编程实例：常开/常闭触点的电控器控制和模拟开关设计

15.3.4.1 主联结

在控制课题转换成一个SPS程序时，首先用键控器和传感器分配SPS输入。在DIN VDE0113中对输入功能的规定是用1信号（或用常开接点）接通，用0信号（也可以用常闭接点）断开，然后用如继电器控制元件赋值SPS输出（图15-21）。

在表15-3中是用AWL、FUP和KOP3种程序语言描述UND、ODER、NICHT的运算和赋值。在表15-3中是以STEP5和按DINEN61131-3的规定表示。赋值总是与输出A和存储器M有关联。存储器存储中间结果，并且除了在SPS内部使用外其他功能与输出相同。

例题2：

在一个工厂中只允许师傅通过钥匙开关S1、两个仅共同通过钥匙开关S2、S3的层传感器操作设备（图15-22）。若K1吸动，则表明设备准备就绪。请建立分配表和SPS程序。

图15-21 SPS布线

图15-22 例题2SPS布线

表 15-3

首先建立分配表（表15-4）。

表15-4 分配

对程序建立主要要弄清的是在输入施加什么信号输出才有1信号。问题是是要操作开关或不操作开关。

对例题2的控制课题列出公式：如果E2.2LINDE2.3一个1信号有ODER、如果E2.1唯一有1信号，则输出A6.0有1信号。由此须得出图15-23a所示的逻辑图、图15-23b所示的语句目录和图15-23c所示的接点图。

图15-23 例题2用SPS程序

a）逻辑图 b）语句目录 c）接点图

15.3.4.2 常开触点与常闭触点

例题3：

一个电子车间的大门是由电控器S1（AUF）和电控器S2（AB）点动打开与关闭。上终端位置终端由开关S3发出信号，下终端位置终端由开关S4发出信号（图15-24a）。请设计SPS程序。

图15-24 有换向电路门推动机构

a）技术简图 b）分配 c）SPS布线

由于有短路危险所以不允许两个输出同时接通，因此他们必须相对闭塞。闭塞按图15_-25所示的SPS程序中的软件和按图15-24c所示布线实现。按DINVDE0113一个闭塞在程序中是不允许的。

图15-25 例题3用SPS程序

a）逻辑图 b）语句目录 c）接点图

为了确定程序生成，则在SPS处的输入端应有所属的输出1信号，对此有以下的描述：

1）打开：如果A6.1输出一个1信号，则门打开。若在E2.1和E2.3有一个1信号，E2.2和A6.0有一个0信号（闭塞），输出A6.1有1信号。

2）关闭：如果A6.1有一个1信号，则门关闭。如果在E2.2和E2.4有一个1信号、E2.1和A6.1有一个0信号（闭塞），输出A6.1有0信号。

此描述导出图15-25a所示的逻辑图。由逻辑图可以确定图15-25b所示的语句目录。图15-25c所示为接点图。

提示：例题3的实验应注意：一个教学SPS输入的开关元件多为常开的。为了模拟E2.3和E2.4的两个终端开关（常闭）S3和S4，则必须接上相应的开关以提供1信号。在这种情况下首先要符合不操作的终端开关。输入的1信号由当时担任显示输入的LED的发光来辨认。门达到终端开关，则相应的开关打开，于是就有了0信号。

由图15-25所示的程序不能辨认出E2.3和E2.1是一个常闭接线还是一个常开接线。一个SPS只能寄存逻辑信号1或0，但不能确定开关是关闭还是打开。在例题3中，输入E2.1和E2.3总应提供一个1信号，于是门打开。这就是所说的实现应答1。当时的输入是接常闭还是常开，控制编程员应按DINVDE0113安全规范的规定来确定。

图15-26 门驱动机构信号灯（例题4）

a）技术简图 b）分配 c）SPS布线

例题4：

例题4是例题3的扩展，即在师傅的办公室中通过两个控制灯P1和P2以显示门的最终位置。如果门完全打开，则P1点亮；如果门关闭，则P2点亮（见图15-26）。请建立SPS程序。

