉例圖7-7 混料罐的S7-200 PLC步進(jìn)控制程序20 2022/7/21 7.2.2應(yīng)用舉例圖7-7 混料罐的S7-200 PLC步進(jìn)控制程序21 2022/7/217.2.2應(yīng)用舉例圖7-7 混料罐的S7-200 PLC步進(jìn)控制程序22 2022/7/21本章的主要內(nèi)容 7.1 順序控制概述7.2 S7-200PLC 順序控制指令與程序編寫7.3 S7-300/400PLC順序控制指令與程序編寫23 2022/7/217.3.1 S7-300/400順序控制簡(jiǎn)介 S7 GRAPH是STEP7的編程語(yǔ)言之一，利用S7 GRAPH編程語(yǔ)

10、言，可以快速地組織和編寫PLC系統(tǒng)的順序控制程序。它根據(jù)功能將控制任務(wù)分解為若干步，其順序用圖形方式顯示出來，并且可形成圖形和文本方式的文件。 S7-300/400 PLC順序控制的最大特點(diǎn)是程序非常形象，用戶使用方便，主要工作就是在GRAPH中繪制一張“PLC版的順序功能圖”。S7 GRAPH是STEP7的一個(gè)軟件包，包括在STEP7的光盤中，需要安裝。24 2022/7/217.3.2 S7-GRAPH基本指令 1.S7-300/400 PLC順序控制指令25 2022/7/21 在表7-3中，所有指令均可以加上自定義的限定條件，變?yōu)镹C、SC、RC、DC和LC等。這時(shí)在GRAPH的單步顯

11、示方式下，可以設(shè)定該步的限定條件。NC等指令執(zhí)行時(shí)，不僅要求該步處于激活狀態(tài)，而且要滿足當(dāng)前的限定條件。設(shè)有限定條件的步在圖形上有“C”標(biāo)志。 2. S7 GRAPH的步 圖7-8是S7 GRAPH的一步。在該步中，當(dāng)Step1激活時(shí)，位地址信號(hào)M0.0置1；在Step1激活期間，1小時(shí)20分鐘20秒后，位地址信號(hào)Q0.0為1；在Step1不激活期間，位地址信號(hào)Q0.0為0。7.3.2 S7-GRAPH基本指令26 2022/7/21 圖7-9也是S7 GRAPH的一步，不過該步帶附加的限定條件。在單步顯示方式下，可以看到，該步的限定條件為I0.0，若I0.0有輸入，則條件成立，否則不成立。在

12、該步中，當(dāng)Step1激活時(shí)，位地址信號(hào)Q0.0置1；而Q0.1是否能夠動(dòng)作，則還要取決于限定條件是否滿足。若I0.0有輸入，則條件滿足，Q0.1有輸出。 限定條件也可以是多個(gè)觸點(diǎn)的組合。 7.3.2 S7-GRAPH基本指令27 2022/7/217.3.2 S7-GRAPH基本指令圖7-8 GRAPH中的一步 28 2022/7/217.3.2 S7-GRAPH基本指令圖7-9 GRAPH中帶限定條件的一步 29 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯1. GRAPH窗口與工具欄圖標(biāo)圖7-10 GRAPH的編程窗口30 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯圖7-10

13、的區(qū)域1為顯示控制工具欄，這些按鈕將控制順序功能圖的顯示比例、單步或全部等，具體功能如表7-4所示。 31 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯圖7-10的區(qū)域2 為GRAPH的瀏覽窗口。用于選擇瀏覽當(dāng)前順序控制器Sequencers .圖7-10的區(qū)域3 為GRAPH的順序功能圖繪制工具欄，按鈕的具體功能如表7-5所示。 32 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯 圖7-10的區(qū)域4 為GRAPH的轉(zhuǎn)移條件和限定條件編輯工具欄，這些條件可以用功能塊圖（FBD）或梯形圖（LAD）兩種方式編輯。在GRAPH窗口的View中可以進(jìn)行選擇。GRAPH的轉(zhuǎn)移條件和限定條件編

14、輯工具欄中的按鈕功能如表7-6所示。 33 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯 圖7-10的區(qū)域5 為GRAPH的狀態(tài)窗口，可以顯示GRAPH操作的一些狀態(tài)，如程序的編譯結(jié)果等。 2. 程序的編輯步驟 在項(xiàng)目的程序中，插入FB塊，選擇用GRAPH語(yǔ)言編寫這個(gè)FB塊；在GRAPH編程窗口中，編寫程序，使用各種工具欄繪制“PLC版”的順序功能圖；編譯保存該FB塊，生成相關(guān)的DB塊和其他程序塊。生成的DB塊在程序調(diào)用時(shí)，作為FB的背景數(shù)據(jù)塊使用；而其他程序塊是幫助FB運(yùn)行的輔助程序塊，將來需要與FB及DB一起下載到PLC中。34 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯3.

