8.1小车多地装、卸料循环控制系统设计（课件）-《工厂电气控制设备》同步教学（高教版）

小车多地装、卸料循环控制系统设计 目 录 教学目的 项目控制要求与分析 项目预备知识 项目实现 研讨与训练 1.基本知识目标 掌握顺序功能图的组成要素和基本结构。 2.技能培养目标 1 )会根据工艺要求绘制单序列顺序功能图。 2)会利用“起-保-停”的编程方法将单序列顺序功能图转换为梯形图。 一、教学目的 一、教学目的 1.基本知识目标 掌握顺序功能图的组成要素和基本结构。 2.技能培养目标 1 )会根据工艺要求绘制单序列顺序功能图。 2)会利用“起-保-停”的编程方法将单序列顺序功能图转换为梯形图。 3 目 录 教学目的 项目控制要求与分析 项目预备知识 项目实现 研讨与训练 送料小车工作过程示意图如图1所示为。 小车开始停在右侧限位开关X001处，按下起动按钮 X003，打开储料斗的阐门，开始装料（ Y002)，8s后关闭储料斗的闸门，小车开始左行( Y001)。碰到左侧限位开关X002后停下来卸料( Y003 )，10s后开始右行( Y000)，碰到限位开关X001后返回初始状态。 再次按下启动按钮，小车再运行一个周期。 项目控制要求与分析 二、项目控制要求与分析 图1 送料小车工作过程示意图 项目要求用PLC控制小车多地装卸料循环运动，用单序列的顺序功能图编程。 Y001左行 Y000右行 X003起动按钮 小车 X002 X001 储料斗 Y003卸料 卸料处 卸料处 Y002装料 送料小车工作过程示意图如图1所示为。 小车开始停在右侧限位开关X001处，按下起动按钮 X003，打开储料斗的阐门，开始装料（ Y002)，8s后关闭储料斗的闸门，小车开始左行( Y001)。碰到左侧限位开关X002后停下来卸料( Y003 )，10s后开始右行( Y000)，碰到限位开关X001后返回初始状态。 项目要求用PLC控制小车多地装卸料循环运动，用单序列的顺序功能图编程。 5 目 录 教学目的 项目控制要求与分析 项目预备知识 项目实现 研讨与训练 顺序控制设计法实际上是用输入信号X控制代表各步的编程器件（如辅助继电器M和状态继电器S)，再用它们控制输出信号Y，“步”是根据输出信号Y的状态来划分的。顺序控制设计法又称为步进控制设计法。 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有秩序地进行操作。 三、项目预备知识 1.顺序控制设计法 1.顺序控制设计法 顺序控制设计法实际上是用输入信号X控制代表各步的编程器件（如辅助继电器M和状态继电器S)，再用它们控制输出信号Y，“步”是根据输出信号Y的状态来划分的。顺序控制设计法又称为步进控制设计法。 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有秩序地进行操作。 7 在使用顺序控制设计法时，首先应根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令)5大要素组成,如图2所示。 图2 顺序功能图 三、项目预备知识  2.顺序功能图的组成要素 初始步 步1 步2 动作1 动作2 转换 转换条件3 转换条件2 转换条件1 有向连线  2.顺序功能图的组成要素 在使用顺序控制设计法时，首先应根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令)5大要素组成,如图2所示。 8 (1)步及其划分 顺序控制设计法最基本的思想是分析被控制对象的工作过程及控制要求，根据控制系统输出状态的变化将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步( Step)，可以用编程器件（如辅助继电器M和状态继电器S)来代表各步。 步是根据PLC输出量的状态变化来划分的,在每一步内，各输出量的“ON/OFF”状态均保持不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。 三、项目预备知识 步 初始步 结束步 活动步 非活动步 (1)步及其划分 顺序控制设计法最基本的思想是分析被控制对象的工作过程及控制要求，根据控制系统输出状态的变化将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步( Step)，可以用编程器件（如辅助继电器M和状态继电器S)来代表各步。 