论文部分内容阅读
【摘 要】基于当前课改，中职PLC教与学，要充分体现专业技能“能用，够用，会用”的原则。在PLC编程过程中，通常采用PLC梯形图编程来实现，但其具有局限性，采用SFC功能图来解决，思路清晰，更易读懂，可视性强，本文介绍了SFC编程和使用技巧，以三菱PLC为例，由浅入深，循序渐进地介绍了单一顺序SFC，选择顺序SFC，并行顺序SFC等应用，让学生更好掌握SFC 功能图的应用方法，活学活用，真正达到教育教学的目标。
【关键词】SFC 活学 活用
【中图分类号】TM571.61-4；G712 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）14-0067-02
对于PLC初学者，在PLC编程过程中，更多的是采用PLC梯形图编程来实现，梯形图编程，具有形象、直观、入门快等优点。但是，在梯形图的设计与编程过程当中，绝大多数采用的是经验法编程，具有局限性，若要对复杂控制过程进行编程，实现以来就很烦琐。例如：交通灯、机械手、电梯和生产线等，其控制过程具有时间先后关系，动作前后关系的实际问题，若采用步进指令来完成，不仅可以降低编程难度，还可以缩短编程周期，真正做到，事半功倍。而使用SFC功能图进行PLC编程和控制，可以更有效地解决本问题。
一、认识SFC功能图
在实际的教与学中，许多学生对步进指令很困惑，如何才能正确地使用该指令呢？分析其原因，一方面在于对步进指令不太了解，而关键的问题在于，学生没有很好的理解和掌握步进指令的以下常见问题：
（1）步与步之间的切换条件，即由上一步到下一部的转移条件。
（2）步与步之间的相互关系。即各动作的前后联系。
（3）状态转移图。即根据任务（项目）控制要求，画出顺序功能图。
而综合以上常见问题，重点和难点均为状态转移图的正确设计和使用。在教与学过程中，应加以引导，从状态转移图的绘制和使用为解决问题的突破口，真正理清步、步与步及转移条件等相互关系，理解 SFC功能图的几种常见形式及其应用。实践证明，通过反复练习和使用，不仅可以大大提高学生的编程能力，而且可以更为方便地解决更多实际问题。
步：在功能表图中，用来表示某个或某些执行元件的状态。在SFC图中用方框来表示如下图（图1）
转换条件：用来实现当前步执行到下一步的条件。在SFC图中，用画一短横线来表示。在应用中，转换条件通常是由输入信号接通或断开（具体要结合控制要求），如：传感器、按钮、开关和时间继电器等，对于三菱PLC就是由输入（X）或定时器（T）来实现。（图2）
SFC功能图。即状态转移图，也称为顺序功能图，它是实现步进指令的基础，在三菱PLC编程软件中，可以使用SFC进行编程。当然，在实际应用中梯形图和SFC功能图可实现相互转换。
二、SFC的活学活用
SFC功能图，可分为单一顺序SFC，选择顺序SFC，并行顺序SFC，以及跳转与循环顺序SFC。在实现应用当中，经常会出现当中两个或多个混合使用的情况，即多流程SFC控制，因此，单一顺序SFC，选择顺序SFC，并行顺序SFC，以及跳转与循环顺序SFC，它们是学习步进指令的基础，应该熟练掌握，尤其是通过学习，能够灵活运用。
（一）单一循环SFC
单一循环SFC是学习其它顺序SFC的基础，它是单一流程的，比较简单，对于初学者，关键是要理解步，转移条件，以及相邻步与步之间的联系。建议在编程之前，先画SFC功能图，即状态流程图。某音乐喷泉，要求单周运行，每按一次启动按钮，则实现一个喷水周期，具体如下：
（1）中央指示灯亮5秒。（2）中央喷水4秒。（3）环状指示灯亮3秒。（4）环状喷水5秒。
本例控制要求共有4个动作过程，也就是说，可以分为四个步，并且步与步之间的切换是通过时间控制的，即转移条件为定时器，从控制要求来看，它属于单一顺序SFC控制。
（二）选择顺序SFC
