單啟兵 孔 敏

（1安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，安徽 合肥 231603）（2皖西學(xué)院機(jī)電學(xué)院，安徽 六安 237012）

基于西門子S7-200PLC順序控制編程方法研究

單啟兵1孔 敏2

（1安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，安徽 合肥 231603）（2皖西學(xué)院機(jī)電學(xué)院，安徽 六安 237012）

以西門子S7-200PLC為例，介紹了兩種典型的順序控制程序設(shè)計(jì)方法，通過比較，指出了S/R指令和步進(jìn)指令在設(shè)計(jì)PLC順序控制程序時(shí)所具有的不同特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用順序功能圖來編制用戶控制程序，以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備或生產(chǎn)過程的順序控制，使得PLC編程有規(guī)章可循，簡單易學(xué)。

PLC；順序控制；順序功能圖；置位/復(fù)位指令；梯形圖

1 前言

PLC在教學(xué)過程中，在完成了基本的指令學(xué)習(xí)后會(huì)讓學(xué)習(xí)者自已嘗試去編寫應(yīng)用程序，但對于初學(xué)者而言，如果沒有一個(gè)相對固定的編程套路和方法，往往不知如何下手，比較好的辦法是借助于順序功能圖 （Sequential Function Chart—SFC）來編制梯形圖（Ladder Diagram）用戶控制程序。就西門子S7-200PLC而言，在已有的順序功能圖的基礎(chǔ)上編制控制程序的方法有三種，分別是使用啟保停電路、以轉(zhuǎn)換為中心（S/R）指令和使用SCR指令的順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法。從三種方法的理解及掌握的難易和使用方便程度等綜合考慮，較為通用的編程方法是采用以轉(zhuǎn)換為中心（S/R指令）和SCR指令。

2 順序控制設(shè)計(jì)方法與順序功能圖

“所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間順序，在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地有秩序地進(jìn)行操作。順序控制設(shè)計(jì)最基本的思想是將系統(tǒng)一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，這些階段稱為步（Step）,并用編程元件（例如M 或順序控制繼電器S）來代表各步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量的ON/OFF狀態(tài)不變，但相鄰兩步輸出量的總的狀態(tài)是不同的，步的這種劃分方法使代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關(guān)系。順序功能圖（SFC）是 由 步 （Step）、轉(zhuǎn) 換 （Transition）和 動(dòng) 作（Action）三個(gè)要素組成（如圖1所示）。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求的不同，SFC的結(jié)構(gòu)可分為單序列、選擇序列和并行序列三種（如圖 2所示）”[1]。

圖1 順序功能圖組成元素

使用順序功能圖的基本要求：

（1）相鄰兩個(gè)步不可以直接相連，必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換將它們隔開，轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換不能直接相連，必須用一個(gè)步將它們隔開；

（2）SFC中的初始步對應(yīng)于控制系統(tǒng)等待啟動(dòng)的初始狀態(tài)，用雙框表示；初始步的標(biāo)號為M0.0或 S0.0；

（3）成為活動(dòng)步的前提條件是前級步是活動(dòng)步，并且轉(zhuǎn)換條件滿足，只有成為活動(dòng)步，其所對應(yīng)的動(dòng)作才能被執(zhí)行；

（4）因在控制系統(tǒng)中動(dòng)作往往是循環(huán)進(jìn)行的，因此在繪制順序功能圖時(shí)當(dāng)條件滿足時(shí)要形成一個(gè)閉環(huán)，返回到初始步或之前的某一步；

3 根據(jù)順序功能圖編制梯形圖程序的二種方法

3.1 以轉(zhuǎn)換為中心（即使用S/R指令）的梯形圖設(shè)計(jì)方法

PLC雖然種類繁多，但任何一種PLC均有線圈指令和置位（S）復(fù)位（R）指令，前者可以使用啟保停電路來編寫梯形圖程序，這里不再贅述，后者就是以轉(zhuǎn)換為中心的梯形圖編程方法。其基本的思路就是使用S指令進(jìn)入當(dāng)前步（活動(dòng)步），同時(shí)使用R指令復(fù)位前一步，下面以西門子S7-200PLC控制小車運(yùn)行為例說明其編程過程。

圖2 順序功能圖三種結(jié)構(gòu)形式

小車的工藝流程如圖 3所示，各步所對應(yīng)的輸出狀態(tài)如表1所示。初始狀態(tài)時(shí)，小車處于原位，限位開關(guān)I0.0閉合，按下啟動(dòng)按鈕 I0.1，Q0.0動(dòng)作控制變頻器快速運(yùn)行，I0.0復(fù)位；當(dāng)小車到達(dá)限位開關(guān)I0.2位置并接通時(shí)，Q0.1接通控制變頻器慢速運(yùn)行，當(dāng)小車到達(dá)I0.3處時(shí)，并讓其接通，Q0.0、Q0.1斷電 ,小車停止前進(jìn)并延時(shí)等待1秒；延時(shí)時(shí)間到，Q0.2（控制電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)）、Q0.1同時(shí)動(dòng)作，小車快速退回原位 （限位開關(guān) I0.0處）。

