PLC的顺序功能图控制设计法 樊金 荣，张志俊 (中南民族大学计算机科学学院， 湖北武汉 430074) 摘要:本文以欧姆龙CJlm为例.用两种不同结构的顺序控制实现了人行道交通灯系统的控制，并对顺序控制中的小循环问题给 出了解决方案。通过分析，指出对具体的控制对象，顺序的结构可以灵活变化。 关健词 :PLC;顺序功能图;小循环 中图分类号 :TP13 文献标识码 :A 文章编号:1009-9492 (2008) 03-0059-02 1引言 可编程逻辑控制器 (Programming Logic Controller, PLC)编程简单 、可靠性高 、通用性好及控制功能强等优 点使其在交通、机械、能源、石油、化工等行业中得到充 分的应用 [n1。虽然 PLC已经从基本的开关量控制发展到 可以实现模拟量，但逻辑控制仍然是 PLC最基本、最广泛 的应用领域。梯形图设计主要有时序图法、逻辑法、经验 法和顺序控制法 [[210顺序控制法依据控制工艺 (或流程) 预先规定的顺序，在各个输人信号的作用下，根据内容状 态和时间的顺序，控制生产过程中各个执行机构自动有步 骤地运作 [3)。该方法逻辑明确、有规律可循，程序的阅读 和改进也比较容易，极大地提高了程序的设计效率。对复 杂的工艺控制 ，更显示其优越性 。本文以 OMRON公司 CJIM为例，用两种不同结构的顺序控制实现了人行道交 通灯系统的控制。 2顺序控制概述 2.1顺序功能图的组成 顺序控制程序设计的方法有逻辑法、时序图法等，但 最为常用的是顺序功能图 (Sequential Function Chart, SFC)设计法。顺序功能图又称顺序功能流程图，主要由 步、转换、转换条件、有向连线 (即路径)和动作 (或命 令)组成 [[41。如图 1所示。 1)步的划分 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周 期划分成若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为 “步”， 并且用编程元件 (中间继电器)来表示各步。 2)转换条件的确定 使系统由当前步转入下一步的信号称为 “转换条件”。 收稿 日期 :2007-09-26 初始条件 转换 有 向 连 线 图 1 顺序功能图组成及基本类型 转换条件可能是外部输人信号，如按钮、指令开关、限位 开关的接通/断开等，也可能是 PLC内部产生的信号 ，如 定时器、计数器触点的通/断 ，也可能是上述多个信号的 与、或、非逻辑组合。 3)功能图的绘制 根据以上分析和被控对象工作的内容、步骤 、顺序和 控制要求画出功能表图，这是顺序控制设计法中最为关键 的一个步骤。 用矩形框表示各步，框内的数字是步的编号。初始步 使用双线框，每个功能表图都有一个初始步。每步的动作 内容放在该步旁边的框中，步与步之间用有向线段相连， 箭头表示步的转换方向 (简单的功能表图可不画箭头)。 步与步之间的短横线旁标注转换条件。正在执行的步叫活 动步，当前一步为活动步且转换条件满足时，将启动下一 步并终止前一步的执行。 2.2功能图的类型 功能图从结构上来分，大体上可分为单序列结构、选 择序列结构和并行序列结构 闭。如图 1所示。 万方数据 

ru,*1与开， 一 3实例分析 3.1控制要求 交通情况为东西方向是车道，南北方向是人行道。正 常情况下，车道上有车辆行驶，如果有行人要过交通路 口，先要按动按钮，等到绿灯亮时，方可通过，此时东西 方向车道上红灯亮。延时一段时间后，南北方向的红灯 亮，东西方向的绿灯亮。各段时间分配如图2所示。对这 个控制系统，可采用顺序控制设计法。 按 下按钮时 车 道 人 行 道 图2 交通路口时间分配图 3.2 v0分配及 PLC外部接线 根据上述要求可见 ，系统所需车道 (东西方向)红、 绿、黄各 2只信号灯，人行道 (南北方向)红、绿各 2只 信号灯，南北方向各需一只按钮 (SB1和SB2)。由于信号 灯功率较小，可以将同一方向的灯并联接在一个输出点， 这样系统需要 2个愉入点 ，5个输出点。采用 CJlm 系列 PLC，外部接线如图3所示。 3.3单序结构系统设计 如果把车道方向和人行道方向信号灯 的动作视为一个顺序动作过程，其中每一 个时序同时有两个输出，一个输出控制车 道方向的信号灯，另一个输出控制人行道 方向的信号灯 ，这样就可以按单流程进行 编程，其功能顺序图如图4所示。 3.4并行结构系统设计 3.4.1并行顺序功能图 如果把车道方向和人行道方向信号灯 的动作视为两个并行顺序动作过程，就采 用并行序列编程的方法来实现人行横道信 号灯的功能 ，其顺序功能图如图 5所示 。 由图可知，我们把车道 (东西方向)信号 灯的控制作为左面的并行分支 ，人行道 (南北方向)信号灯的控制作为并行分支的 右面支路，并联分支的转移条件是人行道 南北两只按钮的或关系，灯亮的长短利用 定时器控制，人行道绿灯闪是利用子循环 加记数器实现。 本顺序功能图总体上讲为一个并行分 车通红灯 车道黄灯 人行道红灯 图 3 PLC外部接线图 支、汇合流程，只是在S33处有一个循环选择性分支，在编 程时应引起注意。 