第5章_运料小车控制系统设计

第五章运料小车控制系统设计第五章运料小车控制系统设计本章要点本章从运料小车的控制入手，以彩灯顺序显示例详细介绍了S7-200的顺序控制指令的工作过程和设计步骤。-------…技能目标掌握利用顺序功能图编程语言解决工程中顺序控制问题的方法和技巧。具备分析系统工艺流程并能据此绘制顺序功能图的能力。独立解决课后习题将能掌握一般的顺控工程系统的设计方法。项目案例导入通过对运料小车控制系统设计，掌握顺序控制的思想及解决问题的方法。5.1运料小车控制系统设计图5.1小车运料系统示意图一、题目要求1.控制要求运料小车运行过程如图5.1所示。小车原位在左（SQ1），当按下启动按钮SB1，小车前进。当运行至料斗下方（SQ2）时，料斗打开给小车加料，延时8s后料斗关闭。小车后退返回至SQ1处，打开小车底门卸料，6s后卸料完毕，如此循环下去。要求控制送料小车的运行，并具有以下几种运行方式：1）手动操作：用各自的控制按钮，一一对应地接通或断开各负载的工作方式。2）单周期操作：按下起动按钮，小车往复运行一次后，停在后端等待下次起动。3）连续操作：按下起动按钮，小车自动连续往复运动。一、题目要求2.设计目的了解顺序功能图编程思想，学会利用顺序功能图编程方法解决顺控问题。3.设计条件S7-200系列PLC一台，限位开关2个，接触器2个，电磁开关2个，连接线若干，开关按钮、直流电机3个4.设计内容及要求根据题目要求，设计硬件电路，绘出顺序功能图并编写相应梯形图程序。一、题目要求可以看到，小车在一个周期内共有4个工序，控制系统是按照一定的顺序、在满足一定的条件后使小车从前一个工序进入后一个工序，如此循环控制，小车便按照工艺流程自动运行。显然，这是一个按照一定的顺序来控制的问题，简称为顺控问题，这类问题在工程中非常常见。对于这类顺控问题，我们除了可以使用前面所介绍的基本指令外，还可以使用PLC的另外一种编程语言：顺序功能图。二、知识链接—顺序设计法和顺序功能图顺序控制：按照生产工艺和时间的顺序，在各个信号的作用下，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序的进行操作，如前述小车运料系统工作过程可表示为图5.2。三、顺序设计法简介SB按下I0.0·I0.2SQ2I0.1T37SQ1I0.2初始状态工序1工序2工序3工序4Q0.0前行Q0.4装料T37定时8sQ0.1后退Q0.5卸料T38定时6sT38图5.2小车运料系统自动过程工序图顺序设计法：分解成的这些工序，在顺序控制中，称之为“步”，当步被激活时（已满足一定的转换条件），步所代表的动作或命令将被执行，这样一步一步按照顺序，执行机构就行顺序前进，这种用来表示顺控问题的方法，即称为顺序设计法。顺序功能图：将步用存储器S表示，描述控制系统的控制过程、功能、和特性，便得到图5.3所示的图形，称为顺序功能图。三、顺序设计法简介图5.3小车运料系统自动控制顺序功能图四、步的概念1、初始步与系统的初始状态相对应的步成为初始步，如图5.3中“S0.0”。初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个SFC至少要有一个初始步。2、活动步当系统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”，也成为“当前步”。步处于活动状态时，执行相应的非存储型动作，不处于活动状态时则停止执行。四、步的概念3、步的动作步的动作分为存储型、非存储型两种：存储型：指那些需要在若干个步中都应为“ON”的动作，在顺序功能图中，可以根据需要用置位指令S来将置“ON”，用复位指令R来复位。非存储型：指那些只在步处于活动步时才为“ON”的动作，当步转为非活动步时，动作也被复位，在顺序功能图中，直接用线圈输出。步与它的非存储型动作“共存亡”。5.2S7-200的顺序控制继电器指令一、顺序控制继电器指令简介顺序继电器（SCR）指令：顺序指令如表5.1所示。