1、第第4章章 順序控制設計法與順序功能圖順序控制設計法與順序功能圖4.1 功能圖的產生及基本概念功能圖的產生及基本概念 4.1.1 順序功能圖的歷史順序功能圖的歷史 4.1.2 功能圖的基本概念功能圖的基本概念 4.1.3 功能圖的構成規則功能圖的構成規則4.2 順序功能圖的基本結構及轉換規則順序功能圖的基本結構及轉換規則 4.2.1 基本結構基本結構 4.2.2 轉換規則轉換規則4.3 順序功能圖的編程方法順序功能圖的編程方法 4.3.1 編程方法 4.3.2 單序列編程方法 4.3.3 選擇序列和并行序列編程方法選擇序列和并行序列編程方法 4.3.4 僅有兩步的閉環處理僅有兩步的閉環處理4.

2、4 綜合應用舉例綜合應用舉例 4.5 順序功能圖語言順序功能圖語言s7-Graph的應用的應用4.5.1 S7-Graph語言概述4.5.2 使用s7 Graph 編程的例子4.1 功能圖的產生及基本概念功能圖的產生及基本概念l用經驗設計法設計梯形圖，沒有固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和用經驗設計法設計梯形圖，沒有固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性。對于不同控制系統，沒有一種隨意性。對于不同控制系統，沒有一種 通用的容易掌握的設計方法。在設計復雜系通用的容易掌握的設計方法。在設計復雜系統梯形圖時，用大量的中間單元來完成記憶、聯鎖和互鎖等功能，設計復雜，考慮統梯形圖時

3、，用大量的中間單元來完成記憶、聯鎖和互鎖等功能，設計復雜，考慮得周到，需要模擬調試和現場調試。得周到，需要模擬調試和現場調試。l經驗法設計出的梯形圖很難閱讀，不便于系統改進和維護經驗法設計出的梯形圖很難閱讀，不便于系統改進和維護。針對于此針對于此:順序功能圖（順序功能圖（Sequential Function Charts) 最初是在最初是在20世紀世紀70年代根據年代根據DIN 19237 標準來制定的，法國國家標準為標準來制定的，法國國家標準為Grafacet法法(NFC03190)，1993年年由由IEC（6）1131 再次為再次為SFC制定了新標準。制定了新標準。 三個標準差異三個標準

4、差異:差異小，最初標準差異小，最初標準SFC不允許在控制中有分支或者閉環，不允許在控制中有分支或者閉環，新標準提供了這種可能性。新標準提供了這種可能性。原因原因:4.1.1 順序功能圖的歷史順序功能圖的歷史控制要求功能流程圖梯形圖程序設計轉化功能圖法流程功能圖法流程:順序設計順序設計 按照生產工藝預先規定的次序，在各種輸入信號的作用下，根據時間順序，執行機構自動并有序地進行操作。特別適合生產流水線上應用。 順序設計法是一種先進的設計方法，其設計思想是將系統的工作過程劃分為若干個順序相連的階段，這個階段稱之為”步“或”狀態“，當步被激活時(即滿足一定的轉換條件），步所代表的行動或命令將被執行。這

5、樣一步一步按照順序，執行機構就能夠”前進“。順序設計法步驟順序設計法步驟4.1.2 功能圖的基本概念功能圖的基本概念功能圖功能圖(功能流程圖功能流程圖/狀態轉移圖狀態轉移圖):描述順序控制系統的圖解表示方描述順序控制系統的圖解表示方 法法,專用于工業順序控制程序設計的功能性說明語言。專用于工業順序控制程序設計的功能性說明語言。它能完整的描述控制系統的工作過程、功能和特性它能完整的描述控制系統的工作過程、功能和特性,是分析、是分析、設計電氣控制系統控制程序的重要工具。設計電氣控制系統控制程序的重要工具。功能圖主要由功能圖主要由“步步”、“轉移轉移”及及有向線段有向線段等元素組成。等元素組成。步步

6、轉移轉移有向線段有向線段靜態控制系統靜態控制系統轉移觸發規則轉移觸發規則系統動態過程系統動態過程1.步步 步是控制系統中一個相對不變的性質，對應于一個穩步是控制系統中一個相對不變的性質，對應于一個穩定的情形。定的情形。步的圖形符號步的圖形符號編 號/代 碼初始步初始步 初始步初始步 是功能圖運行的起點，一個控制是功能圖運行的起點，一個控制系統至少要有一個初始步。初始步的圖形符號為系統至少要有一個初始步。初始步的圖形符號為雙線的矩形框雙線的矩形框編 號初始步的圖形符號初始步的圖形符號編 號動 作A步中動作的表示步中動作的表示工作步工作步 工作狀態是控制系統正常運行時的工作狀態是控制系統正常運行時

