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第四单元顺序功能图pptConvertor
第四单元顺序功能图
任务一运料小车
任务二按钮式人行道交通灯
任务三自动门控制系统
任务四液体混合装置
任务五冲床机械手的运动
任务六十字路口交通灯
任务七用凸轮实现的旋转工作台
任务八组合钻床
任务九大小球分选系统
任务一运料小车
一、任务提出
在自动化生产线上经常使用运料小车,如图4-1所示,货物通过运料小车M从A地运到B地,在B地卸货后小车M再从B地返回A地待命。
本任务用PLC来控制运料小车的工作。
图4-1运料小车示意图
二、原理分析
为了用PLC控制器来实现任务,PLC需要3个输入点,4个输出点,输入输出点分配见表4-1。
输入继电器
作用
输出继电器
作用
X0
启动按钮
Y0
小车右行
X1
右限位开关
Y1
小车左行
X2
左限位开关
Y2
装料
Y3
卸料
表4-1输入输出点分配表
根据控制要求,画出时序图如图4-2所示。
图4-2运料小车时序图
运料小车的一个工作周期分为装料、右行、卸料和左行4步,再加上等待装料的初始步,一共有5步。
各限位开关、按钮和定时器提供的信号是各步之间的转换条件,由此画出顺序功能图如图4-3所示。
图4-3运料小车单周期工作方式顺序功能图
运料小车单周期工作方式梯形图如图4-4所示。
图4-4运料小车单周期工作方式梯形图
三、知识链接
1.经验设计法与顺序控制设计法
第三单元中各梯形图的设计方法一般称为经验设计法,经验设计法没有一套固定的方法步骤可循,具有很大的试探性和随意性,对于不同的控制系统,没有一种通用的容易掌握的设计方法。
顺序控制设计法是一种先进的设计方法,很容易被初学者接受,有经验的工程师使用顺序控制设计法,也会提高设计的效率,程序调试、修改和阅读也更方便。
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,生产过程的各个执行机构自动有序地进行操作。
使用顺序控制设计法时首先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。
2.顺序功能图
顺序功能图由步、有向连线、转换、转换条件和动作(或称命令)五部分组成。
(1)步
顺序控制设计法最基本的思想是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,可以用编程元件M和S来代表各步。
1)初始步
2)活动步
(2)与步对应的动作或命令
一个步可以有多个动作,也可以没有任何动作。
如果某一步有多个动作,可以用图4-5中的两种画法来表示。
图4-5一个步后有多个动作的顺序功能图画法
(3)有向连线
在画顺序功能图时,将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列,并用有向连线将它们连接起来。
(4)转换
转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示,转换将相邻两步分隔开。
(5)转换条件
转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边,使用得最多的是布尔代数表达式(见图4-6)。
图4-6转换与转换条件
(6)绘制顺序功能图时的注意事项:
1)两个步之间必须用一个转换隔开,两个步绝对不能直接相连。
2)两个转换之间必须用一个步隔开,两个转换也不能直接相连。
3)顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态,初始步是必不可少的。
