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顺序功能图及顺序控制指令

功能图及顺序控制指令简介

  顺序控制指令是PLC生产厂家为用户提供的可使功能图编程简单化和规范化的指令。顺序控制指令可以将顺序功能流程图转换成梯形图程序，顺序功能流程图是设计梯形图程序的基础。

  顺序功能图简介

  顺序功能图(SequentialFunctionChart，SFC)又称功能流程图或功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。

  1)功能图的产生

  20世纪80年代初，法国科技人员根据PETRINET理论，提出了PLC设计的Grafacet法。Grafacet法是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明语言，现已成为法国国家标准(NFC03190)。1988年，国际电工委员会(IEC)公布了类似的“控制系统功能图准备”标准(IEC848)。1986年，我国颁布了顺序功能图的国家标准(GB6988.6一86)，1994年5月公布的IECPLC标准(IEC1131)中，顺序功能图被确定为PLC位居首位的编程语言。

  2)顺序功能图的基本概念

  顺序功能图主要由步、转移及有向线段等元素组成。如果适当运用组成元素，就可得到控制系统的静态表示方法，再根据转移触发规则模拟系统的运行，就可以得到控制系统的动态过程。

  (1)步将控制系统的一个周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并用编程元件来代表各步。步的图形符号如图3-23所示。矩形框中可写上该步的编号或代码。

  ①初始步:与系统初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态，一个控制系统至少要有一个初始步。初始步的图形符号为双线的矩形框，如图3-24所示。在实际使用时，有时也画成单线矩形框，有时画一条横线表示功能图的开始。

  ②活动步:当控制系统正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。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型的动作被停止执行。与步对应的动作或命令:在每个稳定的步下，可能会有相应的动作，动作的表示方法如图3-25所示。

  (2)转移为了说明从一个步到另一个步的变化，要用转移概念，即用一个有向线段来表示转移的方向。两个步之间的有向线段上再用一段横线表示这一转移。转移符号如图3-26所示。转移是一种条件，当此条件成立，称为转移使能。该转移如果能够使步发生转移，则称为触发。一个转移能够触发必须满足:步为活动步及转移使能。转移条件是指使系统从一个步向另一个步转移的必要条件，通常用文字、逻辑方程及符号来表示。

  3)功能图的构成规则

  控制系统功能图的绘制必须满足以下规则:

  (1)步与步不能相连，必须用转移分开。

  (2)转移与转移不能相连，必须用步分开。

  (3)步与转移、转移与步之间的连接采用有向线段，从上向下画时，可以省略箭头；当有向线段从下向上画时，必须画上箭头，以表示方向。

  (4)一个功能图至少要有一个初始步。

  下面用一个例子来说明功能图的绘制。某一冲压机的初始位置是冲头抬起，处于高位；当操作者按“启动”按钮时，冲头向工件冲击；到Zui低位置时，触动低位行程开关；冲头抬起，回到高位，触动高位行程开关，停止运行。冲压机运行过程功能图如图3-27所示，冲压机的工作顺序可分为3步:初始步、下冲步和返回步。从初始步到下冲步的转移必须满足启动信号和高位行程开关信号为ON才能发生；从下冲步到返回步，必须满足低位行程开关为ON才能发生。

  顺序控制指令

  S7-200PLC提供了3条顺序控制指令，它们的STL形式、顺序控制指令见表3-19。从表中可以看出，顺序控制指令的操作对象为状态继电器S，每一个继电器S的位都表示功能图中的一步。S的范围为S0.0~S31.7。

  顺序控制序号被顺序控制继电器指令(LSCR)划分为LSCR与 SCRE指令之间的若千个SCR段。从LSCR指令开始到SCRE指令结束的所有指令组成一个顺序控制(SCR)

  段，对应功能图中的一步。每个SCR段都有SCRT、SCR、SCRE，LSCR指令标记一个SCR步的开始，当该步的状态继电器置位时，允许该SCR步工作。SCR步必须用SCRE指令结束。当SCRT指令的输入端有效时:一方面置位下一个SCR步的状态继电器S，以便使下一个SCR步工作；另一方面又使该步的状态继电器复位，使该步停止工作。由此可以出每一个SCR程序步一般有三种功能:

