西門子PLC實現順序控制的應用方法

程闊

摘要：順序控制是廣泛應用于工業控制技術，利用PLC是實現順序控制的最佳方法，通過使用順序功能圖可以實現復雜順序PLC控制，此方法具有簡單、直觀、高效和不易出錯等特點。本文將以送料小車的控制為例，以PLC通用指令實現順序功能圖步進的思想，提高編程的效率。

關鍵詞：順序控制；通用指令；順序功能圖

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-4437（2014）01-0067-03

順序功能流程圖（Sequential Function Chart，SFC）是PLC中非常好的一種解決順序控制的語言，它的出現使順序控制類問題設計變得簡單明了，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，是一種通用的技術語言。國際電工委員會（IEC）公布了“控制系統功能圖準備”標準（IEC848），順序功能圖作為PLC首位的編程語言，我國在1986年頒布了功能圖的國家標準（GB6988.6—86）[1，2]。本文是以西門子公司S7-200型PLC為例來闡述用順序功能流程圖實現順序PLC控制的。

一、順序功能圖

順序功能圖編程是圖形化編程方法，用流程圖來描述某個順序控制過程，步、轉換、有向連線及動作幾部分構成。順序功能圖最基本的思想是將系統的一個工作周期劃分為若干個順序相連的步（Step），一般用編程元件（M或S表示）來代表各步。步是根據輸出量的狀態變化來劃分的。初始步是步開始的標示，每工作步內將要完成特定的動作，使相應的輸出量保持正確的邏輯輸出狀態，并保持不變，但相鄰步輸出量的狀態是不同的。順序功能圖中，步用方框表示，方框內是步的元件號或步的名稱，步與步之間是通過有向線段連接。其中從上到下和從左到右的箭頭可以省去不畫，有向線段上的垂直短線和它旁邊的圓圈或方框是該步期間的輸出信號。步與步之間用“有向連線”連接，在有向連線上小短線表示轉換條件，當條件得到滿足時，步發生轉換，本步動作結束，進入接下步進行工作。當系統正處于某一步時，稱該步為“活動步”。步與步之間有轉換條件，完全是為了確保控制嚴格地按照順序執行。

二、順序功能圖編程過程

順序控制有多種方式，其中常用的有通用的起保停格式指令來完成，也可能使用不具有通用性的步進來實現。使用通用的起保停格式，即為起動、保持和停止。起動即激活此一步，使這步進入工作狀態；保持即保持這步始終處于ON狀態，并使這步的所有輸出保持不變，直到進入下一步；停止即激活其它步時，本步工作停止。

順序功能圖實現某一個復雜的順序控制，關鍵是步的劃分，若步劃分完成，編程可按固定格式進行。步的劃分，重要的依據參考就是根據所有輸出量的狀態動作進行劃分，而且相鄰兩步輸出量的狀態一般是不同的。

對于多數沒有掌握步進思想的編程者來說，不太理解同一控制系統中，有些輸出量在多步中始終保持接通，卻分在幾步進行？對于此問題，應從以下兩個方面來理解。第一，對一個復雜的順序控制過程分解成多步后，這將容易實現編程，它能把全局應考慮的復雜編程問題轉變成對步進行的編程，步的劃分實質上是對控制過程進行最小化的處理分析。步的編程決定了整個系統編程，減小編程出錯的可能；第二，實現的過程中，復雜的順序控制過程分解成多步控制后，保持的輸出量狀態，不會因為步的劃分產生差異。

順序功能圖中，步的轉換應該具備兩個條件，即激活某步時，該步的前級步為“活動步”與相應的轉換條件成立時。轉換實現應完成的操作有兩個，后續步都變為“活動步”，前級步都變為“不活動步” 。自動控制系統是一個循環重復執行工藝過程，所以在順序功能圖中應當由步和有向連線組成的閉環結構，即應當從最后一步返回初始步。并且系統停止也在初始步。

