幾種基于順序功能圖的編程方法的比較

摘要：本文主要針對(duì)三菱FX2N系列PLC，通過(guò)具體的實(shí)例對(duì)幾種基于順序功能圖（SFC）的編程方法進(jìn)行比較，并做分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：三菱 順序功能圖 PLC SFC

0 引言

PLC以其抗干擾能力強(qiáng)，編程較為容易在工控領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。但對(duì)于毫無(wú)工控經(jīng)驗(yàn)的PLC初學(xué)者來(lái)說(shuō)上手還是有一定的困難。本文介紹的幾種基于順序功能圖（SFC）編程思路的編程方法，對(duì)于缺乏繼電器控制線路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的PLC初學(xué)者來(lái)說(shuō)更容易上手，能大大提高編程效率及正確率。

1 順序功能圖法

1.1 順序功能圖

順序功能圖（Sequential Function Chart，SFC）是分析和設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)順控程序的重要工具，同時(shí)又是一種PLC編程語(yǔ)言。它主要由步、動(dòng)作和轉(zhuǎn)換組成。通過(guò)將一個(gè)復(fù)雜的順控過(guò)程分解為一些小的工作步序，對(duì)每個(gè)工步的功能分別處理后再將它們依順序連接，組合成整體的控制程序。它提供了一種組織程序的圖形方法，體現(xiàn)了一種編程思路。主要表述為是由一個(gè)狀態(tài)在滿足一定的轉(zhuǎn)換條件時(shí)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)即為“步”。所以，順序功能圖也稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。如圖1-1所示。

1.1.1 步：步(Step)，在順序功能圖中用矩形方框表示，并用軟元件(例如輔助繼電器M 或狀態(tài)寄存器S)來(lái)代表。與系統(tǒng)初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱為“初始步”（用雙線方框表示），系統(tǒng)正處于某一步的狀態(tài)時(shí)，該步即為“活動(dòng)步”。

1.1.2 動(dòng)作：動(dòng)作（Action），指PLC輸出的狀態(tài)或內(nèi)部軟元件的狀態(tài)，每一步對(duì)應(yīng)一個(gè)動(dòng)作，或若干個(gè)動(dòng)作的組合。相鄰兩步的動(dòng)作一般不同。

1.1.3 轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換用于將相鄰兩步分隔開(kāi)。當(dāng)某步處于活動(dòng)步且當(dāng)前的轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，轉(zhuǎn)換發(fā)生效果，把當(dāng)前步復(fù)位，并激活下一步為活動(dòng)步。即使程序從一步走到另一步。

順序功能圖法編程就是用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的軟元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的軟元件去控制PLC的各輸出繼電器。

1.2 順序功能圖編程的注意事項(xiàng)

①兩個(gè)步絕對(duì)不能直接相連，必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換隔開(kāi)。

②兩個(gè)轉(zhuǎn)換不能直接相連，必須用一個(gè)步將它們隔開(kāi)。

③初始步是必不可少的，無(wú)初始步，系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)入步狀態(tài)。

④只有當(dāng)某步的所有前級(jí)步都是活動(dòng)步時(shí)，該步才有可能變成活動(dòng)步。

⑤只有當(dāng)前級(jí)步是活動(dòng)步時(shí)，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換才能起作用。

2 基于順序功能圖編程思路的幾種編程方法

2.1 基于SFC的梯形圖編程

順序功能圖法主要體現(xiàn)了一種編程思路，而這種編程思路可以通過(guò)使用不同的PLC指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。以下是幾種常見(jiàn)的編程方法：

2.1.1 “SET、RST”法：通過(guò)使用轉(zhuǎn)換條件不斷地將前狀態(tài)復(fù)位，同時(shí)將當(dāng)前狀態(tài)置位的方法實(shí)現(xiàn)。如圖2-1所示。

在M0狀態(tài)時(shí)，滿足轉(zhuǎn)換條件X1，將M1狀態(tài)置位，同時(shí)將M0狀態(tài)復(fù)位。在M1狀態(tài)時(shí)，滿足轉(zhuǎn)換條件X2，將M2狀態(tài)置位，同時(shí)將M1狀態(tài)復(fù)位。

2.1.2 “起、保、?！狈ǎ簩⒒顒?dòng)步與轉(zhuǎn)換條件作為下一個(gè)狀態(tài)的啟動(dòng)信號(hào)，同時(shí)作為上一個(gè)狀態(tài)的停止信號(hào)。與“SET RST”法類(lèi)似，只是使用類(lèi)似繼電器的“起、保、停”線路完成狀態(tài)切換。如圖3-3所示。

