S7-300PLC工程设计及仿真 项目六 顺控系统设计 §6.1 洗车控制系统设计 §6.2 饮料灌装生产线控制系统设计

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1 S7-300PLC工程设计及仿真 项目六 顺控系统设计 §6.1 洗车控制系统设计 §6.2 饮料灌装生产线控制系统设计
项目六 顺控系统设计 §6.1 洗车控制系统设计 §6.2 饮料灌装生产线控制系统设计 §6.3 钻铣加工生产线控制系统设计 二○一五年

2 §6.1.1 学习目标 知道什么是顺控系统，什么是顺序功能图，顺序功能图有哪几种结构形式，各有什么特点；
能够正确分析顺控任务，并根据控制要求正确设计顺序功能图； 能够熟练用LAD语言编写顺序功能图； 能够在S7 GRAPH环境下正确完成顺序功能图的设计及调试； 能独立完成一般顺控系统的硬件配置及安装、硬件组态及顺控程序编写、数据下载及系统调试。

3 §6.1.2 知识准备 知识准备 知识准备 一、顺序控制系统 二、顺序功能图的结构

4 一、顺控系统 1.顺序控制 知识准备 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的流程，在各种输入信号的作用下，使生产过程的各执行机构能够自动而有序地工作。 示例：具有预备、钻、铣和终检4工位的加工生产线控制

5 一、 顺控系统 知识准备

6 一、顺控系统 顺序控制工作过程： 在初始状态S1下，按启动按钮，则生产线开始工作，并进入预备状态（步S2）；
如果在预备工位放置一个工件（B1动作），则传送带运行将工件向下一站传送（步S3）； 如果工件被传送到钻加工站（B2动作），则对工件进行5s钻加工（步S4）； 如果钻加工时间到（T1定时到），则传送带继续运行并将工件向下一站传送（步S5）； 知识准备

7 一、顺控系统 如果工件被传送到铣加工站（B3动作），则对工件进行4s铣加工（步S6）；
如果铣加工时间到（T2定时到），则传送带继续运行并将工件向下一站传送（步S7）； 如果工件被传送到终检站（B4动作），则对工件进行2s终检（步S8）； 如果终检完毕（T3定时到），则一个工件的加工流程结束（步S9）; 如果在预备工位上再放置一个工件，将开始下一个工件的检测流程，并如此循环。 知识准备

8 一、顺控系统 2.顺序控制系统的结构 知识准备

9 一、顺控系统 （1）方式选择 “自动”方式：系统将按照顺控器中确定的控制顺序，自动执行各控制环节的功能，一旦系统启动后就不再需操作人员的干预，但可以响应停止和急停操作。 “单步”方式：系统则依据控制按钮，在操作人员的控制下，一步一步地完成整个系统的功能，但并不是每一步都需要操作人员确认。 “键控”方式：各执行机构（输出端）动作需要由手动控制实现，不需要PLC程序。 知识准备

10 一、顺控系统 （2）顺控器 顺控器是顺序控制系统的核心，是实现按时间、顺序控制工业生产过程的一个控制装置。这里所讲的顺控器专指用S7 GRAPH语言或LAD语言编写一的段PLC控制程序，使用顺序功能图描述控制系统的控制过程、功能和特性。 （3）命令输出 命令输出部分主要实现控制系统各控制步的具体功能，如：钻、铣、终检等。 知识准备

11 一、顺控系统 （4）故障信号和运行信号 主要处理控制系统运行过程中的故障及运行状态。
如：当前系统工作于哪种方式、已经执行到哪一步，工作是否正常等。 知识准备

12 二、顺序功能图的结构 1.顺序功能图 顺序功能图（Sequential Function Chart，简称SFC）是IEC标准编程语言，用于编制复杂的顺控程序，其编程规律性强，很容易被初学者接受，对于有经验的电气工程师，也会大大提高工作效率。 顺序功能图由一系列的步（S）、每一步的转移条件及步的动作命令3部分组成。 示例： 知识准备

13 二、顺序功能图的结构 知识准备

14 二、顺序功能图的结构 （1）步 步（Step）表示与生产流程对应的工艺过程，用S1、S2、S3…表示，可以不按顺序使用。其中S1一般用来表示初始步，用双线框绘制，代表系统处于等待命令的相对静止状态。 每一个顺序功能图至少应有一个初始步，系统在开始运行之前，首先应进入规定的初始步（初始状态）。 知识准备

