SFC功能圖在中職PLC教學(xué)中的應(yīng)用與探究

余建華

【摘 要】基于當(dāng)前課改，中職PLC教與學(xué)，要充分體現(xiàn)專業(yè)技能“能用，夠用，會(huì)用”的原則。在PLC編程過(guò)程中，通常采用PLC梯形圖編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，但其具有局限性，采用SFC功能圖來(lái)解決，思路清晰，更易讀懂，可視性強(qiáng)，本文介紹了SFC編程和使用技巧，以三菱PLC為例，由淺入深，循序漸進(jìn)地介紹了單一順序SFC，選擇順序SFC，并行順序SFC等應(yīng)用，讓學(xué)生更好掌握SFC 功能圖的應(yīng)用方法，活學(xué)活用，真正達(dá)到教育教學(xué)的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】SFC 活學(xué) 活用

【中圖分類號(hào)】TM571.61-4；G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）14-0067-02

對(duì)于PLC初學(xué)者，在PLC編程過(guò)程中，更多的是采用PLC梯形圖編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，梯形圖編程，具有形象、直觀、入門快等優(yōu)點(diǎn)。但是，在梯形圖的設(shè)計(jì)與編程過(guò)程當(dāng)中，絕大多數(shù)采用的是經(jīng)驗(yàn)法編程，具有局限性，若要對(duì)復(fù)雜控制過(guò)程進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)以來(lái)就很煩瑣。例如：交通燈、機(jī)械手、電梯和生產(chǎn)線等，其控制過(guò)程具有時(shí)間先后關(guān)系，動(dòng)作前后關(guān)系的實(shí)際問(wèn)題，若采用步進(jìn)指令來(lái)完成，不僅可以降低編程難度，還可以縮短編程周期，真正做到，事半功倍。而使用SFC功能圖進(jìn)行PLC編程和控制，可以更有效地解決本問(wèn)題。

一、認(rèn)識(shí)SFC功能圖

在實(shí)際的教與學(xué)中，許多學(xué)生對(duì)步進(jìn)指令很困惑，如何才能正確地使用該指令呢？分析其原因，一方面在于對(duì)步進(jìn)指令不太了解，而關(guān)鍵的問(wèn)題在于，學(xué)生沒(méi)有很好的理解和掌握步進(jìn)指令的以下常見(jiàn)問(wèn)題：

（1）步與步之間的切換條件，即由上一步到下一部的轉(zhuǎn)移條件。

（2）步與步之間的相互關(guān)系。即各動(dòng)作的前后聯(lián)系。

（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。即根據(jù)任務(wù)（項(xiàng)目）控制要求，畫(huà)出順序功能圖。

而綜合以上常見(jiàn)問(wèn)題，重點(diǎn)和難點(diǎn)均為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的正確設(shè)計(jì)和使用。在教與學(xué)過(guò)程中，應(yīng)加以引導(dǎo)，從狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的繪制和使用為解決問(wèn)題的突破口，真正理清步、步與步及轉(zhuǎn)移條件等相互關(guān)系，理解 SFC功能圖的幾種常見(jiàn)形式及其應(yīng)用。實(shí)踐證明，通過(guò)反復(fù)練習(xí)和使用，不僅可以大大提高學(xué)生的編程能力，而且可以更為方便地解決更多實(shí)際問(wèn)題。

步：在功能表圖中，用來(lái)表示某個(gè)或某些執(zhí)行元件的狀態(tài)。在SFC圖中用方框來(lái)表示如下圖（圖1）

轉(zhuǎn)換條件：用來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前步執(zhí)行到下一步的條件。在SFC圖中，用畫(huà)一短橫線來(lái)表示。在應(yīng)用中，轉(zhuǎn)換條件通常是由輸入信號(hào)接通或斷開(kāi)（具體要結(jié)合控制要求），如：傳感器、按鈕、開(kāi)關(guān)和時(shí)間繼電器等，對(duì)于三菱PLC就是由輸入（X）或定時(shí)器（T）來(lái)實(shí)現(xiàn)。（圖2）