7、的狀態。系統運行則為動狀態，沒有運行為靜狀態。系統運行則為動狀態，沒有運行為靜狀態。狀態。與步對應的動作與步對應的動作 當系統正處于某一步所在的階段當系統正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態，稱為活動步，相應的動作被時，該步處于活動狀態，稱為活動步，相應的動作被執行；步處于不活動狀態，相應的非存儲型動作被停執行；步處于不活動狀態，相應的非存儲型動作被停止執行。止執行。步的動作中有存儲型（步的動作中有存儲型（S）和非存儲型（）和非存儲型（NS）兩大常）兩大常用類型，存儲型為保持型，可以用用類型，存儲型為保持型，可以用S和和R指令對動作置指令對動作置位和復位，非存儲型與它所在的步位和復位，非

8、存儲型與它所在的步“同存亡同存亡”，用輸，用輸出指令實現。出指令實現。動 作B2.轉移轉移 轉移是為了說明從一個步到另一個步的變轉移是為了說明從一個步到另一個步的變化。用有向線段加一段橫線表示某個轉移。化。用有向線段加一段橫線表示某個轉移。線段方向即為轉移方。線段方向即為轉移方。 轉移是轉移是一種條件一種條件，條件成立稱為轉移使。，條件成立稱為轉移使。若該轉移能使步發生轉移稱為觸發。一個若該轉移能使步發生轉移稱為觸發。一個轉移能夠觸發必須滿足：轉移能夠觸發必須滿足：狀態為動狀態及轉移使能。轉移條件是系統狀狀態為動狀態及轉移使能。轉移條件是系統狀態轉移的必要條件，通常用文字、邏輯方態轉移的必要條

9、件，通常用文字、邏輯方程及符號表示。如圖所示。程及符號表示。如圖所示。步A步B轉移條件轉移條件轉移條件轉移條件轉移條件轉移條件4.1.3 功能圖的構成規則步與步不能相連，必須用轉移分開；如果沒有具體的轉移條件，一般用定時延時來解決）。轉移與轉移不能相連，必須用步分開；步與轉移、轉移與步之間的連接采用 有向線段，從上到下畫時，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；一個功能圖至少要有一個初始步。它是進入順序控制環的入口。(5) 一般在OB100中將起始步預置為當前步，否則系統不能工作。(6) 如果有手動、自動兩種工作方式，在手動進入自動自動工作方式時，需用適當的信號將初

10、始步變為當前步。(7) 在單周期和循環自動運行方式下，結束步返回的方式不同。單周期運行方式下，返回起始步；循環運行方式下，返回第1步。4.2 順序功能圖的基本結構及轉換規則4.2.1 基本結構單序列、選擇序列、跳轉及并行序列1、單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步后面只有一個轉換，每個轉換后面只有一個步。沒有分支和合并。2、選擇序列與合并（多分支序列）選擇序列有分支，且轉換條件要寫到分支線以內。選擇序列的合并稱為合并，轉換條件必須在合并線以內。M0.0M0.1M0.2Q0.0Q0.10.10.0M0.50.2M0.60.6Q0.2Q0.5M0.3M0.4Q0.3Q0.40.30.40.5可選

11、擇的分支和聯接功能圖可選擇的分支和聯接功能圖M0.0M0.1M0.2Q0.0Q0.10.10.0M0.50.30.4Q0.2Q0.5M0.3M0.4Q0.3Q0.40.2并行分支和聯接功能圖M0.0M0.1M0.2M0.3M0.4M0.5M0.6Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.60.00.10.20.31.01.10.40.50.61.21.21.01.1跳轉和循環功能圖說明說明 I1.0為OFF時進行局部循環操作，I1.0為ON時則正常順序執行；I1.1為ON時正向跳轉，I1.1為OFF時則正常順序執行；I1.2為OFF時，進行多周期循環操作，I1.2為 ON時進行單周期循環操

