2.5　沖床運動控制

2.5.1　任務導入

圖2-34為某沖床的運動示意圖。初始狀態機械手在最左邊，左限位SQ1壓合，機械手處于放松狀態（機械手的放松與夾緊受電磁閥控制，松開電磁閥失電，夾緊電磁閥得電），沖頭在最上面，上限位SQ2壓合；當按下啟動按鈕SB時，機械手夾緊工件并保持，3s后機械手右行，當碰到右限位SQ3后，機械手停止運動，同時沖頭下行；當碰到下限位SQ4后，沖頭上行；沖頭碰到上限位SQ2后，停止運動，同時機械手左行；當機械手碰到左限位SQ1后，機械手放松，延時4s后，系統返回到初始狀態。

2.5.2　啟保停電路編程法介紹

本案例屬于順序控制，2.4節講到解決此類問題有4種方法，分別為啟保停電路編程法、置位復位指令編程法、順序控制繼電器指令編程法和移位寄存器指令編程法，那么先看第一種方法。

啟保停電路編程法，其中間編程元件為輔助繼電器M，在梯形圖中，為了實現當前級步為活動步且滿足轉換條件成立時，才進行步的轉換，總是將代表前級步的輔助繼電器的常開觸點與對應的轉換條件觸點串聯，作為激活后續步輔助繼電器的啟動條件；當后續步被激活，對應的前級步停止，所以用代表后續步的輔助繼電器的常閉觸點與前級步的電路串聯作為停止條件。

2.4節也講到順序功能圖有三種基本結構，因此啟保停電路編程法也因順序功能圖結構不同而不同，本節先看單序列啟保停電路編程法。單序列順序功能圖與梯形圖的對應關系如圖2-35所示。在圖2-35中，Mi-1，Mi，Mi+1是順序功能圖中連續3步。Ii，Ii+1為轉換條件。對于Mi步來說，它的前級步為Mi-1，轉換條件為Ii，因此Mi的啟動條件為輔助繼電器的常開觸點Mi-1與轉換條件常開觸點Ii的串聯組合；對于Mi步來說，它的后續步為Mi+1，因此Mi的停止條件為Mi+1的常閉觸點。

2.5.3　啟保停電路編程法任務實施

（1）根據控制要求，進行I/O分配

如表2-4所示。

（2）繪制順序功能圖

如圖2-36所示。

（3）將順序功能圖轉化為梯形圖

如圖2-37所示。

（4）沖床控制順序功能圖轉化梯形圖過程分析

以M0.0步為例，介紹順序功能圖轉化為梯形圖的過程。從圖2-36順序功能圖中不難看出，M0.0的一個啟動條件為M0.6的常開觸點和轉換條件T38的常開觸點組成的串聯電路。此外，PLC剛運行時，應將初始步M0.0激活，否則系統無法工作，所以初始化脈沖SM0.1為M0.0的另一個啟動條件，這兩個啟動條件應并聯。為了保證活動狀態能持續到下一步活動為止，還需并上M0.0的自鎖觸點。當M0.0、I0.0、I0.1、I0.3的常開觸點同時為1時，步M0.1變為活動步，M0.0變為不活動步，因此將M0.1的常閉觸點串入M0.0的回路中作為停止條件。此后M0.1～M0.6步梯形圖的轉換與M0.0步梯形圖的轉換一致。

下面介紹順序功能圖轉化為梯形圖時輸出電路的處理方法，分以下兩種情況討論：

① 某一輸出量僅在某一步中為接通狀態，這時可以將輸出量線圈與輔助繼電器線圈直接并聯，也可以用輔助繼電器的常開觸點與輸出量線圈串聯。圖2-37中，Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4分別僅在M0.5、M0.2、M0.4、M0.3步出現一次，因此將Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4的線圈分別與M0.5、M0.2、M0.4、M0.3的線圈直接并聯；

② 某一輸出量在多步中都為接通狀態，為了避免雙線圈問題，將代表各步的輔助繼電器的常開觸點并聯后，驅動該輸出量線圈。圖2-37中，線圈Q0.0在M0.1～M0.5這5步均接通了，為了避免雙線圈輸出，所以用輔助繼電器M0.1～M0.5的常開觸點組成的并聯電路來驅動線圈Q0.0。

（5）沖床控制梯形圖程序解析

如圖2-38所示。

2.5.4　置位復位指令編程法介紹

置位復位指令編程法，其中間編程元件仍為輔助繼電器M，當前級步為活動步且滿足轉換條件的情況下，后續步被置位，同時前級步被復位。

需要說明，置位復位指令也稱以轉換為中心的編程法，其中有一個轉換就對應有一個置位復位電路塊，有多少個轉換就有多少個這樣電路塊。

與啟保停電路編程法一樣，置位復位指令編程法同樣因順序功能圖結構不同而不同，本節先看下單序列置位復位指令編程法。單序列順序功能圖與梯形圖的對應關系，如圖2-39所示。在圖2-39中，當Mi-1為活動步，且轉換條件Ii滿足，Mi被置位，同時Mi-1被復位，因此將Mi-1和Ii的常開觸點組成的串聯電路作為Mi步的啟動條件，同時它有作為Mi-1步的停止條件。這里只有一個轉換條件Ii，故僅有一個置位復位電路塊。