SFC功能圖。即狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，也稱為順序功能圖，它是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)指令的基礎(chǔ)，在三菱PLC編程軟件中，可以使用SFC進(jìn)行編程。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中梯形圖和SFC功能圖可實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。

二、SFC的活學(xué)活用

SFC功能圖，可分為單一順序SFC，選擇順序SFC，并行順序SFC，以及跳轉(zhuǎn)與循環(huán)順序SFC。在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)當(dāng)中兩個(gè)或多個(gè)混合使用的情況，即多流程SFC控制，因此，單一順序SFC，選擇順序SFC，并行順序SFC，以及跳轉(zhuǎn)與循環(huán)順序SFC，它們是學(xué)習(xí)步進(jìn)指令的基礎(chǔ)，應(yīng)該熟練掌握，尤其是通過(guò)學(xué)習(xí)，能夠靈活運(yùn)用。

（一）單一循環(huán)SFC

單一循環(huán)SFC是學(xué)習(xí)其它順序SFC的基礎(chǔ)，它是單一流程的，比較簡(jiǎn)單，對(duì)于初學(xué)者，關(guān)鍵是要理解步，轉(zhuǎn)移條件，以及相鄰步與步之間的聯(lián)系。建議在編程之前，先畫(huà)SFC功能圖，即狀態(tài)流程圖。某音樂(lè)噴泉，要求單周運(yùn)行，每按一次啟動(dòng)按鈕，則實(shí)現(xiàn)一個(gè)噴水周期，具體如下：

（1）中央指示燈亮5秒。（2）中央噴水4秒。（3）環(huán)狀指示燈亮3秒。（4）環(huán)狀噴水5秒。

本例控制要求共有4個(gè)動(dòng)作過(guò)程，也就是說(shuō)，可以分為四個(gè)步，并且步與步之間的切換是通過(guò)時(shí)間控制的，即轉(zhuǎn)移條件為定時(shí)器，從控制要求來(lái)看，它屬于單一順序SFC控制。

（二）選擇順序SFC

選擇順序SFC，在控制過(guò)程中，根據(jù)不同的條件，在多個(gè)流程選擇其中一個(gè)流程。例如圖3，從第1步到下一步，即14步、15步或16步， 分別由轉(zhuǎn)移條件0、2和4執(zhí)行。它相當(dāng)?shù)刃в趫D4，從圖中可以看出，第1步轉(zhuǎn)移到第14是由轉(zhuǎn)移條件0決定的；第1步轉(zhuǎn)移到第15是由轉(zhuǎn)移條件2決定的；第1步轉(zhuǎn)移到第16是由轉(zhuǎn)移條件4決定的。也就是說(shuō)，它是多條分支選擇其一，并且只有當(dāng)該條分支執(zhí)行完成后，重新等待下一次分支選擇時(shí)，其它分支才有可能生效，具體要執(zhí)行哪一分支，同樣，也要看該分支的轉(zhuǎn)移條件0、2或4，轉(zhuǎn)移條件滿足，則轉(zhuǎn)移其相對(duì)應(yīng)的下一步。

案例分析：

在某機(jī)電一體化控制設(shè)備中，需要進(jìn)行物料分撿。具體控制如下：現(xiàn)有三種材質(zhì)物料，分別為金屬，白色和黑色，要進(jìn)行分類分撿。當(dāng)金屬傳感器檢測(cè)到金屬材料時(shí)，將物料推入槽一；當(dāng)白色傳感器檢測(cè)到白色材料時(shí)，將物料推入槽二；當(dāng)黑色傳感器檢測(cè)到金屬材料時(shí)，將物料推入槽三。根據(jù)分析，它屬于選擇順序SFC，其SFC功能圖如（圖5）所示。