步是根据PLC输出量的状态变化来划分的,在每一步内，各输出量的“ON/OFF”状态均保持不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。 9 (2)与步对应的动作或命令 为了叙述方便，将命令或动作统称为动作。 步并不是PLC的输出触点动作，步只是控制系统中的一个稳定状态。在这个状态，可以有一个或多个PLC的输出触点动作，但是也可以没有任何输出触点动作。 “动作”是指某步活动时，PLC向被控系统发出的命令或被控系统应执行的动作。 动作用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相连接。如果某一步有多个动作，就可以用如图3所示的两种画法来表示，但是并不隐含这些动作之间的任何顺序。 三、项目预备知识 a)画法一 图3 多个动作的两种画法 步2 动作1 动作2 步1 动作1 动作2 b)画法二 (2)与步对应的动作或命令 为了叙述方便，将命令或动作统称为动作。 步并不是PLC的输出触点动作，步只是控制系统中的一个稳定状态。在这个状态，可以有一个或多个PLC的输出触点动作，但是也可以没有任何输出触点动作。 “动作”是指某步活动时，PLC向被控系统发出的命令或被控系统应执行的动作。 动作用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相连接。如果某一步有多个动作，就可以用如图3所示的两种画法来表示，但是并不隐含这些动作之间的任何顺序。 10 (3)有向连线、转换和转换条件 如图4所示，步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分隔开。步的活动状态进展按有向连线规定的路线进行。在有向连线上无箭头标注时，其进展方向是从上而下，从左到右。如果不是上述方向，就应在有向连线上用箭头注明方向。 步的活动状态进展是由转换来完成的。转换用与有向连线垂直的短画线来表示，步与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开，而转换与转换之间也同样不能直接相连，必须有步隔开。 三、项目预备知识 图4 送料小车工作过程顺序功能图 步 转换条件 有向连线 (3)有向连线、转换和转换条件 如图4所示，步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分隔开。步的活动状态进展按有向连线规定的路线进行。在有向连线上无箭头标注时，其进展方向是从上而下，从左到右。如果不是上述方向，就应在有向连线上用箭头注明方向。 步的活动状态进展是由转换来完成的。转换用与有向连线垂直的短画线来表示，步与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开，而转换与转换之间也同样不能直接相连，必须有步隔开。 11 (3)有向连线、转换和转换条件 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、布尔代数式或图形符号标在表示转换的短画线旁边，如图5所示。 三、项目预备知识 图5 转换与转换条件 触点a与b同时闭合 a·b a b b a & 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、布尔代数式或图形符号标在表示转换的短画线旁边，如图5所示。 12 (3)有向连线、转换和转换条件 在顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换来实现的。转换的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。当同时具备以上两个条件时，才能实现步的转换。 如果转换的前级步或后续步不止一个，那么转换的实现称为同步实现,如图6所示。为了强调同步实现，有向连线的水平部分用双横线表示。 三、项目预备知识 图6 转换的同步实现 X005+X001 M10 M11 M12 M13 在顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换来实现的。转换的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。当同时具备以上两个条件时，才能实现步的转换。 