王 開

（茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東茂名 525000）

0 引言

PLC是以微處理器為核心的工業(yè)計(jì)算機(jī)控制裝置，用PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比，具有可靠性高、安全性能高的特點(diǎn)，而且控制線路簡單，大大地減少了線路故障特點(diǎn)，因而，在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。但是，由于PLC是一種智能化產(chǎn)品，是用一種軟元件的邏輯運(yùn)算來代替硬接線邏輯功能，在應(yīng)用中要根據(jù)控制要求通過編寫程序的方法來實(shí)現(xiàn)控制的目的。在PLC編程中常有以基本邏輯指令為基礎(chǔ)的梯形圖編程方法和以步進(jìn)指令為代表的SFC流程圖設(shè)計(jì)方法，以基本邏輯指令為基礎(chǔ)的梯形圖編程方法通常有替代設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法兩種。替代設(shè)計(jì)法就是把傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的控制原理、控制思路通過PLC所給的特定軟元件繪制出來的具有相同功能圖形，這種編程方法與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，要求設(shè)計(jì)者有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、熟悉比較多的控制線路等。這種設(shè)計(jì)方法在聯(lián)鎖比較復(fù)雜的情況下，出現(xiàn)設(shè)計(jì)漏洞，不能保證設(shè)計(jì)的完整性[1]。邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)方法是根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計(jì)方法進(jìn)行PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)。主要思路是：使用邏輯表達(dá)式描述實(shí)際問題，在得出邏輯表達(dá)式后，根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出梯形圖。邏輯設(shè)計(jì)法比較復(fù)雜，一般設(shè)計(jì)人員難以掌握。

SFC流程圖編程方法是在工序圖的基礎(chǔ)上利用PLC特定的狀態(tài)繼電器來描述順序控制功能的圖形，SFC狀態(tài)流程圖主要由狀態(tài)繼電器、控制對象、有向連線和轉(zhuǎn)移條件組成[2]。用SFC進(jìn)行編程，編程者不用考慮各工序步之間的邏輯關(guān)系，而只需要對各個(gè)工序步驟進(jìn)行簡單的處理設(shè)計(jì)就能保證機(jī)械正確動(dòng)作。因而具有結(jié)構(gòu)直觀、編程簡單、邏輯性不強(qiáng)、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。本文以四層智能多功能電梯控制過程為例，介紹了基于SFC的電梯PLC編程方法，供大家參考。

1 智能多功能教學(xué)電梯簡介

電梯是一種特殊的起重運(yùn)輸設(shè)備，智能多功能教學(xué)電梯由電梯門系統(tǒng)、轎廂懸掛及配重系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、電梯井道信號(hào)系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)等組成，是實(shí)際電梯縮小版。在電梯電氣控制上，與目前電梯行業(yè)主流控制系統(tǒng)相一致，采用PLC與變頻器開關(guān)量控制模式，能夠?qū)崿F(xiàn)全集成電梯的基本功能，包括層樓記憶功能、層樓校正功能、須向截車功能、最遠(yuǎn)反方向截車功能、鎖梯功能、檢修功能、滿載功能、防粘連保護(hù)功能、電梯端站保護(hù)功能、連續(xù)運(yùn)行時(shí)間保護(hù)功能、自檢平層功能、本層呼梯重開門功能、最遠(yuǎn)運(yùn)行時(shí)間保護(hù)功能、檢修恢復(fù)正常開門功能。

2 智能多功能教學(xué)電梯的控制要求[3]

（1）開始時(shí)，電梯處于任意一層。

（2）電梯應(yīng)能按照邏輯要求正確地響應(yīng)各種內(nèi)選、外呼信號(hào)。

（3）輸入按鈕帶有指示燈。當(dāng)按外呼按鈕時(shí)，指示燈亮，到達(dá)外呼樓層后，外呼信號(hào)解除，指示燈滅。對同時(shí)有多個(gè)外呼信號(hào)，響應(yīng)原則為“先按定向，同向響應(yīng)，順向截梯，最遠(yuǎn)端反向截梯”。

（4）電梯到達(dá)響應(yīng)樓層后，電梯門應(yīng)能自動(dòng)打開，5秒后，電梯門應(yīng)能自動(dòng)關(guān)閉。

（5）電梯超載時(shí)，電梯開門等待。

（6）電梯在本層處于關(guān)門狀態(tài)，外呼按鈕能開門。

（7）電梯具有終端限位保護(hù)功能。

（8）打開電梯鎖（梯鎖有信號(hào)）時(shí)電梯（從其他樓層返回）停在一樓，并開門10秒后自動(dòng)關(guān)門，此時(shí)不響應(yīng)所有內(nèi)呼和外呼信號(hào)，等關(guān)閉電梯鎖時(shí)電梯恢復(fù)正常工作。