3.4.2小循环 在设计梯形图时，经常遇到一些需要多次重复的操作， 如果一次一次地编程，显然非常麻烦。这时通常采用循环的 方式来设计功能表图及相应的梯形图 151。在本例中，要求步 S33和S34组成的过程重复5次，即人行道上的绿灯闪烁 5 下。用计数器CNT0007控制循环次数，它的设定值等于循环 次数 5。每执行一次循环，在步S33中使 CN'I0007的当前值 减一，这一操作是将 S33的常开触点接在 CNT0007的计数脉 冲输入端来实现的。每次执行循环的最后一步 ，都根据 CNT0007的当前值是否为零来判断循环是否结束，用定时器 T0005常开触点和00007常闭触点串联来实现。在循环程序 执行之前或执行完后，应将控制循环的计数器复位，才能保 证下次循环时循环计数。复位操作应放在循环之外，如图5 中，计数器复位放在步 S34显然比较合适。 车道红灯 人行道绿灯 车道红灯 人行道绿灯 图4 单序结构顺序功能图 (下转第 84页) 万方数据 

堆 铃 俘 [4]张肾达.保铮.非平德信号分析与处理 〔M].北京:国防工 业 出版社 ，1998. [5]马维祯，殷瑞祥.子波分析与子波变换 【M].广州:华南理 工大学出版秒，1996. [6] Meyer, Y., Wavelets&Applications, Society for Industrial 绷本(Hz) and Applied Mathematics [M].Philadelphia, PA, 1993. 图 10 裂纹信号的复解析小波变换解调谱 参考文献: [1]陈克兴，李川奇主编.设备状态监侧与故阵诊断技术 【M] . 业京:科学技术文献出版社，1991: 348-354. [2]屁梁生，何正备.机械故雌诊断学 [M].上海:上海科学技 术出版社.1986: 95-108. [3」 Newland D E. Harmonic Wavelet Analysis) [M].Proceed- ings of the Royal Society of London: A, 1993, 443 10: 203-205. (上接第 印 页) 在功能表图中仅有由两步组成的小循环，则相应的辅 助继电器的线圈将不能导通 [’]。如图 6所示 ，32.00和 1'0004均为 “1”状态时，33.00的起动电路接通，但这时 候与它串联的 32.00常闭触点却是断开的，因此 33.00线 圈是不能通电的。出现上述问题的根本原因是步 S32既是 [7] Newland P E. Ridge and Phase Identification in the Fre- quency Analysis of Transient Signals场 Harmonic Wavelets [J].Journal of Vibration and Acoustics, 1999, 121 (2): 149-155. [8] Pasquier P. Goncalves P and Baraniuk R. Hybrid Linear/Bi- linear Time-Scale Analysis [J].IEEE Trans.Signal Process- ing, 1999, 47 (1): 254-259. 第一作者简介:王 春，男，1965年生，博士.讲师。研究领 域:信号检测和信号处理。 (编样:向 飞) ‘ 32. 00 T0004 32. 00 34. 00 33.00 图 6 小循环及对应梯形图 人行道 人行道 Off #150 单序结构程序为 80步，并行结构程序为 92步，这是因为 此并行结构中包含了一个闪烁控制的小循环结构。许多教 材上对此例控制只采用并行结构而忽略单序结构 ，本文采 用两种不同顺序结构实现同一控制，可以帮助 PLC初学者 拓展思维，对教师的教学也有一定的借鉴意义。 参 考文献 : [1l林育兹，鲍平.可编程序拉制器原理及逻拆控制 【M].北 京:机械工业出版社，2005. [23朱晖.PLC在机械手控制系统中的应用 【Il.机电产品开发 与创新，2007, 20 (1): 186-187. [3]狡一平.可编程序控制器逻样控制案例 【M].北京:高等教 育出版社.2加7. [4l左救，陈燎原.PLC梯形图的三种顺序撞制设计法 【il.机 床电器，2007, 34 (2): 43-46. [5]宋佰生.PLC编程理论·葬法及技巧 【M].业京:机械工业 图5 并行结构功能图 出版社，2005. S33的前级步又是它的后序步。如果在小循环中增加一步 就可以解决这一问题，这一步只起延时的作用，延时时间 可以很短，对系统不会有什么影响，可以采用高速定时器 TIMH来实现 [[7]，如图5中虚线所示。 4结束语 根据两种不同结构的功能图，采用通用指令编程，转 换为相应的梯形图控制程序 (由于篇幅限制本文省略)。 万方数据 [6]邓文礼，城里. CS/C]系列PLC应用基础及案例 【M].北 京:机械工业出版社，2006. [7l杨奋源.可编程拉制器原理与应用 【M].北京:电予工业出 版社 .2004. 第一作者简介:樊金荣，女，1975年生，湖北武汉人，硕士，讲 师。研究领域:控制系统与故障诊断。已发表论文5篇。 (编挥:梁 玉)