如果门完全打开，则上终端S3开关提供一个0信号；在门关闭时，下终端开关S4有一个0信号。

控制任务描述：如果E2.3有一个0信号，输出A6.3有1信号，如果E2.4提供一个0信号则输出A6.4进行1信号。这就是所说的实现一询问0。描述图15-27a所示的逻辑图，并由逻辑图实现图15-27b所示的语句目录，图15-27c所示为接点图。

图15-27 例题4用SPS程序

a）逻辑图 b）语句目录 c）接点图

把图15-27c所示的接点图与图15-25c进行比较，并由此发现虽然S3和S4的总是相同的常闭接点接到两个输入上，但在接点图15-27c中输入E2.3和E2.4有两个不同符号。此外，在图15-27c中还发现S1常开接点接在E2.1上，而S3常闭触点接在E2.3上。但是，两个输入在接点图中有相同符号。接点图中的符号不像在电路中表示线路符号，而是示意否或是及询问0或询问1（表15-5）。

表15-5 询问0和1

接点图中的符号与电路图中的线路符号不同。

复习题

1.请描述SPS的工作方式。

2.如何理解SPS的概念？

3.用SPS建立换向控制时应注意什么？

4.SPS控制的设备在更改程序时与连接程序控制相比有何优点？

5.在一个水厂中装有3台水泵A、B和C，并且总是要接通2台水泵。水泵的功能由电流监控器控制，即B0（E2.0）用于水泵A，B1（E2.1）用于水泵B，而B2（E2.2）用于水泵C。信号灯P1点亮表示运行正常，P2亮表示出现故障。请画出SPS布线和建立SPS程序。

15.3.4.3 存储器功能

与知道许多存储器元件的数字技术相反，SPS只识别两个存储器功能，即图15-28所示的优先复位存储器功能和优先置位存储器功能。优先置位存储器功能也称为置位优先的，而优先复位存储器功能为复位优先的。

图15-28 优先置位和优先复位存储器功能

如果同时置位条件和复位条件紧贴一个存储器功能输入，则在输出优先复位存储器功能有一个0信号，而优先置位存储器功能有一个1信号。优先复位存储器功能用于机器和设备的控制，而优先置位存储器功能则用于事故信号装置和故障报警。

当操作AUS电控器，也就是同时接通时，机器和设备必须断开。如故障报警的故障信号装置只要故障存在就必须保持接通状态，对故障信号断开（回复）也是同样的要求。

复位占优势的存储器功能用于机器和设备，而置位占优势的存储器功能用于事故信号装置。

SPS的优势取决于编程顺序。图15-29所示是作为一个优先复位存储器功能的范例来解释其作用原理。由于SPS为串行程序处理，所以首先处理置位语句，满足位置条件。因此，在PAA过程显示中输出A6.0置在1，然后，处理复位语句。因为复位条件也满足，所以PAA过程显示中信号状态1以一个0加标题。在最后的语句后，PAA把信号传输到输出。此后，输出有写入SPS的为一个0的最后信号状态。

图15-29 SPS的工作方式

同时满足置位条件和复位条件时，则程序中最后处理的语句优先。

基于断线安全和接地安全，电气设备和机器用一个1信号并通过常开触点接通及用0信号并通过常闭触点断开。这对于如故障报警的故障信号装置能准确转换，其中用0信号接通，用1信号断开。

例题5：

图15-30所示为一个电子车间的大门操作电控制器S1（AUF）打开，操作电控器S2（AB）关闭。上终端位置由终端开关S3发出信号，下终端位置由终端开关S4发出信号。门打开在自持中，但仅以点动关闭。打开可以由STOPP电控键中断。在门的下面装有安全接点S5，其作用是当门出现障碍时立即中断门。请编制SPS程序。