4)自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程,因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环,即在完成一次工艺过程的全部操作之后,应从最后一步返回初始步,系统停留在初始状态。
5)在顺序功能图中,只有当某一步的前级步是活动步时,该步才有可能变成活动步。
如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步(本任务中代表各步的M0~M4),进入RUN工作方式时,它们均处于OFF状态,必须用初始化脉冲M8002的常开触点作为转换条件,将初始步预置为活动步,否则因顺序功能图中没有活动步,系统将无法工作。
6)顺序功能图是用来描述自动工作过程的,如果系统有自动、手动两种工作方式,这时还应在系统由手动工作方式进入自动工作方式时,用一个适当的信号将初始步置为活动步。
四、任务实施
1.将三个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0~X2(如图4-9所示的输入部分),并连接PLC电源。
检查电路正确性,确保无误。
图4-9运料小车的控制电路
2.输入图4-4的梯形图,进行程序调试,调试时要注意动作顺序,运行后先按下SB,观察各输出的变化,等Y0接通后,再按下SQ1(模拟右限位开关),观察各输出的变化,等Y1接通后,再按下SQ2(模拟左限位开关),观察各输出的变化,检查是否完成了运料小车所要求的功能。
任务二按钮式人行道交通灯
一、任务提出
在道路交通管理上有许多按钮式人行道交通灯,如图4-13所示,正常情况下,汽车通行,即Y3绿灯亮,Y5红灯亮;当行人想过马路,就按按钮。
当按下按钮X0(或X1)之后,主干道交通灯从绿(5s)→绿闪(3s)→黄(3s)→红(20s),当主干道红灯亮时,人行道从红灯亮转为绿灯亮,15s以后,人行道开始闪烁,闪烁5s后转入主干道绿灯亮,人行道红灯亮。
本任务利用PLC控制按钮人行道交通灯,用并行序列的顺序功能图编程。
图4-13按钮式人行道交通灯示意图
二、原理分析
为了用PLC控制器来实现任务,PLC需要2个输入点,5个输出点,输入输出点分配见表4-2。
输入继电器
作用
输出继电器
作用
X0
SB1按钮
Y1
主干道红灯
X1
SB2按钮
Y2
主干道黄灯
Y3
主干道绿灯
Y5
人行道红灯
Y6
人行道绿灯
表4-2输入输出点分配表
由提出的任务画出时序图,如图4-14所示。
图4-14按钮式人行道交通灯时序图
主干道的一个工作周期分为4步,分别为绿灯亮、绿灯闪烁、黄灯亮和红灯亮,用M1~M4表示。
人行道的一个工作周期分为3步,分别为红灯亮、绿灯亮和绿灯闪烁,用M5~M7表示。
再加上初始步M0,一共有8步构成。
各按钮和定时器提供的信号是各步之间的转换条件,由此画出顺序功能图如图4-15所示。
图4-15按钮式人行道交通灯顺序功能图
按钮式人行道交通灯梯形图如图4-16所示。
图4-16按钮式人行道交通灯梯形图
(1)
图4-16按钮式人行道交通灯梯形图
(2)
三、知识链接
1.顺序功能图的基本结构
顺序功能图有三种基本结构,单序列、并行序列和选择序列,如图4-17所示。
图4-17顺序功能图的三种基本结构
2.用启-保-停电路实现的并行序列的编程方法
(1)并行序列分支的编程方法
并行序列中各单序列的第一步应同时变为活动步。
对控制这些步的启-保-停电路使用同样的启动电路,可以实现这一要求。
(2)并行序列合并的编程方法
图4-16中步M0之前有一个并行序列的合并,该转换实现的条件是所有的前级步(即步M4和M7)都是活动步和转换条件T4满足。
由此可知,应将M4、M7和T4的常开触点串联,作为控制M0的启-保-停电路的启动电路。
四、任务实施
