項目5順序控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計5.1學(xué)習(xí)順序功能圖編程方法5.1.1任務(wù)目標1）能根據(jù)任務(wù)要求選擇合適的順序功能圖類型并進行繪制。2）能使用起保停電路有關(guān)的指令設(shè)計順序控制系統(tǒng)的梯形圖。3）能使用置位復(fù)位指令設(shè)計順序控制系統(tǒng)的梯形圖。4）能使用SCR指令設(shè)計順序控制系統(tǒng)的梯形圖。5.1.2任務(wù)描述為了切實發(fā)揮順序控制設(shè)計法在梯形圖設(shè)計方面的作用，應(yīng)當(dāng)細致分析具體的工藝過程及控制要求，選擇合適的順序功能圖結(jié)構(gòu)，評估PLC控制程序采用順序控制設(shè)計法的可行性，確保所設(shè)計的順序功能圖或梯形圖能夠從根本上保障生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)效率，獲得最佳控制效果。在應(yīng)用順序控制設(shè)計法之前，學(xué)生必須熟悉順序控制設(shè)計法的基本思想，掌握S7-200SMARTPLC順序控制指令和順序控制梯形圖的設(shè)計方法。首先能根據(jù)系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖。最后，能完成對設(shè)計的順序功能圖或梯形圖進行編輯與調(diào)試工作。5.1.3任務(wù)準備——順序控制設(shè)計法1.順序控制系統(tǒng)如果一個控制系統(tǒng)的工藝流程或過程可以分解成為若干個順序相接而又相互獨立的階段，這些階段必須嚴格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過程的正常、有序運行，那么這樣的控制系統(tǒng)就稱為順序控制系統(tǒng)，或稱步進控制系統(tǒng)。2.順序功能圖順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）又稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或功能表圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計順序控制程序的工具。在IEC的PLC編程語言標準（IEC61131-3）中，SFC是五種常用的標準語言之一，如S7-300/400和S7-1500的S7-Graph就是典型的SFC語言，三菱Q系列PLC可以在編程軟件GXDeveloper中直接使用SFC編程。3.順序功能圖的結(jié)構(gòu)（1）步順序控制設(shè)計法將系統(tǒng)的一個工作周期劃分成若干順序相連的階段，這些階段稱為步，用矩形框表示，方框中可以用數(shù)字表示該步的編號。（2）初始步與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的“步”稱為初始步。初始步用雙線方框表示，每一個順序功能圖至少應(yīng)該有一個初始步。（3）活動步當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。當(dāng)步處于活動狀態(tài)時，相應(yīng)的動作被執(zhí)行；當(dāng)步處于不活動狀態(tài)時，停止執(zhí)行相應(yīng)的非存儲型動作。（4）有向連線有向連線是將每一步按照它們成為“活動步”的先后順序連接起來的直線。自上而下、自左向右方向的有向連線無需標注方向箭頭，其它方向的有向連線均需要標注方向箭頭。（5）轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換用有線連線上與有向連線垂直的短劃線（兩步之間的垂直短線）來表示，它將相鄰兩步分隔開。使系統(tǒng)由當(dāng)前步進入到下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件。4.順序功能圖的類型5．順序控制設(shè)計法的操作步驟順序控制設(shè)計法的操作步驟如下：（1）步的劃分分析被控對象的工作過程和控制要求，將系統(tǒng)的工作過程劃分為幾個階段，每個階段稱為一個“步”?？梢愿鶕?jù)PLC的輸出狀態(tài)來劃分步。只要系統(tǒng)的輸出狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就會從原來的步進入新的步。每一步PLC的輸出狀態(tài)保持不變，但是相鄰兩步的輸出狀態(tài)總是不同。（2）轉(zhuǎn)化條件的確定轉(zhuǎn)換條件是使系統(tǒng)能夠從當(dāng)前步進入下一步的條件。常見的開關(guān)條件包括按鈕、行程開關(guān)、定時器和計數(shù)器觸點的動作等。（3）繪制順序功能圖根據(jù)以上分析，畫出描述系統(tǒng)工作過程的順序功能圖，這是順序控制設(shè)計法中最關(guān)鍵的一步。在順序功能圖中可以用別的語言嵌套編程，并且有機地融入到步、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動作等關(guān)鍵元素之中。（4）繪制梯形圖根據(jù)順序功能圖，用某種編程方法設(shè)計梯形圖。