12、作。3、跳轉與循環跳轉是選擇分支的 特例，是選擇序列某一條分支上沒有步，但轉換條件仍然存在。從上往下的順序跳步，叫跳轉，反之就叫循環了。4、并行序列與合并并行序列是某一轉換條件實現幾個序列的同時激活。用并行雙橫線表示，雙橫線上只允許有一個轉換信號。并行序列表示系統的幾個獨立部分同時工作的情況。并行序列的結束稱之為合并，合并也用雙橫線表現。在雙橫線下也只允許有一個轉換條件。4.2.2 轉換規則轉換規則1）轉換的前一步必須是活動步。2）相應的轉換條件必須滿足。從前一步轉換到當前步的轉換條件有如下：滿足該條件后，前一步轉換為當前步，當前步由”將來時“變為“現在時”成為活動步。從當前步轉換到后一步時，

13、應滿足的條件如下：條件滿足后，當前步成為不活動步，成為“過去時”，程序順利地進行下一步操作。在單序列中，一個轉換僅有一個前步和后步；選擇序列的分支和合并處，一個轉換也只有一個前步和一個后步，但一個步可能會有多個前步或多個后步；并行序列的分支處，轉換有幾個后步，在轉換實現時，應同時將其對應的步（一般是存儲器位）置位，使這些當前步變為活動步。在并行序列的合并處，轉換有幾個前步，只有當它們都變為活動步，并滿足轉換條件后，才能實現下一步的轉換。在轉換實現后，應將對應的步（存儲位）全部復位，使當前步變為不活動步。4.3 順序功能圖的編程方法順序功能圖的編程方法梯形圖IQa) 經驗設計法信號關系圖輸出電路

14、控制電路MQIb) 順序設計法信號關系圖經驗設計法經驗設計法實際上是用輸入信號I直接控制輸出信號Q，如果無法直接控制，或為了實現記憶、聯鎖、互鎖等功能，只好被動地增加一些輔助元件和輔助觸點。4.3.1 編程方法順序設計包括控制電路設計和輸出電路設計兩個部分。控制電路設計則是用代表順序設計包括控制電路設計和輸出電路設計兩個部分。控制電路設計則是用代表轉換條件的轉換條件的輸入信號I控制代表各步的M，再用M來控制輸出量Q。M與Q之間具有簡單的“與” 邏輯關系，輸出電路設計極為簡單。（S）（）M0.2M0.3M0.2條件1條件n（S）（）M0.3M0.4M0.3條件n+1條件n+m控制電路的梯形圖（S

15、）（ ）M0.3保持型動作置位（S ）（ ）M0.4非保持型動作輸出電路的梯形圖M0.3M0.4條件1條件n條件n+1條件 n+mAB保持型動作置位非保持型動作方法1：用置位和復位方法（ ）M0.2M0.3條件1條件n（ ）M0.3M0.4條件n+1條件n+mM0.5M0.4M0.3M0.4（S）（ ）M0.3保持型動作置位（S ）（ ）M0.4非保持型動作輸出電路的梯形圖保持型動作置位非保持型動作控制電路的梯形圖方法2：用啟保停方法舉例1：沖壓機功能流程圖M0.0M0.1M0.2等 待Q0.0Q0.1啟動信號及高位行程開關I0.0與I0.3低位行程開關I0.1高位行程開關I0.2沖壓機的工作

16、順序可分為三個步：初始、下沖和返回步。從初始步到下沖步的轉移須滿足啟動信號和高位行程開關信號同時為ON時才能發生；從下沖步到返回步，須滿足低位行程開關為ON時才能發生。返回到停止，須高位行程開關信號為ON才能發生。功能圖就是由多個狀態及連線組成的圖形，他可以清晰的描述系統的工序要求，使復雜問題簡單化，并且使PLC編程成為可能，而且編程的質量和效率也會大大提高。下 沖返 回4.3.2 單序列編程方法( )( )( )M0.2I0.2M0.1M0.0M0.0M0.1M0.2I0.3I0.0M0.1M0.0M0.1I0.1M0.0M0.2M0.1( )Q0.0M0.1( )Q0.1M0.2控制電路輸

17、出電路方法1：用啟保停電路編程( S )(S )(S )M0.2I0.2M0.0M0.1I0.3I0.0M0.0M0.1I0.1M0.2( )Q0.0M0.1( )Q0.1M0.2控制電路輸出電路( R )M0.0( R )M0.1方法方法2：用置位和復位指令實現：用置位和復位指令實現例2 液壓動力滑臺進給控制液壓動力滑臺進給控制下圖為( S )M0.4 I0.3M0.0( R )M0.4( S )M0.1( R )M0.0M0.0 I0.0 I0.3( S )M0.1 I0.1M0.2( R )M0.1( S )M0.2 I0.2M0.3( SD )T0( S )M0.3 T0M0.4( R