2.1.3 移位指令法：使用移位指令，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移。如圖3-4。使用若干個(gè)連續(xù)的軟元件作為步代號(hào)，將活動(dòng)步與轉(zhuǎn)換條件作為移位指令的使能信號(hào)，當(dāng)處在某活動(dòng)步且當(dāng)前轉(zhuǎn)換條件滿足，移位指令有效，ON狀態(tài)由當(dāng)前軟元件移位到下一軟元件，即進(jìn)入下一狀態(tài)。

2.2 SFC法

很多PLC編程軟件都有特定的SFC編程模式，日系的如三菱、歐姆龍，國(guó)產(chǎn)的臺(tái)達(dá)等。而這種編程模式更接近于直接繪制SFC圖?？梢酝ㄟ^(guò)選擇方法繪制“步”“轉(zhuǎn)換”“動(dòng)作”“跳轉(zhuǎn)”等部件組合成一套SFC程序。以三菱編程軟件為例。其編制成的程序即如圖2-4所示。其中“TRAN”為SFC編程特殊用指令，表示當(dāng)左側(cè)條件滿足時(shí)執(zhí)行轉(zhuǎn)移，由當(dāng)前“活動(dòng)步”轉(zhuǎn)換到下一“步”。但使用此種方法，必須使用特殊的狀態(tài)軟元件S，初始步的選擇必須在S0～S9范圍內(nèi)。且必須設(shè)置一個(gè)LD（梯形圖）塊，用作SFC初始狀態(tài)的啟動(dòng)。

3 幾種方法的特點(diǎn)及比較

3.1 “SET RST”法和“起、保、?！狈ū容^類(lèi)似，是編程語(yǔ)言規(guī)律性比較強(qiáng)，它較好提現(xiàn)了SFC轉(zhuǎn)換原則，由于涉及的指令較少，且所有PLC都有置復(fù)位指令以及編制起保停電路，所以此種方法具有一定的通用性。且由于涉及指令較少，編程簡(jiǎn)單，思路清晰，便于閱讀。但用這種方法編程會(huì)使得梯形圖中的程序比較長(zhǎng)，從而造成較長(zhǎng)的執(zhí)行時(shí)間以及間接造成程序閱讀修改的不方便。所以此種編程方法僅推薦用于小程序的編制。

3.2 移位指令法使用到特殊的移位指令，這就需要使用者對(duì)該條指令的應(yīng)用較為熟悉。同時(shí)由于其移位的特性，造成單次只能編制單流程的順序控制。如需要設(shè)計(jì)條件分支、匯合等需要分別使用多段分支的移位分別來(lái)完成，對(duì)于編程人員有相對(duì)較高的要求。所以此種方法僅推薦單流程小程序的編制，或具備一定編程基礎(chǔ)人員來(lái)使用。

3.3 SFC法相對(duì)于前3種編程方式較為特殊，使用者無(wú)需掌握太多編程技巧就可以直接用“繪制”的方法來(lái)完成編程。甚至有的軟件在程序主體界面都可以做成中文，幾乎可以實(shí)現(xiàn)中文方式編程，這樣對(duì)于使用者有較容易上手的優(yōu)點(diǎn)，且很容易完成條件分支、跳轉(zhuǎn)等功能。但此種方法受限于編程軟件以及PLC品牌規(guī)格。會(huì)有部分軟件及部分型號(hào)的PLC不支持SFC編程方式。所以此種編程方法應(yīng)用于可以支持SFC語(yǔ)言的任意一款PLC，且對(duì)于編程人員基礎(chǔ)要求較低，適合初學(xué)者。

4 總結(jié)

實(shí)際工作中遇到的編程自然會(huì)比本文所寫(xiě)的要復(fù)雜，而PLC的程序也有著許多巧妙的實(shí)現(xiàn)方法，本文所介紹的SFC法也并不是孤立的，SFC也可以與LD相結(jié)合進(jìn)行使用。但順序功能圖作為一種編程思路，對(duì)動(dòng)作流程較為復(fù)雜的順控系統(tǒng)的程序編制，具有一定的普遍意義，可作為借鑒。

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作者簡(jiǎn)介：徐黎(1980-)，男，江蘇蘇州人，實(shí)驗(yàn)師，蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院任教師，從事電氣方面的研究。