摘 要：順序功能圖是一種專用于工業(yè)順序控制的圖形化編程語言，它能把復(fù)雜的梯形圖程序簡化為每個狀態(tài)里的簡單動作程序。自動配料控制系統(tǒng)控制要求較高而且電機啟停都符合順序控制，所以本文提出了采用功能圖法來實現(xiàn)自動配料控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。實踐證明其實現(xiàn)過程比較直接簡單、容易理解，避免了梯形圖法編制自動配料程序中邏輯復(fù)雜、不好理解的缺陷。

關(guān)鍵詞：順序功能圖；PLC；自動配料；梯形圖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.114

0 引言

可編程控制器的編程語言主要有梯形圖、順序功能圖、語句表等，但是使用較為廣泛的是梯形圖和順序功能圖兩種語言[1]。梯形圖是在繼電器控制系統(tǒng)的電氣原理圖的基礎(chǔ)上變化而來的，它的電氣邏輯關(guān)系表示方法和電氣原理圖是相同的，所以梯形圖語言入門比較容易，一直是最常用的一種編程方法，但是梯形圖在處理復(fù)雜控制問題時，顯得力不從心而且有時感覺無從下手，即使能勉強編制出來復(fù)雜順序梯形圖，該程序也邏輯關(guān)系復(fù)雜且很難理解。順序功能圖語言是一種真正的圖形化編程語言，非常擅長處理復(fù)雜順序問題，是專用于工業(yè)順序控制的一種功能性程序設(shè)計語言，不管順序有多復(fù)雜，它都能以圖形的方式把問題表達(dá)或敘述清楚[2，3]。1994年5月，IEC公布的PLC標(biāo)準(zhǔn)中，順序功能圖被確定為PLC的位居首位的編程語言。本文選用德國西門子S7-200PLC為自動配料的控制器來介紹功能圖編程語言在自動配料中的應(yīng)用。

1 順序功能圖

順序功能圖用近似流程圖來表達(dá)控制過程，主要由狀態(tài)（或步）、有向連線、轉(zhuǎn)移、動作組成。順序功能圖設(shè)計法最基本的設(shè)計思想就是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為狀態(tài)（或步），并用編程元件（M或S）來代表個狀態(tài)。狀態(tài)是根據(jù)輸出量的狀態(tài)來劃分的，在任何一個狀態(tài)之內(nèi)，各輸出量的ON/OFF狀態(tài)不變[4，5]。每個功能圖都至少有一個等待啟動命令的初始狀態(tài)，狀態(tài)和狀態(tài)之間用有向線段隔開，有向線段上畫一短橫線注明狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移條件，當(dāng)條件滿足時下個狀態(tài)就成為活動狀態(tài)，其對應(yīng)的動作將被執(zhí)行，當(dāng)某個狀態(tài)沒被激活，它所對應(yīng)的動作是不會被執(zhí)行的。

2 自動配料控制系統(tǒng)要求

自動配料系統(tǒng)由料斗、傳送帶、檢測系統(tǒng)組成。配料裝置能自動識別貨車到位情況并對貨車進行自動配料，當(dāng)車檢測到裝滿時，配料系統(tǒng)自動停止配料，料斗中物料不足時會停止配料并自動進料。閉合啟動開關(guān)，紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明允許汽車開進準(zhǔn)備裝料。初始時料斗出料口D2關(guān)閉，若物料檢測傳感器S1為OFF（料斗中的物料不滿），進料閥開啟進料（D1亮）。當(dāng)S1為ON（料斗中的物料已滿），就停止進料（D1滅）。電動機M1、M2、M3和M4初始都為OFF。當(dāng)汽車開到裝車位置時，限位開關(guān)SQ2為ON，紅燈信號燈L2亮，綠燈L1滅；同時啟動電機M4，經(jīng)過2S后，再啟動M3，再經(jīng)2S后啟動M2，再經(jīng)過2S最后啟動M1，再經(jīng)過2S后才打開出料閥（D2亮），物料經(jīng)料斗下料。當(dāng)車裝滿時，限位開關(guān)SQ1為ON，料斗關(guān)閉停止出料，2S后M1停止，M2在M1停止2S后停止，M3在M2停止2S后停止，M4在M3停止2S后最后停止。同時紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明汽車可以開走。關(guān)閉“啟動”開關(guān)，自動配料裝車的整個系統(tǒng)停止運行。

