一、引言
在設(shè)計(jì)可編程控制器的梯形圖時，許多人采用經(jīng)驗(yàn)法，這種方法沒有固定的步驟可遵循，且有很大的試探性和隨意性。對于各種不同的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者需重復(fù)設(shè)計(jì)。特別是在設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖時，需要大量的中間單元來完成記憶、聯(lián)鎖、互鎖等功能，考慮的因素較多，它們往往又交織在一起，分析起來比較困難，很容易遺漏一些應(yīng)考慮的問題。且修改某一局部電路時，經(jīng)常是“牽一發(fā)而動全身”，對控制系統(tǒng)其他部分產(chǎn)生意想不到的影響。另外，用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)出的梯形圖往往比較復(fù)雜，程序維護(hù)人員很難讀懂，給plc控制系統(tǒng)的維護(hù)和改進(jìn)帶來很大困難。本文通過實(shí)例介紹一種根據(jù)順序功能圖完成plc梯形圖程序的順序控制設(shè)計(jì)法。
二、順序功能圖描述和梯形圖的形成
合理的控制程序取決于正確梯形圖的構(gòu)成，而梯形圖形成的最優(yōu)化的方法是通過順序功能圖的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。首先根據(jù)控制過程的要求，給出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖，用圖形編程器將梯形圖(或轉(zhuǎn)換成指令代碼)寫入plc。
1、順序功能圖描述
順序功能圖(sequential function chart)也稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，是設(shè)計(jì)plc控制程序的有利工具。它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)語言，可供進(jìn)一步設(shè)計(jì)和不同專業(yè)人員之間進(jìn)行技術(shù)交流。 plc
（1）sfc的結(jié)構(gòu)
sfc主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動作(或命令)組成。有單序列、選擇序列和并行序列三種基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。任何復(fù)雜的順序功能圖都可由上述三種序列組合而成。
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圖1 sfc基本結(jié)構(gòu)
（a）單序列 （b）選擇序列 （c）并行序列
圖1a所示的單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步后面僅接一個轉(zhuǎn)換，每一個轉(zhuǎn)換后面只有一步。在圖1b所示的選擇序列中，序列的開始稱為分支，轉(zhuǎn)換條件只能標(biāo)在水平連線之下，有多少分支就有多少條件，一般只能同時選擇一個條件對應(yīng)的分支序列，序列的結(jié)束稱為合并，n個選擇序列合并到一個公共序列時需要相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換條件，且其條件只能標(biāo)在水平連線之上。在圖1c所示的并行序列中，其特點(diǎn)是當(dāng)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致幾個序列同時被激活(分支)，激活后每個序列中活動步的進(jìn)展將是獨(dú)立的，當(dāng)并行序列結(jié)束時（合并），只有當(dāng)合并前的所有前級步(r8、ra)為活動步，且轉(zhuǎn)換條件滿足(xb=1)時，才會發(fā)生步r8、ra到步rb的進(jìn)展，為了強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)，在功能圖中水平連線用雙線表示。 plc
（2）sfc中轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則
在sfc中，步的活動狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來完成的。轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)必須同時滿足下列條件，即該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步且相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬?，而使所有前級步都變?yōu)椴换顒硬?。以上?guī)則可以用于任意結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換，是設(shè)計(jì)梯形圖的基礎(chǔ)。但是，對于不同結(jié)構(gòu)，其區(qū)別如下：