每个顺序功能图分为若干个SCR段，每个SCR段起始于LSCR、结束语SCRE，一个SCR段对应于顺序功能图中的一步。S存储器范围：S0.0~S31.7。梯形图指令语句表指令描述LSCRS_bitSCR程序段开始SCRTS_bitSCR转换CSCRESCR程序段条件结束SCRESCR程序段结束表5-1顺序控制继电器（SCR）指令一、顺序控制继电器指令简介装载顺控继电器指令LSCR（LoadSequenceControlRelay）：标志着一个SCR段（即顺序功能图中的步）的开始，操作数S_bit为顺序控制继电器S的地址，S_bit为ON时，执行对应的SCR段中的程序，为OFF时则不执行。顺序控制继电器结束指令SCRE（SequenceControlRelayEnd）：标志着一个SCR段的结束。顺序控制继电器传输指令SCRT（SequenceControlRelayTransition）：用来将程序控制权从一个激活的SCR段传递到另一个SCR段。执行SCRT指令可以使当前激活的程序段的S位复位，同时使下一个要执行的程序段的S位置位。顺序控制继电器条件结束指令CSCRE（ConditionalSequenceControlRelayEnd）：可以使程序退出一个激活的SCR段而不执行CSCRE与SCRE之间的指令。CSCRE不影响任何S位。二、顺序控制继电器指令使用方法例5.1：有简易运料小车如图5.6，初始位置在左边，有后退限位开关I0.2为1状态，按下启动按钮I0.0后，小车前进，碰到限位开关I0.1，停下，3s后后退，碰到I0.2后，返回初始步，等待再次启动。图5.6简易运料小车二、顺序控制继电器指令使用方法分析：一个工作周期分为前进、暂停、后退3步，另加一启动初始步，分别以启动按钮、限位开关和定时器为各步转换条件。图5.7例5.1电气图二、顺序控制继电器指令使用方法图5.8例5.1梯形图二、顺序控制继电器指令使用方法例5.2：设彩灯系统共有5个彩灯，输出分别为Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4，开关按钮接I0.0，当I0.0打开时，彩灯依次顺序点亮：Q0.0亮2s—Q0.1亮2s—Q0.2亮2s—Q0.3亮2s—Q0.4亮2s—Q0.1亮2s……，如此循环，当一盏灯亮时，则前一盏灯灭。试画出顺序功能图。本题中系统从步S0.1转换到步S0.2时，第一盏彩灯即熄灭，即彩灯点亮和步被激活同步，当步为非活动步时，灯也跟着熄灭，所以本系统中彩灯点亮这一动作为一非存储型动作，直接线圈输出即可。分析：在按下启动按钮I0.0后，彩灯系统开始工作，其工作周期包括：第一盏灯亮；2s时间到，第二盏灯亮；2s时间到，第三盏灯亮；2s时间到，第四盏灯亮；2s时间到，第五盏灯亮，共五个过程，所以顺序功能图应该包括5个工序步，加上初始步，共有6步。T37·Q0.0S0.0S0.1S0.2S0.3S0.4Q0.0Q0.1T38定时2sQ0.2Q0.3T40I0.0·Q0.0·Q0.1·Q0.2·Q0.3·Q0.4T37定时2sT38·Q0.1T39定时2sT39·Q0.2定时2sT40·Q0.3S0.5Q0.4T41T41·Q0.4定时2s图5.9彩灯显示系统顺序功能图二、顺序控制继电器指令使用方法//首次扫描位使能初始步S0.0//初始步S0.0开始//按下启动按钮（I0.0）且各彩灯均为OFF时，程序从步S0.0切换到步S0.1：第一盏灯亮状态//初始步结束//第一盏灯亮的状态（步S0.1）开始//第一盏灯亮Q0.0//启动定时器T37，定时2s//2s到时，程序从步S0.1转换到步S0.2：第一盏灯灭，第二盏灯亮//第一盏灯亮的状态（步S0.1）结束，同时Q0.0复位，第一盏灯灭//第二盏灯亮的状态（步S0.2）开始//第二盏灯亮Q0.1//启动定时器T38，定时2s//2s到时，程序从步S0.2转换到步S0.3：第二盏灯灭，第三盏灯亮//步S0.2结束，同时Q0.1