2.5　冲床运动控制

2.5.1　任务导入

图2-34为某冲床的运动示意图。初始状态机械手在最左边，左限位SQ1压合，机械手处于放松状态（机械手的放松与夹紧受电磁阀控制，松开电磁阀失电，夹紧电磁阀得电），冲头在最上面，上限位SQ2压合；当按下启动按钮SB时，机械手夹紧工件并保持，3s后机械手右行，当碰到右限位SQ3后，机械手停止运动，同时冲头下行；当碰到下限位SQ4后，冲头上行；冲头碰到上限位SQ2后，停止运动，同时机械手左行；当机械手碰到左限位SQ1后，机械手放松，延时4s后，系统返回到初始状态。

2.5.2　启保停电路编程法介绍

本案例属于顺序控制，2.4节讲到解决此类问题有4种方法，分别为启保停电路编程法、置位复位指令编程法、顺序控制继电器指令编程法和移位寄存器指令编程法，那么先看第一种方法。

启保停电路编程法，其中间编程元件为辅助继电器M，在梯形图中，为了实现当前级步为活动步且满足转换条件成立时，才进行步的转换，总是将代表前级步的辅助继电器的常开触点与对应的转换条件触点串联，作为激活后续步辅助继电器的启动条件；当后续步被激活，对应的前级步停止，所以用代表后续步的辅助继电器的常闭触点与前级步的电路串联作为停止条件。

2.4节也讲到顺序功能图有三种基本结构，因此启保停电路编程法也因顺序功能图结构不同而不同，本节先看单序列启保停电路编程法。单序列顺序功能图与梯形图的对应关系如图2-35所示。在图2-35中，Mi-1，Mi，Mi+1是顺序功能图中连续3步。Ii，Ii+1为转换条件。对于Mi步来说，它的前级步为Mi-1，转换条件为Ii，因此Mi的启动条件为辅助继电器的常开触点Mi-1与转换条件常开触点Ii的串联组合；对于Mi步来说，它的后续步为Mi+1，因此Mi的停止条件为Mi+1的常闭触点。

2.5.3　启保停电路编程法任务实施

（1）根据控制要求，进行I/O分配

如表2-4所示。

（2）绘制顺序功能图

如图2-36所示。

（3）将顺序功能图转化为梯形图

如图2-37所示。

（4）冲床控制顺序功能图转化梯形图过程分析

以M0.0步为例，介绍顺序功能图转化为梯形图的过程。从图2-36顺序功能图中不难看出，M0.0的一个启动条件为M0.6的常开触点和转换条件T38的常开触点组成的串联电路。此外，PLC刚运行时，应将初始步M0.0激活，否则系统无法工作，所以初始化脉冲SM0.1为M0.0的另一个启动条件，这两个启动条件应并联。为了保证活动状态能持续到下一步活动为止，还需并上M0.0的自锁触点。当M0.0、I0.0、I0.1、I0.3的常开触点同时为1时，步M0.1变为活动步，M0.0变为不活动步，因此将M0.1的常闭触点串入M0.0的回路中作为停止条件。此后M0.1～M0.6步梯形图的转换与M0.0步梯形图的转换一致。

下面介绍顺序功能图转化为梯形图时输出电路的处理方法，分以下两种情况讨论：

① 某一输出量仅在某一步中为接通状态，这时可以将输出量线圈与辅助继电器线圈直接并联，也可以用辅助继电器的常开触点与输出量线圈串联。图2-37中，Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4分别仅在M0.5、M0.2、M0.4、M0.3步出现一次，因此将Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4的线圈分别与M0.5、M0.2、M0.4、M0.3的线圈直接并联；

② 某一输出量在多步中都为接通状态，为了避免双线圈问题，将代表各步的辅助继电器的常开触点并联后，驱动该输出量线圈。图2-37中，线圈Q0.0在M0.1～M0.5这5步均接通了，为了避免双线圈输出，所以用辅助继电器M0.1～M0.5的常开触点组成的并联电路来驱动线圈Q0.0。

（5）冲床控制梯形图程序解析

如图2-38所示。

2.5.4　置位复位指令编程法介绍

置位复位指令编程法，其中间编程元件仍为辅助继电器M，当前级步为活动步且满足转换条件的情况下，后续步被置位，同时前级步被复位。

需要说明，置位复位指令也称以转换为中心的编程法，其中有一个转换就对应有一个置位复位电路块，有多少个转换就有多少个这样电路块。

与启保停电路编程法一样，置位复位指令编程法同样因顺序功能图结构不同而不同，本节先看下单序列置位复位指令编程法。单序列顺序功能图与梯形图的对应关系，如图2-39所示。在图2-39中，当Mi-1为活动步，且转换条件Ii满足，Mi被置位，同时Mi-1被复位，因此将Mi-1和Ii的常开触点组成的串联电路作为Mi步的启动条件，同时它有作为Mi-1步的停止条件。这里只有一个转换条件Ii，故仅有一个置位复位电路块。