三、順序功能圖及程序控制

順序功能圖有單序列、選擇序列、并行序列。單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步的后面僅有一個轉換，每一個轉換的后面只有一個步。選擇序列的開始稱為分支，轉換符號只能標在水平連線之下。一般只允許同時選擇一個序列，即選擇序列中的各序列是互相排斥的，其中的任何兩個序列都不會同時執行。選擇序列的結束稱為合并，幾個選擇序列合并到一個公共序列時，用需要重新組合的序列相同數量的轉換符號和水平連線表示，轉換符號只允許標在水平連線之上 。并行序列的開始稱為分支，當轉換的實現導致幾個序列同時激活時，這些序列稱為并行序列。每個序列中活動步的進展將是獨立的。在表示同步的水平雙線之上，只允許有一個轉換符號.并行序列用來表示系統的幾個同時工作的獨立部分的工作情。并行序列的結束稱為合并，在表示同步的水平雙線之下，只允許有一個轉換符號[3，4]。

現以送料小車系統示意圖如圖1所示，PLC接線圖如圖2所示，指出順序控制設計的基本方法。

圖1 小車的行程控制系統示意圖

圖2 裝料/卸料小車的I/O接線圖

工作過程描述：初始位置，小車在左端，左限位開關SQ1（I0.2）被壓下。按起動按鈕SB1（I0.0），小車開始裝料。8s后裝料結束，小車自動向右運行，碰到右限位開關SQ2（I0.3時，停止右行，小車開始卸料。5s后卸料結束，小車自動向左行，碰到左限位開關SQ1后，停止左行，開始裝料……，如此循環，當按下停止按鈕SB2（I0.1），當前循環完成后，小車結束工作。通過上述描述，本例的工作過程是按步進行的順序控制，若采用經驗法進行設計時，小車在一個循環過程中經過相同行程開關產生的輸出結果有所不同，處理起來麻煩，沒有相關設計的設計者來說，實現工作過程有一定的困難。按照順序控制設計法來設計，較為簡單。首先，把送料小車正常工作時的一個工作循環按輸出量的狀態變化來劃分如下步：初始步（為個順序控制應該有）、裝料（第一步）、右行（第二步）、卸料（第三步）、左行（第四步）。

在小車一個工作循環中，行程開關的狀態的變化，并不一定會引起輸出的變化，只有引起激活下一步的轉換條件成立，輸出量才可能變化，否則不會引起當前步輸出的變化，此屬于單序列。設計的順序功能圖如圖3所示。

對應的通用指令梯形圖如圖4所示。圖4控制系統中的各輸出量在一個工作循環中通過多步接通分別實現。某一輸出量有信號一定要在活動步內。如小車要進行裝料Q0.0（高電位時），一定發生在S0.1，并且本步的實現對其它步沒有影響。對于選擇序列狀態轉移圖和并行序列狀態轉移圖的程序設計，設計原則是在基于單序列狀態轉移圖程序設計的基礎上，先集中進行分支轉移處理，然后按各分支順序進行順序驅動，最后集中向合并狀態轉移。

四、結束語

采用順序控制設計法解決復雜順序類的控制問題是最好的一種辦法，也是經驗設計法無法比擬的，通過功能圖分析設計工作變得異常簡單、高效，規律性強，且能編寫出比較復雜的順序控制程序，極大限度地提高了工作效率，所編程序易于分析、調試與修改。設計過程中，只要按照工藝過程把控制過程輸出量的狀態變化劃分為若干工作步，畫出功能順序圖，然后按功能圖進行套用編程，減少程序出錯，提高編程效率，使復雜問題變得簡單。

參考文獻：

[1] 劉曉燕.S7-200西門子PLC基礎教程[J].電氣技術，2010（5）：57—59.

[2] 廖常初.PLC梯形圖的順序控制設計法與順序功能圖[J].電工技術雜志，2001，10：51-53..

[3] 吳繼彬.可編程控制器梯形圖順序控制設計法概述[J].PLC&FA，2011（1）：31—34.

[4] [6]孫克禮，朱仁盛.基于運料小車自動往返順序控制的PLC程序設計[J].自動化技術與應用，2008，27（12）：93—97.