选择顺序SFC，在控制过程中，根据不同的条件，在多个流程选择其中一个流程。例如图3，从第1步到下一步，即14步、15步或16步， 分别由转移条件0、2和4执行。它相当等效于图4，从图中可以看出，第1步转移到第14是由转移条件0决定的；第1步转移到第15是由转移条件2决定的；第1步转移到第16是由转移条件4决定的。也就是说，它是多条分支选择其一，并且只有当该条分支执行完成后，重新等待下一次分支选择时，其它分支才有可能生效，具体要执行哪一分支，同样，也要看该分支的转移条件0、2或4，转移条件满足，则转移其相对应的下一步。
案例分析：
在某机电一体化控制设备中，需要进行物料分捡。具体控制如下：现有三种材质物料，分别为金属，白色和黑色，要进行分类分捡。当金属传感器检测到金属材料时，将物料推入槽一；当白色传感器检测到白色材料时，将物料推入槽二；当黑色传感器检测到金属材料时，将物料推入槽三。根据分析，它属于选择顺序SFC，其SFC功能图如（图5）所示。
（三）并行顺序SFC
并行顺序SFC，在控制过程中，表示若干个顺序同时开始和结束执行。也说是说，在某一个转移条件满足时，同时起动若干个顺序，完成各自相对应的动作后，同时结束并转移到到并行的下一个状态。如6图，该功能流程控制图等效于图7，从第0步到下一步，即10步、12步或14步，是由转移条件0决定的。从图中可以看出，只要当前状态0步有效，并且其满足转移条件0，则对应的三条分支同时有效，并同时执行。接下来分别根据转移条件执行各自的分支。但是，三条分支任意一条执行完毕，并没有完成并行顺序控制，只有所有分支各自全部执行完毕汇合，然后才能完成本并行控制。即对于本图中有各自执行到步11、步13和步16以后，才能转移到下一状态。 以交通灯控制为例（图8）。
①系统工作后，首先南北红灯亮并维持30S；与此同时，东西绿灯亮，并维持25S时间，到25S时，东西绿灯闪亮，闪亮3S后熄灭。
②在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持2S，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
③东西红灯亮并维持30S；与此同时，南北绿灯亮，并维持25S，然后，南北绿灯闪亮，闪亮3S后熄灭。
④在南北绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持2S后熄灭，同时，南北红灯亮，东西绿灯亮，至此，进入一个工作循环。
限于篇幅，本例梯形图暂略，以SFC功能流程图为例说明（图9）。经分析，从该SFC并行顺序控制功能图中，可以看出，只要PLC一上电，执行第0步，通常，我们把这一步称之为初始步。如果转移条件0满足，在本例中，该转移条件为按钮开关X0，当按钮X0时，同时执行第21步和26步。也说是21和第26步所对应的分支同时执行，当执行到图9所示状态是时（第25步和第30步都有效），并且转移条件11满足后，将跳转到第0步。
三、SFC功能图教学成效
通过以上对SFC功能图的具体介绍和分析，更加丰富了PLC编程方法。概括起来它具有以下优点。
1.SFC 程序是按照设备（或工艺）的动作 顺序而编写，所以程序的规律性较强，容易读懂，可视性强，并且大大缩短编程开发周期。
2.在设备发生故障时能很容易的找出故障所在位置，方便技术人员调试与修改。
3.降低编程难度，适合各类PLC编程人员使用。不需要复杂的互锁电路，更容易设计和维护系统。
4.操作更快捷，显示更直观，检查程序更方便等，在程序中可以清晰、直观地看到每个步的状态情况。
在运用SFC功能流程图，建议初学者，首先，认真分析和理解类似问题的时间先后或动作顺序问题，状态前后彼此联系，步与步之间的切换关系等，然后，在编写SFC功能图之前，能正确绘制功能状态图。最后，在编写完成SFC功能图时，通过三菱PLC仿真软件进行仿真调试，在仿真过程中，观察每步的工作过程是否正确，是否符合实际控制顺序要求，反之，对其进行反复修改和调试。通过实际案例的应用与实践，真正实现活学活用的学习目的。
参考文献：