需要說明，輸出繼電器Qi線圈不能與置位、復位指令直接并聯，原因在于Mi-1與Ii常開觸點組成的串聯電路接通時間很短，當轉換條件滿足后，前級步立即復位，而輸出繼電器至少應在某步為活動步的全部時間內接通。處理方法：用所需步的常開觸點驅動輸出線圈Qi，如圖2-40所示。

2.5.5　置位復位指令編程法任務實施

置位復位指令編程法任務實施前兩步與啟保停電路編程法一樣，這里不再贅述，關鍵是第三步，順序功能圖轉化為梯形圖與啟保停電路編程法不同。

① 將順序功能圖轉化為梯形圖，如圖2-41所示。

② 沖床控制置位復位指令編程法程序解析，如圖2-42所示。

以M0.1步為例，講解順序功能圖轉化為梯形圖的過程。由順序功能圖可知，M0.1的前級步為M0.0，轉換條件為I0.0·I0.1·I0.3，因此將M0.0的常開觸點和轉換條件I0.0·I0.1·I0.3的常開觸點串聯組成的電路，作為M0.1的置位條件和M0.0的復位條件，當M0.0的常開觸點和轉換條件I0.0·I0.1·I0.3的常開觸點都閉合時，M0.1被置位，同時M0.0被復位。

使用置位復位指令編程法時，不能將輸出量的線圈與置位復位指令直接并聯，原因在于置位復位指令所在的電路只接通一個掃描周期，當轉換條件滿足后前級步馬上被復位，該串聯電路立即斷開，這樣一來輸出量線圈不能在某步對應的全部時間內接通。鑒于此，在處理梯形圖輸出電路時，用代表步的輔助繼電器的常開觸點或者常開觸點的并聯電路來驅動輸出量線圈。圖2-41中，Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4分別用M0.5、M0.2、M0.4、M0.3的常開觸點驅動，而Q0.0在M0.1～M0.5這5步都出現，為了防止出現雙線圈問題，用輔助繼電器M0.1～M0.5常開觸點組成的并聯電路來驅動線圈Q0.0。

2.5.6　順序控制繼電器指令編程法介紹

與其他的PLC一樣，西門子S7-200 SMART PLC也有一套自己專門編程法，即順序控制繼電器指令編程法，它用來專門編制順序控制程序。順序控制繼電器指令編程法通常由順序控制繼電器指令實現。

順序控制繼電器指令不能與輔助繼電器M聯用，只能和狀態繼電器S聯用才能實現順控功能。

（1）順序控制繼電器指令格式

順序控制繼電器指令格式，如表2-5所示。

（2）單序列順序控制編程法

單序列順序功能圖與梯形圖的對應關系如圖2-43所示。在圖2-43中，當Si-1為活動步時，Si-1步開始，線圈Qi-1有輸出；當轉換條件Ii滿足時，Si被置位，即轉換到下一步Si步，Si-1步停止。對于單序列程序，每步都是這樣的結構。

2.5.7　順序控制繼電器指令編程法任務實施

順序控制繼電器指令編程法I/O分配與前兩種方法一樣，順序功能圖和順序功能圖與梯形圖的轉化與前兩種方法不同。

① 沖床順序功能圖的繪制，如圖2-44所示。

② 將順序功能圖轉化為梯形圖，如圖2-45所示。

2.5.8　移位寄存器指令編程法介紹

單序列順序功能圖中的各步總是順序通斷，且每一時刻只有一步接通，因此可以用移位寄存器指令進行編程。使用移位寄存器指令，在順序功能圖轉化為梯形圖時，需完成以下四步，如圖2-46所示。

2.5.9　移位寄存器指令編程法任務實施

沖床控制的順序功能圖與啟保停電路編程法、置位復位指令編程法的順序功能圖一致。沖床控制移位寄存器指令編程法如圖2-47所示。

圖2-47梯形圖中，用移位寄存器M0.1～M0.6這6位代表夾緊、下行、上行、左行、右行和延時6步。移位寄存器的移位輸入端由若干串聯電路并聯而成，每條串聯電路由某一步的輔助繼電器的常開觸點和對應的轉換條件組成。網絡1和網絡2的作用是使M0.1～M0.6清零，使M0.0置1。M0.0置1使數據輸入端DATA移入1。當左限位I0.1、上限位I0.3為1時，按下啟動按鈕I0.0，移位輸入電路第一行接通，使M0.0中的1移入M0.1中，M0.1被激活，M0.1的常開觸點使輸出量T37、Q0.0接通，機械手夾緊2s。同理，各轉換條件T37、I0.2、I0.4、I0.3、I0.1、T38接通產生的移位脈沖使1狀態向下移動，并最終返回M0.0。在整個過程中，M0.1～M0.6接通，它們的相應常開觸點斷開，使接在移位寄存器數據輸入端DATA的M0.0總是斷開的，直到T38接通產生移位脈沖使1溢出。T38接通產生移位脈沖另一個作用是使M0.1～M0.6清零，這時網絡二M0.0所在的電路再次接通，使數據輸入端DATA移入1，當再按下啟動按鈕I0.0時，系統重新開始運行。