1.将二个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0和X1(如图4-18所示的输入部分),并连接PLC电源。
检查电路正确性,确保无误。
图4-18按钮式人行道PLC接线图
2.输入图4-16所示的梯形图,进行程序调试,调试时要注意动作顺序,运行后可任意按下X0(或X1),监控观察各输出(Y1~Y3、Y4、Y5)和相关定时器(T0~T4)的变化,检查是否完成了按钮式人行道交通灯所要求的功能。
任务三自动门控制系统
一、任务提出
许多公共场所的门口都有自动门,如图4-21所示。
人靠近自动门时,红外感应器X0为ON,Y0驱动电机高速开门,碰到开门减速开关X1时,变为低速开门。
碰到开门极限开关X2时电机停转,开始延时。
若在0.5s内红外感应器检测到无人,Y2起动电机高速关门。
碰到关门减速开关X3时,改为低速关门,碰到关门极限开关X4时电机停转。
在关门期间若感应器检测到有人,停止关门,T1延时0.5s后自动转换为高速开门。
本任务利用PLC控制自动门,用选择序列的顺序控制功能图编程。
图4-21自动门控制示意图
二、原理分析
为了用PLC控制器来实现自动门控制系统,PLC需要5个输入点,4个输出点,输入输出点分配见表4-3。
输入继电器
作用
输出继电器
作用
X0
红外感应器
Y0
电机高速开门
X1
开门减速开关
Y1
电机低速开门
X2
开门极限开关
Y2
电机高速关门
X3
关门减速开关
Y3
电机低速关门
X4
关门极限开关
表4-3输入输出点分配表
如图4-22a是自动门控制系统在关门期间无人要求进出的时序图,如图4-22b所示是自动门控制系统在关门期间又有人要求进出时的时序图。
图4-22自动门控制系统时序图
设计选择序列的顺序功能图如图4-23所示。
图4-23自动门顺序功能图
设计的梯形图如图4-24所示。
图4-24自动门控制梯形图
三、知识链接
1.用启-保-停电路实现的选择序列的编程方法
(1)选择序列分支的编程方法
如果某一步的后面有一个由N条分支组成的选择序列,该步可能转换到不同的N步去,应将这N个后续步对应的辅助继电器的常闭触点与该步的线圈串联,作为结束该步的条件。
如图4-23中步M4之后有一个选择序列的分支,当它的后续步M5或者M6变为活动步时,它应变为不活动步。
所以需将M5和M6的常闭触点串联作为步M4的停止条件。
(2)选择序列合并的编程方法
对于选择序列的合并,如果某一步之前有N个转换(即有N条分支在该步之前合并后进入该步),则代表该步的辅助继电器的启动电路由N条支路并联而成,各支路由某一前级步对应的辅助继电器的常开触点与相应转换条件对应的触点或电路串联而成。
以步M1为例,对应的起动电路由两条并联支路组成,每条支路分别由M0、X0和M6、T1的常开触点串联而成。
2.仅有两步的闭环的处理
如图4-25a所示的顺序功能图用启-保-停电路设计,那么步M3的梯形图如图4-25b所示,可以发现,由于M2的常开触点和常闭触点串联,它是不能正常工作的。
这种顺序功能图的特征是:
仅由两步组成的小闭环。
在M2和X2均为ON时,M3的启动电路接通,但是这时与它串联的M2的常闭触点却是断开的,所以M3的线圈不能通电。
出现上述问题的根本原因在于步M2既是步M3的前级步,又是它的后续步。
解决的方法有两种:
(1)以转换条件作为停止电路
将图4-25b中M2的常闭触点用转换条件X3的常闭触点代替即可,如图4-25c所示。
图4-25仅有两步的小闭环
(2)在小闭环中增设一步
如图4-26a所示,在小闭环中增设了M10步就可以解决这一问题,这一步没有什么操作,它后面的转换条件“=1”相当于逻辑代数中的常数l,即表示转换条件总是满足的,只要进入步M10,将马上转换到步M2去。
图4-26b是根据图4-26a画出的梯形图。
图4-26小闭环中增设步
四、任务实施
