董藝

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，安徽 蚌埠233030）

SFC與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法結(jié)合在解決復(fù)雜PLC控制要求中的應(yīng)用*

董藝

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，安徽 蚌埠233030）

將順序功能圖(SFC)做為一種思路，結(jié)合通用的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法解決了一個(gè)復(fù)雜的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，避免了完全使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的繁瑣并使得程序設(shè)計(jì)變得更加形象、易于理解且便于修改與擴(kuò)展。

PLC；順序功能圖(SFC);控制

引言

在進(jìn)行PLC的程序編制時(shí)，順序功能圖（SFC）由于其具有簡(jiǎn)單、形象且通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在對(duì)過(guò)渡過(guò)程比較明顯的被控工作對(duì)象進(jìn)行編程時(shí)較之經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此很多編程者在面對(duì)PLC控制的程序設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)把SFC做為首選方法來(lái)考慮，能使用SFC盡量使用SFC。但是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法仍然是用的最多的PLC程序編制方法，因?yàn)樵趯?shí)際中有很多被控對(duì)象的動(dòng)作規(guī)律并不滿足“順序動(dòng)作”的特點(diǎn)。還有一些被控對(duì)象，雖然有部分的控制要求滿足“順序動(dòng)作”,但由于有很多額外的特殊控制要求，使得SFC無(wú)法完全覆蓋所有的設(shè)計(jì)要求。對(duì)于這種情況，筆者針對(duì)一個(gè)較為復(fù)雜的十字路口交通燈的控制要求，提出一個(gè)基于SFC與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法相結(jié)合的程序設(shè)計(jì)方法，以避免完全使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的繁瑣，以期對(duì)于從事復(fù)雜PLC程序設(shè)計(jì)的人員有一定的借鑒價(jià)值。

1 問(wèn)題引入與程序總體設(shè)計(jì)思路的確定

設(shè)計(jì)一十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。由于夜間車輛很少，此交通燈有白天和夜間兩種工作模式。白天模式為：A道綠燈亮27 S之后黃燈閃3 S，接著紅燈亮20 S；與此同時(shí)B道紅燈亮30 S之后綠燈亮17 S，接著黃燈閃3 S。上述閃亮方式不斷循環(huán)。夜間模式為：A道和B道兩路黃燈同時(shí)閃亮。信號(hào)燈在晚上11點(diǎn)30分會(huì)由白天模式自動(dòng)切換至夜晚模式，在次日凌晨5點(diǎn)30分又會(huì)由夜晚模式自動(dòng)切換至白天模式。此外，如果出現(xiàn)一道有車而另一道無(wú)車的狀況時(shí)，可手動(dòng)調(diào)節(jié)使有車車道綠燈亮；當(dāng)有緊急車輛通過(guò)時(shí)，可手動(dòng)使A、B兩道皆為紅燈閃亮，示意讓緊急車輛先通過(guò)。

首先，在考慮如何編制程序之前，應(yīng)當(dāng)確定控制系統(tǒng)輸入輸出(I/O)資源的分配。根據(jù)問(wèn)題所提出的要求，可以確定I/O資源分配如表1所示。

表1 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的I/O資源分配表

此交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如果沒(méi)有夜間模式和手動(dòng)放行等問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上用順序功能圖來(lái)處理的話，是一個(gè)簡(jiǎn)單而又非常典型的并發(fā)序列。但是設(shè)計(jì)中要求要有白天與黑夜的按時(shí)切換，這就又涉及到了選擇的問(wèn)題。所以SFC的架構(gòu)應(yīng)該是一個(gè)先選擇后并發(fā)的結(jié)構(gòu)。在SFC確定之后，可以再用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法將手動(dòng)的特殊要求部分的程序編制出來(lái)，最后將兩部分程序結(jié)合在一起即可。因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)程序較為繁瑣且需要將兩種編程思路編出的程序的相互疊加，筆者認(rèn)為對(duì)于SFC部分的程序，用起保停轉(zhuǎn)化方式轉(zhuǎn)化比較合適，因?yàn)椴竭M(jìn)轉(zhuǎn)化方式比較嚴(yán)格，而起保停相對(duì)較靈活，便于與手動(dòng)部分程序相結(jié)合。

2 交通燈按時(shí)間進(jìn)行模式切換的處理

白天與黑夜模式的切換從SFC的角度來(lái)看實(shí)質(zhì)上是一種選擇，而選擇的條件就是PLC工作時(shí)的時(shí)間究竟是在晚23點(diǎn)30分到凌晨5點(diǎn)30分這個(gè)區(qū)間內(nèi)還是在這個(gè)區(qū)間之外。

在程序設(shè)計(jì)中，這個(gè)選擇條件的設(shè)定不能是手動(dòng)的，而應(yīng)由PLC內(nèi)部自帶的時(shí)鐘來(lái)決定。筆者要在程序中做的是把PLC自帶的時(shí)鐘目前的時(shí)間數(shù)值讀出來(lái)，然后與5點(diǎn)30分0秒、23點(diǎn)30分0秒兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)相比較，以確定究竟應(yīng)該選擇夜間模式還是白天模式。PLC的實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)中的時(shí)間信息存儲(chǔ)在7個(gè)對(duì)應(yīng)的特殊數(shù)據(jù)寄存器中。我們可以用TRD指令將其讀出。具體見圖1所示。

