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第4章S7-200顺序控制指令及应用利用前面所介绍的S7-200基本指令,可以设计一般的顺序、选择和循环程序,解决一般常用的电气控制问题但对于一些较复杂的程序结构(如并发顺序、并行分支等),为了便于编程,S7-200提供了专用的顺序类型控制指令本节主要介绍功能图概念及结构、顺序控制指令及功能图设计向梯形图程序的转换等方面问题
4.1PLC功能图概述
4.
1.1功能图基本概念功能图也称功能流程图,它是专用于工业顺序控制程序设计的一种方法,是一种功能描述语言利用功能图可以向设计者提供控制问题描述方法的规律,能完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性功能图的基本元素为状态、转移、有向线段和动作说明1.状态状态又称流程步或工作步,表示控制系统中的一个稳定状态在功能图中,状态以矩形方框表示,框中用数字表示该状态的编号,编号可以是实际的控制步序号,也可以是PLC中的工作位编号,见图4-1a所示对于系统的初始状态,即系统运行的起点,也称为初始步,其图形符号用双线矩形框表示,如图4-1b所示,在实际使用时,为简单起见,初始状态也可用单矩形框或一条横线表示每一个系统至少需要一个初始步2.转移与有向线段转移就是从一个状态变化为另一个状态的切换条件,两个状态之间用一个有向线段表示,向下转移时有向线段的箭头可以省略;向上转移时有向线段必须以箭头表示方向;在有向线段上加一横线,在横线旁加上文字、图形符号或逻辑表达式标注描述转移的条件;相邻状态之间的转移条件满足时,就从一个状态按照有向线段的方向向另一个状态转换如图4-2所示图4-2转移及条件图形3.动作动作是状态的属性,是描述每一个状态需要执行的功能操作动作说明是在步的右侧加一矩形框,并在框中加文字对动作进行说明,如图4-3所示图4-3动作说明图形
4.
1.2功能图结构
1.顺序结构顺序结构也称为单流程,它是最简单的一种结构,其状态是按序变化的,每个状态与转移仅连接一个有向线段,功能图如图4-4所示图4-4顺序结构的功能图
2.选择性分支结构选择性分支结构是指下一个状态是多分支状态,但只能转入其中的某一个控制流状态,具体进入哪个状态,取决于控制流前面转移条件为真的分支选择性分支结构如图4-5所示图4-5选择性分支结构的SFC在图4-5中状态1下面有三个分支,根据分支转移条件A、C、F来决定选择哪一个分支如果某一个分支转移条件得到满足,则转入这一分支状态一旦进入这一分支状态后,就不再执行其它分支
3.并发性分支结构如果某一个状态的下面需要同时启动若干个状态流,这种结构称为并发性分支结构并发性分支结构如图4-6所示图4-6并发性分支结构功能图在图4-6中可以看出l分支开始是用双水平线将各个分支相连,双水平线上方只需要一个转移条件A,称为公共转移条件如果公共转移条件满足,则由状态1并行转移到状态
2、状态4和状态6l公共转移条件满足时,同时执行多个分支状态,但是由于各个分支状态完成的时间不同,所以每个分支状态的最后一步通常设置一个等待步,以求同步结束分支状态l分支结束用双水平线将各个分支汇合,水平线上方一般没有转移,__有一个公共转移,转移条件为D
4.循环结构循环结构用于一个顺序过程的多次重复执行,如图4-7所示图4-7循环结构功能图在图4-7中,在满足转移循环条件E时,由状态4转移到状态2循环执行
5.复合结构复合结构就是一个集顺序、选择性分支、并发性分支和循环结构混和使用于一体的结构,这里不再详述
4.