5.1.4任務(wù)實施1.順序功能圖繪制根據(jù)送料小車有右行、裝料、左行、卸料4個工作狀態(tài)，對應(yīng)PLC控制輸出過程映像寄存器Q0.0～Q0.3的ON/OFF變化，顯然可以將小車工作過程劃分為4個步，分別用M0.1～M0.4來表示。另外，還需要設(shè)置一個等待起動的初始步M0.0，并用首次掃描脈沖SM0.1來激活初始步。2.繪制順序功能圖的注意事項1）兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換將它們分隔開。2）兩個轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個步將它們分隔開。3）順序功能圖中的初始步一般對應(yīng)于系統(tǒng)等待起動的初始狀態(tài)，這一步可能沒有什么輸出處于ON狀態(tài)，因此有的初學(xué)者在畫順序功能圖時很容易遺漏掉這一步。4）自動控制系統(tǒng)應(yīng)能多次重復(fù)執(zhí)行同一個工藝過程，因此在順序功能圖中一般應(yīng)有由步和有向連線組成的閉環(huán)，即在完成一次工藝過程的全部操作之后，應(yīng)從最后一步返回初始步，系統(tǒng)停留在初始狀態(tài)。5）在順序功能圖中，只有當(dāng)某一步的前級步是活動步，該步才有可能變成活動步。如果用沒有斷電保持功能的編程元件來代表各步，進入RUN工作方式時，它們均處于OFF狀態(tài)。必須用程序運行時接通第一個掃描周期的SM0.1的常開觸點作為轉(zhuǎn)換條件，將初始步M0.0預(yù)置為活動步，否則因為順序功能圖中沒有活動步，系統(tǒng)將無法工作。3.使用起保停指令的順序控制梯形圖設(shè)計法4.使用置位復(fù)位指令的順序控制梯形圖設(shè)計法5.選擇序列順序功能圖轉(zhuǎn)化為梯形圖的編程方法當(dāng)有兩個及以上的分支可以選擇轉(zhuǎn)移時，就稱這些步為選擇序列。對于有多個分支的選擇序列，一般只允許同時選擇一個分支來激活。圖5-6就是有2個分支的選擇序列的例子，下面采用S指令與R指令將該順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖。6.并行序列順序功能圖轉(zhuǎn)化為梯形圖的編程方法7.順序控制繼電器指令5.2組合機床動力頭PLC控制系統(tǒng)設(shè)計5.2.1任務(wù)目標1）能設(shè)計組合機床動力頭PLC控制的硬件系統(tǒng)。2）能設(shè)計組合機床動力頭PLC控制的外部接線圖。3）能設(shè)計組合機床動力頭的PLC控制程序。4）能進行組合機床動力頭PLC控制系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試工作。5.2.2任務(wù)描述學(xué)生要完成組合機床動力頭PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，必須熟悉組合機床動力頭的結(jié)構(gòu)與工作原理；掌握組合機床動力頭系統(tǒng)的構(gòu)成要素及連接方法；應(yīng)用S7-200SMARTPLC完成對組合機床動力頭控制的電路設(shè)計，以及相應(yīng)的應(yīng)用程序設(shè)計和聯(lián)機調(diào)試工作。要完成組合機床動力頭PLC控制程序設(shè)計，一般要經(jīng)歷分析動力頭的控制功能與控制要求、設(shè)計順序功能圖、編寫梯形圖程序以及程序調(diào)試過程。其中，程序調(diào)試可以采用軟件仿真調(diào)試、項目下載到CPU中運行監(jiān)控調(diào)試以及連接好機床動力頭回路和控制電路之后的聯(lián)機調(diào)試，直至組合機床動力頭工作正常為止。5.2.3任務(wù)準備——組合機床動力頭控制原理1.動力頭的作用動力頭是數(shù)控組合機床中的動力部件，動力頭性能的優(yōu)異直接關(guān)系到組合機床的加工性能好壞。動力頭實現(xiàn)了主運動和進給運動，并且有自動工件循環(huán)的動力部件，是比較簡單的一個變速傳動機構(gòu)。根據(jù)進給運動變速形式的不同，可以分為氣壓動力頭、液壓動力頭和伺服動力頭三大類型。2.動力頭的控制原理動力頭進給運動液壓系統(tǒng)原理如圖5-11所示。