18、 )M0.3( )M0.1Q4.0S5T#8S( )M0.1Q4.1( )M0.4Q4.2M0.2用置位和復位指令實現用置位和復位指令實現方法方法1方方法法2注意注意：a) 在開機時，在開機時，CPU調用調用OB100初始化塊時，必須將初始步對應的初始化塊時，必須將初始步對應的M0.0置為置為1狀態，其余各步對應的存儲位復位為狀態，其余各步對應的存儲位復位為0狀態。狀態。b) 用置位和復位指令編程不能將輸出位用置位和復位指令編程不能將輸出位Q的線圈與置位指令和復位指令并聯。的線圈與置位指令和復位指令并聯。例例2 工作臺旋轉運動的控制工作臺旋轉運動的控制控制工藝如左圖所示，工作臺的初始狀態時停在

19、限位開關I0.1處，i0.1為1狀態，按下啟動按鈕I0.0 ，工作臺正轉，旋轉到限位開關I0.2處改為反轉，返回到限位開關I0.1處又改為正轉，旋轉到限位開關I0.3處又改為反轉，回到起始點停止運動。從左邊功能圖看出，這是一個并行序列，為實現轉換必須滿足一下條件：4.3.3 選擇序列和并行序列編程方法選擇序列和并行序列編程方法1、并行序列的編程功能圖功能圖梯形圖梯形圖選擇分支合選擇分支合并并并行分支合并行分支合并并2、跳轉和并行序列編程例3 已經鉆床控制系統的順序功能圖，試轉換為控制的梯形圖4.3.4 僅有兩步的閉環處理僅有兩步的閉環處理功能圖功能圖梯形圖梯形圖癥結：步癥結：步M0.2既是步既

20、是步M0.3的前級步，有是它的后續步。解決辦的前級步，有是它的后續步。解決辦法就是把法就是把M0.2 的常閉觸點改為帶轉換條件的的常閉觸點改為帶轉換條件的I（如（如I0.3)隔開。隔開。I0.34.4 綜合應用舉例設計轉化寫出使用功能圖編程時應按照一下步驟： 例例4 圖右為物料混合裝置用來將粉末圖右為物料混合裝置用來將粉末狀的固體物料和液體物料按一定的比狀的固體物料和液體物料按一定的比例混合在一起，經過一定時間的攪拌例混合在一起，經過一定時間的攪拌后得到成品。粉料和液料都用電子秤后得到成品。粉料和液料都用電子秤來計量，計量預置值分別存來計量，計量預置值分別存MW10和和MW12中。中。初始狀態

21、：粉料秤稱斗、液料秤稱斗和攪拌機都是空的，它們底部的排料閥關閉，粉料倉下部的螺旋輸送機和攪拌機電機停轉。排料閥放料閥螺旋輸送機成品排放閥物料混合控制系統時序圖例5 某機械手用來將工件從A點搬到B點，其控制的操作面板、工藝圖和外部接線圖如下圖所示，系統設有手動、單周期、單步、連續和返回原點5種工作方式，試編制PLC程序實現其功能。機械手示意圖機械手示意圖操作面板外部接線圖外部接線圖單周期工作方式單周期工作方式：按下啟動按鈕后，機械手按工藝流程圖規定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。連續工作方式連續工作方式：在初始狀態下啟動按鈕后，機械手從初始步開始一個周：在初始狀態下啟動按鈕后，機械手從

22、初始步開始一個周期接一個周期地反復連續工作，按下停止按鈕后，并不馬上停止工作，期接一個周期地反復連續工作，按下停止按鈕后，并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統才返回并停留在初始步。完成最后一個周期的工作后，系統才返回并停留在初始步。單步工作方式：單步工作方式：從初始步開始，按一下啟動按鈕，系統轉換到下一步，從初始步開始，按一下啟動按鈕，系統轉換到下一步，完成該步的任務后，自動停止工作并停在該步，再按一下啟動按鈕，又完成該步的任務后，自動停止工作并停在該步，再按一下啟動按鈕，又往前走一步。單步工作方式常用于系統的調試。往前走一步。單步工作方式常用于系統的調試。返回原點工作方式：返回原點工作方式：在進入單周期、連續、和單步工作方式之前，系統在進入單周期、連續、和單步工作方式之前，系統如果不在原點狀態，按下啟動按鈕后，可使系統返回原點狀態。如果不在原點狀態，