1.3功能图转换成梯形图功能图只能作为系统的说明工具,一般不能被PLC软件直接接受,需要将功能图转换成梯形图后才能被PLC软件所识别一般情况下,使用功能图设计PLC程序时,首先根据控制要求设计出功能图,然后利用PLC的顺序控制指令将其转换为梯形图程序在功能图向梯形图转换时应采用以__法1.进入有效工作状态若是需要启动功能图中的哪个工作状态,在梯形图中,就在该工作状态执行条件上连接或并联一个得电条件PLC上电后,有的程序需要PLC马上进入有效工作状态,若是使用按钮使程序进入有效工作状态,应注意启动条件是否允许2.停止有效工作状态若是需要停止正在运行的工作状态,在梯形图中,就需要在工作状态的执行条件上串联停止条件,一般需要在每一个工作状态的执行条件上都串联一个失电条件若是需要在程序运行过程中重新启动程序,也需要先停止所有工作状态的执行,再启动程序3.最后一个工作状态最后一个工作状态执行完后,一般需要转移到初始工作状态循环执行程序,在梯形图中,则应将最后一个工作状态在满足转移条件时转移到初始工作状态4.工作状态的转移条件转移条件可以是来自PLC外部的按钮、行程开关、传感器的输出等,也可以是来自PLC内部的定时器、计数器和功能块的输出等5.工作状态的得电和失电工作状态的得电条件是该状态上一工作状态是有效工作状态,而该状态的下一状态没有激活,这时如转移条件为真,则该工作状态就会得电被激活工作状态的失电条件是该状态的下一工作状态得电条件就是该状态失电的条件一般情况下,工作步都需要自锁工作状态的梯形图如图4-8所示图4-8工作状态的梯形图6.选择性分支选择性分支就是在工作状态得电的条件中增加一个选择条件,如满足选择条件,则工作状态得电如在启动程序时出现选择性分支,则工作状态得电条件应该为启动条件与选择条件同时满足如在工作状态转移时出现选择性分支,则工作状态得电条件应该为转移条件与选择条件同时满足7.并发性分支并发工作状态是在一个得电条件下,所有并发分支都得电,其得电条件是一样的由于所有并发工作状态全部结束后才能进行工作状态转移,所以在梯形图中,对所有并发分支的转移条件进行逻辑“与”8.第0工作状态一般情况下,第0工作状态是PLC上电后的状态第0工作状态的一个得电条件是除0状态以外的其它工作状态都无效当停止条件出现后,程序应该回到第0工作步9.动作输出在有些简单系统中,工作状态就是动作输出在梯形图中,工作状态的继电器就是PLC的输出继电器而在有些系统中,动作输出是工作状态的逻辑组合动作开始时刻就是工作状态得电时刻;动作结束时刻就是工作状态失电时刻
4.2顺序控制指令
4.
2.1顺序控制指令为了便于实现功能图描述的程序设计,S7-200PLC编程环境提供了三条顺序控制指令,其指令的格式、功能及操作数形式见表4-1表4-1顺序控制指令的形式及功能STL指令LAD指令功能操作对象bitLSCRbit顺序状态开始顺序控制继电器S(位)(S
0.0~S
31.7)SCRTbit顺序状态转移顺序控制继电器S(位)(S
0.0~S
31.7)SCRE顺序状态结束无
(1)顺序状态开始/顺序状态结束指令(LSCR/SCRE)LSCR指令(在前)为功能图中一个状态的开始,SCRE指令(在后)为这个状态的结束,其中间部分为顺序段(SCR段),该段对应功能图中状态的动作指令LSCR指令操作对象bit为顺序控制继电器S中的某个位(范围为S
0.0~S
31.7),当某个位有效时,激活所在的SCR段S中各位的状态用来表示功能图中的一种状态
(2)顺序状态转移指令SCRTSCRT指令功能在输入控制端有效时,该指令操作数bit置位激活下一个SCR段的状态(下一个SCR段的开始指令LSCR的bit必须与本指令的bit相同),使下一个SCR段开始工作,同时使该指令所在段停止工作,状态器复位
(3)在每一个SCR段中,需要设计满足什么条件后使状态发生转移,这个条件作为执行SCRT指令的输入控制逻辑__【例4-1】顺序控制指令将状态1(S
0.0)转换为梯形图、语句表程序示例如图4-9所示程序中顺序控制指令结构和功能如下1)LSCR(SCR)表示状态1的开始,SCRE表示状态1的结束;2)状态1的激活条件是__
0.1有效,驱动置位指令置S
0.0=1;3)在状态1中实现驱动Q
0.0;4)状态1转移到状态2(S
0.1)的条件是I
0.1有效,执行SCRT指令,同时状态1复位
4.