15、 程序編輯舉例例7.3 混料罐的GRAPH程序的編輯。圖7-11 新建工程和插入S7程序35 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯圖7-12 新建功能塊FB136 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯圖7-13順序功能編輯器GRAPH37 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯圖7-14 混料罐S7 GRAPH程序38 2022/7/217.3.3 GRAPH程序的編輯圖7-15 STEP7自動(dòng)生成FC72、SFC64功能塊39 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試1. 順序控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式 順序控制系統(tǒng)的運(yùn)行有4種運(yùn)行模式，從

16、而決定順序控制器對(duì)步與步之間的轉(zhuǎn)換的處理方式。用戶通過對(duì)S7 Graph FB的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行模式的選擇。（1）手動(dòng)模式在手動(dòng)模式下，每個(gè)執(zhí)行器的動(dòng)作必須按下相應(yīng)的動(dòng)作按鈕才能實(shí)現(xiàn)。滿足轉(zhuǎn)換條件也不能轉(zhuǎn)換到下一步，步的活動(dòng)或不活動(dòng)狀態(tài)的控制是用手動(dòng)完成的。（2）自動(dòng)模式在自動(dòng)模式下，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，由當(dāng)前步轉(zhuǎn)換到下一步，程序自動(dòng)運(yùn)行。40 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試（3）單步模式在單步模式下，轉(zhuǎn)換條件滿足并且功能塊的輸入?yún)?shù)T_PUSH為上升沿時(shí)，才能轉(zhuǎn)換 到下一步。它與自動(dòng)模式的區(qū)別在于它對(duì)步與步之間的轉(zhuǎn)換有附加的條件（T_PUSH為上升沿）。（4）自動(dòng)或切

17、換到下一步模式在該模式下，只要轉(zhuǎn)換條件滿足或在功能塊的輸入?yún)?shù)T_PUSH為上升沿時(shí)，都能轉(zhuǎn)換到下一步。在RUN模式下可以用功能塊的輸入?yún)?shù)來選擇4種工作模式，在下列參數(shù)的上升沿激活相應(yīng)的工作模式，不可同時(shí)激活多種模式。41 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試1）SW_AUTO：自動(dòng)模式。2）SW_MAN：手動(dòng)模式。3）SW_TAP：?jiǎn)尾剑↖nching）模式。4）SW_TOP：自動(dòng)或切換到下一步（Automatic or Switch to next）模式。42 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試2. S7 Graph FB的參數(shù)集 Gra

18、ph編寫的FB要由其他程序調(diào)用才能執(zhí)行。調(diào)用時(shí)可以帶參數(shù)調(diào)用，輸入?yún)?shù)可以決定FB的運(yùn)行方式，而輸出參數(shù)可以獲取FB的運(yùn)行狀態(tài)。 S7 Graph FB有4種不同的參數(shù)集如表7-7所示。43 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試在S7 Graph FB程序編輯器中，選擇OptionsBlock Settings命令，在出現(xiàn)的對(duì)話框的Compile/Save選項(xiàng)卡的FB Parameters區(qū)中（見圖7-16），可以選擇需要的參數(shù)集。圖7-16 功能塊的參數(shù)設(shè)置44 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試若選擇最小參數(shù)集，則FB在調(diào)用時(shí)只有“EN”和

19、“INIT_SQ”兩個(gè)輸入?yún)?shù)和“ENO”一個(gè)輸出參數(shù)?！癐NIT_SQ”的功能是激活起始步。圖7-17是梯形圖中最小參數(shù)集情況下的FB的調(diào)用。若選擇標(biāo)準(zhǔn)或最大參數(shù)集，則FB在調(diào)用時(shí)有更多的輸入輸出參數(shù)。S7 Graph FB的標(biāo)準(zhǔn)和最大參數(shù)集的輸入?yún)?shù)如表7-8所示， FB的輸出參數(shù)如表7-9所示。 圖7-17 S7 Graph FB最小參數(shù)集的功能塊45 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試46 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試3. FB的調(diào)用與調(diào)試 FB的調(diào)用與調(diào)試將用例7.4進(jìn)行說明。例7.4 混料罐的GRAPH程序的調(diào)用與調(diào)試。 雙

20、擊OB1功能塊，編寫運(yùn)行指示與停止指示的程序，然后在指令樹中的圖標(biāo)下插入功能塊混料罐FB1，如圖7-18所示。 在程序中，網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2用兩個(gè)按鈕控制兩盞指示燈。網(wǎng)絡(luò)3調(diào)用FB，“EN”由Q0.5和Q0.6并聯(lián)控制；Q0.6控制“OFF_SQ”，表示在系統(tǒng)停止?fàn)顟B(tài)下，不進(jìn)行順序操作，并且復(fù)位FB中的所有步內(nèi)操作；Q0.5的上升沿控制“INIT_SQ”，表示在系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)入起始步，并開始順序控制。47 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試圖7-18 混料罐OB1程序48 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試圖7-18 混料罐OB1程序（續(xù)）49

21、2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試 保存OB1模塊，打開模擬仿真器（處于RUN_P模式），下載所有的功能塊Blocks，如圖7-19所示。 圖7-19 下載所有的功能塊Blocks50 2022/7/217.3.4 GRAPH程序的調(diào)用與程序調(diào)試打開FB1功能塊，單擊監(jiān)控按鈕，如圖7-20所示。 圖7-20 順序控制S7 GRAPH監(jiān)控51 2022/7/217.3.5 步進(jìn)事件、步進(jìn)計(jì)數(shù)器和定時(shí)器1. 步進(jìn)事件 GRAPH中，隨著程序的運(yùn)行，會(huì)激發(fā)各種事件。常見的事件有：所在步激活（S1）、所在步停止激活（S0）、限定條件不再滿足（L1）、限定條件變?yōu)闈M足（L0）、發(fā)生監(jiān)視錯(cuò)誤（V1）、監(jiān)視錯(cuò)誤清除（V0）、獲取到新的信息（A1）和設(shè)定新的注冊(cè)信息（R1）。 在GRAPH程序中，可以以這些事件的發(fā)生為條件，去執(zhí)行一些操作。 52