基于順序功能圖的自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(jiǎn)化為每個(gè)狀態(tài)里的簡(jiǎn)單動(dòng)作程序。自動(dòng)配料控制系統(tǒng)控制要求較高而且電機(jī)啟停都符合順序控制，所以本文提出了采用功能圖法來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明其實(shí)現(xiàn)過程比較直接簡(jiǎn)單、容易理解，避免了梯形圖法編制自動(dòng)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(dòng)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(shí)，顯得力不從心而且有時(shí)感覺無從下手，即使能勉強(qiáng)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(zhǎng)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(jì)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(guó)西門子S7-200PLC為自動(dòng)配料的控制器來介紹功能圖編程語言在自動(dòng)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(dòng)作組成。順序功能圖設(shè)計(jì)法最基本的設(shè)計(jì)思想就是將系統(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(gè)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(gè)狀態(tài)之內(nèi)，各輸出量的ON/OFF狀態(tài)不變[4，5]。每個(gè)功能圖都至少有一個(gè)等待啟動(dòng)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(shí)下個(gè)狀態(tài)就成為活動(dòng)狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)的動(dòng)作將被執(zhí)行，當(dāng)某個(gè)狀態(tài)沒被激活，它所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作是不會(huì)被執(zhí)行的。

2 自動(dòng)配料控制系統(tǒng)要求

自動(dòng)配料系統(tǒng)由料斗、傳送帶、檢測(cè)系統(tǒng)組成。配料裝置能自動(dòng)識(shí)別貨車到位情況并對(duì)貨車進(jìn)行自動(dòng)配料，當(dāng)車檢測(cè)到裝滿時(shí)，配料系統(tǒng)自動(dòng)停止配料，料斗中物料不足時(shí)會(huì)停止配料并自動(dòng)進(jìn)料。閉合啟動(dòng)開關(guān)，紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明允許汽車開進(jìn)準(zhǔn)備裝料。初始時(shí)料斗出料口D2關(guān)閉，若物料檢測(cè)傳感器S1為OFF（料斗中的物料不滿），進(jìn)料閥開啟進(jìn)料（D1亮）。當(dāng)S1為ON（料斗中的物料已滿），就停止進(jìn)料（D1滅）。電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3和M4初始都為OFF。當(dāng)汽車開到裝車位置時(shí)，限位開關(guān)SQ2為ON，紅燈信號(hào)燈L2亮，綠燈L1滅；同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)M4，經(jīng)過2S后，再啟動(dòng)M3，再經(jīng)2S后啟動(dòng)M2，再經(jīng)過2S最后啟動(dòng)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(shí)，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(shí)紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明汽車可以開走。關(guān)閉“啟動(dòng)”開關(guān)，自動(dòng)配料裝車的整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。

3 自動(dòng)配料系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文選用德國(guó)西門子S7-200PLC為自動(dòng)配料的控制器，西門子S7-200PLC是小型PLC，它體積小，價(jià)格低，但是功能很強(qiáng)，無論是單機(jī)運(yùn)行還是聯(lián)網(wǎng)控制都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化領(lǐng)域的幾乎全部控制要求。根據(jù)自動(dòng)配料控制要求，該系統(tǒng)需要4個(gè)輸入/10個(gè)輸出，選擇德國(guó)西門子S7-200PLC的CPU224來做控制器，CPU224有14個(gè)輸入點(diǎn)/10個(gè)輸出點(diǎn)，故能滿足控制要求。自動(dòng)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(dòng)配料程序設(shè)計(jì)

對(duì)于自動(dòng)配料的控制，它的工作過程是按一定時(shí)序進(jìn)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(jì)會(huì)感到一時(shí)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(jiǎn)單直接并且很快就能上手編程。

用順序功能圖法來實(shí)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(gè)階段，每個(gè)階段對(duì)應(yīng)一個(gè)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(gè)條件，即該狀態(tài)的前級(jí)狀態(tài)為活動(dòng)狀態(tài)并且還要滿足轉(zhuǎn)移條件。狀態(tài)轉(zhuǎn)換要實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)操作是使所有和有向線段及轉(zhuǎn)移條件相連的前級(jí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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?yàn)槊總€(gè)狀態(tài)幾乎都分四步，狀態(tài)開始，動(dòng)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(diǎn)長(zhǎng)，但是幾乎都是復(fù)制的過程，就僅僅需要簡(jiǎn)單修改其相應(yīng)的動(dòng)作和轉(zhuǎn)換條件即可。

自動(dòng)配料的功能圖程序如圖1自動(dòng)配料功能圖所示。

5 結(jié)束語

在用功能圖編制程序時(shí)需要注意的是重復(fù)性動(dòng)作的處理，重復(fù)性動(dòng)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(dòng)法，本文自動(dòng)配料控制系統(tǒng)中電機(jī)工作是一個(gè)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(dòng)作連續(xù)有效一段時(shí)間，直到遇到復(fù)位指令。順序功能圖法來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料程序設(shè)計(jì)，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(dòng)作、轉(zhuǎn)移、狀態(tài)結(jié)束來解決每一步，化難為易，實(shí)際應(yīng)用表明實(shí)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。

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