15 § 顺序功能图的结构 （2）转移条件 转移条件是由当前步（如S2）到下一步（如S3）转移的条件（如B1）。当转移条件满足时，自动从当前步跳到下一步（关闭当前步，激活下一步）。 转移条件在当前步下面，用短水平线引出并放置在线的右边。如：S2的转移条件为B1，在S2被激活的情况下，若B1=“1”，则关闭S2，激活S3。 步的转移不一定按顺序进行，根据工艺要求，在条件满足时也可以从当前步跳到当前步前面的某一步。 知识准备

16 § 顺序功能图的结构 2.顺序功能图的结构类型 知识准备 单流程结构 选择性分支流程结构 并进分支流程结构

17 二、顺序功能图的结构 （3）动作命令 动作命令放在步序框的右边，表示与当前步有关的操作，一般用输出类指令（如：输出、置位、复位等）。
知识准备 （3）动作命令 动作命令放在步序框的右边，表示与当前步有关的操作，一般用输出类指令（如：输出、置位、复位等）。 步相当于这些指令的子母线，这些动作命令平时不被执行，只有当对应的步被激活时才被执行。

18 二、顺序功能图的结构 知识准备 （1）单流程 从头到尾只有一条路可走（一个分支）的流程称为单流程。 单流程一般做成循环单流程。

19 二、 顺序功能图的结构 （2）选择分支流程 流程中存在多条路径，而只能选择其中一条路径来走，这种分支方式称为选择分支。
具有“自动”和“手动”2种操作模式的顺控器，一般设计成选择分支流程。 知识准备

20 二、 顺序功能图的结构 （3）并进分支流程 流程中若有多条路径且必须同时执行，这种分支方式称为并进分支。
在各个分支都执行完后，才会继续往下执行，这种有等待功能的汇合方式，称为并进汇合。 需要同时完成2种或2种以上工艺过程的顺序控制任务，必须采用并进分支流程。 知识准备

21 § 项目概述 项目概述 顺序控制是区别于组合逻辑控制的另外一种控制方式，比较适合流水作业式的工业控制系统。在STEP 7环境下，可以用梯形图语言或S7 GRAPH语言设计顺序控制系统。

22 § 设计任务 洗车控制系统设计 一、控制要求 二、任务分析 三、任务实施 设计任务 四、方案调试

23 一、控制要求 洗车过程有3道工艺：泡沫清洗、清水冲洗、风干。
若选择开关置于“手动”方式，按启动按钮，则执行泡沫清洗→按冲洗按钮，则执行清水冲洗→按风干按钮，则执行风干→按结束按钮，则结束洗车作业； 若选择方式开关置于“自动”方式，按启动按钮，则自动执行洗车流程（泡沫清洗20s→清水冲洗30s→风干15s→结束→回到待洗状态）。 洗车过程结束需响铃提示，任何时候按下停止按钮S_Stop，则立即停止洗车作业。 设计任务

24 二、任务分析 分析系统的工作过程，由于“手动”和“自动”工作方式只能选择其一，因此使用选择分支来实现。 初始状态为S1，待洗状态用S2表示；
洗车作业流程包括泡沫清洗、清水冲洗、风干3个工序，因此在“自动”和“手动”方式下可分别用3个状态来表示。自动方式使用S3～S5，手动方式使用S6～S8。洗车作业完成状态使用S9、S10。 设计任务

25 二、任务分析 设计任务

26 三、任务实施 1. PLC系统资源分配 设计任务 符号 元件地址 说明 S_Mode I0.0 方式选择开关 “1”自动；“0”手动 S4
步序4 S5 M10.4 步序5 S_Start I0.1 启动按钮，常开 S6 M10.5 步序6 S_Stop I0.2 停止按钮，常闭 S7 M10.6 步序7 SB1 I0.3 清水冲洗按钮，常开 S8 M10.7 步序8 SB2 I0.4 风干按钮，常开 S9 M11.0 步序9 SB3 I0.5 结束按钮，常开 S10 M11.1 步序10 KM1 Q4.1 控制泡沫清洗电机 M0.0 Q4.1的输出缓冲 KM2 Q4.2 控制清水冲洗电机 M0.1 KM3 Q4.3 控制风干机 M0.2 Q4.2的输出缓冲 HA Q4.4 声光提示器 M0.3 S1 M10.0 初始步 M0.4 Q4.3的输出缓冲 S2 M10.1 步序2 M0.5 S3 M10.2 步序3 设计任务

