探索SFC圖在PLC教學(xué)中的作用

摘要：在現(xiàn)代的技工教育中，PLC課程的開設(shè)符合現(xiàn)代企業(yè)對(duì)高技術(shù)工人的要求。但是，針對(duì)現(xiàn)在技工教育中普遍的PLC教學(xué)方法和技工學(xué)生的特點(diǎn)，應(yīng)該在教學(xué)中側(cè)重SFC編程。由于SFC具有思路清晰、方法簡(jiǎn)單、工作高效、調(diào)試修改程序方便等優(yōu)勢(shì)，更有利于技工學(xué)生的吸收和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：技工教育PLCSFC

0 引言

可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC（Programmable Logic Controller），在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。

近幾年，隨著PLC的應(yīng)用越來越普及，正改變著工廠自動(dòng)控制的面貌。做為培養(yǎng)高技術(shù)工人的技工學(xué)校也開設(shè)了PLC這門課程。然而面對(duì)技工學(xué)生，在PLC教學(xué)中出現(xiàn)了一些問題。針對(duì)這些問題，通過參加2011年閩臺(tái)合作“五年計(jì)劃”2011年寒假教師電工培訓(xùn)班，發(fā)現(xiàn)在PLC的教學(xué)當(dāng)中，在符合教學(xué)大綱要求的情況下，側(cè)重SFC圖的編程，有利于學(xué)生的編程水平的提高。

1 PLC教學(xué)中的問題

1.1 技工學(xué)生的特點(diǎn) 做為技工學(xué)校的學(xué)生，他們?cè)谥R(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)方法、思維習(xí)慣存在以下特點(diǎn)：①知識(shí)儲(chǔ)備。學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備結(jié)構(gòu)不合理。他們對(duì)于理工科的基礎(chǔ)學(xué)科的掌握程度不夠，數(shù)學(xué)和計(jì)算能力不足，電工基礎(chǔ)知識(shí)不夠豐富，大部分學(xué)生之前對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)還很陌生。這種不合理的知識(shí)儲(chǔ)備結(jié)構(gòu)，給PLC教學(xué)帶來一定的難度。②學(xué)習(xí)方法。他們的學(xué)習(xí)方法遺留了以前在中學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)的缺點(diǎn)。缺少預(yù)習(xí)的準(zhǔn)備階段，復(fù)習(xí)的鞏固過程，特別是對(duì)于難度較大的問題，他們?nèi)狈δ托暮鸵懔ΑＫ伎嫉那啡保瑢?dǎo)致他們?cè)赑LC編程中缺少思路。③思維習(xí)慣。他們的思維特點(diǎn)是喜歡直觀、明了的東西，思考問題的發(fā)散程度不夠。思考問題時(shí)有時(shí)缺少一定的邏輯特點(diǎn)。

1.2 當(dāng)前PLC教學(xué)的特點(diǎn) 當(dāng)今比較普及的PLC教學(xué)特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

1.2.1 強(qiáng)調(diào)對(duì)梯形圖設(shè)計(jì)的掌握 梯形圖是一種從繼電接觸控制電路圖演變而來的圖形語(yǔ)言。它是借助類似于繼電器的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈以及串、并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和符號(hào)，根據(jù)控制要求聯(lián)接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關(guān)系的圖形。這些程序的特點(diǎn)是更符合繼電器控制系統(tǒng)的思路，和人的邏輯并不相似。

1.2.2 SFC圖的應(yīng)用相對(duì)較少 SFC圖的編程往往和步進(jìn)指令緊密聯(lián)系在一起。而一般的教材都把這部分內(nèi)容視為較高級(jí)的部分，編排在教材的后面章節(jié)。然而實(shí)際上，SFC圖的編程簡(jiǎn)單、直觀，容易上手，并不需要太多的PLC基礎(chǔ)鋪墊。

2 PLC的編程及SFC

PLC編程，就是用戶根據(jù)控制對(duì)象的要求，利用PLC廠家提供的程序編制語(yǔ)言，將一個(gè)控制要求描述出來的過程。編程語(yǔ)言有很多種：梯形圖、指令表、高級(jí)語(yǔ)言等。

PLC是計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制裝置發(fā)展的產(chǎn)物，在工業(yè)自動(dòng)化的企業(yè)，PLC的控制越來越普及，在最常見的自動(dòng)化控制中，順序控制占主要應(yīng)用。做為技工學(xué)校培養(yǎng)出來的學(xué)生，要能夠適應(yīng)企業(yè)的最常見的需求，這也正是技校教育的關(guān)鍵。SFC具有思路清晰、方法簡(jiǎn)單、工作高效、調(diào)試修改程序方便等優(yōu)勢(shì)。因此，在PLC教學(xué)當(dāng)中，要側(cè)重SFC的應(yīng)用。在臺(tái)灣的教育、培訓(xùn)當(dāng)中，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)被證明是正確的。