1.将5个模拟红外传感器和限位开关的按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0~X4,如图4-27所示,并连接PLC电源。
检查电路正确性,确保无误。
图4-27自动门输入电路
2.输入图4-24所示的梯形图,进行程序调试,调试时要注意动作顺序,运行后先按下X0(模拟有人),再依次按下X1~X4,每次操作都要监控观察各输出(Y0~Y3)和相关定时器(T0~T1)的变化,检查是否完成了自动门控制系统所要求的在关门期间无人进出时所要求的功能。
3.继续调试程序,顺序为按下X0→X1→X2→X0→X1→X2→X3→X4,监控观察各输出(Y0~Y3)和相关定时器(T0~T1)的变化,检查是否完成了自动门控制系统所要求的在关门期间有人进出时所要求的功能。
再把输入顺序改为按下X0→X1→X2→X3→X0→X1→X2→X3→X4,监控观察各输出(Y0~Y3)和相关定时器(T0~T1)的变化,检查是否完成了自动门控制系统所要求的在关门期间有人进出时所要求的功能。
任务四液体混合装置
一、任务提出
如图4-29a所示是某一液体混合装置,开始时容器是空的,各阀门均关闭,各传感器均为OFF。
按下启动按钮后,打开阀YV1,液体A流入容器,中限位开关变为ON时,关闭阀YV1,打开阀YV2,液体B流入容器。
当液面到达上限位开关时,关闭阀YV2,电机M开始运行,搅动液体,60s后停止搅动,打开阀YV3,放出混合液,当液面降至下限位开关之后再过5s,容器放空,关闭阀YV3,打开阀YV1,又开始下一周期的操作。
按下停止按钮,在当前工作周期的操作结束后,才停止操作(停在初始状态)。
图4-29液体混合装置示意图和PLC接线图
二、原理分析
为了用PLC控制器来实现任务,PLC需要5个输入点,4个输出点,输入输出点分配见表4-4。
输入继电器
作用
输出继电器
作用
X0
中限位传感器
Y0
电磁阀YV1线圈
X1
上限位传感器
Y1
电磁阀YV2线圈
X2
下限位传感器
Y2
电机M
X3
启动按钮
Y3
电磁阀YV3线圈
X4
停止按钮
表4-4输入输出点分配表
由提出的任务画出时序图,如图4-30所示。
图4-30液体混合装置时序图
液体混合装置的工作周期划分为6步。
用M0表示初始步,分别用M1~M5表示液体A流入容器、液体B流入容器、搅动液体、放出混合液和容器放空。
用各限位传感器、按钮和定时器提供的信号表示各步之间的转换条件。
画出顺序功能图如图4-31所示。
图4-31液体混合装置顺序功能图
用启-保-停电路设计出梯形图如图4-32所示。
图4-32液体混合装置梯形图
三、知识链接
顺序控制设计法中停止的处理
在任务要求中,停止按钮X4的按下并不是按顺序进行的,在任何时候都可能按下停止按钮,而且不管什么时候按下停止按钮都要等到当前工作周期结束后才能响应停止操作。
所以停止按钮X4的操作不能在顺序功能图中直接反映出来,可以用M10间接表示出来。
每一个工作周期结束后,再根据M10的状态决定进入下一周期还是返回到初始状态。
从梯形图可看出,M10用启-保-停电路和启动按钮X3、停止按钮X4来控制,按下启动按钮X0,M10变为ON并保持,按下停止按钮X1,M10变为OFF,但是系统不会马上返回初始步,因为M10只是在步M5之后起作用。
四、任务实施
1.将5个模拟按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0~X4(如图4-29b所示的输入部分),并连接PLC电源。
检查电路正确性,确保无误。
2.输入如图4-32所示的梯形图,进行程序调试,调试时要注意动作顺序,运行后先按下X3(模拟启动),再依次按下X0(模拟中限位开关),X1(模拟上限位开关),等待一段时间(超过60s)后,按下X2(模拟下限位开关),每次操作都要监控观察各输出(Y0~Y3)和相关定时器(T0~T1)的变化,检查是否完成了液体混合系统所要求的所要求的液体混合功能。
