SFC功能圖在中職PLC教學中的應用與探究

余建華

【摘 要】基于當前課改，中職PLC教與學，要充分體現專業技能“能用，夠用，會用”的原則。在PLC編程過程中，通常采用PLC梯形圖編程來實現，但其具有局限性，采用SFC功能圖來解決，思路清晰，更易讀懂，可視性強，本文介紹了SFC編程和使用技巧，以三菱PLC為例，由淺入深，循序漸進地介紹了單一順序SFC，選擇順序SFC，并行順序SFC等應用，讓學生更好掌握SFC 功能圖的應用方法，活學活用，真正達到教育教學的目標。

【關鍵詞】SFC 活學 活用

【中圖分類號】TM571.61-4；G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）14-0067-02

對于PLC初學者，在PLC編程過程中，更多的是采用PLC梯形圖編程來實現，梯形圖編程，具有形象、直觀、入門快等優點。但是，在梯形圖的設計與編程過程當中，絕大多數采用的是經驗法編程，具有局限性，若要對復雜控制過程進行編程，實現以來就很煩瑣。例如：交通燈、機械手、電梯和生產線等，其控制過程具有時間先后關系，動作前后關系的實際問題，若采用步進指令來完成，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功能圖進行PLC編程和控制，可以更有效地解決本問題。

一、認識SFC功能圖

在實際的教與學中，許多學生對步進指令很困惑，如何才能正確地使用該指令呢？分析其原因，一方面在于對步進指令不太了解，而關鍵的問題在于，學生沒有很好的理解和掌握步進指令的以下常見問題：

（1）步與步之間的切換條件，即由上一步到下一部的轉移條件。

（2）步與步之間的相互關系。即各動作的前后聯系。

（3）狀態轉移圖。即根據任務（項目）控制要求，畫出順序功能圖。

而綜合以上常見問題，重點和難點均為狀態轉移圖的正確設計和使用。在教與學過程中，應加以引導，從狀態轉移圖的繪制和使用為解決問題的突破口，真正理清步、步與步及轉移條件等相互關系，理解 SFC功能圖的幾種常見形式及其應用。實踐證明，通過反復練習和使用，不僅可以大大提高學生的編程能力，而且可以更為方便地解決更多實際問題。

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

轉換條件：用來實現當前步執行到下一步的條件。在SFC圖中，用畫一短橫線來表示。在應用中，轉換條件通常是由輸入信號接通或斷開（具體要結合控制要求），如：傳感器、按鈕、開關和時間繼電器等，對于三菱PLC就是由輸入（X）或定時器（T）來實現。（圖2）

SFC功能圖。即狀態轉移圖，也稱為順序功能圖，它是實現步進指令的基礎，在三菱PLC編程軟件中，可以使用SFC進行編程。當然，在實際應用中梯形圖和SFC功能圖可實現相互轉換。

二、SFC的活學活用

SFC功能圖，可分為單一順序SFC，選擇順序SFC，并行順序SFC，以及跳轉與循環順序SFC。在實現應用當中，經常會出現當中兩個或多個混合使用的情況，即多流程SFC控制，因此，單一順序SFC，選擇順序SFC，并行順序SFC，以及跳轉與循環順序SFC，它們是學習步進指令的基礎，應該熟練掌握，尤其是通過學習，能夠靈活運用。

（一）單一循環SFC

單一循環SFC是學習其它順序SFC的基礎，它是單一流程的，比較簡單，對于初學者，關鍵是要理解步，轉移條件，以及相鄰步與步之間的聯系。建議在編程之前，先畫SFC功能圖，即狀態流程圖。某音樂噴泉，要求單周運行，每按一次啟動按鈕，則實現一個噴水周期，具體如下：

