基于SFC圖在《PLC控制技術》教學中的應用探索與實踐

摘要：《PLC控制技術》課程是電類、機械類、自動化類等專業的核心專業課程之一， 該課程的開設符合現代企業對高技術人才的需求。本文通過對中職教育中普遍的PLC教學特點和中職學校學生的特點進行剖析，并通過教學實踐提出：在教學中，由于SFC圖具有思路清晰、方法簡單、工作高效、調試修改程序方便等優勢，非常有利于學生的吸收和應用。

關鍵詞：中職；PLC課程；SFC圖

一、引言

PLC控制系統得到越來越廣泛的應用，可以說自從PLC誕生以來，它已成功地應用于工業中幾乎所有領域，包括鋼鐵廠、 紙漿廠、 食品加工廠、 化工和石油化工廠、汽車廠和電廠等。PLC可以完成各種控制任務，從重復開關控制單一機器到復雜的制造加工控制。作為培養高技術人才的職業學校也開設了PLC這門課程，是電類、機械類、自動化類等專業的核心專業課程之一。

PLC是計算機和自動控制裝置發展的產物，其控制系統是以程序的形式來體現其控制功能的，因此在學習時大量的時間將用在程序的設計上，也就是軟件編程的設計上。在建立一個 PLC控制系統時，必須首先把系統需要的輸入輸出數量確定下來，然后按需要確定各種動作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關系。但在教學中，筆者發現學生學習PLC編程時因缺乏實際工作經驗和邏輯思維能力也比較差，使得設計思路、邏輯分析模糊不清，不知從何下手的情況。為此，筆者通過幾年的教學實踐總結出PLC有效的編程設計方法：在符合教學大綱要求的情況下，側重SFC圖的編程，有利于學生對整個控制系統具有思路清晰、方法簡單、調試修改程序方便，能提高編程的效率和編程的水平等優勢。

二、PLC教學中的問題

（一）中職學校學生的特點。

（1）知識儲備。學生的知識儲備結構不合理。他們對于理工科的基礎學科的掌握程度不夠，數學和計算能力不足，電工基礎知識不夠豐富，大部分學生之前對計算機結構還很陌生。這種不合理的知識儲備結構，給PLC教學帶來一定的難度。（2）學習方法。他們的學習方法遺留了以前在中學學習時的缺點，如缺少預習的準備階段，復習的鞏固過程，特別是對于難度較大的問題，缺乏耐心和毅力。（3）思維習慣。他們的思維特點是喜歡直觀、明了的東西，思考問題的發散程度不夠，缺少一定的邏輯思維能力。

（二）當今比較普及的PLC教學特點。

（1）強調對梯形圖設計的掌握：這種方法沒有固定的步驟可遵循，且有很大的試探性和隨意性。特別是在設計復雜系統的梯形圖時，需要大量的中間單元來完成記憶、聯鎖、互鎖等功能，考慮的因素較多，它們往往又交織在一起，分析起來比較困難，很容易遺漏一些應考慮的問題。且修改某一局部電路時，經常是“牽一發而動全身”，對控制系統其他部分產生意想不到的影響，和人的邏輯也并不相似，不能發揮學生用邏輯思維去全面分析整個控制系統。

（2）SFC圖的應用相對較少：SFC圖的編程往往和步進指令緊密聯系在一起。而一般的教材都把這部分內容視為較高級的部分，編排在教材的后面章節。然而實際上，SFC圖的編程簡單、直觀，容易上手，并不需要太多的PLC基礎鋪墊，關鍵是便于學生設計構思、邏輯分析，全面分析整個控制系統的工作過程，在臺灣的教育、培訓當中，這個經驗已經被證明是正確的。 所以，在剛學習PLC知識時就可以采用該方法編程，這種設計方法也很容易被初學者接受。

