時序圖分割法在PLC順序功能圖編程中的應用

郭志冬

(三門峽職業(yè)技術學院機電工程學院 河南三門峽 472000)

0 引言

PLC作為工業(yè)自動化的三大支柱之一，已經廣泛應用于自動化生產線、木材加工、印刷機械、紡織機械、電梯控制、空調控制、灌裝及包裝機械等領域。由于PLC自身具有強大的邏輯運算、數據處理和網絡通信功能，還具有極高的抗干擾的可靠性以及靈活簡捷的編程，已經成為工業(yè)控制領域的各種控制器的首選[1]。

PLC的編程方法一般有經驗編程法和順序功能圖法。經驗編程法有很大的試探性和隨意性，沒有固定的方法和步驟可以遵循。順序功能圖法就是按照生產工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號和時間信號的作用下，根據內部的狀態(tài)和時間順序，在生產過程中各個執(zhí)行機構自動地、有秩序地進行操作。順序功能圖(Sequential Function Chart，SFC)，是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，是PLC設計順序控制程序的一種編程工具[2]。但是，在用順序功能圖進行編程時，步或狀態(tài)的確定需要進行人工分析，因此，編程需要花費一定的時間，并且劃分的步或狀態(tài)有可能是不連續(xù)的或錯誤的。本文提出了一種利用時序圖的邊沿的分割法，來進行順序功能圖編程時步或狀態(tài)的確定，使編程過程變得簡單易行，程序可讀性大大增強，程序結構極大地簡化。此方法針對單流程和并行流程的順序功能圖的自動控制系統(tǒng)有著很好的應用，可以快速理清變量間的邏輯關系，提高編程效率和編程正確率。本文以交通燈控制為例來闡述時序圖分割法在單流程和并行流程中的應用。

1 以十字路口交通燈的控制要求為例進行分析

本文以十字路口交通燈的控制要求為控制過程對象，PLC選取三菱FX3G-40M為控制器，通過對控制過程的分析，畫出控制過程的時序圖，以時序圖的邊沿作為步或狀態(tài)的劃分依據，最后用順序功能圖進行編程。

十字路口交通燈的控制要求為：當啟動開關接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，南北紅燈亮30秒，在南北紅燈亮的同時，東西綠燈亮25秒，然后東西黃燈亮5秒；東西紅燈亮30秒的同時，南北綠燈亮25秒，南北黃燈亮5秒。如此周而復始。當啟動開關斷開時，所有信號燈都熄滅。

根據控制要求畫出十字燈控制的時序邏輯圖。如圖1所示。

圖1 十字路口交通燈控制時序邏輯圖

2 時序圖邊沿分割法進行劃分步或狀態(tài)

時序圖邊沿分割法是指在時序圖的邊沿即上升沿(低電平變?yōu)楦唠娖?或下降沿(高電平變?yōu)榈碗娖?，畫出與時序圖垂直的豎線，將時序圖劃分為在時間上從左到右連續(xù)的各個塊，每個塊作為順序功能圖的步或狀態(tài)[3]。這樣就把時序圖劃分為時間上連續(xù)的單序列，如圖2所示。

圖2 時序圖連續(xù)的單序列圖

3 用PLC實現(xiàn)交通燈的控制過程

十字路口交通燈的I/O分配表如表1所示。接線圖設計如圖3所示。根據時序圖邊沿分割法對步或狀態(tài)進行劃分，找出步與步之間的轉換條件，本例中轉換條件為定時器，其他的情況也可以是輸入條件的邊沿作為轉換條件[4]，設計順序功能圖如圖4所示。

表1 十字路口交通燈的I/O分配表

4 系統(tǒng)調試

連接好硬件系統(tǒng)，在編程軟件GX developer中寫出程序如圖4的順序功能圖，然后將程序下載到PLC FX3G-40M中，最后進行調試。結果表明，電路中交通燈的顯示過程和控制要求一致。

圖3 十字路口交通燈的接線圖

圖4 十字路口交通燈的單序列順序功能圖

5 結束語

十字路口交通燈的PLC編程實現(xiàn)方法有很多，可以由經驗編程法實現(xiàn)，也可以用順序功能圖的并行序列實現(xiàn)。本文提出的時序圖分割法設計交通燈的控制程序，可以快速地理清輸入和輸出變量之間的邏輯關系，大大簡化了分析和狀態(tài)劃分的過程，提高了編程效率，增加了程序的可讀性，提升了程序的正確性，縮短了編程的時間，為編程者提供了一種便捷、快速、高效的編程思路和方法[5]。此方法應用時有其適用范圍，對于單流程和并行流程的生產工藝和自動控制過程有著很好的編程效果，但是對于復雜流程的控制過程此方法就會有局限性，使用時應具體情況具體分析。

參考文獻：

[1] 崔瀚，焦志剛.一種基于PLC的交通燈程序設計方法[J].機電技術，2016(2)：61-62.

[2] 廖常初.S7-1200PLC編程及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015：76-79.

[3] 潘春玲.仿真軟件在PLC教學中的應用[J].佳木斯教育學院學報，2014(2)：265，269.

[4] 何冰洋.探析PLC仿真軟件在交通信號系統(tǒng)設計中的應用[J].計算機光盤軟件與應用，2015(1)：81-82.

[5] 吳順華.基于順序功能圖的交通燈PLC控制[J].智慧工廠，2016(6)：61-63.