那么，什么是SFC？它的定義是什么？怎么應(yīng)用？為什么它具有這些優(yōu)點(diǎn)？

2.1 SFC的定義 SFC（Sequential Function Chart，SFC）叫順序功能圖，又叫做狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，同時(shí)也是設(shè)計(jì)PLC順序控制程序的一種有力工具。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是用狀態(tài)繼電器(簡(jiǎn)稱狀態(tài))描述的流程圖。

2.2 SFC的編程方法 流程圖主要由步、轉(zhuǎn)移(換)、轉(zhuǎn)移(換)條件、線段和動(dòng)作(命令)組成。

每一步用一個(gè)矩形方框表示，方框中用文字表示該步的動(dòng)作內(nèi)容或用數(shù)字表示該步的的標(biāo)號(hào)。與控制過程的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱為初始步。初始步表示操作的開始。每步所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載(線圈)用線段與方框連接。方框之間用線段連接，表示工作轉(zhuǎn)移的方向，習(xí)慣的方向是從上至下或從左至右，必要時(shí)也可以選用其它方向。線段上的短線表示工作轉(zhuǎn)移條件。

方框與負(fù)載連接的線段上的短線表示驅(qū)動(dòng)負(fù)載的聯(lián)鎖條件，當(dāng)聯(lián)鎖條件得到滿足時(shí)才能驅(qū)動(dòng)負(fù)載。轉(zhuǎn)移條件和聯(lián)鎖條件可以用文字或邏輯符號(hào)標(biāo)注在短線旁邊。狀態(tài)元件是構(gòu)成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的基本元素，是可編程序控制器的元件之一。狀態(tài)元件是構(gòu)成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的基本元素，是可編程序控制器的元件之一。①驅(qū)動(dòng)負(fù)載。②指定轉(zhuǎn)移的目的地。③給出轉(zhuǎn)移條件。

3教學(xué)應(yīng)用的案例

在PLC的應(yīng)用中，循環(huán)編程是一個(gè)很重要的部分。它應(yīng)用無處不在。循環(huán)編程的方法也是各種各樣。PLC為我們提供很多指令和方法，讓我們能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)編程。比如：使用高級(jí)指令SFTL；或者使用跳轉(zhuǎn)指令；再或者使用MC、MCR指令等等。但在實(shí)際的教學(xué)中，技校學(xué)生對(duì)這些編程方法就很難理解。但是如果用SFC進(jìn)行編程，就容易理解得多。以如下案例來講：

某噴泉有Ａ、B、C三組噴頭，要求啟動(dòng)后按照以下時(shí)序圖工作。

在控制過程中，要求A組噴頭由PLC的Y0來控制，Y0端子ON的時(shí)候，A組噴頭有水噴出。B組噴頭由PLC的Y1來控制，Y1端子ON的時(shí)候，B組噴頭有水噴出。C組噴頭由PLC的Y2來控制，Y2端子ON的時(shí)候，C組噴頭有水噴出。

如果這種控制時(shí)序圖要采用MC、MCR指令來編程，程序的可讀性較差。沒有比較深厚的編程基礎(chǔ)的人是比較難理解的。MC是主控指令。功能是：通過MC 指令的操作元件的常開觸點(diǎn)將左母線暫時(shí)移到一個(gè)所需的位置，產(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)左母線，形成一個(gè)主控電路塊。MCR 是主控復(fù)位指令。功能是：取消臨時(shí)左母線，即將左母線返回到原來的位置，結(jié)束其主控電路塊。也就是說MCR指令是主控電路的終點(diǎn)。在程序中，T5控制整個(gè)時(shí)序循環(huán)的周期，T5為ON時(shí)，主控觸點(diǎn)斷開，T5為OFF時(shí)，再次接通主控觸點(diǎn)。

但是這部分程序要求學(xué)習(xí)者必須充分掌握PLC的內(nèi)部工作原理，還要有一定的抽象思維能力。大部分的技校學(xué)生缺乏這些思維和分析思路，又缺乏鉆研的毅力。因此，這部分內(nèi)容的吸收就很困難。

如果采用SFC編程，則整個(gè)思路明晰，直觀易懂。下圖為該案例的SFC圖：

輸入的指令表為：

上述案例皆通過現(xiàn)實(shí)教學(xué)實(shí)踐證明：采用SFC圖編程的編程方法比采用MC指令的梯形圖編程容易理解，容易上手，學(xué)生的積極性也隨之增高。（以上程序在軟件GX Developer 中編寫，流程圖和時(shí)序圖在Visio中繪制。）

參考文獻(xiàn)：

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[3]三菱《FX2N編程手冊(cè)》.

[4]三菱《GX Developer 8操作手冊(cè)》.