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)計簡單順序控制問題的程序是可行的，但對于具有并發(fā)順序和選擇順序的問題

2、就顯得力不從心了 。因此，有必要進一步深入探討解決更廣泛的順序類型問題的程序設(shè)計方法。 20世紀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)計的Grafacet法。 Grafacet法是專用于工業(yè)順序控制程序設(shè)計的一種功能性說明語言，現(xiàn)在已成為法國國家標準（NFC03190）。IEC（國際電工委員會）也于1988年公布了類似的“控制系統(tǒng)功能圖準備”標準（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)計的指令，使用起來非常方便。在中小型PLC程序設(shè)計時，如果采用功能圖法，首先要根據(jù)控制要求設(shè)計功能流程圖，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。如果適當運用組成元素，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)的運行，就可以得到控制系統(tǒng)的動態(tài)過程。 1. 狀態(tài) 狀態(tài)是控制系統(tǒng)中一個相對不變的性質(zhì)，對應(yīng)一個穩(wěn)定的情形。狀態(tài)的符號如圖6-1所示。矩形框中可寫上該狀態(tài)的編號或

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)是功能圖運行的起點，一個控制系統(tǒng)至少要有一個初始狀態(tài)。初始狀態(tài)的圖形符號為雙線的矩形框，如圖6-2所示。在實際使用時，有時也是畫單線矩形框，有時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)正常運行時的狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)是否運行，狀態(tài)可分為動態(tài)和靜態(tài)兩種。動狀態(tài)是指當前正在運行的狀態(tài)，靜狀態(tài)是沒有運行的狀態(tài)。動狀態(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)對應(yīng)的動作 在每個穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，可能會有相應(yīng)的動作。動作的表示方法如圖6-3所示。 2. 轉(zhuǎn)移 為了說明從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的變化，

5、要用轉(zhuǎn)移概念，即用一個有向線段來表示轉(zhuǎn)移的方向。兩個狀態(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，當此條件成立時，稱為轉(zhuǎn)移使能。該轉(zhuǎn)移如果能夠使狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，則稱為觸發(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)移條件是指使系統(tǒng)從一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移的必要條件，通常用文字、邏輯方程及符號來表示。 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，可以省略箭頭；當有向線段從下向上畫時，必須畫上箭頭，以表示方向； （4）一個功能圖至少要有一個初始狀態(tài)。 下面用一個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的初始位置是沖頭抬起,處于高位;當操作者按動啟動按鈕時,沖頭向工件沖擊;到最低位置時,觸動低位行程開關(guān);然后沖頭抬起,回到高位,觸動高位行程開關(guān),停止運行.圖6-5所示為功能圖表示的沖壓機運行過程.沖壓機的工作順序可分為三個狀態(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；從下沖狀態(tài)到返回狀態(tài)，須滿足低位行程開關(guān)為O

7、N時才能發(fā)生。從該例可以進一步知道，功能圖就是由許多個狀態(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象為順控繼電器S，S也稱為狀態(tài)器，每一個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順序控制繼電器（SCR）段。LSCR指令標記一個SCR段的開始，當該段的狀態(tài)器置位時，允許該SCR段工作。SCR段必須用SCRE指令結(jié)束。當SCRT指令的輸入端有效時，一方面置位下一個SCR段的狀態(tài)器，以便使下一個SCR段開始工作；另一方面又同時使該段的狀態(tài)器復(fù)位，使該段停止工作。由此可以總結(jié)出每一個SCR程序段一般有以下三種功能： （1）驅(qū)動處理 即在該段狀態(tài)器有效時，要做什么工作，有時也可以不做任何工作。 （2）指定轉(zhuǎn)移條件和目標 即滿足什么條件后狀態(tài)轉(zhuǎn)移到何處。 （3）轉(zhuǎn)移源自動復(fù)位功能 狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移后，