27 三、任务实施 2.程序结构 设计任务

28 三、任务实施 编写程序时，将顺序功能图转换为梯形图，并放置在一个功能（FC）子程序中；
3.程序设计 编写程序时，将顺序功能图转换为梯形图，并放置在一个功能（FC）子程序中； 在OB1中调用顺序功能图并编写停止控制程序，如图6-26所示，这样在系统运行期间，只要按停止按钮，立即设置初始状态S1并将其他状态（S2～S10）复位； 在启动组织块OB100中对系统进行初始化。 设计任务

29 § 总结分析 /2 顺序功能图是设计类似生产流水线的顺序控制系统最有效的设计语言，然而大多数厂家的PLC都不能直接编辑并下载顺序功能图，而需要使用专门的LAD指令（如步序指令）将顺序功能图翻译成梯形图，然后再下载到PLC以实现相应的控制功能。西门子的STEP7软件没有步序指令，但可以使用一般的LAD指令按前面所介绍的通用方法将顺序功能图转换为梯形图。当然，如果安装STEP7的专业版软件，则可以采用更直观的S7 GRAPH语言，直接在功能块（FB）中编辑顺序功能图，操作非常方便。 总结分析

30 § 总结分析 /2 在用LAD语言将顺序功能图转换为梯形图的设计中，如果有同一个输出点（如Q4.0）在不同的步中多次用一般的输出指令（非保持性的输出指令）输出，一定要注意不能直接用输出指令驱动这些输出点，而必须用位存储器（如M0.0、M0.1 … ）代替输出点并保证不同的步要用不同的位存储器，然后再用这些位存储器的逻辑或集中驱动输出点，否则将无法实现顺序功能图的控制功能。 总结分析

31 § 训练任务 机械手的控制设计 （1/4） 训练任务

32 §6.1.6训练任务 机械手的控制设计 （2/4） 控制说明：
§6.1.6训练任务 机械手的控制设计 （2/4） 控制说明： 机械手的控制示意图中，左边为传送带，由电机M驱动，在传送带的右端（E点）设有工件传感器B5。系统有3个单作用气缸，A缸可使机械手左右移动，并设置有左限位开关B1和右限位开关B2，通电时气缸向左伸出，断电时自动缩回；B缸可使机械手上下移动，并设置有下限位开关B3和上限位开关B4，通电时气缸向下伸出，断电时自动缩回；C缸为气动抓手，通电时抓手动作将工件抓紧，断电时抓手松开。 训练任务

33 §6.1.6 训练任务 机械手的控制设计 （3/4） 机械手的原点位置：A缸缩回到最右端、B缸缩回到最上端、C缸松开状态。
§6.1.6 训练任务 机械手的控制设计 （3/4） 机械手的原点位置：A缸缩回到最右端、B缸缩回到最上端、C缸松开状态。 动作过程：当人工将工件放置在D点时B6动作→B缸即得电伸出并带动机械手下降直到B3动作→C缸得电将工件抓取，然后延时2s→B缸断电复位并带动机械手上升直到B4动作→A缸得电伸出并带动机械手将工件搬运到E点上方直到B1动作→B缸得电伸出并带动机械手臂下降直到B3动作→C缸断电放开工件，延时2s→B缸断电缩回并带动机械手臂上升直到B4动作→A缸断电缩回并带动机械手臂返回到原点待命。 训练任务

34 §6.1.6 训练任务 机械手的控制设计 （4/4） 控制说明：
§6.1.6 训练任务 机械手的控制设计 （4/4） 控制说明： 当E点有工件（B6动作）且B缸已上升到最上方（B4动作）时，传送带电机M转动以运走工件，经3s后传送带电机自动停止。机械手应等待传送带电机停止后才能将工件放置在E点。 训练任务