基于GX Wor ks2软件的SFC编程与仿真应用

刘振方，刘文贵，梁 杰，张冬梅，郑荣杰

（河北工程技术高等专科学校 电气自动化系，河北 沧州 061001）

伴随计算机技术、通信技术和微电子技术的飞速发展，可编程序控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）已经成为当今工业自动化控制的标准设备之一。目前，在可编程控制器的设计中广泛采用的顺序功能图（Sequential Function Chart）编程语言是较为通用的一种语言，主要用于编制复杂的顺序控制程序。顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是描述顺序控制过程的一种有效工具。利用顺序功能图的设计方法具有规范、直观、易懂等特点，在保证自动控制过程得以实现的前提下，可以有效缩短程序开发周期。利用SFC编程方式虽然有诸多优点，但是目前在PLC设计领域中能够支持SFC直接在图形界面中进行编程仿真的工具却为数不多，本文采用三菱公司GX Wor ks2软件为开发平台进行SFC图的仿真编程方式能够完美地解决此类问题，并以小车运料过程控制为例介绍SFC编程的控制系统设计过程。

1 编制顺序功能图程序

GX Wor ks2是三菱公司开发的基于Windows平台下的、能用于三菱全系列PLC程序开发和仿真调试的软件，基于这款软件以FX2 N（C）系列PLC为对象，围绕小车运料过程控制，介绍顺序功能图开发与仿真过程。

1.1 控制要求

图1为某小车运料工作示意图，小车可以在行程开关X1和X2两地之间往返运动。控制要求：小车的初始位置在X1处，并压下该处限位开关X1。按下启动按钮X3，开始装料，8 s后停止装料，小车自动左行，到达限位开关X2点后停车，并卸料，10 s后完成卸料，然后右行至X1处，完成一次运行的全过程。要求在小车启动后，能实现自动往返循环控制，其中X4为停止按钮。其顺序功能图如图2所示。

图1 小车运料过程示意图

1.2 SFC设计过程

1）在桌面上双击GX Wor ks2图标进入编程软件，在菜单栏或工具栏中单击“新建”按钮，弹出创建新工程的对话框。本例中在“工程类型”选项中选择简单工程，在“PLC系列”选项选择FXCPU，在“PLC类型”选项中选择FX2 N／FX2 N（C），在程序语言选项中选择“SFC”程序，然后单击“确定”进入块信息设置窗口。在块类型选项中选择“梯形图块”，进入PRG编程模式。

2）在导航窗口中Main主程序块号“000：Block”的梯形图块编辑窗口的右侧梯形图编辑区中输入程序，该程序用于初始化程序的状态及给出接通初始步的条件，如图3所示。

图2 小车运料顺序功能图

图3 初始化梯形图块编程画面

3）鼠标右键点击导航窗口中Main标题，选择“新建数据”，出现新建数据对话框窗口，数据类型选择“程序”，数据名为“Bl ock1”，程序语言“SFC”，单击“确定”弹出“块信息设置”对话框，块类型中选择“SFC块”，点击“执行”则进入SFC块编辑窗口，此时程序会自动生成SFC的一个初始状态和状态转移条件。

4）依据已经设计好的小车运料过程控制状态转移图，利用软件中的SFC工具栏，在SFC状态编辑框内输入各个状态和状态转移条件。双击与两个转移条件直接相连某个状态图标，弹出“SFC符号输入”对话框，在“图形符号”选项中选择“STEP”，状态编号栏中输入对应的状态号即可。然后单击SFC块编辑窗口左侧某个状态图标，根据实际需要可输入该状态控制程序，在编辑窗口右侧的状态动作程序编辑区域编写该状态对应的动作程序。在梯形图编辑完成后，在菜单栏中“转换／编译”选择“转换”选项，或者按键盘中F4键快捷方式也能够实现梯形图变换过程，如图4所示。

图4 SFC块状态输出编程画面

5）点击SFC编程窗口中与某状态直接相连的转移条件图标，在右侧能够输入对应该状态转移条件的控制程序。按键盘中F4键转换编辑的程序，完成对应转移条件的编写工作。其中“TRAN”语句为虚拟输出指令，用于连接对应的转移输出，如图5所示。

图5 SFC块转移条件编程画面

6）当编制有跳转动作的状态转移图时，双击流程图中有向连线的末端，在弹出“SFC符号输入”对话框中的“图形符号”选项中选择“JUMP”，状态编号栏中输入对应的转移状态目标号，即返回目标状态循环执行。

7）状态图程序中其它部分可参照步骤4）至6）的操作，直至完成整个小车运料过程控制系统的SFC程序编制工作，如图6所示。

图6 小车运料系统的顺序功能图

2 顺序功能图程序仿真运行

在SFC程序输入完成后，需将各块的程序内容进行变换，选择菜单中的“转换／编译”→“转换”（编辑中所有程序），若此时程序中存在语法错误，则系统会自动弹出错误提示框。在GX Wor ks2软件中选择菜单“调试”→“模拟开始／停止”选项启动程序测试功能的操作，并且监控程序的工作状态，启动MAIN程序中“000：Block”初始化动作过程块。双击MAIN程序中“001：Block”图标，进入循环操作程序块，此时被激活的活动块出现蓝色的填充框，以区别于其它未执行的停止块。用户在仿真演示的操作过程中，可以模拟实际的某个按钮或限位开关的执行动作，即选择软件中“调试”→“当前值更改”菜单命令选项，出现“当前值更改”对话框，选中“软元件／标签”和“数据类型”对应数据后，选择“ON”或“OFF”来更改元件动作。

3 结束语

在工业生产实际应用中，由于SFC具有众多突出优点，因而在具有选择和并发分支的顺序控制系统设计中得到广泛的应用。而在设计顺序控制系统时，对于程序设计人员如能熟悉SFC的开发过程、熟练使用开发软件编制、并且进行程序仿真运行，在控制逻辑比较复杂的情况下，也可以有效降低程序设计工作量、缩短程序调试时间，对于整个系统设计、安装及调试运行，也是极为高效的选择。而且对于在校学生或者刚步入就业岗位的程序设计者而言是一个优质的开发设计工具，在传统的设计行业来讲又是一个历史性的突破，具有很高的推广价值。

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