該系統(tǒng)用限壓式變量葉片泵供油，用電液換向閥換向，用行程閥實現(xiàn)快進速度和工進速度的切換，用電磁閥實現(xiàn)兩種工進速度的切換，用調(diào)速閥使進給速度穩(wěn)定。在機械和電氣的配合下，能夠?qū)崿F(xiàn)“快進——一工進——二工進——死擋鐵停留——快退——原位停止”的自動循環(huán)。5.2.4任務(wù)實施1.動力頭的控制要求組合機床動力頭進給運動包括快進、一工進、二工進、死擋鐵停留、快退、原位停止6個工作步，其進給運動示意圖如圖5-12所示。2.硬件電路設(shè)計3.I/O地址分配4.順序功能圖繪制5.梯形圖程序設(shè)計5.3智能搶答器PLC控制系統(tǒng)設(shè)計5.3.1任務(wù)目標1）能設(shè)計智能搶答器PLC控制的硬件系統(tǒng)。2）能設(shè)計智能搶答器PLC控制的外部接線圖。3）能設(shè)計智能搶答器PLC控制程序。4）能進行智能搶答器PLC控制系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試工作。5.3.2任務(wù)描述學(xué)生要完成智能搶答器PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，必須熟悉智能搶答器的組成與工作原理；掌握相關(guān)外圍元器件與PLC的連接方法；應(yīng)用S7-200SMARTCPU完成對智能搶答器控制的接口電路設(shè)計，以及相應(yīng)的應(yīng)用程序設(shè)計和聯(lián)機調(diào)試工作。要完成智能搶答器PLC控制程序設(shè)計，一般要經(jīng)歷分析搶答器的控制功能與控制要求、設(shè)計順序功能圖、編寫梯形圖程序以及程序調(diào)試過程。其中，程序調(diào)試可以采用軟件仿真調(diào)試、項目下載到CPU中運行監(jiān)控調(diào)試以及連接好搶答器PLC控制電路之后的聯(lián)機調(diào)試，直至智能搶答器工作正常為止。5.3.3任務(wù)準備——智能搶答器控制原理1．智能搶答器智能搶答器是以微處理器為核心的硬件電路和控制程序組成，以實現(xiàn)搶答過程的智能化管理并能準確判斷出搶答者的電器。在知識競賽、文體娛樂活動(搶答競賽活動)中，它能準確、公正、直觀地判斷出搶答者的座位號，更好的促進各個團體的競爭意識，讓選手門體驗到戰(zhàn)場般的壓力感，激發(fā)每位選手的潛能，提高團隊之間的合作精神。2.智能搶答器控制原理5.3.4任務(wù)實施1．控制要求分析1）控制系統(tǒng)是由1只起動按鈕、1只復(fù)位按鈕、4個小組搶答按鈕、1只LED數(shù)碼管、1只電鈴、1盞搶答指示燈、1盞超時指示燈和4盞小組搶答燈等組成。2）有4個小組搶答按鈕，每組又有3個搶答按鈕并聯(lián)（假定每個參賽小組由3名成員組成）。3）主持人說完題目后再按下起動按鈕SB0，搶答指示燈HL0點亮，計時器開始計時，電鈴HA發(fā)出0.5s短暫聲，表示開始搶答。4）若某組參賽者在搶答限定時間（8s）內(nèi)最先按下?lián)尨鸢粹o，則搶答有效，計時器停止計時，該組對應(yīng)的指示燈點亮，同時鎖住搶答器，使其余組搶答無效，并通過數(shù)碼管顯示從開始搶答到小組搶答成功的時間（s）。5）參賽者搶答成功后，搶答小組必須在限定時間（30s）內(nèi)回答完畢。一旦限定時間到，電鈴發(fā)聲1s后自動停止，同時超時指示燈以1Hz頻率閃爍，提示主持人處理。6）如果在搶答限定時間（8s）內(nèi)，沒有任何小組搶答，則鎖住搶答器，超時指示燈HL5點亮，電鈴發(fā)出2s時長響聲停止，數(shù)碼管顯示“F”。7）在本輪搶答結(jié)束，主持人按下復(fù)位按鈕，使搶答器回到初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示“0”，可以開始下一個題目的搶答。2.硬件電路設(shè)計3.I/O地址分配4.順序功能圖繪制5.控制程序設(shè)計5.4十字路口交通燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計5.4.1任務(wù)目標1）能設(shè)計十字路口交通燈PLC控制的硬件系統(tǒng)。2）能設(shè)計十字路口交通燈PLC控制的外部接線圖。3）能設(shè)計十字路口交通燈PLC控制程序。4）能進行十字路口交通燈PLC控制系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試工作。5.4.2任務(wù)描述學(xué)生要完成十字路口交通燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，必須熟悉交通燈控制系統(tǒng)的組成與工作原理；熟悉交通信號燈國標標準規(guī)定；掌握交通燈控制系統(tǒng)相關(guān)外圍元器件的選型以及與PLC的連接方法；應(yīng)用S7-200SMARTCPU完成十字路口交通燈控制的接口電路設(shè)計，以及相應(yīng)的應(yīng)用程序設(shè)計和聯(lián)機調(diào)試工作。