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PLC順序功能圖順序設(shè)計(jì)法的一般步驟

    (1)分析控制要求，將控制過(guò)程分成若干個(gè)工作步，明確各步的功能，弄清分支的結(jié)構(gòu)（如單序列、選擇序列、并行序列），確定各步的轉(zhuǎn)換條件，將控制要求用功能圖表示出來(lái)。

    (2)確定所需的I/O點(diǎn)數(shù)，選擇PLC機(jī)型，進(jìn)行I/O分配。

    (3)給每個(gè)步分配一個(gè)控制位。對(duì)于S7-200系列PLC，可以選擇順序控制繼電器S、內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器M的位。

    (4)根據(jù)順序功能圖，設(shè)計(jì)出梯形圖程序，后根據(jù)某些特殊要求，添加部分控制程序。

    【例7-6】完成圖7-20所示的某組合機(jī)床動(dòng)力頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制程序設(shè)計(jì)。

    (1)程序設(shè)計(jì)過(guò)程：

    ①繪制順序功能圖，如圖7-21所示。

    ②進(jìn)行I/O分配，見(jiàn)表7-9。根據(jù)輸入需要4點(diǎn)，輸出需要3點(diǎn)，可以選擇S7 CPU221 AC/DC/繼電器型PLC。

    ③給每步分配輔助繼電器。初始步的輔助繼電器為M0.0，第1步的輔助繼電器為M0.1，第2步的輔助繼電器為M0.2，第3步的輔助繼電器為M0.3。

    表7-9    動(dòng)力頭控制系統(tǒng)的I/O分配表

    ④根據(jù)順序功能圖，畫(huà)出梯形圖。

    (2)梯形圖工作過(guò)程分析：

    ①初始步動(dòng)力頭在原位等待，系統(tǒng)上電時(shí)激活初始步，輔助繼電器M0.1～M0.3均不得電。

    ②第1步是系統(tǒng)快進(jìn)步。在初始步M0.0激活的情況下，按啟動(dòng)按鈕后，該步就成為活動(dòng)步。

    ③第2步是系統(tǒng)工進(jìn)步。在第1步正在執(zhí)行（M0.1為“ON”）的條件下，壓下限位開(kāi)關(guān)SQ1，該步變成活動(dòng)步。

    ④第3步是系統(tǒng)快退步。在第2步正在執(zhí)行(M0.2為“ON”)的條件下，壓下限位開(kāi)關(guān)SQ2，該步變成活動(dòng)步。該步的關(guān)斷條件為退回原位，壓下SQ3。該步為系統(tǒng)后一步，當(dāng)關(guān)斷條件滿(mǎn)足時(shí)，回到初始狀態(tài)。

    在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中．無(wú)論是自動(dòng)化單機(jī)還是組合機(jī)床以及自動(dòng)化生產(chǎn)線，經(jīng)常要用到機(jī)械手，以完成工件的取放。對(duì)于片狀材料，所謂“手”，既可以是真空吸盤(pán)，也可以是電磁鐵；對(duì)于棒形等材料，“手”既可以是夾鉗，也可以是夾具。對(duì)機(jī)械手的控制主要是位置識(shí)別、運(yùn)動(dòng)方向控制以及對(duì)物料是否存在的判別。

    【例7-7】某機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程如圖7-27所示。它的任務(wù)是將A工作臺(tái)的工件搬運(yùn)到B工作臺(tái)上。機(jī)械手是由能提供上下、左右運(yùn)動(dòng)的機(jī)械組成，上下與左右運(yùn)動(dòng)分別由雙線圈兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦某個(gè)方向電磁閥得電，機(jī)械手沿相應(yīng)方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)該方向電磁閥失電，機(jī)械手保持當(dāng)前位置直至另一方向電磁閥得電為止。放松／夾緊是由一個(gè)單線圈兩位電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)線圈得電時(shí)即為夾緊，失電時(shí)即為放松。由于夾緊操作中不使用限位開(kāi)關(guān)，因此，當(dāng)夾緊電磁閥得電后，就啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，持續(xù)一定時(shí)間即認(rèn)定為已經(jīng)夾緊。同樣，放松操作也是由定時(shí)器控制實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)要求完成PLC用于機(jī)械手控制的程序設(shè)計(jì)。機(jī)械手的工作過(guò)程如下：

    (1)機(jī)械手位于初始位置（壓合SQ2、SQ4）時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB，下降電磁閥YV1得電，機(jī)械手下降直至壓合SQ1為止。