[1]三菱FX系列PLC应用技能实训 肖明耀 编著 中国电力出版社 2010.6
[2]FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC编程手册 2007版
【关键词】SFC 活学 活用
【中图分类号】TM571.61-4；G712 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）14-0067-02
对于PLC初学者，在PLC编程过程中，更多的是采用PLC梯形图编程来实现，梯形图编程，具有形象、直观、入门快等优点。但是，在梯形图的设计与编程过程当中，绝大多数采用的是经验法编程，具有局限性，若要对复杂控制过程进行编程，实现以来就很烦琐。例如：交通灯、机械手、电梯和生产线等，其控制过程具有时间先后关系，动作前后关系的实际问题，若采用步进指令来完成，不仅可以降低编程难度，还可以缩短编程周期，真正做到，事半功倍。而使用SFC功能图进行PLC编程和控制，可以更有效地解决本问题。
一、认识SFC功能图
在实际的教与学中，许多学生对步进指令很困惑，如何才能正确地使用该指令呢？分析其原因，一方面在于对步进指令不太了解，而关键的问题在于，学生没有很好的理解和掌握步进指令的以下常见问题：
（1）步与步之间的切换条件，即由上一步到下一部的转移条件。
（2）步与步之间的相互关系。即各动作的前后联系。
（3）状态转移图。即根据任务（项目）控制要求，画出顺序功能图。
而综合以上常见问题，重点和难点均为状态转移图的正确设计和使用。在教与学过程中，应加以引导，从状态转移图的绘制和使用为解决问题的突破口，真正理清步、步与步及转移条件等相互关系，理解 SFC功能图的几种常见形式及其应用。实践证明，通过反复练习和使用，不仅可以大大提高学生的编程能力，而且可以更为方便地解决更多实际问题。
步：在功能表图中，用来表示某个或某些执行元件的状态。在SFC图中用方框来表示如下图（图1）
转换条件：用来实现当前步执行到下一步的条件。在SFC图中，用画一短横线来表示。在应用中，转换条件通常是由输入信号接通或断开（具体要结合控制要求），如：传感器、按钮、开关和时间继电器等，对于三菱PLC就是由输入（X）或定时器（T）来实现。（图2）
SFC功能图。即状态转移图，也称为顺序功能图，它是实现步进指令的基础，在三菱PLC编程软件中，可以使用SFC进行编程。当然，在实际应用中梯形图和SFC功能图可实现相互转换。
二、SFC的活学活用
SFC功能图，可分为单一顺序SFC，选择顺序SFC，并行顺序SFC，以及跳转与循环顺序SFC。在实现应用当中，经常会出现当中两个或多个混合使用的情况，即多流程SFC控制，因此，单一顺序SFC，选择顺序SFC，并行顺序SFC，以及跳转与循环顺序SFC，它们是学习步进指令的基础，应该熟练掌握，尤其是通过学习，能够灵活运用。
（一）单一循环SFC
单一循环SFC是学习其它顺序SFC的基础，它是单一流程的，比较简单，对于初学者，关键是要理解步，转移条件，以及相邻步与步之间的联系。建议在编程之前，先画SFC功能图，即状态流程图。某音乐喷泉，要求单周运行，每按一次启动按钮，则实现一个喷水周期，具体如下：
（1）中央指示灯亮5秒。（2）中央喷水4秒。（3）环状指示灯亮3秒。（4）环状喷水5秒。
本例控制要求共有4个动作过程，也就是说，可以分为四个步，并且步与步之间的切换是通过时间控制的，即转移条件为定时器，从控制要求来看，它属于单一顺序SFC控制。
（二）选择顺序SFC
选择顺序SFC，在控制过程中，根据不同的条件，在多个流程选择其中一个流程。例如图3，从第1步到下一步，即14步、15步或16步， 分别由转移条件0、2和4执行。它相当等效于图4，从图中可以看出，第1步转移到第14是由转移条件0决定的；第1步转移到第15是由转移条件2决定的；第1步转移到第16是由转移条件4决定的。也就是说，它是多条分支选择其一，并且只有当该条分支执行完成后，重新等待下一次分支选择时，其它分支才有可能生效，具体要执行哪一分支，同样，也要看该分支的转移条件0、2或4，转移条件满足，则转移其相对应的下一步。