圖1中，當(dāng)X1=1時(shí)，TRD指令將會(huì)被執(zhí)行，將D8013～D8019中的時(shí)間數(shù)據(jù)讀到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器D0～D6中。由于交通燈的模式切換與年、月、日及星期四個(gè)時(shí)間信息無(wú)關(guān)，所以只需關(guān)注D3～D5中的數(shù)值即可。至于切換問(wèn)題，可以在SFC的一個(gè)工作步中使用一個(gè)時(shí)間區(qū)間比較指令，然后利用相應(yīng)的輔助繼電器的狀態(tài)作為模式切換條件，具體見圖2所示。

圖1 時(shí)鐘數(shù)據(jù)讀出指令TRD說(shuō)明

3 SFC部分程序的設(shè)計(jì)

結(jié)合前面的分析，可以先設(shè)計(jì)出白天與夜間切換工作的SFC。由于5點(diǎn)30分0秒、23點(diǎn)30分0秒這兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)包含了六個(gè)數(shù)字信息，所以需要六個(gè)數(shù)據(jù)寄存器(D10～D12、D20～D12）來(lái)進(jìn)行存放。之后用TRD指令將PLC的時(shí)鐘信息讀出，然后用TZCP指令進(jìn)行時(shí)間的區(qū)間比較。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間小于5點(diǎn)30分0秒時(shí)，輔助繼電器M20為ON，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間介于5點(diǎn)30分0秒與23點(diǎn)30分0秒之間時(shí)，M21為ON，系統(tǒng)時(shí)間大于23點(diǎn)30分0秒時(shí)，M22為ON。因此，M21可以作為向白天模式切換的條件，而黑夜模式的切換條件應(yīng)為M20+M22。具體處理如圖2所示。

圖2 白天與黑夜模式的切換處理

由于夜間模式只是兩路黃燈閃亮，所以只需使用一個(gè)工作步帶兩個(gè)負(fù)載Y1、Y4即可。而單純的白天模式是一個(gè)典型的并發(fā)序列，在有了前述的模式選擇之后將白天與夜間的SFC疊加即可。為了滿足順序功能圖的格式要求，SFC程序中設(shè)置了三個(gè)虛步M5、M9、M10。具體見圖3所示。

圖3 工作在白天/黑夜模式的交通燈的SFC程序

4 手動(dòng)部分的程序設(shè)計(jì)

手動(dòng)部分需要考慮的主要是A道和B道的手動(dòng)放行以及緊急車輛通過(guò)時(shí)的情況。由于X1和X2分別是A道和B道的手動(dòng)放行開關(guān)，因此二者的優(yōu)先級(jí)別是相同的，誰(shuí)先打開誰(shuí)有效，所以應(yīng)設(shè)置為互鎖。由于硬件上的開關(guān)無(wú)法互鎖，因此可以借助輔助繼電器M20、M21。結(jié)合圖3的SFC，A道綠燈應(yīng)在M2為活動(dòng)步或者M(jìn)20為ON時(shí)點(diǎn)亮，因此可將M2與M20并聯(lián)，然后串聯(lián)M21和X3的常閉接點(diǎn)做為A道綠燈Y0的驅(qū)動(dòng)條件。對(duì)于A道黃燈，需M3或M11為活動(dòng)步，且所有手動(dòng)開關(guān)都不能打開，燈才能亮。A道紅燈的驅(qū)動(dòng)需要M4為活動(dòng)步或者M(jìn)21為ON，之后需串聯(lián)M20和X3的常閉接點(diǎn)。由于緊急開關(guān)打開時(shí)，紅燈是閃亮的，應(yīng)將X3的接點(diǎn)串上特殊輔助繼電器M8013并并聯(lián)于下方。由于B道與A道在閃亮規(guī)律上是對(duì)稱的（時(shí)間參數(shù)除外），所以可得梯形圖程序如圖4所示。

圖4 交通燈手動(dòng)部分的梯形圖程序

5 總結(jié)

只要用起保停轉(zhuǎn)化方式將圖3中的SFC轉(zhuǎn)化為梯形圖，再將其與圖4中的梯形圖程序相疊加即可獲得該交通燈控制的完整的程序。筆者將該程序輸入PLC，并在實(shí)驗(yàn)室里控制發(fā)光二極管進(jìn)行模擬，控制中的各項(xiàng)要求皆可完成并且可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。此前，有人拋棄SFC，完全使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)該控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。筆者將兩種方法進(jìn)行比較之后發(fā)現(xiàn)，SFC結(jié)合經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法不僅適用于該設(shè)計(jì)中的交通燈控制系統(tǒng)，而且還可以在很多復(fù)雜控制設(shè)計(jì)中使用，并能使得設(shè)計(jì)過(guò)程大為簡(jiǎn)化。

注釋及參考文獻(xiàn)：

[1]郭艷萍,張海紅．電氣控制與PLC應(yīng)用[M]．北京：人民郵電出版社,2013:134-135．

[2]王阿根．電氣可編程控制原理與應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社,2010:174-175．

[3]林春方．電氣控制與PLC技術(shù)[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2009:179-180．

TheApplication of SFC Binding Experience-based Design Method in Solving Complex PLC Control

DONG Yi
(Department of Mechanics&Electrics,Anhui Vocational College of Electronics&Information Technology, Bengbu，Anhui 233030)

By using sequential function chart as a train of thought and binding it with experience-based design method,the design of a complex traffic light controlling system has been completed.Meanwhile,the cumbersome process of using experience-based design method has been avoided and the program design becomes much vivid and more understandable as well as easier to be extended.

PLC;sequential function chart(SFC);control

TP273

A

1673-1891（2015）01-0041-03

2014-10-07

2012年安徽省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“精品資源共享課程”（項(xiàng)目編號(hào)：2012gxk161)。

董藝（1979-），男，安徽蚌埠人，講師，碩士，研究方向：電氣自動(dòng)化。