3.继续调试程序,顺序为按下X0→X1→X2,监控观察各输出(Y0~Y3)和相关定时器(T0~T1)的变化,输出和定时器的变化与上一步相同。
再在调试过程中的任何时候(例如按下X0后按下X4),观察停止功能,是否在当前工作周期结束后才能响应停止操作返回初始步。
任务五冲床机械手的运动
一、任务提出
在机械加工中经常使用冲床,某冲床机械手运动的示意图如图4-34所示。
初始状态时机械手在最左边,X4为ON;冲头在最上面,X3为ON;机械手松开,Y0为OFF。
按下启动按钮X0,Y0变为ON,工件被夹紧并保持,2s后Yl被置位,机械手右行,直到碰到X1,以后将顺序完成以下动作:
冲头下行,冲头上行,机械手左行,机械手松开,延时1s后,系统返回初始状态。
图4-34某冲床机械手运动的示意图
二、原理分析
为了用PLC控制器来实现任务,PLC需要5个输入点,5个输出点,输入输出点分配见表4-5。
输入继电器
作用
输出继电器
作用
X0
启动按钮
Y0
工件夹紧
X1
右限位开关
Y1
机械手右行
X2
下限位开关
Y2
机械手左行
X3
上限位开关
Y3
冲头下行
X4
左限位开关
Y4
冲头上行
表4-5输入输出点分配表
由输入输出点的分配表画出PLC的外部接线图,如图4-35所示。
图4-35冲床机械手PLC的外部接线图
由提出的任务画出时序图,如图4-36所示。
从时序图上可见,工件在整个工作周期都处于夹紧状态,一直到完成冲压后才松开工件,这种命令动作为存储型命令。
图4-36冲床机械手时序图
冲床机械手的运动周期划分为7步,依次分别为初始步、工件夹紧、机械手右行、冲头下行、冲头上行、机械手左行和工件松开,用M0~M6表示。
各限位开关、按钮和定时器提供的信号是各步之间的转换条件。
由此画出顺序功能图如图4-37所示。
图4-37冲床机械手顺序功能图
用启-保-停电路设计出梯形图如图4-38所示。
图4-38冲床机械手梯形图
三、知识链接
1.存储型命令和非存储型命令
在顺序功能图中说明命令的语句时应清楚地表明该命令是存储型的还是非存储型的。
例如某步的存储型命令“打开1号阀并保持”,是指该步为活动步时1号阀打开,该步为不活动步时1号阀继续打开;非存储型命令“打开1号阀”,是指该步为活动步时打开,为不活动步时关闭。
图4-37中步M1的命令Y0就是存储型命令,当M1步为活动步时Y0置位,该步为不活动步时Y0继续置位,除非在其它步中用复位指令将Y0复位(步M6)。
同理,M6步中的命令Y0也是存储型命令,当M6步为活动步时Y0复位,该步为不活动步时Y0继续复位,除非在其它步中用置位指令将Y0置位(步M1)。
2.命令或动作的修饰词
在顺序功能图中说明存储型命令时可在命令或动作的前面加修饰词,例如“R”、“S”。
使用动作的修饰词(见表4-6)可以在一步中完成不同的动作。
修饰词允许在不增加逻辑的情况下控制动作。
例如,可以使用修饰词L来限制配料阀打开的时间等。
N
非存储型
当步变为不活动步时动作终止
S
置位(存储)
当步变为不活动步时动作继续,直到动作被复位
R
复位
被修饰词S,SD,SL或DS启动的动作被终止
L
时间限制
步变为活动步时动作被启动,直到步变为不活动步或设定时间到
D
时间延迟
步变为活动步时延迟定时器被启动,如果延迟之后步仍然是活动的,动作被启动和继续,直到步变为不活动步
P
脉冲
当步变为活动步,动作被启动并且只执行一次
SD
存储与时间延迟
在时间延迟之后动作被启动,一直到动作被复位
DS
延迟与存储
在延迟之后如果步仍然是活动的,动作被启动直到被复位
SL
存储与时间限制
步变为活动步时动作被启动,一直到设定的时间到或动作被复位
表4-6动作的修饰词
四、任务实施