9、置位下一個狀態(tài)的同時，自動復(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，應(yīng)先畫出功能圖，然后對應(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同時計時。1s計時到后狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，T37即為狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，T37的常開觸點將S0.2（狀態(tài)2）置位（激活）的同時，自動使原狀態(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T38計時，20s計時到后，狀態(tài)從狀態(tài)2(S0.2)轉(zhuǎn)移到

10、狀態(tài)3（S0.3），同時狀態(tài)2復(fù)位。 注意：在SCR段輸出時，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。因為線圈不能直接和母線相連，所以必須借助于一個常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LSCR之間的指令邏輯不影響下一個SCR段程序的執(zhí)行。 （3）不能把同一個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)和標號指令。 （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，狀態(tài)器的編號可以不按順序編排。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，其動作是一個接一個地完成。每個狀態(tài)僅連接一個轉(zhuǎn)移，每個轉(zhuǎn)移也僅連接一個狀態(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)實際中，對具有多流程的工作

12、要進行流程選擇或者分支選擇。即一個控制流可能轉(zhuǎn)入多個可能的控制流中的某一個，但不允許多路分支同時執(zhí)行。到底進入哪一個分支，取決于控制流前面的轉(zhuǎn)移條件哪一個為真。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 在許多實例中，一個順序控制狀態(tài)流必須分成兩個或多個不同分支控制狀態(tài)流，這就是并行分支或并發(fā)分支。當一個控制狀態(tài)流分成多個分支時，所有的分支控制狀態(tài)流必須同時激活。當多個控制流產(chǎn)生的結(jié)果相同時，可以把這些控制流合并成一個控制流，即并行分支的聯(lián)接。在合并控制流時，所有的分支控制流必須都是完成了的。這樣，在轉(zhuǎn)移條件滿足時才能轉(zhuǎn)移到下一個狀態(tài)。

13、并發(fā)順序一般用雙水平線表示，同時結(jié)束若干個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)接時要同時使狀態(tài)轉(zhuǎn)移到新的狀態(tài)，完成新狀態(tài)的啟動。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)位不能自動進行，最后要用復(fù)位指令對其進行復(fù)位。這種處理方法在并行分支的聯(lián)接合并時會經(jīng)常用到，而且在并行分支聯(lián)接合并前的最后一個狀態(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)。這時的轉(zhuǎn)移條件永遠為“真”，而這些“等待”狀態(tài)不能自動復(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現(xiàn)流程的循環(huán)重復(fù)操作。在程序設(shè)計過程中可以根據(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時進行局部循環(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時進行多周期循環(huán)操作，I1.2為ON時則進行單周期循環(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為一臺分檢大小球的機械臂裝置。它的工作過程是：當機械臂處于原始位置時，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)。這時按動啟動按鈕SB1后，機械臂下行，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，機械臂上行，碰到上限位開關(guān)LS1后右行，它會根據(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，則機械臂

16、一直工作下去。如果按了停止按鈕，則不管何時按，機械臂最終都要停止在原始位置。再次按動啟動按鈕后，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： 輸出點： 啟動按鈕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)過程的裝置有四個容器組成，容器之間用泵連接，以此來進行化學(xué)反應(yīng)。每個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1#、2#容器中的液體抽入3#容器時，啟動攪拌器。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：按動啟動按鈕后，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，P1、P2關(guān)閉，然后2#容器加熱到60C時，溫度傳感器發(fā)出信號，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，同時啟動攪拌器，攪拌時間60秒。一旦3#滿或1#、2#空，則泵P3、P4停止并等待。當攪拌時間到，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，整個過程結(jié)束，再次按動啟動按鈕，新的循環(huán)可以開始。 2 解題 （1）輸入/輸出點地址分配 輸入點： 手動啟動按鈕 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，三臺電機在按下啟動按鈕后，每隔一段時間自動順序啟動；啟動完畢后，按下停止按鈕，每隔一段時間自動反向順序停止。在啟動過程中，如果按下停止按鈕，則立即中止啟動過程，對已啟動運行的電機，馬上進行反方向順序停止，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