在單序列中，一個轉(zhuǎn)換僅有一個前級步和一個后續(xù)步。
在并行序列的分支處，轉(zhuǎn)換有幾個后續(xù)步，在轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時應(yīng)同時將它們變?yōu)閹讉€活動步(對應(yīng)的編程元件置位)。
在并行序列的合并處，轉(zhuǎn)換有幾個前級步，它們均為活動步時才有可能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時應(yīng)將它們變?yōu)椴换顒硬?對應(yīng)的編程元件復(fù)位)。
在選擇序列的分支與合并處，一個轉(zhuǎn)換實(shí)際上也只有一個前級步和一個后續(xù)步，但是一個步可能有多個前級步或多個后續(xù)步，只能選擇其一。
2、梯形圖的編制
根據(jù)sfc設(shè)計(jì)梯形圖時，通常用編程元件代表步。當(dāng)某步為活動步時，對應(yīng)的編程元件為“1”態(tài)，當(dāng)該步之后的轉(zhuǎn)換條件滿足時，轉(zhuǎn)換條件對應(yīng)的觸點(diǎn)或電路接通，因此可以將該觸點(diǎn)或電路與代表前級步的編程元件的常開觸點(diǎn)串聯(lián)，作為與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的兩個條件同時滿足對應(yīng)的電路，當(dāng)此電路接通時應(yīng)使代表前級步的編程元件復(fù)位，同時使代表后續(xù)步的編程元件置位(變?yōu)椤?”態(tài))并保持，即起保停電路。圖2是圖1b所示選擇序列功能圖對應(yīng)的梯形圖。在圖2中r3之后有一個選擇序列的分支，設(shè)步r3是活動步，當(dāng)它的后續(xù)步r4或r5變?yōu)榛顒硬綍r，它都應(yīng)將r3變?yōu)椴换顒硬?“0”態(tài))，所以應(yīng)將r4和r5的常閉觸點(diǎn)與r3的線圈串聯(lián)。步r6之前有一個選擇序列的合并，當(dāng)步r3是活動步且轉(zhuǎn)換條件x6滿足，或者步r5是活動步且轉(zhuǎn)換條件x7滿足，步r6都應(yīng)為活動步，對應(yīng)的起動電路由兩條并聯(lián)支路組成，每條支路分別由r4、x6和r5、x7的常開觸點(diǎn)串聯(lián)而成。并行序列和上述選擇序列梯形圖的編制有所不同，在圖1c中，步r7之后有一個并行序列的分支，當(dāng)步r7是活動步且轉(zhuǎn)換條件x9滿足，步r8、r9應(yīng)同時變?yōu)榛顒硬?，這時用r7和x9的常開觸點(diǎn)串聯(lián)作為r8、r9的起動電路，與此同時步r7應(yīng)變?yōu)椴换顒硬?，所以只需將r8或r9的常閉觸點(diǎn)與r7的線圈串聯(lián)即可。對于并行序列的合并(步rb之前)，該轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件是所有的前級步(步r8、r9)都是活動步和xb條件滿足。由此可知，應(yīng)將r8、r9和xb的常開觸點(diǎn)串聯(lián)，作為控制rb的起保停電路的起動電路。
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圖2 圖1b所對應(yīng)的梯形圖三、實(shí)例
圖3是采用一臺日本松下f0c14rs控制單元和一臺e16rs擴(kuò)展單元plc控制一臺輪胎內(nèi)胎硫化機(jī)的順序功能圖。它包含有跳步、循環(huán)、選擇序列等基本環(huán)節(jié)，一周期由初始、合模、反料、硫化、放氣、開模以及報(bào)警等七步組成。它們與輔助繼電器r10～r16相對應(yīng)。在反料和硫化階段，y2接通，蒸氣進(jìn)入模具。在放氣階段，y2斷開，放出蒸氣。反料階段允許打開模具，硫化階段則不允許。急停按扭x0可以停止開模操作，也可以將合模改為開模。
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圖3 實(shí)例控制順序功能圖
由圖3可知，初始狀態(tài)步r10有兩個前級步(r15、r16)和一個起動信號r9013(plc開始運(yùn)行時應(yīng)將r10置為“1”態(tài)，否則系統(tǒng)無法工作，所以將r9013初始閉合繼電器作為起動信號，即r9013只在程序運(yùn)行中第一次掃描時合上，從第二次掃描開始斷開并保持?jǐn)嚅_狀態(tài))，因此，r10的起動電路由三條支路并聯(lián)而成，其起保停電路的邏輯表達(dá)式為：
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其他各步起保停電路按照梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則依此類推，可得到圖4所示梯形圖。
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圖4 實(shí)例梯形圖