2.2顺序控制指令示例
1.简单单流程单流程功能图的每个状态仅连接一个转移,每个转移仅连接一个状态【例4-2】某控制系统功能图如图4-10a所示,使用顺序控制指令将功能图转换为梯形图,如图4-10b所示,STL指令如图4-10c所示图4-10简单流程顺序控制示例本例__能图与梯形图的转换及工作过程如下1)由功能图看出,初始化脉冲__
0.1用来置位S
0.0,状态1激活;该功能在梯形图中转换为由__
0.1控制置位指令S,实现S
0.0=12)在状态1的SCR段要做的工作(动作)是置Q
0.0为ON,梯形图中使用__
0.0控制Q
0.0,这是因为,线圈不能直接和母线相连,所以常用特殊中间继电器__
0.0位来完成动作任务3)由功能图看出,状态1向状态2的转移条件是I
0.1有效,在梯形图中转换为由输入触点I
0.1控制状态转移指令SCRT,其操作数bit为S
0.1,它是状态2的激活控制位一旦状态2被激活,则本状态1的SCR段停止工作,状态1自动复位4)状态2的动作是启动定时器,梯形图中使用__
0.0控制定时器T37,定时器分辨率为100ms,设定值为10,定时时间为1S5)由功能图看出,状态2向状态3的转移条件是定时器T37(定时时间1S),梯形图中,通过T37的常开触点闭合控制状态2的SCRT指令,其操作数据bit为状态3的激活位一旦状态3被激活,则状态2的SCR段停止工作,状态2自动复位
2.并发性分支和联接在控制系统中,常常需要一个顺序控制状态流并发产生两个或两个以上不同分支控制状态流,在这种情况下,所有的并发产生的分支控制状态流必须同时激活;多个分支控制流完成其动作任务后,也可以把这些控制流合并成一个控制流,即并发性分支的联接,在转移条件满足时才能转移到下一个状态【例4-3】某并发性分支、连接控制系统功能图、梯形图及指令表如图4-11所示程序中,并发性分支的公共转移条件是I
0.0有效,程序由状态S
0.0并发进入S
0.1和S
0.3图4-11并发性分支和联接功能图举例如图4-10所示为并发性分支和联接的功能图和梯形图需要特别说明的是,并发性分支联接时要同时使状态转移到新的状态,完成新状态的启动另外在状态S
0.2和S
0.4的SCR程序段中,由于没有使用SCRT指令,所以S
0.2和S
0.4的复位不能自动进行,最后要用复位指令对其进行复位这种处理方法在并发性分支的联接合并时会经常用到,而且在并发性分支联接合并前的最后一个状态往往是“等待”过度状态它们要等待所有并发性分支都为“真”后一起转移到新的状态这时的转移条件永远为“真”,而这些“等待”状态不能自动复位,它们的复位需要使用复位指令来完成
4.
