程闊

摘要：順序控制是廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制技術(shù)，利用PLC是實(shí)現(xiàn)順序控制的最佳方法，通過使用順序功能圖可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜順序PLC控制，此方法具有簡(jiǎn)單、直觀、高效和不易出錯(cuò)等特點(diǎn)。本文將以送料小車的控制為例，以PLC通用指令實(shí)現(xiàn)順序功能圖步進(jìn)的思想，提高編程的效率。

關(guān)鍵詞：順序控制；通用指令；順序功能圖

中圖分類號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(yǔ)言，它的出現(xiàn)使順序控制類問題設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)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(shù)，是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）公布了“控制系統(tǒng)功能圖準(zhǔn)備”標(biāo)準(zhǔn)（IEC848），順序功能圖作為PLC首位的編程語(yǔ)言，我國(guó)在1986年頒布了功能圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（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(shí)現(xiàn)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(gè)順序控制過程，步、轉(zhuǎn)換、有向連線及動(dòng)作幾部分構(gòu)成。順序功能圖最基本的思想是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)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(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的。初始步是步開始的標(biāo)示，每工作步內(nèi)將要完成特定的動(dòng)作，使相應(yīng)的輸出量保持正確的邏輯輸出狀態(tài)，并保持不變，但相鄰步輸出量的狀態(tài)是不同的。順序功能圖中，步用方框表示，方框內(nèi)是步的元件號(hào)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(hào)。步與步之間用“有向連線”連接，在有向連線上小短線表示轉(zhuǎn)換條件，當(dāng)條件得到滿足時(shí)，步發(fā)生轉(zhuǎn)換，本步動(dòng)作結(jié)束，進(jìn)入接下步進(jìn)行工作。當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步時(shí)，稱該步為“活動(dòng)步”。步與步之間有轉(zhuǎn)換條件，完全是為了確?？刂茋?yán)格地按照順序執(zhí)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(jìn)來實(shí)現(xiàn)。使用通用的起保停格式，即為起動(dòng)、保持和停止。起動(dòng)即激活此一步，使這步進(jìn)入工作狀態(tài)；保持即保持這步始終處于ON狀態(tài)，并使這步的所有輸出保持不變，直到進(jìn)入下一步；停止即激活其它步時(shí)，本步工作停止。

順序功能圖實(shí)現(xiàn)某一個(gè)復(fù)雜的順序控制，關(guān)鍵是步的劃分，若步劃分完成，編程可按固定格式進(jìn)行。步的劃分，重要的依據(jù)參考就是根據(jù)所有輸出量的狀態(tài)動(dòng)作進(jìn)行劃分，而且相鄰兩步輸出量的狀態(tài)一般是不同的。

對(duì)于多數(shù)沒有掌握步進(jìn)思想的編程者來說，不太理解同一控制系統(tǒng)中，有些輸出量在多步中始終保持接通，卻分在幾步進(jìn)行？對(duì)于此問題，應(yīng)從以下兩個(gè)方面來理解。第一，對(duì)一個(gè)復(fù)雜的順序控制過程分解成多步后，這將容易實(shí)現(xiàn)編程，它能把全局應(yīng)考慮的復(fù)雜編程問題轉(zhuǎn)變成對(duì)步進(jìn)行的編程，步的劃分實(shí)質(zhì)上是對(duì)控制過程進(jìn)行最小化的處理分析。步的編程決定了整個(gè)系統(tǒng)編程，減小編程出錯(cuò)的可能；第二，實(shí)現(xiàn)的過程中，復(fù)雜的順序控制過程分解成多步控制后，保持的輸出量狀態(tài)，不會(huì)因?yàn)椴降膭澐之a(chǎn)生差異。