表1 小車運(yùn)行順序控制狀態(tài)表

根據(jù)工藝流程將一個(gè)完整的加工工藝分成順序相連的五個(gè)階段，分別用輔助繼電器 M0.0、M0.1、M0.2、M0.3和 M0.4表示，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，可由當(dāng)前步進(jìn)入下一步，初始步由SM0.1進(jìn)入，在步轉(zhuǎn)移時(shí)進(jìn)入下一步時(shí)，必須要復(fù)位前一步，使用S/R指令設(shè)計(jì)的的梯形圖（Ladder Diagram）程序如圖4所示。

圖3 小車運(yùn)行控制流程和順序功能圖

（1）初始步由 SM0.1使用 S(置位)進(jìn)入；

（2）進(jìn)入當(dāng)前步的同時(shí)復(fù)位前一步（使用R指令），以滿足步轉(zhuǎn)移的要求；

（3）每一步所對應(yīng)的動(dòng)作不可以和步標(biāo)記線圈相并聯(lián)，因?yàn)閺?fù)位指令會(huì)使得線圈回路和母線斷開，動(dòng)作不能保持，需要程序結(jié)尾處用相應(yīng)的步標(biāo)記的常開點(diǎn)控制對應(yīng)的線圈輸出。

圖4 使用S/R指令編寫的小車順序控制程序

3.2 采用SCR指令的編程方法

“SCR指令是西門子S7-200系列 PLC為順序控制專門開發(fā)的指令系統(tǒng)，其操作元件編號S0.0～S31.7共計(jì)256個(gè)狀態(tài)寄存器。每位狀態(tài)繼電器可以由SCR、SCRT、SCRE三條指令對其進(jìn)行編程，分別表示一個(gè)步的開始，條件滿足活動(dòng)步轉(zhuǎn)移到下一步和本步結(jié)束。圖五為使用SCR指令編寫的小車運(yùn)行控制功能圖和梯形圖”[2]。

（1）使用SM0.1和S(置位)指令進(jìn)入初始步；

（2）SCR指令同樣不支持雙線圈輸出，因此如果在多步中有同一個(gè)線圈輸出，需在程序結(jié)尾處用相應(yīng)步的常開節(jié)點(diǎn)相并聯(lián)控制其線圈輸出（如上例的Q0.0），以實(shí)現(xiàn)單線圈輸出；

（3）在每步中對于單個(gè)線圈或定時(shí)器輸入（IN端）不可以直接連到左側(cè)母線,需要用SM0.0將其分隔；

（4）每一步中 SCR（步開始）、SCRT（條件滿足轉(zhuǎn)移）、SCRE（步結(jié)束）均要出現(xiàn)，缺一不可。

圖5 使用SCR指令編寫的小車順序功能圖和控制程序

3.3 兩種設(shè)計(jì)方法的比較

（1）由于所有的PLC均有S/R指令，所以以轉(zhuǎn)換為中心的設(shè)計(jì)方法可以應(yīng)用于所有的PLC，具有很強(qiáng)的通用性。而SCR指令并不是每種PLC都有，或者有，但名稱并不同，使用時(shí)要注意加以區(qū)別。

（2）由于S/R指令為通用指令，并不是專用于順序控制，故使用時(shí)需嚴(yán)格按照步轉(zhuǎn)移的要求來編程，即進(jìn)入下一步，復(fù)位上一步。而SCR指令因?qū)ｉT為順序控制開發(fā)的，故其內(nèi)部已按照步的要求進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)置，如執(zhí)行完SCRE指令，自動(dòng)關(guān)閉當(dāng)前步，打開下一步，當(dāng)前步所對應(yīng)的動(dòng)作也被關(guān)閉。

（3）別外采用SCR指令編寫用戶程序，可有效減少內(nèi)存占用空間，特別對于復(fù)雜控制系統(tǒng)，可顯著縮短用戶程序的執(zhí)行時(shí)間，提高PLC的輸入、輸出響應(yīng)速度。

3 結(jié)束語

由于使用S/R指令和SCR指令的編程各具特色，作為使用者而言，可以根據(jù)自已的愛好有針對性的選擇其中的一種作為自已的編程習(xí)慣，同時(shí)也要了解另外幾種順序控制的編程方法，這樣比較容易讀懂別人編制的PLC程序，真正體現(xiàn)PLC“為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì),易于編程、易于與其它控制設(shè)備相融合”的原則與特點(diǎn)。

[1]廖常初.西門子S7-200PLC基礎(chǔ)教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:81.

[2]S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊[M].德國：西門子公司，2003:122.

THE TESEARCH OF SEQUENTIAL CONTROL PROGRAMMING METHODS BASED ON SIEMENS S7-200 PLC

SHAN Qi-bin1KONG Min2
（1 Department of Machine and Electron engineering Auhui Technical College of Water Resources and Hydroelectric Power，Hefei Auhui 231603）（2 School of Machine and Electron engineering,West Anhui University,Lu’an Auhui 237012）

In this paper,we first introduce two typical design methods of sequential control program based on S7-200 PLC for Siemens,and then we point out the instruction difference between S/R and Sequence Control Relay (SCR)by comparison.Experimental results show that it has ability in realizing sequential control on single device or production process and it is also easy for the beginner to learn programming by using SFC(Sequential Function Chart).

PLC；Sequential Control；SFC；S/R Instruction；LAD

TP29

A

1672－2868（2012）03－0065－04

2012-02-20

安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：090412261x）;安徽省教育廳自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：KJ2011ZD10）

單啟兵（1967-），男，安徽金寨人。安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級工程師，研究方向：電氣控制及自動(dòng)化技術(shù)。

責(zé)任編輯：宏 彬