案例分析：
在某机电一体化控制设备中，需要进行物料分捡。具体控制如下：现有三种材质物料，分别为金属，白色和黑色，要进行分类分捡。当金属传感器检测到金属材料时，将物料推入槽一；当白色传感器检测到白色材料时，将物料推入槽二；当黑色传感器检测到金属材料时，将物料推入槽三。根据分析，它属于选择顺序SFC，其SFC功能图如（图5）所示。
（三）并行顺序SFC
并行顺序SFC，在控制过程中，表示若干个顺序同时开始和结束执行。也说是说，在某一个转移条件满足时，同时起动若干个顺序，完成各自相对应的动作后，同时结束并转移到到并行的下一个状态。如6图，该功能流程控制图等效于图7，从第0步到下一步，即10步、12步或14步，是由转移条件0决定的。从图中可以看出，只要当前状态0步有效，并且其满足转移条件0，则对应的三条分支同时有效，并同时执行。接下来分别根据转移条件执行各自的分支。但是，三条分支任意一条执行完毕，并没有完成并行顺序控制，只有所有分支各自全部执行完毕汇合，然后才能完成本并行控制。即对于本图中有各自执行到步11、步13和步16以后，才能转移到下一状态。 以交通灯控制为例（图8）。
①系统工作后，首先南北红灯亮并维持30S；与此同时，东西绿灯亮，并维持25S时间，到25S时，东西绿灯闪亮，闪亮3S后熄灭。
②在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持2S，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
③东西红灯亮并维持30S；与此同时，南北绿灯亮，并维持25S，然后，南北绿灯闪亮，闪亮3S后熄灭。
④在南北绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持2S后熄灭，同时，南北红灯亮，东西绿灯亮，至此，进入一个工作循环。
限于篇幅，本例梯形图暂略，以SFC功能流程图为例说明（图9）。经分析，从该SFC并行顺序控制功能图中，可以看出，只要PLC一上电，执行第0步，通常，我们把这一步称之为初始步。如果转移条件0满足，在本例中，该转移条件为按钮开关X0，当按钮X0时，同时执行第21步和26步。也说是21和第26步所对应的分支同时执行，当执行到图9所示状态是时（第25步和第30步都有效），并且转移条件11满足后，将跳转到第0步。
三、SFC功能图教学成效
通过以上对SFC功能图的具体介绍和分析，更加丰富了PLC编程方法。概括起来它具有以下优点。
1.SFC 程序是按照设备（或工艺）的动作 顺序而编写，所以程序的规律性较强，容易读懂，可视性强，并且大大缩短编程开发周期。
2.在设备发生故障时能很容易的找出故障所在位置，方便技术人员调试与修改。
3.降低编程难度，适合各类PLC编程人员使用。不需要复杂的互锁电路，更容易设计和维护系统。
4.操作更快捷，显示更直观，检查程序更方便等，在程序中可以清晰、直观地看到每个步的状态情况。
在运用SFC功能流程图，建议初学者，首先，认真分析和理解类似问题的时间先后或动作顺序问题，状态前后彼此联系，步与步之间的切换关系等，然后，在编写SFC功能图之前，能正确绘制功能状态图。最后，在编写完成SFC功能图时，通过三菱PLC仿真软件进行仿真调试，在仿真过程中，观察每步的工作过程是否正确，是否符合实际控制顺序要求，反之，对其进行反复修改和调试。通过实际案例的应用与实践，真正实现活学活用的学习目的。
参考文献：
[1]三菱FX系列PLC应用技能实训 肖明耀 编著 中国电力出版社 2010.6
[2]FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC编程手册 2007版