    (2)夾緊電磁閥YV2得電，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，2.3s后工件夾緊。

    (3)上升電磁閥YV3得電，機(jī)械手抓起工件上升，直至壓合SQ2為止。

    (4)機(jī)械手右移電磁閥YV4得電，機(jī)械手右移直至壓合SQ3。

    (5)YV1得電，機(jī)械手下降直至壓合SQ1。

    (6)夾緊電磁閥YV2失電，放工件到B臺(tái)，2s后認(rèn)定已放松。

    (7)YV3得電，機(jī)械手上升，直至壓合SQ2。

    (8)機(jī)械手向左電磁閥YV5得電，機(jī)械手左移，直至壓合SQ4，機(jī)械手回到原點(diǎn)，完成一個(gè)循環(huán)。

    下面根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)機(jī)械手控制的PLC程序。

    (1)根據(jù)控制要求，畫(huà)出順序功能圖，如圖7-28所示，控制過(guò)程為單一順序過(guò)程。

    (2)進(jìn)行I/O分配，如表7-10所示。根據(jù)輸入5點(diǎn)、輸出5點(diǎn)，選擇S7 CPU222 AC/DC/繼電器型。

    (3)根據(jù)順序功能圖，畫(huà)出梯形圖。

    順序功能圖從結(jié)構(gòu)上可分為單一順序結(jié)構(gòu)、選擇順序結(jié)構(gòu)、并發(fā)順序結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)4種。

    (1)單一順序結(jié)構(gòu)：順序功能圖中沒(méi)有分支，每個(gè)步后只跟有1個(gè)轉(zhuǎn)移，1個(gè)轉(zhuǎn)移后也僅連接1個(gè)步。當(dāng)上一步為活動(dòng)步且轉(zhuǎn)移條件滿(mǎn)足時(shí)，下一步激活，同時(shí)上一步變成不活動(dòng)步。圖7-21所示的就是1個(gè)單一順序結(jié)構(gòu)的功能圖。

    (2)選擇順序結(jié)構(gòu)：就是在某步后有若干個(gè)單一順序等待選擇，當(dāng)某一順序的轉(zhuǎn)移條件滿(mǎn)足時(shí)，則選擇進(jìn)入該順序。注意，一次僅能選擇進(jìn)入1個(gè)順序執(zhí)行。圖7-22所示的就是一個(gè)選擇順序的功能圖。

    選擇順序的開(kāi)始稱(chēng)為分支，在圖7-22中步5之后有4個(gè)分支，各分支不能同時(shí)執(zhí)行，只能選擇其中的1個(gè)分支執(zhí)行。例如，當(dāng)步5為活動(dòng)步且條件ab滿(mǎn)足時(shí)，則轉(zhuǎn)向6步執(zhí)行；當(dāng)步5為活動(dòng)步且條件滿(mǎn)足時(shí)，則轉(zhuǎn)向8步執(zhí)行；當(dāng)步5為活動(dòng)步且條件滿(mǎn)足時(shí)，則轉(zhuǎn)向9步執(zhí)行；當(dāng)步5為活動(dòng)步且條件滿(mǎn)足時(shí)，則轉(zhuǎn)向11步執(zhí)行。但是，當(dāng)步6被選中執(zhí)行時(shí)，步8、9和11均不能激活，同樣當(dāng)步8、步9或步11被選中執(zhí)行時(shí)，另外3個(gè)分支也都不能激活。

    選擇序列的結(jié)束稱(chēng)為合并。在圖7-22中，不論哪個(gè)分支的后一步成為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件滿(mǎn)足時(shí)都要轉(zhuǎn)向步12。

    (3)并發(fā)順序結(jié)構(gòu)：是指在某一轉(zhuǎn)移條件下，能同時(shí)啟動(dòng)若干個(gè)單一順序的結(jié)構(gòu)。并發(fā)順序的開(kāi)始也稱(chēng)為分支，但為了區(qū)別于選擇序列結(jié)構(gòu)的順序功能圖，用雙線來(lái)表示并行序列分支的開(kāi)始，如圖7-23所示。在圖7-23中，當(dāng)步1為活動(dòng)步且條件a滿(mǎn)足時(shí)，則步2、步3、步4同時(shí)被激活變?yōu)榛顒?dòng)步，而步1變?yōu)椴换顒?dòng)步。

    并發(fā)順序的結(jié)束也稱(chēng)為合并，但為了區(qū)別于選擇序列結(jié)構(gòu)，用雙線來(lái)表示并行序列分支的合并。在圖7-23中，當(dāng)并發(fā)順序各分支的后一步即步5、步6和步7都為活動(dòng)步且條件e滿(mǎn)足時(shí)，則步8成為活動(dòng)步，同時(shí)步5、步6和步7變?yōu)椴换顒?dòng)步。