2.3顺序指令使用说明顺序控制指令由于自身的特殊性及其操作数据的有限范围,在使用时应注意以下几个方面顺1)顺序控制控指令仅对顺序控制继电器元件S的位有效,由于S具有一般继电器的功能,所以,也可以使用其它逻辑指令对S进行操作;2)SCR段程序能否执行取决于该状态器(S位)是否被置位,SCRE与下一个LSCR之间可以按排其它指令,但它们不影响下一个SCR段程序的执行;3)同一个S位不能用于不同程序中4)不允许跳入或跳出SCR段,在SCR段也不能使用JMP和LBL指令(不允许内部跳转,但可以在SCR段附近使用跳转和标号指令;5)在SCR段中不允许使用FOR、NEXT和END指令;6)在状态发生转移后,所有的SCR段的元器件一般也要复位,如果希望继续输出,可使用置位/复位指令7)在使用功能图时,状态器的编号可以不按顺序编排
4.3实训4顺序控制指令编程练习1.实训目的1)熟悉利用功能流程图编程方法2)掌握顺序控制指令功能及编程方法2.实训内容用功能流程图法通过顺序控制指令编写简单顺序控制程序1)第一步(状态1)的功能操作是使Q
0.0置位1,5秒后,结束第一步,转入第二步(状态2);2)状态2的功能操作是使Q
0.1置位1,5秒后,结束状态2,转入第3步(状态3);3)状态3的功能操作是使Q
0.
0、Q
0.1复位,并延时10s后,结束状态3,转入状态1继续下一顺序过程3.实训设备及元器件1)S7-200PLC实验工作台或PLC装置2)__有STEP7-Micro/WIN编程软件的PC机3)PC/PPI+通讯电缆线4)开关若干个、导线等必备器件4.实训操作步骤1)将PC/PPI+通讯电缆线与PC机连接;2)设计功能图如图4-12所示(仅供参考)图4-12顺序控制功能图3)运行编程软件,使用顺序控制指令将功能图转换为梯形图程序直至编译成功提示可参考【例4-1】、【例4-2】转换方法进行4)下载梯形图程序到S7-200PLC中5)启动运行PLC,观察运行结果,发现运行错误或需要修改程序重复上面过程●注意顺序状态开始、任务、状态转移、状态结束及顺序控制继电器S(位)的正确应用5.实训操作报告1)整理出运行调试后的梯形图程序2)写出该程序的调试步骤和观察结果
4.4思考与练习
41.什么是功能图,它由那些元素组成?
2.指出顺序控制指令的作用和特点
3.在利用PLC的(顺序)控制指令将功能图转换为梯形图程序时,常用哪些方法?
4.将图4-4所示功能图转换为梯形图程序
5.在图4-11所示的并发性分支和联接程序中,是如何实现并发性分支汇合后转移到下一状态的?转移条件是什么?编号编号状态(a初始状态b图4-1状态及初始状态图形(a转移条件124转移条件转移条件转移条件编号指示灯亮启动定时器电机M3启动bitSCRTSCRE__
0.1I
0.1Q
0.0SCRS
0.0网络1__
0.1S
0.0S1网络2网络3__
0.0Q
0.0网络4I
0.1S
0.1SCRT网络5SCRE网络6LD__
0.1SS
0.01LSCRS
0.0LD__
0.0=Q
0.0LDI
0.1SCRTS
0.1SCRE顺序功能图STL状态1S
0.0状态2S
0.1S
0.1SCRLAD图4-9顺序控制指令示例__
0.1I
0.1T37Q
0.0SCRS
0.0网络1置初始状态__
0.1S
0.0S1网络2网络3__
0.0Q
0.0网络4I
0.1S
0.1SCRT网络5SCRE网络7__
0.0SCRS
0.1网络6网络8T37S
0.2SCRT网络9SCRELD__
0.1SS
0.01LSCRS
0.0LD__
0.0=Q
0.0LDI
0.1SCRTS
0.1SCRELSCRS
0.1LD__
0.0TONT37+10LDT37SCRTS
0.2SCRE顺序功能图LAD指令STL指令状态1S
0.0状态2S
0.1状态1S
0.0状态1状态2状态1状态2abcINTON启动定时器37PTT3710状态3略__
0.1T37Q
0.0S1状态1S
0.0状态2S
0.1状态3S
0.2启动定时器T37Q
0.1S1启动定时器T38T38Q
0.1R1启动定时器T39Q
0.0R1T399695。