要完成十字路口交通燈PLC控制程序設(shè)計，一般要經(jīng)歷分析交通燈的控制功能與控制要求、設(shè)計順序功能圖、編寫梯形圖程序以及程序調(diào)試過程。其中，程序調(diào)試可以采用軟件仿真調(diào)試、項目下載到CPU中運行監(jiān)控調(diào)試以及連接好交通燈PLC控制電路之后的聯(lián)機調(diào)試，直至十字路口交通燈PLC控制系統(tǒng)工作正常為止。5.4.3任務(wù)準備——十字路口交通燈控制原理1.交通信號燈道路交通信號燈是用于給互相沖突的交通流分配有效的通行權(quán)，以提高道路交通安全和道路容量的一類交通燈。交通信號燈一般由紅燈（表示禁止通行）、綠燈（表示允許通行）、黃燈（表示警示）組成。依據(jù)其用途不同分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路交叉道口信號燈等。根據(jù)安裝位置不同，交通信號燈又可分為兩種，一種是用于指揮車輛的紅、黃、綠三色信號燈，設(shè)置在十字路口顯眼的地方，叫做車輛交通指揮燈；另一種是用于指揮行人橫過馬路的紅、綠兩色信號燈，設(shè)置在人行橫道的兩端，叫做人行橫道燈。2.交通信號燈的控制分析根據(jù)每個路口交通信號燈的具體控制機制，可以分為定時控制、感應(yīng)控制和自適應(yīng)控制系統(tǒng)。定時控制系統(tǒng)是按照事先設(shè)定的配時方案進行控制，也稱固定周期控制。一天只用一個配時方案的稱為單段式定時控制；一天按不同時段的交通量采用幾個配時方案的稱為多段式定時控制。最基本的控制方式是單個交叉路口的定時控制。線控制、面控制全部采用定時控制方式的系統(tǒng)，分別稱為靜態(tài)線控系統(tǒng)與靜態(tài)面控系統(tǒng)。感應(yīng)控制系統(tǒng)是在交叉路口進口道上設(shè)置車輛檢測器，將檢測到的車流信息送給計算機處理后隨時改變交通信號燈配時方案的一種控制方式。自適應(yīng)控制系統(tǒng)是把交通系統(tǒng)作為一個不確定系統(tǒng)，通過連續(xù)測量車流量、停車次數(shù)、延誤時間、排隊長度等信息，逐漸了解和掌握控制對象的特征，把它們與希望的動態(tài)特性進行比較，并利用差值來改變系統(tǒng)的可調(diào)參數(shù)，從而保證不論環(huán)境如何變化，均可使控制效果達到最優(yōu)的一種控制方式。5.4.4任務(wù)實施1.控制要求分析十字路口交通信號燈的控制要求，在同一時間內(nèi)不允許有兩條及以上路線交叉運行，信號紅綠燈的變化規(guī)律是先直行（直行圓燈為綠燈），再左轉(zhuǎn)（左轉(zhuǎn)箭頭為綠燈），直行前期禁止右轉(zhuǎn)（右轉(zhuǎn)箭頭為紅燈,避免與直行非機動車和行人沖突），直行后期允許右轉(zhuǎn)（右轉(zhuǎn)箭頭熄滅）。東西向直行結(jié)束后，南北向依此規(guī)則亮燈。2.PLC控制電路設(shè)計I/O地址分配4.順序功能圖繪制5.梯形圖設(shè)計5.5分揀機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計5.5.1任務(wù)目標1）能設(shè)計分揀機械手的PLC控制電路。2）能連接分揀機械手的氣動回路與電氣線路。3）能設(shè)計分揀機械手的PLC控制程序。4）能進行分揀機械手的聯(lián)機調(diào)試工作。5.5.2任務(wù)描述學(xué)生要完成分揀機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)，必須熟悉氣缸運動和磁性開關(guān)的工作原理；掌握氣動系統(tǒng)的構(gòu)成要素及連接方法；應(yīng)用S7-200SMARTPLC完成分揀機械手的控制電路設(shè)計，以及相應(yīng)的應(yīng)用程序設(shè)計和仿真調(diào)試工作。在綜合分析分揀機械手控制任務(wù)要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮相關(guān)硬件的選購要求，提出系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，上報技術(shù)主管部門領(lǐng)導(dǎo)審核與批準后實施。要完成分揀機械手控制程序設(shè)計工作，一般要經(jīng)歷程序設(shè)計前的準備工作、編寫順序功能圖與梯形圖、程序編輯與調(diào)試以及編寫程序說明書四個步驟。最后，將調(diào)試好的程序下載到PLC，在接通氣動回路和電氣回路的基礎(chǔ)