如果转换的前级步或后续步不止一个，那么转换的实现称为同步实现,如图6所示。为了强调同步实现，有向连线的水平部分用双横线表示。 13 根据步与步之间转换的不同情况，顺序功能图有3种不同的基本结构形式，即单序列结构、选择序列结构和并行序列结构。本项目所应用的顺序功能图为单序列结构，如图7所示。 顺序功能图的单序列结构形式没有分支，它由一系列按顺序排列、相继激活的步组成。每一步的后面只有一个转换,每一个转换后面只有一步。 三、项目预备知识 图7 单序列结构  3.单序列结构形式的顺序功能图 2 3 4 5 b c d e 3.单序列结构形式的顺序功能图 根据步与步之间转换的不同情况，顺序功能图有3种不同的基本结构形式，即单序列结构、选择序列结构和并行序列结构。本项目所应用的顺序功能图为单序列结构，如图7所示。 顺序功能图的单序列结构形式没有分支，它由一系列按顺序排列、相继激活的步组成。每一步的后面只有一个转换,每一个转换后面只有一步。 14 4.用“起-保-停”电路实现的单序列的编程方法 根据系统的顺序功能图设计出梯形图的方法，称为顺序控制功能图的编程方法。 目前常用的编程方法有3种，即使用“起-保-停”电路的编程方法、使用STL指令的编程方法、以转换为中心的编程方法。 用户可以自行选择编程方法将顺序功能图改画为梯形图。 “起-保-停”电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，任何一种PLC的指令系统都有这一类指令，因此，这是一种通用的编程方法，可用于任意型号的PLC。 三、项目预备知识 4.用“起-保-停”电路实现的单序列的编程方法 根据系统的顺序功能图设计出梯形图的方法，称为顺序控制功能图的编程方法。 目前常用的编程方法有3种，即使用“起-保-停”电路的编程方法、使用STL指令的编程方法、以转换为中心的编程方法。 用户可以自行选择编程方法将顺序功能图改画为梯形图。 “起-保-停”电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，任何一种PLC的指令系统都有这一类指令，因此，这是一种通用的编程方法，可用于任意型号的PLC。 15 ⑴ 步的处理 三、项目预备知识 用辅助继电器M来代表步，某一步为活动步时，对应的辅助继电器为ON状态，某一转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。 由于很多转换条件都是短信号，即它存在的时间比它激活后续步为活动步的时间短，因此，应使用有记忆（或称保持）功能的电路（如“起-保-停”电路和置位/复位指令组成的电路）来控制代表步的辅助继电器。 （1）步的处理 用辅助继电器M来代表步，某一步为活动步时，对应的辅助继电器为ON状态，某一转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。 由于很多转换条件都是短信号，即它存在的时间比它激活后续步为活动步的时间短，因此，应使用有记忆（或称保持）功能的电路（如“起-保-停”电路和置位/复位指令组成的电路）来控制代表步的辅助继电器。 16 ⑴ 步的处理 三、项目预备知识 图8所示的步M(i-1)、M(i)、M(i+1）是顺序功能图中顺序相连的3步，X(i)是步M(i)之前的转换条件。 设计“起-保-停”电路的关键是找出它的起动条件和停止条件。 由于转换实现的条件是它的前级步为活动步，并且满足相应的转换条件，所以步M(i)变为活动步的条件是它的前级步M(i-1）为活动步，且转换条件X(i)=1。在“起-保-停”电路中，则应将前级步M(i-1) 与转换条件X( i)对应的常开触点串联，作为控制M(i)的“起动”电路。 图8 使用“起-保-停”电路的编程方法 a)顺序功能图 b)梯形图 M(i-1) M(i) M(i+1) Y(i) Y(i+1) X(i) X(i+1) () M(i) () M(i+1) () Y(i) () Y(i+1) M(i-1) X(i) M(i+1） M(i) M(i) M(i+1) M(i) M(i+1) X(i+1) X(i+2) 0 5 10 12 顺序控制部分 输出部分 a） b） 图8所示的步M(i-1)、M(i)、M(i+1）是顺序功能图中顺序相连的3步，X(i)是步M(i)之前的转换条件。 设计“起-保-停”电路的关键是找出它的起动条件和停止条件。 由于转换实现的条件是它的前级步为活动步，并且满足相应的转换条件，所以步M(i)变为活动步的条件是它的前级步M(i-1）为活动步，且转换条件X(i)=1。