需要说明，输出继电器Qi线圈不能与置位、复位指令直接并联，原因在于Mi-1与Ii常开触点组成的串联电路接通时间很短，当转换条件满足后，前级步立即复位，而输出继电器至少应在某步为活动步的全部时间内接通。处理方法：用所需步的常开触点驱动输出线圈Qi，如图2-40所示。

2.5.5　置位复位指令编程法任务实施

置位复位指令编程法任务实施前两步与启保停电路编程法一样，这里不再赘述，关键是第三步，顺序功能图转化为梯形图与启保停电路编程法不同。

① 将顺序功能图转化为梯形图，如图2-41所示。

② 冲床控制置位复位指令编程法程序解析，如图2-42所示。

以M0.1步为例，讲解顺序功能图转化为梯形图的过程。由顺序功能图可知，M0.1的前级步为M0.0，转换条件为I0.0·I0.1·I0.3，因此将M0.0的常开触点和转换条件I0.0·I0.1·I0.3的常开触点串联组成的电路，作为M0.1的置位条件和M0.0的复位条件，当M0.0的常开触点和转换条件I0.0·I0.1·I0.3的常开触点都闭合时，M0.1被置位，同时M0.0被复位。

使用置位复位指令编程法时，不能将输出量的线圈与置位复位指令直接并联，原因在于置位复位指令所在的电路只接通一个扫描周期，当转换条件满足后前级步马上被复位，该串联电路立即断开，这样一来输出量线圈不能在某步对应的全部时间内接通。鉴于此，在处理梯形图输出电路时，用代表步的辅助继电器的常开触点或者常开触点的并联电路来驱动输出量线圈。图2-41中，Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4分别用M0.5、M0.2、M0.4、M0.3的常开触点驱动，而Q0.0在M0.1～M0.5这5步都出现，为了防止出现双线圈问题，用辅助继电器M0.1～M0.5常开触点组成的并联电路来驱动线圈Q0.0。

2.5.6　顺序控制继电器指令编程法介绍

与其他的PLC一样，西门子S7-200 SMART PLC也有一套自己专门编程法，即顺序控制继电器指令编程法，它用来专门编制顺序控制程序。顺序控制继电器指令编程法通常由顺序控制继电器指令实现。

顺序控制继电器指令不能与辅助继电器M联用，只能和状态继电器S联用才能实现顺控功能。

（1）顺序控制继电器指令格式

顺序控制继电器指令格式，如表2-5所示。

（2）单序列顺序控制编程法

单序列顺序功能图与梯形图的对应关系如图2-43所示。在图2-43中，当Si-1为活动步时，Si-1步开始，线圈Qi-1有输出；当转换条件Ii满足时，Si被置位，即转换到下一步Si步，Si-1步停止。对于单序列程序，每步都是这样的结构。

2.5.7　顺序控制继电器指令编程法任务实施

顺序控制继电器指令编程法I/O分配与前两种方法一样，顺序功能图和顺序功能图与梯形图的转化与前两种方法不同。

① 冲床顺序功能图的绘制，如图2-44所示。

② 将顺序功能图转化为梯形图，如图2-45所示。

2.5.8　移位寄存器指令编程法介绍

单序列顺序功能图中的各步总是顺序通断，且每一时刻只有一步接通，因此可以用移位寄存器指令进行编程。使用移位寄存器指令，在顺序功能图转化为梯形图时，需完成以下四步，如图2-46所示。

2.5.9　移位寄存器指令编程法任务实施

冲床控制的顺序功能图与启保停电路编程法、置位复位指令编程法的顺序功能图一致。冲床控制移位寄存器指令编程法如图2-47所示。

图2-47梯形图中，用移位寄存器M0.1～M0.6这6位代表夹紧、下行、上行、左行、右行和延时6步。移位寄存器的移位输入端由若干串联电路并联而成，每条串联电路由某一步的辅助继电器的常开触点和对应的转换条件组成。网络1和网络2的作用是使M0.1～M0.6清零，使M0.0置1。M0.0置1使数据输入端DATA移入1。当左限位I0.1、上限位I0.3为1时，按下启动按钮I0.0，移位输入电路第一行接通，使M0.0中的1移入M0.1中，M0.1被激活，M0.1的常开触点使输出量T37、Q0.0接通，机械手夹紧2s。同理，各转换条件T37、I0.2、I0.4、I0.3、I0.1、T38接通产生的移位脉冲使1状态向下移动，并最终返回M0.0。在整个过程中，M0.1～M0.6接通，它们的相应常开触点断开，使接在移位寄存器数据输入端DATA的M0.0总是断开的，直到T38接通产生移位脉冲使1溢出。T38接通产生移位脉冲另一个作用是使M0.1～M0.6清零，这时网络二M0.0所在的电路再次接通，使数据输入端DATA移入1，当再按下启动按钮I0.0时，系统重新开始运行。