三、順序功能流程圖語言（SFC）概述

（一）SFC的定義。

SFC（Sequential Function Chart，SFC）叫PLC流程圖，又稱為順序功能圖，在計算機編程中用得很多。所謂順序控制，就是按照生產工藝預先規定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態和時間的順序，在生產過程中各個執行機構自動地有秩序地進行操作。

（二）SFC的編程方法。

流程圖主要由步、轉移（換）、轉移（換）條件、線段和動作（命令）組成。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉換條件，根據轉移條件對控制系統的功能流程順序進行分配，一步一步的按照順序動作。每一步用一個矩形方框表示，方框中用文字表示該步的動作內容或用數字表示該步的標號。這種編程語言使程序結構清晰，易于閱讀及維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調試時間。

四、SFC圖在教學中的應用案例

在面對依據控制系統的要求：對被控制對象必須完成的動作和順序，分析各階段的工作特點和各個控制裝置彼此之間的相互關系以及轉換的條件等問題時，學生往往顯得束手無策，一籌莫展。但是如果用SFC進行編程，就容易理解得多。PLC程序設計一般可以采用，如圖1的步驟進行。

如用以下案例來說明SFC圖的編程方法（以下用 三菱FX2N — 48MR為例）：

（一）案例1：交通信號燈的PLC自動控制。

控制要求：按下啟動按鈕SB1時，東西方向：綠燈亮4S；閃動2S后熄滅；黃燈亮2S后熄滅，紅燈亮8S后熄滅. 南北方向： 紅燈亮8S后熄滅， 綠燈亮4S；閃動2S后熄滅；黃燈亮2S后熄滅，一直循環下去，當按下停止按鈕SB2時，所有燈均熄滅。

1. 分析控制要求。

2. 列出I/O分配表。

3. 畫出PLC流程圖，如圖3所示：

4. 編PLC梯形圖。

在編程過程中，可以采用步進指令（STL/RET）進行編程。也可以采用基本邏輯指令進行編程，但要提醒同學們注意，最好用到“M8013”1秒時鐘脈沖發生器進行編程，這樣就可以避免產生雙線圈輸出。

（二）案例2：全自動洗衣機控制。

控制要求：

（1）總體控制要求：洗衣機啟動后，按以下順序進行工作：洗滌（1次）→漂洗（2次）→脫水→發出報警，衣服洗好。

（2）洗滌、漂洗：進水→正轉3秒，反轉3秒，15個循環→排水→脫水。

（3）報警：蜂鳴器響 5秒。

（4）進水：進水閥打開后水面升高，首先液位開關SL2閉合，然后SL1閉合，SL1閉合后，關閉進水閥。

（5）排水：排水閥打開后水面下降，首先液位開關SL1斷開，然后SL2斷開，SL2斷開，停止排水。

（6）脫水：脫水30秒。

1. 分析控制要求。

依據控制要求分析可知，在整個控制系統中，主要的動作過程有：進水—洗滌、漂洗（正轉、反轉）— 排水 — 脫水— 報警 — 停機。一個工作循環的過程有：正轉3秒，反轉3秒，重復15次。如此完成3次大循環后，則進行洗完報警后停機。

2. I/O（輸出/輸出點）分配。

3. 畫出PLC流程圖，如圖4所示：

4. 編PLC梯形圖。

和案例1一樣，學生可以采用步進指令（STL/RET）或者用基本邏輯指令進行編程。

五、結語

上述案例皆通過現實教學實踐證明：采用SFC圖編程的編程方法，完全改變了學生以往學習PLC編程時的設計構思和邏輯分析，更好地解決了學習中最難掌握的編程難題，創新能力也得以開發和培養，解決實際問題的能力也有了明顯的提高。

（作者單位：肇慶市四會中等專業學校）

參考文獻：

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[2]張玲.“PLC應用技術”教改探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2006，（10）.

[3]廖常初.PLC梯形圖的順序控制設計方法與順序功能圖[J]. 電工技術，2001，（4）.

責任編輯朱守鋰