（9）電梯運(yùn)行過程中如因停電等原因停在非平層區(qū)域情況下，再次上電時(shí)電梯轎廂應(yīng)先自動(dòng)回到1樓平層位置，之后電梯正常工作。

（10）電梯具有檢修功能，檢修狀態(tài)下能點(diǎn)動(dòng)控制電梯以檢修速度慢上或慢下運(yùn)行。

3 基于SFC的PLC編程方法

下面以智能教學(xué)電梯控制為例，介紹利用SFC圖編寫PLC程序的方法。

（1）明確控制對象和控制要求

由電梯工作原理可知電梯的控制對象主要為信號(hào)控制和動(dòng)力拖動(dòng)系統(tǒng)兩部分，信號(hào)控制主要有樓層顯示、呼梯信號(hào)指示、運(yùn)行方向指示等，動(dòng)力拖動(dòng)系統(tǒng)則有開關(guān)門控制、曳引機(jī)控制。而為了實(shí)現(xiàn)電梯的智能控制，必須具有像內(nèi)呼、外呼、平層檢測、開關(guān)門檢測、安全檢測等輸入信號(hào)，采用PLC為核心的電梯控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 PLC為核心的電梯控制系統(tǒng)框圖

（2）I/O地址分配

根據(jù)電梯的控制要求，選用三菱FX3U－80MR PLC，此PLC輸入40點(diǎn)，輸出40點(diǎn)，繼電器輸出，I/O地址分配表如表1所示。

表1 智能電梯PLC控制I/O地址分配表

（3）SFC編程設(shè)計(jì)

SFC是英文Sequential Function Chart（順序功能圖）的縮寫，是PLC的一種編程語言。在PLC編程中，是用PLC特定的軟元件在工序圖的基礎(chǔ)上來描述順序控制功能的圖形，是一種圖形編程語言，它克服了指令表理論性強(qiáng)、梯形圖編程邏輯性強(qiáng)的缺點(diǎn)，具有直觀、條理清楚等特點(diǎn)。SFC圖主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換條件和控制對象組成，有順序結(jié)構(gòu)、選擇分支(選擇)結(jié)構(gòu)和并行分支結(jié)構(gòu)三種基本結(jié)構(gòu)類型[4]。通過三種結(jié)構(gòu)的有機(jī)組合，可實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的工藝控制要求。根據(jù)圖1所示的智能電梯控制要求，電梯要完成外呼內(nèi)行登記、上下行登記、開關(guān)門控制、上下行控制、指示控制和功能選擇等。因此在用SFC圖編程時(shí)可根據(jù)控制要求建立6個(gè)功能模塊，如圖2所示。其中0#和5#模塊采用傳統(tǒng)的梯形圖編程，1#～4#為SFC圖編程。

圖2 智能教學(xué)電梯PLC控制SFC功能模塊

在SFC圖的類型上根據(jù)控制的邏輯性，外呼內(nèi)選只用了一個(gè)初始步，完成1、2、3、4層的外呼登記和內(nèi)選登記功能，如圖3所示。開門關(guān)門控制狀態(tài)流程圖如圖4所示，通過分支實(shí)現(xiàn)重開門的功能。上下行登記是電梯控制的核心，關(guān)系到電梯的穩(wěn)定性問題，本程序運(yùn)用SFC圖選擇分支流程結(jié)構(gòu)，一條分支為上行登記，另一條分支為下行登記，如圖5所示。鎖梯控制則采用單流程結(jié)構(gòu)，如圖6所示，當(dāng)PLC收到鎖梯信號(hào)時(shí)，發(fā)出電梯下行信號(hào)，讓電梯下行，到達(dá)一層后鎖梯完成，任何樓層外呼不起作用，達(dá)到鎖梯的目的。

圖3 外呼登記和內(nèi)選登記SFC圖

圖4 開門關(guān)門控制狀態(tài)流程圖SFC圖

4 總結(jié)

該SFC電梯程序經(jīng)在現(xiàn)場教學(xué)電梯模型中反復(fù)調(diào)試運(yùn)行，所有功能都能實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行平穩(wěn)、性能穩(wěn)定。使用SFC流程圖語言來設(shè)計(jì)PLC控制程序，與傳統(tǒng)的梯形圖編程方法相比，編程者不用考慮各工序步之間的邏輯關(guān)系，而只需要對各個(gè)工序步驟進(jìn)行簡單的處理設(shè)計(jì)就能保證機(jī)械正確動(dòng)作，具有結(jié)構(gòu)直觀、編程簡單、邏輯性不強(qiáng)、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。SFC狀態(tài)流程圖編程方法應(yīng)是所有PLC編程者在編程時(shí)最佳方法。

圖5 上下行登記控制SFC圖

圖6 鎖梯控制SFC圖