顺序控制设计法.

青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室顺序控制设计法刘华波青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室8.2顺序功能图所谓顺序控制，就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，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。例如电镀自动生产线就是一个典型的顺序控制过程。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室顺序控制的典型事例：电镀自动生产线青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室电镀流程概述在上主产线前要求毛坯无严重缺陷，并经过滚磨或磨光前处理。经吹尘后，上线用弱碱性溶液，采用阴极电解除油。时间控制在10～15S，电流密度为3～5A／dm2，清洗后，用氢氟酸溶液浸蚀5s，提高镀层附着力。预镀是关键一环，采用预镀氰化铜的方法，在零件表面形成一层完全覆盖，致密区附着良好的镀层。水洗后，镀镍5min。其中，除油，预镀铜，镀镍的槽温控制在50～60℃，镀铜和镀镍要求初始用高密度电流冲击2min，之后镀镍再用涓流镀3min，同时阴极移动，用于搅拌电镀溶液，以保证镀层均匀，致密，不起皮。为了节能，必须是镀件进入镀槽后，才能接通电流排。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室电镀线上的输入输出设备方式转换开关：设手动、单步、单周期、自动四个方式。对手动方式，还配有上／下，进／退，抓／放三种运动选择开关，供操作人员控制天车的运动。另设有起动，停止，急停和复位四个按钮。位置检侧元件：有上限，下限，左限，右限及2位～8位限。分别用限位开关俭测。控制检测元件有：除油，预镀，电镀槽位的温度检测。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室输出设备：上升/下降继电器。前进/后退继电器。抓紧继电器。喷淋，加热，吹尘继电器。阴极移动继电器。电流排通断接触器及原点指示灯和声光报警器。电镀线上的输入输出设备青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室对于此类顺序控制的PLC实例，可以采用顺序控制设计法来进行PLC程序的设计。有的可编程序控制器则提供了顺序功能图编程语言，用户在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作，如西门子S7-300/400PLC中的S7Graph编程语言。顺序控制设计法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室什么是顺序功能图？顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是设计PLC顺序控制程序的有力工具。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成。下面我们以组合机床的动力头进给运动为例来绘制其顺序功能图。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室组合机床的动力头进给运动初始位置停在左边（由限位开关I0.3指示)按下启动按钮，向右快进（Q0.0和Q0.1控制）到限位开关I0.1后，转入工作进给（Q0.1控制）到限位开关I0.2后，快速返回（Q0.2控制)至初始位置（I0.3）停下I0.3I0.1I0.2青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室组合机床的动力头进给运动的顺序功能图步青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室（1）矩形单线方框代表步（双线方框代表初始步）框内可用编号代表步序，也可用位存储单元作为程序进入该步的标志。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的ON／OFF状态不变，但是相邻两步输出量的状态是不同的。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室顺序控制步的划分（动力头的进给过程为例）阶段（步序）转换条件输出状态变化黑线→红线（初始段）SM0.1ONQ0.0OFQ0.1OFQ0.2OF红线→蓝线（快进段）I0.0ONQ0.0ONQ0.1ONQ0.2OF蓝线→绿线（工进段）I0.1ONQ0.0OFQ0.1ONQ0.2OF绿线→粉红（快退段）I0.2ONQ0.0OFQ0.1OFQ0.2ON步序节拍青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室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，相应的非存储型动作被停止执行。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室（2）步间的连接线称为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，这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成为活动步的先后次序顺序排列，并用有向连线将它们连接起来。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室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，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，为了更易于理解也可以加箭头。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室（3）步间的短横线表示转换转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。步的活动状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。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。转换条件可以是外部的输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通／断开等；也可以是可编程序控制器内部产生的信号，如定时器、计数器常开触点的接通等。转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。（4）步间的短横线旁边的逻辑条件表示转换条件M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室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、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边，使用得最多的是布尔代数表达式。