順序功能圖中，步的轉(zhuǎn)換應(yīng)該具備兩個(gè)條件，即激活某步時(shí)，該步的前級(jí)步為“活動(dòng)步”與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件成立時(shí)。轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作有兩個(gè)，后續(xù)步都變?yōu)椤盎顒?dòng)步”，前級(jí)步都變?yōu)椤安换顒?dòng)步” 。自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)循環(huán)重復(fù)執(zhí)行工藝過程，所以在順序功能圖中應(yīng)當(dāng)由步和有向連線組成的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，即應(yīng)當(dāng)從最后一步返回初始步。并且系統(tǒng)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(gè)轉(zhuǎn)換，每一個(gè)轉(zhuǎn)換的后面只有一個(gè)步。選擇序列的開始稱為分支，轉(zhuǎn)換符號(hào)只能標(biāo)在水平連線之下。一般只允許同時(shí)選擇一個(gè)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(gè)序列都不會(huì)同時(shí)執(zhí)行。選擇序列的結(jié)束稱為合并，幾個(gè)選擇序列合并到一個(gè)公共序列時(shí)，用需要重新組合的序列相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換符號(hào)和水平連線表示，轉(zhuǎn)換符號(hào)只允許標(biāo)在水平連線之上 。并行序列的開始稱為分支，當(dāng)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致幾個(gè)序列同時(shí)激活時(shí)，這些序列稱為并行序列。每個(gè)序列中活動(dòng)步的進(jìn)展將是獨(dú)立的。在表示同步的水平雙線之上，只允許有一個(gè)轉(zhuǎn)換符號(hào).并行序列用來表示系統(tǒng)的幾個(gè)同時(shí)工作的獨(dú)立部分的工作情。并行序列的結(jié)束稱為合并，在表示同步的水平雙線之下，只允許有一個(gè)轉(zhuǎn)換符號(hào)[3，4]。

現(xiàn)以送料小車系統(tǒng)示意圖如圖1所示，PLC接線圖如圖2所示，指出順序控制設(shè)計(jì)的基本方法。

圖1 小車的行程控制系統(tǒng)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(guān)SQ1（I0.2）被壓下。按起動(dòng)按鈕SB1（I0.0），小車開始裝料。8s后裝料結(jié)束，小車自動(dòng)向右運(yùn)行，碰到右限位開關(guān)SQ2（I0.3時(shí)，停止右行，小車開始卸料。5s后卸料結(jié)束，小車自動(dòng)向左行，碰到左限位開關(guān)SQ1后，停止左行，開始裝料……，如此循環(huán)，當(dāng)按下停止按鈕SB2（I0.1），當(dāng)前循環(huán)完成后，小車結(jié)束工作。通過上述描述，本例的工作過程是按步進(jìn)行的順序控制，若采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，小車在一個(gè)循環(huán)過程中經(jīng)過相同行程開關(guān)產(chǎn)生的輸出結(jié)果有所不同，處理起來麻煩，沒有相關(guān)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)者來說，實(shí)現(xiàn)工作過程有一定的困難。按照順序控制設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)，較為簡(jiǎn)單。首先，把送料小車正常工作時(shí)的一個(gè)工作循環(huán)按輸出量的狀態(tài)變化來劃分如下步：初始步（為個(gè)順序控制應(yīng)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(gè)工作循環(huán)中，行程開關(guān)的狀態(tài)的變化，并不一定會(huì)引起輸出的變化，只有引起激活下一步的轉(zhuǎn)換條件成立，輸出量才可能變化，否則不會(huì)引起當(dāng)前步輸出的變化，此屬于單序列。設(shè)計(jì)的順序功能圖如圖3所示。

對(duì)應(yīng)的通用指令梯形圖如圖4所示。圖4控制系統(tǒng)中的各輸出量在一個(gè)工作循環(huán)中通過多步接通分別實(shí)現(xiàn)。某一輸出量有信號(hào)一定要在活動(dòng)步內(nèi)。如小車要進(jìn)行裝料Q0.0（高電位時(shí)），一定發(fā)生在S0.1，并且本步的實(shí)現(xiàn)對(duì)其它步?jīng)]有影響。對(duì)于選擇序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和并行序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則是在基于單序列狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，先集中進(jìn)行分支轉(zhuǎn)移處理，然后按各分支順序進(jìn)行順序驅(qū)動(dòng)，最后集中向合并狀態(tài)轉(zhuǎn)移。

四、結(jié)束語(yǔ)

采用順序控制設(shè)計(jì)法解決復(fù)雜順序類的控制問題是最好的一種辦法，也是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法無法比擬的，通過功能圖分析設(shè)計(jì)工作變得異常簡(jiǎn)單、高效，規(guī)律性強(qiáng)，且能編寫出比較復(fù)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(diào)試與修改。設(shè)計(jì)過程中，只要按照工藝過程把控制過程輸出量的狀態(tài)變化劃分為若干工作步，畫出功能順序圖，然后按功能圖進(jìn)行套用編程，減少程序出錯(cuò)，提高編程效率，使復(fù)雜問題變得簡(jiǎn)單。

參考文獻(xiàn)：

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

[4] [6]孫克禮，朱仁盛.基于運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的PLC程序設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2008，27（12）：93—97.