语言及逻辑描述控制问题：

1）打开：如果电控器S1有一个1信号，则输出A6.1被置位。如果S0或S3提供一个0信号，则A6.2有一个1信号（截止）或输出A6.1被复位。

2）关闭：如果S2和S4和S5和S0提供一个1信号，则输出A6.1有一个0信号（截止），输出A6.2有一个1信号。(www.xing528.com)

图15-30 有安全接点的门驱动机构

a）技术简图 b）分配 c）SPS布线

此描述导制出图15-31a所示的逻辑图和图15-31b所示的语句目录。

图15-31 例题5用SPS程序

a）逻辑图 b）STEP5和STEP7中并按DINEN61131-3的语句目录

为了使SPS程序设计明了，则把其在线路中分线。以逻辑图的描述方式在一个线路中只可编程一个逻辑连接。

复习题

1.例题5的车间门现在已允许以自持关闭。出于安全上的原因只可能直接从“门关闭”转换到“门打开”。请以FUP和AWL编制一个程序。

2.一台交流三相电动机可以从两个位置用电控器接通与断开。确定其SPS布线。列出电动机接通与断开条件。以FUP和AWL编制一个SPS程序。

15.3.4.4 时间函数

SPS的时间函数可以从时间上限制或延迟信号（表15-6）。一个SPS时间函数大多数包括几个不同的性能，如脉冲、响应延迟或返回延迟。每个SPS的最小范围为响应延迟，并可以复制全部所希望的时间函数。

表15-6 时间函数（选自STEP7）

在一个自动化系统中总有几个时间函数可供支配，并且以编号进行区分，如T0或T34。脉冲和响应延迟是由正脉冲边沿启动，而返回延迟则是由多脉冲边沿启动。

持续时间的编程与制造者有关。S5系统的自动化系统，如图15-32所示，其定时总是由时间因子和时基组成。所调整的持续时间是时间因子与时基的乘积。时间持续时间的精度取决于所选时基（表15-7）。

图15-32 S5自动化设备的时间格式

表15-7 时间函数误差

接通持续时间越精确，则选择的时基越小；时基越小，则SPS循环时间越长。

PS3或PS4自动化系统，对于一个常数KW时间函数的编程，其持续时间为1/10s。用KW50的编程，其持续时间为5s。

例题6：

如图15-33a所示，由SPS代替自动星形-三角形联结。在电动机以星形联结启动后在4s后转换为三角形联结，电动机用EIN（S1）接通并用AUS（S0）断开。在过电流继电器（F4）释放时电动机停止。请编制SPS程序。

图15-33 自动星形-三角形联结（例题6）

a）技术简图 b）分配 c）SPS布线

为解例题不应进行偿试，而应由电路图编制程序。口头上和逻辑的描述较容易导出SPS程序。如果是SPS程序为控制过程中的动作顺序打基础，这常常是有益的。

例题的口头逻辑描述：E2.1（S1）1信号置位A6.1（电力接触器）和A6.2（星形接触器）作为响应延迟启动时间。在所调时间期满后，A6.2（星形接触器）复位，而A6.3（三角形接触器）置位。E2.0（S0）或E2.2（F4）的一个0信号全部输出复位。用于星形接触器和三角形接触器的输出在当时的复位输出是相对闭塞，由描述得到图15-34所示的逻辑图。

图15-34 例题6用SPS逻辑图

15.3.4.5 计数器

为了记录工件数，SPS应有一个计数器。如图15-35所示，计数器大多数为正向计数器和反向计数器。用一个正向数字输入（ZV）或反向输入（ZR）处的正信号边沿可增加和减小现实计数器状态1。在置位输入（S）处的一个正信号边沿，则计数器接收计数器输入（2W）要求的数值。在复位输入R位一个正边沿，则计数器接收一个数值0。输出Q在S5和S7控制时是二进制输出，并在计数器状态不等于0时有一个1信号。只有在计数器状态0时输出Q才进行0信号。当达到计数器状态0时，计数器从一个确定的数值由反向进行计数并把二进制输出Q从1信号变换到0信号。这种信号转换可以使用转换电路。