3 自動配料系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文選用德國西門子S7-200PLC為自動配料的控制器，西門子S7-200PLC是小型PLC，它體積小，價格低，但是功能很強，無論是單機運行還是聯(lián)網(wǎng)控制都能實現(xiàn)自動化領(lǐng)域的幾乎全部控制要求。根據(jù)自動配料控制要求，該系統(tǒng)需要4個輸入/10個輸出，選擇德國西門子S7-200PLC的CPU224來做控制器，CPU224有14個輸入點/10個輸出點，故能滿足控制要求。自動配料控制系統(tǒng)的輸入/輸出分配表[6]如下表表1輸入/輸出分配表所示。

4 功能圖法自動配料程序設(shè)計

對于自動配料的控制，它的工作過程是按一定時序進行工作的，需要循環(huán)工作，且控制要求比較復(fù)雜，如果用梯形圖法來設(shè)計會感到一時無從下手，這種符合一定順序的工作任務(wù)，選用功能圖法更簡單直接并且很快就能上手編程。

用順序功能圖法來實現(xiàn)順序控制，狀態(tài)劃分非常關(guān)鍵，根據(jù)工藝流程把控制過程分成若干個階段，每個階段對應(yīng)一個狀態(tài)，狀態(tài)劃分完以后，編程就僅僅是按部就班而已。順序功能圖中，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換要具備兩個條件，即該狀態(tài)的前級狀態(tài)為活動狀態(tài)并且還要滿足轉(zhuǎn)移條件。狀態(tài)轉(zhuǎn)換要實現(xiàn)的兩個操作是使所有和有向線段及轉(zhuǎn)移條件相連的前級狀態(tài)復(fù)位，并且激活所有和有向線段及轉(zhuǎn)移條件相連的后續(xù)狀態(tài)[7]。選用西門子S7-200PLC來實現(xiàn)自動配料控制系統(tǒng)，雖然S7-200PLC不直接支持功能圖，但是它提供了專門的順序控制指令可以把功能圖方便轉(zhuǎn)換為梯形圖或語句表語言[8，9]。順序控制指令有狀態(tài)開始LSCR S_bit、狀態(tài)轉(zhuǎn)移指令SCRT S_bit、狀態(tài)結(jié)束指令SCRE。即使要經(jīng)過順序控制指令的轉(zhuǎn)換，使用功能圖語言也要比其它編程語言好很多，快很多。因為每個狀態(tài)幾乎都分四步，狀態(tài)開始，動作，轉(zhuǎn)移和狀態(tài)結(jié)束，雖然經(jīng)過順序控制指令轉(zhuǎn)換程序有點長，但是幾乎都是復(fù)制的過程，就僅僅需要簡單修改其相應(yīng)的動作和轉(zhuǎn)換條件即可。

自動配料的功能圖程序如圖1自動配料功能圖所示。

5 結(jié)束語

在用功能圖編制程序時需要注意的是重復(fù)性動作的處理，重復(fù)性動作處理主要有置位復(fù)位法、軟元件M輔助法、軟元件S驅(qū)動法，本文自動配料控制系統(tǒng)中電機工作是一個連續(xù)的過程，所以采用的是置位復(fù)位法比較方便，能夠讓動作連續(xù)有效一段時間，直到遇到復(fù)位指令。順序功能圖法來實現(xiàn)自動配料程序設(shè)計，可以把復(fù)雜的控制要求化整為零分成若干步，再用近似的步驟：狀態(tài)開始、處理動作、轉(zhuǎn)移、狀態(tài)結(jié)束來解決每一步，化難為易，實際應(yīng)用表明實現(xiàn)起來下手容易、高效，并且編制的程序邏輯清晰容易理解。

參考文獻

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作者簡介：王秀（1978-），女，山東菏澤人，碩士，講師，研究方向：自動控制與檢測。endprint