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室（5）与步并排连接的方框表示该步执行的动作，多个动作可并列。根据需要，指令与对象的动作响应之间可能有多种情况。有的动作仅在指令存续的时间内有响应，指令结束动作终止（如常见点动控制）。有的一旦发出指令，动作就将一直继续，除非再发出停止或撤消指令（如开车、急停、左转、右转等）。M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.1Q0.1Q0.2SM0.1I0.0I0.1I0.2I0.3青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室1.两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔开；2.两个转换也不能直接相连必须用一个步将它们隔开；3.顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，这一步可能没有什么输出处于ON状态，因此有的初学者在画顺序功能图时很容易遗漏这一步。初始步是必不可少的，一方面因为该步与它的相邻步相比，从总体上说输出变量的状态各不相同；另一方面如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。绘制顺序功能图时的注意事项青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室4.自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室5.在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步，进入RUN工作方式时，它们均处于OFF状态，必须用初始化脉冲SM0．1的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步，否则因顺序功能图中没有活动步，系统将无法工作。如果系统有自动、手动两种工作方式，顺序功能图是用来描述自动工作过程的，这时还应在系统由手动工作方式进入自动工作方式时，用一个适当的信号将初始步置为活动步。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室练习1I0.2I0.0I0.1I0.3Q0.0Q0.1Q0.2画出图示波形对应的顺序功能图。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室练习2I0.0Q0.0Q0.16s画出图示交通灯波形对应的顺序功能图。红灯绿灯黄灯5s4sQ0.2青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室练习3I0.1I0.2I0.3快进工进快退设动力头初始状态停在左边，按下启动按钮I0.0后，Q0.0和Q0.2为1，动力头向右快速进给，碰到I0.2后，变为工作进给Q0.0为1，碰到限位I0.3后，暂停5s；5s后Q0.2和Q0.1为1，工作台快速退回，返回初始位置停止运动。画出顺序功能图。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室M0.0M0.1M0.2M0.3Q0.0Q0.2Q0.0T37(5s)SM0.1I0.0I0.2I0.3T37M0.4Q0.1I0.1Q0.2青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室1、单序列规则转换与步骤交互连接。每一步的后面仅有一个转换，每一个转换后面仅有一步。234例顺序功能图（SFC）的其他形式青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室2、选择序列规则•用水平线下连接多个转换，表示步骤选择开始，称分支。•转换上的数字1、2表示转换同时成立时的优先度，无数字左先。•多数个转换被连接在下面的水平线上，表示选择结束，称合并。S5S8S9S6S10S11hknj例12青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室3、并列序列规则•二重水平线上有唯一一个转换，表示并列顺序的最初步骤同步开始，称同步。•以下步骤独立进行。•二重水平线上的并列顺序的最后步骤全部激活后，二重水平线下的唯一的转换条件满足时，并行步骤结束，称汇合。57891012AEFK青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室顺序控制的基本思想步序发生器1类对象操作动作2类对象转换条件步序•引入两类对象的概念使转换条件与操作动作在逻辑关系上进行分离。•步序发生器根据转换条件发出步序标志，要求步序标志不能重叠（当下步有效时，应同时撤消上步标志）。•步序标志直接相应控制操作动作；步序标志类似令牌，只有取得令牌，才能操作相应的动作。•因果关系分层次表述，使因果传递清楚，避免含混模糊青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室顺序控制的实质是面对两类对象：步序标志和操作动作。这类似接力赛，参赛人一定要取得接力棒才能进入比赛，任何时刻只能一人参赛，，交棒后，前一个参赛人要及时退出比赛。交棒就是步序发生过程。随之才是运动员的各自奔跑。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室顺序控制的三个要点1.步序：一个连贯的过程分解成若干顺序相连的不同阶段，这些不同的阶段称步。2.转换条件：上步转入下步所依赖的系统状态的变化3.操作动作：相连两步间的基本差别是执行不同的操作。即系统输出状态发生了变化。青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室在顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件：(1)该转换所有的前级步都是活动步。(2)相应的转换条件得到满足。如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现称为同步实现。为了强调同步实现，有向连线的水平部分用双线表示。顺序功能图中转换实现的基本规则1．转换实现的条件青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室转换实现时应完成以下两个操作：(1)使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步；(2)使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。2．转换实现应完成的操作青岛大学-西门子先进自动化技术联合实验室以上规则可以用于任意结构中的转换，其区别如下：在单序列中，一个转换仅有一个前级步和一个后续步；在并行序列的分支处，转换有几个后续步，在转换实现时应同时将它们