复位，第二盏灯灭//第三盏灯亮的状态（步S0.3）开始//第三盏灯亮Q0.2//启动定时器T39，定时2s//2s到时，程序从步S0.3转换到步S0.4：第三盏灯灭，第四盏灯亮//步S0.3结束，同时Q0.2复位，第三盏灯灭//第四盏灯亮的状态（步S0.4）开始//第四盏灯亮Q0.3//启动定时器T40，定时2s//2s到时，程序从步S0.4转换到步S0.5：第四盏灯灭，第五盏灯亮//步S0.4结束，同时Q0.3复位，第四盏灯灭//第五盏灯亮的状态（步S0.5）开始//第五盏灯亮Q0.4//启动定时器T41，定时2s//2s到时，程序从步S0.5转换到步S0.1：第五盏灯灭，第一盏灯亮，一个循环结束，下一个循环开始//步S0.5结束，同时Q0.4复位，第五盏灯灭图5.10彩灯系统梯形图程序三、知识链接—选择序列与并行序列顺序功能图及其编程方法顺序功能图结构：单序列结构：从初始步到结束步既没有分支，也没有选择，见图5.11a）。选择性结构：见图5.11b）、c）。并行性结构：见图5.11d）S0.0S0.1S0.3abS1.0S1.1I0.0S1.4S1.3T37T50S2.0S2.1hjS2.3kI0.1lS3.0S3.1S3.2nS3.5qmS3.3S3.4a)b)c)d)P……图5.11单序列、选择性、并行性序列顺序功能图结构示意图三、知识链接—选择序列与并行序列顺序功能图及其编程方法选择性结构：流程图中有分支，系统会根据转换条件的不同选择不同的分支。图b）中，当I0.0为ON时，功能图由步S1.0转到步S1.1，当I0.1为ON时，功能图由步S1.0转到步S1.4，I0.0和I0.1不能同时为1，选择序列的结束称为合并，图中两个分支在步S1.3前合并。图c）是选择性分支的一种特殊情况，即某一条分支上没有步，但转换条件仍然存在，这种情况我们称为跳步。注意事项：1）选择性序列顺序功能图在分支处和合并处以单横线引出多个分支；2）在分支处或合并处必须有转移条件，且转移条件必须写在分支线或合并线以内；3）选择性序列中，系统仅根据转换条件执行其中的一个分支，其余分支将不被执行。选择性结构顺序功能图，见图5.12.//步S1.0开始//若I0.0为ON则程序从S1.0切换到不S1.1//若I0.1为ON则程序从S1.0切换到不S1.4//步S1.1开始，若I0.0为OFF且I0.1为ON则步S1.1的SCR至SCRE之间的程序将不被执行//步S1.0结束……//步S1.1的动作//T37定时到，程序从S1.1切换到步S1.3//步S1.1结束//步S1.4开始，若I0.1为OFF且I0.0为ON则步S1.4的SCR至SCRE之间的程序将不被执行……//步S1.4的动作//T50定时到，程序从S1.4切换到步S1.3//步S1.4结束//分支程序在S1.3前合并图5.12选择性序列顺序功能图（图5.11b）编程举例三、知识链接—选择序列与并行序列顺序功能图及其编程方法并行性结构：如图5.11d），在步S3.0之后，当转换条件m=1时，步S3.1和步S3.3同时变成活动步，表示系统的几个独立部分同时工作的情况。在步S3.5之前，当q=1，且步S3.2和步S3.4同时为活动步时，系统才转到步S3.5，这时步S3.2和步S3.4同时失效，称为并行性序列的合并。特点：1）并行性序列顺序功能图在分支处和合并处以双横线引出多个分支；2）在分支处各分支必须具有相同的转移条件，且转移条件必须写在分支线上；3）在合并处各分支也必须具有相同的转移条件，且转移条件必须写在分支线下方，只有当各分支的运行全部结束，且转换条件满足时，系统才会并，即先执行完的分支保持动作，等待，直到全部流程都执行完毕，系统才向下运行。并行性结构顺序功能图，在分支处在同一转换条件下，使用多条SCRT指令在一段SCR程序中同时各分支上的第一步。//步S3.0开始//若转换条件m满足，则程序同时切换到步S3.1和步S3.3，二者同时被激活，两个分支同时执行//步S3.0结束//步S3.1开