如图15-35所示，现实计数器状态在S5和S7控制系统的输出DUAL上为二进制编码，而在输出DEZ上为二-十进制编码。为了继续处理，如在标记字（MW）中的计数器状态要进行存储。标记字是由16个标记组成。如图15-36所示，标记字可以划分成两个标记字节。

图15-35 STEP5和STEP7的计数器符号

图15-37所示的PS3控制和PS4控制仅在输出2的计数器状态0时有一个1信号，否则2有一个0信号。它在输出QW上给出瞬时计数器状态二进制编码。

图15-36 标记字的划分

图15-37 PS3和PS4计数器符号

例题7：

在一个家具厂的质量保证试验室中，家具的抽屉由偏心轮驱动进行500次的推入与拉出。由操作EIN（S1）启动试验循环。控制灯P1表示试验循环在进行。若抽屉推入，则终端开关S2关闭。AUS（S0）中断试验过程。在重新启动时，重新进行500个试验循环（图15-38）。

图15-38 偏心轮驱动（例题7）

a）技术简图 b）分配 c）SPS布线

例题7的口头上逻辑描述：若EIN键控器S1（E2.1）有一个1信号，则输出A6.1置位。若计数器数出500个循环，AUS键控器S0（E2.0）ODER导制一个0信号，则输出A6.1复位。计数器作为反向计数器编程。终端开关S2提供计数脉冲。如果S1（E2.1）有一个1信号，则计数器置位在计数值500上。UND计数状态仍为0（提示：若计数器仅由S1置位，在试验循环时偶尔操作JS1时，计数器重新接收值500）。由描述得出图15-39所示的逻辑图。

复习题

一台离心机以低转速n₁启动并最早可在10s后变换到高转速n₂。控制灯P1指示转换准备（图15-40）。过电流继电器F2保护电动机高转速时绕组；F3保护电动机低转速时绕组。离心机可用AUS键控器随时断开。请做以下工作：

图15-39 例题7用SPS逻辑图

图15-40

a）建立分配表。

b）画出SPS布线。

c）阐述接通与断开转速n₁和n₂的条件。

d）由列出公式编制SPS程序。

15.3.4.6 比较器

为了释放给定计数器状态的控制功能，则在把一个计数器用于作正向计数器或反向计数器时，需要图15-41所示的比较器。对比存储计数器状态，如在一个标记字中，并且把此标记字与一个常数进行比较。例如20的常数，对于STEP5点为KF20，而对于STEP7点则为20。此常数为二进制编码，因此只允许与其他二进制编码数值进行比较。

比较器是数1与数2比较。如果满足了电路符号的比较，则有1信号。

图15-41 范例IN1≥IN2的比较器

例题8：

如图15-42a所示，在一个网球包装设备中，球在上面落进大仓库中，然后再向下落。掉进和取出的球由光栅采集并计数。若掉进大仓库的存货低于100个球，则控制灯P1点亮。若在大仓库中最少有100个球，则P1只能以应答键控器S0断开。

例题的口头逻辑描述：在光栅B1的一个正信号边沿时，计数器状态提高1，而在光栅B2的一个正信号边沿时，计数器状态减小1。在标记字MW10中现实计数器以二进制编码中间存储并在比较器中与常数100比较。若计数器状态少于100，则比较器提供1信号并置位输出A6.1（控制灯P1）。如果在仓库中最少有100个球，则A6.1通过应答键控器S0复位。由以上描述得到图15-43所示的逻辑图。

提示：控制灯P1是一个故障报警装置，并作为优先置位存储元件进行编程。为了保证断线安全，此存储元件以1信号复位。

图15-42 包装设备（例题8）

a）技术简图 b）分配 c）SPS布线