在“起-保-停”电路中，则应将前级步M(i-1) 与转换条件X( i)对应的常开触点串联，作为控制M(i)的“起动”电路。 17 ⑴ 步的处理 三、项目预备知识 当M (i)和X (i+1)均为“ON”时，步M (i+1)变为活动步，这时步M( i）应变为不活动步，因此，可以将M(i+1) = l作为使辅助继电器M(i)变为OFF的条件，即将后续步M(i+1)的常闭触点与M(i)的线圈串联，作为“起-保-停”电路的停止电路。 图8所示的梯形图可以用逻辑代数式表示为 M(i) =(M(i-1) ·x(i) +M(i))·M( i+1) 图8 使用“起-保-停”电路的编程方法 a)顺序功能图 b)梯形图 M(i-1) M(i) M(i+1) Y(i) Y(i+1) X(i) X(i+1) () M(i) () M(i+1) () Y(i) () Y(i+1) M(i-1) X(i) M(i+1） M(i) M(i) M(i+1) M(i) M(i+1) X(i+1) X(i+2) 0 5 10 12 顺序控制部分 输出部分 a） b） 当M (i)和X (i+1)均为“ON”时，步M (i+1)变为活动步，这时步M( i）应变为不活动步，因此，可以将M(i+1) = l作为使辅助继电器M(i)变为OFF的条件，即将后续步M(i+1)的常闭触点与M(i)的线圈串联，作为“起-保-停”电路的停止电路。 图8所示的梯形图可以用逻辑代数式表示为 M(i) =(M(i-1) ·x(i) +M(i))·M( i+1) 18 ⑴ 步的处理 三、项目预备知识 在采用“起-保-停”电路编程方法进行编程时，相应步成为活动步和成为非活动步的条件在一个梯级中实现。该步相应的命令或动作则安排在该梯级之后，或集中安排在输出段(见图8)。 图8 使用“起-保-停”电路的编程方法 a)顺序功能图 b)梯形图 M(i-1) M(i) M(i+1) Y(i) Y(i+1) X(i) X(i+1) () M(i) () M(i+1) () Y(i) () Y(i+1) M(i-1) X(i) M(i+1） M(i) M(i) M(i+1) M(i) M(i+1) X(i+1) X(i+2) 0 5 10 12 顺序控制部分 输出部分 a） b） 在采用“起-保-停”电路编程方法进行编程时，相应步成为活动步和成为非活动步的条件在一个梯级中实现。该步相应的命令或动作则安排在该梯级之后，或集中安排在输出段(见图8)。 19 （2） 输出电路 步是根据输出量的状态变化划分的，它们之间的关系极为简单，可以分为以下两种情况来处理。 1)如果某一输出量仅在某一步中为ON时，一种方法就是将它们的线圈分别与对应的辅助继电器的常开触点串联;另一种方法就是将它们的线圈分别与对应步的辅助继电器的线圈并联。 全部用辅助继电器来代表步具有概念清楚、编程规范、梯形图易于阅读和查错的优点。 2）在某一输出继电器在几步中都为ON 时，应将代表各有关步的辅助继电器的常开触点并联后，驱动该输出继电器的线圈。 三、项目预备知识 （2）输出电路 步是根据输出量的状态变化划分的，它们之间的关系极为简单，可以分为以下两种情况来处理。 1)如果某一输出量仅在某一步中为ON时，一种方法就是将它们的线圈分别与对应的辅助继电器的常开触点串联;另一种方法就是将它们的线圈分别与对应步的辅助继电器的线圈并联。 全部用辅助继电器来代表步具有概念清楚、编程规范、梯形图易于阅读和查错的优点。 2）在某一输出继电器在几步中都为ON 时，应将代表各有关步的辅助继电器的常开触点并联后，驱动该输出继电器的线圈。 20 目 录 教学目的 项目控制要求与分析 项目预备知识 项目实现 研讨与训练 1 I/O(输入/输出)分配表 由上述控制要求可确定PLC需要4个输入点和2个输出点，其I/O分配表见表1。 四、项目实现 表1 I/O分配表 输入 输出 输入继电器 作用 输出继电器 作用 X000 限位开关SQ0 Y000 接触器KM1小车左行 X001 限位开关SQ1 Y001 接触器KM2小车右行 X002 限位开关SQ2 X003 起动按钮SB0 由上述控制要求可确定PLC需要4个输入点和2个输出点，其I/O分配表见表1。 22 2 编程 分析图1可知，送料小车往复运动的一个工作周期分为一个初始步和4个工作步，分别用MO ~M4来代表这5步。 