（三）并行順序SFC

并行順序SFC，在控制過(guò)程中，表示若干個(gè)順序同時(shí)開(kāi)始和結(jié)束執(zhí)行。也說(shuō)是說(shuō)，在某一個(gè)轉(zhuǎn)移條件滿足時(shí)，同時(shí)起動(dòng)若干個(gè)順序，完成各自相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作后，同時(shí)結(jié)束并轉(zhuǎn)移到到并行的下一個(gè)狀態(tài)。如6圖，該功能流程控制圖等效于圖7，從第0步到下一步，即10步、12步或14步，是由轉(zhuǎn)移條件0決定的。從圖中可以看出，只要當(dāng)前狀態(tài)0步有效，并且其滿足轉(zhuǎn)移條件0，則對(duì)應(yīng)的三條分支同時(shí)有效，并同時(shí)執(zhí)行。接下來(lái)分別根據(jù)轉(zhuǎn)移條件執(zhí)行各自的分支。但是，三條分支任意一條執(zhí)行完畢，并沒(méi)有完成并行順序控制，只有所有分支各自全部執(zhí)行完畢匯合，然后才能完成本并行控制。即對(duì)于本圖中有各自執(zhí)行到步11、步13和步16以后，才能轉(zhuǎn)移到下一狀態(tài)。

以交通燈控制為例（圖8）。

①系統(tǒng)工作后，首先南北紅燈亮并維持30S；與此同時(shí)，東西綠燈亮，并維持25S時(shí)間，到25S時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮3S后熄滅。

②在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮并維持2S，然后東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。

③東西紅燈亮并維持30S；與此同時(shí)，南北綠燈亮，并維持25S，然后，南北綠燈閃亮，閃亮3S后熄滅。

④在南北綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮并維持2S后熄滅，同時(shí)，南北紅燈亮，東西綠燈亮，至此，進(jìn)入一個(gè)工作循環(huán)。

限于篇幅，本例梯形圖暫略，以SFC功能流程圖為例說(shuō)明（圖9）。經(jīng)分析，從該SFC并行順序控制功能圖中，可以看出，只要PLC一上電，執(zhí)行第0步，通常，我們把這一步稱之為初始步。如果轉(zhuǎn)移條件0滿足，在本例中，該轉(zhuǎn)移條件為按鈕開(kāi)關(guān)X0，當(dāng)按鈕X0時(shí)，同時(shí)執(zhí)行第21步和26步。也說(shuō)是21和第26步所對(duì)應(yīng)的分支同時(shí)執(zhí)行，當(dāng)執(zhí)行到圖9所示狀態(tài)是時(shí)（第25步和第30步都有效），并且轉(zhuǎn)移條件11滿足后，將跳轉(zhuǎn)到第0步。

三、SFC功能圖教學(xué)成效

通過(guò)以上對(duì)SFC功能圖的具體介紹和分析，更加豐富了PLC編程方法。概括起來(lái)它具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1.SFC 程序是按照設(shè)備（或工藝）的動(dòng)作 順序而編寫(xiě)，所以程序的規(guī)律性較強(qiáng)，容易讀懂，可視性強(qiáng)，并且大大縮短編程開(kāi)發(fā)周期。

2.在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能很容易的找出故障所在位置，方便技術(shù)人員調(diào)試與修改。

3.降低編程難度，適合各類PLC編程人員使用。不需要復(fù)雜的互鎖電路，更容易設(shè)計(jì)和維護(hù)系統(tǒng)。

4.操作更快捷，顯示更直觀，檢查程序更方便等，在程序中可以清晰、直觀地看到每個(gè)步的狀態(tài)情況。

在運(yùn)用SFC功能流程圖，建議初學(xué)者，首先，認(rèn)真分析和理解類似問(wèn)題的時(shí)間先后或動(dòng)作順序問(wèn)題，狀態(tài)前后彼此聯(lián)系，步與步之間的切換關(guān)系等，然后，在編寫(xiě)SFC功能圖之前，能正確繪制功能狀態(tài)圖。最后，在編寫(xiě)完成SFC功能圖時(shí)，通過(guò)三菱PLC仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)試，在仿真過(guò)程中，觀察每步的工作過(guò)程是否正確，是否符合實(shí)際控制順序要求，反之，對(duì)其進(jìn)行反復(fù)修改和調(diào)試。通過(guò)實(shí)際案例的應(yīng)用與實(shí)踐，真正實(shí)現(xiàn)活學(xué)活用的學(xué)習(xí)目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]三菱FX系列PLC應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn) 肖明耀 編著 中國(guó)電力出版社 2010.6

[2]FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC編程手冊(cè) 2007版