顺序控制设计法在PLC应用程序设计中的应用

曹丽苹

(保定职业技术学院，河北 保定 071002)

1 顺序控制设计法

顺序控制是工业控制领域中应用广泛的一种控制方式。如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行，则该控制系统就是顺序控制系统。

顺序控制设计法可以很好地解决并发顺序和选择顺序的程序设计问题。它按照生产工艺的顺序要求，利用输入信号的作用，根据系统内部状态或时间的顺序，使多个执行机构按工序自动进行操作。

采用顺控设计法时，首先根据系统的工艺流程画出顺序功能图，接着根据顺序功能图设计步进梯形图。顺序功能图，又称状态转移图或功能表图，是按照工艺流程进行编程的图形化的组态语言，主要应用于工业过程控制上位策略组态程序的编写。

2 顺序控制设计法的编程步骤

顺序控制设计法设计的基本步骤：

(1)划分步(状态)。根据输出量的状态变化划分。步是特定状态，每一步要完成一个或多个特定的动作。步分为初始步和工作步。

(2)确定转换条件。转换条件能使系统从当前步进入下一步。转换条件可以是按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等外部输入信号；也可以是如定时器、计数器触点的接通/断开等PLC内部产生的信号；还可以是若干个信号的逻辑组合。

(3)绘制顺序功能图。顺序功能图是顺控设计法中最为关键的步骤。它反映设计者对系统控制要求和功能流程的理解。

(4)编写步进梯形图。根据顺序控制功能图设计梯形图的方法一般有3种：启保停编程方法使用置位、复位指令的编程方法和步进梯形指令编程方法。

步进梯形指令编程方法使用专门的步进顺控指令和编程元件来编写，不同PLC的步进顺控指令是不同的。

3 顺序控制设计法应用案例

3.1 明确控制要求，划分工作阶段

3.1.1 系统控制要求分析

设计一个化学液体原料混合搅拌控制系统，其功能如图1所示。主要用于将两种液体原料A和B按照一定的比例进行充分混合。图1中SL1、SL2、SL3为3个液位传感器，当液面达到相应传感器位置时送出ON信号，低于传感器位置时送出OFF信号。A、B两种液体原料的流入和混合原料C的流出分别由电磁阀YV1、YV2、YV3控制。M为搅拌电动机。

图1 化学液体原料混合装置

3.1.2 划分工作阶段

由化学液体混合装置的工作工程可知，在系统启动后，整个工作过程分成四个阶段，即注入液体A、注入液体B、混合搅拌、释放混合液体C。液位传感器的状态和定时器定时到作为步转换的条件。

3.2 分配PLC的输入、输出端子，画出PLC硬件原理图

该系统信号输入器件主要有启动按钮和停止按钮，3个液位开关，因此需要5个输入点；被驱动的设备主要有3个电磁阀门和控制搅拌电机的继电器KA，需要4个输出点。继电器和电磁阀门的工作电源为DC+24V，PLC使用三菱FX2N-32MR进行控制。输入、输出端子分配表如表1所示，PLC硬件原理图如图2所示。

表1 液体混合搅拌系统的PLC输入、输出端子分配表

图2 液体混合搅拌系统的PLC控制系统接线图

3.3 绘制控制系统的顺序功能图

液体混合装置的顺序功能图如图3所示，图中用了S0、S20-S24来表示6个工作步，M8002为系统初始化脉冲。

此流程可看作单周期操作和自动操作两种工作模式。在S24步出现了选择分支，在此转换条件中的M0用来记忆系统的启停信号，M0断开时表示系统处于运行阶段，流程图从S24转到S20；M0接通时表示系统将停止工作，流程图从S24转到S0，等待系统再次启动运行。

图3 液体混合搅拌系统的顺序功能图

3.4 设计梯形图

采用步进梯形指令编程的方法将上述顺序功能图转化成梯形图，如图3所示。

4 结语

顺序控制设计法实际上是用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各输出位。顺序控制设计法可以很好地解决并发顺序和选择顺序的程序设计问题。

图4 采用STL指令设计的梯形图