    (4)循環(huán)結(jié)構(gòu)：當(dāng)控制過(guò)程執(zhí)行時(shí)，其中某些步要反復(fù)執(zhí)行的結(jié)構(gòu)。循環(huán)可分為全局循環(huán)和局部循環(huán)，如圖7-24所示。圖7-24(a)所示為全局循環(huán)的順序功能圖，當(dāng)后一步為活動(dòng)步且轉(zhuǎn)移條件sn+1變?yōu)?/span>ON時(shí)，后一步停止，轉(zhuǎn)到第1步執(zhí)行，從而又開(kāi)始整個(gè)過(guò)程，循環(huán)往復(fù)。圖7-24(b)所示為局部循環(huán)的功能圖，圖中第5步后轉(zhuǎn)移有兩個(gè)，分別為d和e，當(dāng)?shù)?/span>5步為活動(dòng)步且轉(zhuǎn)移條件d滿(mǎn)足時(shí)，向下執(zhí)行第6步；當(dāng)?shù)?/span>5步為活動(dòng)步且轉(zhuǎn)移條件e滿(mǎn)足時(shí)，則執(zhí)行第3步，之后順序向下執(zhí)行，到第5步再次判斷d和e哪個(gè)條件滿(mǎn)足；當(dāng)e滿(mǎn)足時(shí)，繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行第3、4、5步。

由圖7-21可知，順序功能圖是由步、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移條件和動(dòng)作說(shuō)明等4部分組成。

    (1)步：對(duì)應(yīng)控制過(guò)程的一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，表示過(guò)程中的1個(gè)動(dòng)作，用矩形框表示，框內(nèi)的數(shù)字表示步的編號(hào)，步右邊矩形框里注明該步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。初始步對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)，其采用雙線框表示。

    (2)轉(zhuǎn)移：是指從一個(gè)步到另一個(gè)步的變化，用有向線段來(lái)表示。有向線段的箭頭表示轉(zhuǎn)移方向，由上到下轉(zhuǎn)移時(shí)可省去箭頭。

    (3)轉(zhuǎn)移條件：是指系統(tǒng)從一個(gè)步向另一個(gè)步轉(zhuǎn)移的必要條件。采用在有向線段上畫(huà)短橫線，并在短橫線旁用文字、符號(hào)或邏輯表達(dá)式注明轉(zhuǎn)移條件的具體內(nèi)容。

    (4)活動(dòng)步：是指正在執(zhí)行的步。當(dāng)前一步為活動(dòng)步且轉(zhuǎn)移條件滿(mǎn)足時(shí)，將激活下一步運(yùn)行并終止前一步的執(zhí)行。
  在要求有*可靠性的大型系統(tǒng)中，常采用冗余技術(shù)來(lái)保證系統(tǒng)的高可靠性。所謂冗余系統(tǒng)，是指系統(tǒng)中有多余的部分，沒(méi)有它，系統(tǒng)照樣工作，但當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，這種多余的部分能立即替代故障部分而使系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。各PLC生產(chǎn)廠家的冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同，一種是靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，另一種是靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

    1．靠硬件實(shí)現(xiàn)的冗余系統(tǒng)

    這種系統(tǒng)中有兩個(gè)CPU模塊在同時(shí)工作，它們執(zhí)行同一個(gè)用戶(hù)程序。當(dāng)主模塊工作時(shí)，備用模塊的輸出被禁止；當(dāng)主模塊失效時(shí)，備用模塊立即投入使用。其切換過(guò)程是由冗余處理單元控制的，在接到故障信息后，冗余處理單元能立即將功能切換到備用CPU模塊上。例如，OMRON的C2000H、CVM1D機(jī)等，在配備相應(yīng)的工作模塊（主要是雙機(jī)模塊）后，可以設(shè)置成這種系統(tǒng)。在雙機(jī)運(yùn)行前進(jìn)行必要的設(shè)定后，兩個(gè)CPU即可同時(shí)啟動(dòng)工作。在調(diào)試或編程時(shí)，經(jīng)必要的設(shè)定后即可單機(jī)運(yùn)行，比較靈活。

    2．靠軟件實(shí)現(xiàn)的冗余系統(tǒng)

    這種系統(tǒng)也有兩個(gè)CPU模塊在同時(shí)運(yùn)行一個(gè)程序，與靠硬件實(shí)現(xiàn)的冗余系統(tǒng)不同的是，該系統(tǒng)不是靠冗余處理單元對(duì)兩個(gè)CPU模塊進(jìn)行切換的。主CPU模塊通過(guò)通信口與備用CPU模塊連在一起進(jìn)行通信，在每個(gè)掃描周期的末了進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)比較，當(dāng)主CPU模塊有故障時(shí)，備用CPU立即接替故障CPU模塊的工作。例如，西門(mén)子公司的S5系列、S7的400系列機(jī)的冗余系統(tǒng)就是采用這種方式。

    冗余系統(tǒng)的投資費(fèi)用相當(dāng)大，不是十分必需場(chǎng)合不必使用。另外，對(duì)那些容易發(fā)生故障的模塊或部件，如電源模塊、輸出模塊等，適當(dāng)?shù)刈鲂﹤浞荩坏┌l(fā)現(xiàn)故障則立即更換，以大限度地減小停機(jī)損失。

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