起动按钮 X003、限位开关X000 ~x002的常开触点是各步之间的转换条件; M8002是脉冲信号，在 PLC由STOP转为“RUN”或在“RUN”状态上时，该脉冲在一个扫描周期内为ON状态，用该脉冲去激活初始状态的辅助继电器M0，由此画出送料小车往复运动的顺序功能图如图9所示。 四、项目实现 图9 送料小车工作过程顺序功能图 分析图1可知，送料小车往复运动的一个工作周期分为一个初始步和4个工作步，分别用MO ~M4来代表这5步。 起动按钮 X003、限位开关X000 ~x002的常开触点是各步之间的转换条件; M8002是脉冲信号，在 PLC由STOP转为“RUN”或在“RUN”状态上时，该脉冲在一个扫描周期内为ON状态，用该脉冲去激活初始状态的辅助继电器M0，由此画出送料小车往复运动的顺序功能图如图9所示。 23 2 编程 根据上述的“起-保-停”电路编程方法和顺序功能图，可画出小车往复运动的控制梯形图，如图10所示。 在梯形图中，步M1的前级步为M0，该步前面的转换条件为X003，所以M1的起动电路由M0和X003的常开触点串联而成，起动电路还并联了M1的自保持触点。步M1的后续步是M2，所以应将M2的常闭触点与M1的线圈串联,作为控制M1的停止电路,当M2为ON时，其常闭触点断开，使Ml的线圈失电。 四、项目实现 图10 送料小车工作过程的控制梯形图 （ M0 ） X001 M0 0 M1 M8002 END M4 M0 X001 M1 M2 （ M1 ） M1 M3 Y000 （ Y000 ） M1 X001 M2 M3 （ M2 ） M2 X002 M3 M4 （ M3 ） M3 X000 M4 M0 （ M4 ） M2 M4 Y000 （ Y001 ） 6 11 16 21 26 30 34 （ M0 ） X002 M0 0 M1 M8002 END M4 M0 X003 M1 M2 （ M1 ） M1 M3 Y000 （ Y000 ） M1 X001 M2 M3 （ M2 ） M2 X002 M3 M4 （ M3 ） M3 X000 M4 M0 （ M4 ） M2 M4 Y000 （ Y001 ） 6 11 16 21 26 30 34 根据上述的“起-保-停”电路编程方法和顺序功能图，可画出小车往复运动的控制梯形图，如图10所示。 在梯形图中，步M1的前级步为M0，该步前面的转换条件为X003，所以M1的起动电路由M0和X003的常开触点串联而成，起动电路还并联了M1的自保持触点。步M1的后续步是M2，所以应将M2的常闭触点与M1的线圈串联,作为控制M1的停止电路,当M2为ON时，其常闭触点断开，使Ml的线圈失电。 24 2 编程 PLC开始运行时应将MO置为ON，否则系统无法工作，因此将执行特殊功能的M8002的常开触点与MO的起动电路（由M4和 X002的常开触点串联而成）相并联。 在图10中,Y000的步MI 和M3中都应为ON，因此，可将M1和 M3的常开触点并联后来控制YO00的线圈( Y001的线圈的驱动电路同Y000 )。 四、项目实现 图10 送料小车工作过程的控制梯形图 PLC开始运行时应将MO置为ON，否则系统无法工作，因此将执行特殊功能的M8002的常开触点与MO的起动电路（由M4和 X002的常开触点串联而成）相并联。 在图10中,Y000的步MI 和M3中都应为ON，因此，可将M1和 M3的常开触点并联后来控制YO00的线圈( Y001的线圈的驱动电路同Y000 )。 25 3 硬件接线 PLC的外部硬件接线原理图如图11所示。 四、项目实现 图11 PLC的外部硬件接线原理图 SQ0 SQ1 SQ2 SB0 X003 X002 X001 X000 COM ～220V KM1 KM2 KM1 KM2 Y000 Y001 FU FX 2N-48MR COM PLC的外部硬件接线原理图如图11所示。 26 目 录 教学目的 项目控制要求与分析 项目预备知识 项目实现 研讨与训练 五、研讨与训练 请设计连续循环工作方式的顺序功能图。由图9所示的顺序功能图可知，小车在完成一次工艺过程的全部操作之后，从最后一步返回初始步，然后停留在初始状态单周期操作。 试设计一个具有连续循环工作方式的小车往复运动控制的顺序功能图。 同学们，请设计连续循环工作方式的顺序功能图。由图9所示的顺序功能图可知，小车在完成一次工艺过程的全部操作之后，从最后一步返回初始步，然后停留在初始状态单周期操作。 试设计一个具有连续循环工作方式的小车往复运动控制的顺序功能图。 28 谢谢聆听！ $$