基于順序功能圖的自動配料控制系統(tǒng)設計

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雜、不好理解的缺陷。

關鍵詞：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上變化而來的，它的電氣邏輯關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雜順序梯形圖，該程序也邏輯關系復雜且很難理解。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計語言，不管順序有多復雜，它都能以圖形的方式把問題表達或敘述清楚[2，3]。1994年5月，IEC公布的PLC標準中，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用。

1 順序功能圖

順序功能圖用近似流程圖來表達控制過程，主要由狀態(tài)（或步）、有向連線、轉移、動作組成。順序功能圖設計法最基本的設計思想就是將系統(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，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)之間的轉移條件，當條件滿足時下個狀態(tài)就成為活動狀態(tài)，其對應的動作將被執(zhí)行，當某個狀態(tài)沒被激活，它所對應的動作是不會被執(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，紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明允許汽車開進準備裝料。初始時料斗出料口D2關閉，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。當汽車開到裝車位置時，限位開關SQ2為ON，紅燈信號燈L2亮，綠燈L1滅；同時啟動電機M4，經過2S后，再啟動M3，再經2S后啟動M2，再經過2S最后啟動M1，再經過2S后才打開出料閥（D2亮），物料經料斗下料。當車裝滿時，限位開關SQ1為ON，料斗關閉停止出料，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。關閉“啟動”開關，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，且控制要求比較復雜，如果用梯形圖法來設計會感到一時無從下手，這種符合一定順序的工作任務，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)并且還要滿足轉移條件。狀態(tài)轉換要實現(xiàn)的兩個操作是使所有和有向線段及轉移條件相連的前級狀態(tài)復位，并且激活所有和有向線段及轉移條件相連的后續(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)轉移指令SCRT S_bit、狀態(tài)結束指令SCRE。即使要經過順序控制指令的轉換，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，轉移和狀態(tài)結束，雖然經過順序控制指令轉換程序有點長，但是幾乎都是復制的過程，就僅僅需要簡單修改其相應的動作和轉換條件即可。

自動配料的功能圖程序如圖1自動配料功能圖所示。

5 結束語

在用功能圖編制程序時需要注意的是重復性動作的處理，重復性動作處理主要有置位復位法、軟元件M輔助法、軟元件S驅動法，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，直到遇到復位指令。順序功能圖法來實現(xiàn)自動配料程序設計，可以把復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、轉移、狀態(tài)結束來解決每一步，化難為易，實際應用表明實現(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