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

本例控制要求共有4個動作過程，也就是說，可以分為四個步，并且步與步之間的切換是通過時間控制的，即轉移條件為定時器，從控制要求來看，它屬于單一順序SFC控制。

（二）選擇順序SFC

選擇順序SFC，在控制過程中，根據不同的條件，在多個流程選擇其中一個流程。例如圖3，從第1步到下一步，即14步、15步或16步， 分別由轉移條件0、2和4執行。它相當等效于圖4，從圖中可以看出，第1步轉移到第14是由轉移條件0決定的；第1步轉移到第15是由轉移條件2決定的；第1步轉移到第16是由轉移條件4決定的。也就是說，它是多條分支選擇其一，并且只有當該條分支執行完成后，重新等待下一次分支選擇時，其它分支才有可能生效，具體要執行哪一分支，同樣，也要看該分支的轉移條件0、2或4，轉移條件滿足，則轉移其相對應的下一步。

案例分析：

在某機電一體化控制設備中，需要進行物料分撿。具體控制如下：現有三種材質物料，分別為金屬，白色和黑色，要進行分類分撿。當金屬傳感器檢測到金屬材料時，將物料推入槽一；當白色傳感器檢測到白色材料時，將物料推入槽二；當黑色傳感器檢測到金屬材料時，將物料推入槽三。根據分析，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，在控制過程中，表示若干個順序同時開始和結束執行。也說是說，在某一個轉移條件滿足時，同時起動若干個順序，完成各自相對應的動作后，同時結束并轉移到到并行的下一個狀態。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，是由轉移條件0決定的。從圖中可以看出，只要當前狀態0步有效，并且其滿足轉移條件0，則對應的三條分支同時有效，并同時執行。接下來分別根據轉移條件執行各自的分支。但是，三條分支任意一條執行完畢，并沒有完成并行順序控制，只有所有分支各自全部執行完畢匯合，然后才能完成本并行控制。即對于本圖中有各自執行到步11、步13和步16以后，才能轉移到下一狀態。

以交通燈控制為例（圖8）。

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

②在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮并維持2S，然后東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時，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，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，東西黃燈亮并維持2S后熄滅，同時，南北紅燈亮，東西綠燈亮，至此，進入一個工作循環。

限于篇幅，本例梯形圖暫略，以SFC功能流程圖為例說明（圖9）。經分析，從該SFC并行順序控制功能圖中，可以看出，只要PLC一上電，執行第0步，通常，我們把這一步稱之為初始步。如果轉移條件0滿足，在本例中，該轉移條件為按鈕開關X0，當按鈕X0時，同時執行第21步和26步。也說是21和第26步所對應的分支同時執行，當執行到圖9所示狀態是時（第25步和第30步都有效），并且轉移條件11滿足后，將跳轉到第0步。

三、SFC功能圖教學成效

通過以上對SFC功能圖的具體介紹和分析，更加豐富了PLC編程方法。概括起來它具有以下優點。

1.SFC 程序是按照設備（或工藝）的動作 順序而編寫，所以程序的規律性較強，容易讀懂，可視性強，并且大大縮短編程開發周期。

2.在設備發生故障時能很容易的找出故障所在位置，方便技術人員調試與修改。

3.降低編程難度，適合各類PLC編程人員使用。不需要復雜的互鎖電路，更容易設計和維護系統。

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、直觀地看到每個步的狀態情況。

在運用SFC功能流程圖，建議初學者，首先，認真分析和理解類似問題的時間先后或動作順序問題，狀態前后彼此聯系，步與步之間的切換關系等，然后，在編寫SFC功能圖之前，能正確繪制功能狀態圖。最后，在編寫完成SFC功能圖時，通過三菱PLC仿真軟件進行仿真調試，在仿真過程中，觀察每步的工作過程是否正確，是否符合實際控制順序要求，反之，對其進行反復修改和調試。通過實際案例的應用與實踐，真正實現活學活用的學習目的。

參考文獻：

[1]三菱FX系列PLC應用技能實訓 肖明耀 編著 中國電力出版社 2010.6

[2]FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC編程手冊 2007版