  (1)驱动处理在该步状态继电器有效时，根据程序完成相应工作。

  (2)指定转移条件和目标在满足转移条件后活动步移到目标所指的下一个步。

  (3)转移源自动复位功能步发生转移后，使下一个步变为活动步的自动复位原步。

  SCR指令仅仅对于顺序控制继电器S有效，对于顺序控制继电器能够使用LD、LDN、A、AN、O、ON、=、S、R等指令且具有一般辅助继电器的功能。

单支流程功能图,连接功能图,循环功能图

1.单支流程

  单支流程功能图、梯形图和指令表如图3-28所示。程序按照满足的条件一步步进行，直到完成整个工作。单支流程在PLC实际应用中单独应用较少。

  2.选择分支和连接

  选择分支和连接的功能图如图3-29所示。图中，顺控继电器S0.2或S0.4接通，则顺控继电器S0.1自动复位。顺控继电器S0.6由顺控继电器S0.3或S0.5 置位。顺控继电器S0.6置位，则顺控继电器S0.3或S0.5自动复位。

  3.并行分支和连接

  并行分支和连接功能图如图3-30所示。图中，顺控继电器S0.2和S0.4接通，则顺控继电器S0.1自动复位。顺控继电器S0.6由顺控继电器S0.3和S0.5置位。在顺控继电器SO.3和S0.5接通且转移条件满足的情况下，顺控继电器S0.6被置位。顺控继电器S0.6置位后，顺控继电器S0.3和S0.5自动复位。

  4.跳转和循环

  跳转和循环功能图如图3-31所示。

  图3-31中，当I1.0接通，顺控继电器S0.1~S0.3 循环重复工作。当I1.0未接通并且I1.1接通时，顺控继电器S0.5和S0.6不工作，程序跳转。

  在使用SCR指令时，应注意以下几点

  (1)不能将同一个继电器S位用于不同程序中。例如，如果在主程序中用了继电器S0.1，在子程序中就不能再使用它。

  (2)在SCR段之间不能使用JMP和LBL指令，即不允许跳入、跳出，可以在SCR段附近使用跳转和标号指令或着在SCR段内使用。

  (3)在 SCR段中不能使用END指令。

  顺序控制指令示例

  1.大小球机械臂分检装置的工作过程

  大小球机械臂分检装置如图3-32所示。当机械臂处于原始位置时，即上限位开关LS1和左限位开关LS3压下，抓球电磁铁处于失电状态，这时按“启动”按钮后，机械臂下行，碰到下限位开关后停止下行，且电磁铁得电吸球。如果吸住的是小球，则大小球检测开关SQ为ON；如果吸住的是大球，则检测开关SQ为OFF。1s后，机械臂上行，

  碰到上限位开关LS1后右行，它会根据大小球的不同，分别在限位开关LS4(小球)和LS5(大球)处停止右行，下行至下限位停止，电磁铁失电，机械臂把球放在小球箱里或大球箱里，1s后返回。如果不按“停止”按钮，则机械臂一直工作下去；如果按了“停止”按钮，则不管何时按，机械臂Zui终都要停止在原始位置。按“启动”按钮后，系统可以从头开始循环工作。

  (2)机械臂分检装置顺序功能图如图3-33所示；程序梯形图如图3-34所示。

  3.说明

  (1)由于大小球不同，选择了分支选择电路使机械臂能够在右行后在不同的位置下行，把大小球分别放进各自的箱子里去。

  (2)在机械手上、下、左、右行走的控制中，加上了一个软件联锁触点，替代了SM0.0。

  (3)图3-33中的M0.0是一个选择逻辑，其功能如图3-34中的网络1所示，它相当于一个开关，由其决定系统是进行单周期操作还是循环操作。

  (4)S7-200 PLC的顺控指令不支持直接输出(=)的双线圈操作。如果在图3-33中的状态S0.1的SCR段有Q0.2输出，在状态S1.5的SCR段也有Q0.2输出。则不管在什么情况下，在前面的Q0.2永远不会有效，在使用S7-200PLC的顺控指令时，一定不要有双线圈输出。为解决这个问题，可采用中间继电器逻辑过渡的办法，如本例中的机械手进行上行、下行和右行的控制逻辑设计。凡是有重复使用的相同输出驱动，在SCR段中先用中间继电器表示其分段的输出逻辑，在程序的Zui后再进行合并输出处理。