1.将5个模拟输入状态的按钮开关的常开触点分别接到PLC的X0~X4(如图4-35所示的输入部分),并连接PLC电源。
检查电路正确性,确保无误。
2.输入如图4-38所示的梯形图,进行程序调试,调试时要注意动作顺序,运行后先按下X0(模拟启动),2s后再依次按下X1~X4,分别模拟右限位、下限位、上限位、左限位,每次操作都要监控观察各输出(Y0~Y4)和相关定时器(T0~T1)的变化,检查是否完成了冲床机械手所要求的运动。
任务六十字路口交通灯
一、任务提出
某十字路口交通灯如图4-40所示,当按下启动按钮时,首先东西向通行,南北向禁止通行,东西向车道的直行绿灯亮,汽车直行,20s后直行绿灯闪烁3s,随后黄灯亮3s;接着车道的左转绿灯亮,20s后左转绿灯闪烁3s,随后黄灯亮3s;在东西向车道直行绿灯亮和闪烁的同时,东西向人行道的绿灯同时亮和闪烁。
东西向禁止通行后,转入南北向车道、人行道的通行,顺序与东西向相同。
本任务研究用PLC来控制十字路口交通灯。
图4-40某十字路口交通灯示意图
二、原理分析
为了用PLC控制器来实现任务,PLC需要1个输入点,12个输出点,输入输出点分配见表4-7。
输入继电器
作用
输出继电器
作用
X0
SB按钮
Y0
东西向车道左转绿灯
Y1
东西向车道直行绿灯
Y2
东西向车道黄灯
Y3
东西向车道红灯
Y4
南北向车道左转绿灯
Y5
南北向车道直行绿灯
Y6
南北向车道黄灯
Y7
南北向车道红灯
Y10
东西向人行道红灯
Y11
东西向人行道绿灯
Y12
南北向人行道红灯
Y13
南北向人行道绿灯
表4-7输入输出点分配表
由输入输出点的分配表画出PLC的外部接线图,如图4-41所示。
图4-41十字路口交通灯的PLC外部接线图
由提出的任务画出时序图,如图4-42所示。
图4-42十字路口交通灯的时序图
把十字路口交通灯分为四个并行的分支,分别为用东西向车道、东西向人行道、南北向车道和南北向人行道。
每个方向车道都有直行、直行闪烁、黄灯、左转、左转闪烁、黄灯和红灯7步,每个方向人行道都有绿灯、绿灯闪烁和红灯3步,再加上初始步,一共有21步,由此画出顺序功能图如图4-43所示。
图4-43十字路口交通灯的顺序功能图
用启-保-停电路设计出梯形图如图4-44所示。
图4-44用启-保-停电路设计的十字路口交通灯梯形图
用以转换为中心的方法设计出梯形图如图4-45所示。
图4-45用以转换为中心的方法设计的十字路口交通灯梯形图
三、知识链接
以转换为中心的梯形图的编程方法应从步的处理和输出电路两方面来考虑。
1.步的处理
如图4-46所示为以转换为中心的编程方法的顺序功能图与梯形图的对应关系。
实现图中X1对应的转换需要同时满足两个条件,即该转换的前级步是活动步(M1=1)和转换条件满足(X1=1)。
在梯形图中,可以用M1和Xl的常开触点组成的串联电路来表示上述条件。
该电路接通时,两个条件同时满足,此时应完成两个操作,即将该转换的后续步变为活动步(用SET指令将M2置位)和将该转换的前级步变为不活动步(用RST将M1复位)。
图4-46以转换为中心的编程方式
2.输出电路
使用这种编程方法时,不能将输出继电器的线圈与SET和RST指令并联,这是因为图4-45中前级步和转换条件对应的串联电路接通的时间是相当短的(只有一个扫描周期),转换条件满足后前级步马上被复位,在下一扫描周期控制置位、复位的串联电路被断开,而输出继电器的线圈至少应该在某一步对应的全部时间内被接通。
所以应根据顺序功能图,用代表步的辅助继电器的常开触点或它们的并联电路来驱动输出继电器的线圈。
四、任务实施
1.将一个模拟按钮开关的常开触点接到PLC的X0(如图4-41所示的输入部分),并连
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