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西门子PLC的顺序功能图(SFC)简介

    这是一种图形编程语言，用来编制顺序控制程序。编程人员不一定对PLC的指令系统非常熟悉，甚至可以不懂计算机知识，只要对被控对象的工艺流程非常熟悉就可以协助进行SFC的设计。因此，它是各专业技术人员进行交流的桥梁。我们将在后面的章节进行详细介绍。

    顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，用框图来表示程序的执行过程及输入条件与输出相应之间的关系，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。顺序功能图主要由步、转换和动作三元件组成。图3-15是一种连接块，对应特定控制任务的编程连接；转换是一任务到另一任务的原因；动作是控制任务的独立部分。

    目前多数通用编程器不能直接对SFC进行编辑，必须将其转换成对应的指令语句表输入编程器实现程序的编译。

    图3-15    顺序功能图的基本结构
助记符语言又叫指令语句表，是PLC的命令语句表达式。用梯形图编程虽然直观、简便，但要求PLC配置较大的显示器方可输入图形符号，这在有些小型机上常难以满足，特别是在生产现场编写调试程序时，常要借助于编程器，它显示屏小，采用的就是助记符语言。应该指出的是不同型号的PLC，其助记符语言也不同，但其基本原理是相近的。编程时，一般先根据要求编制梯形图语言，然后再将梯形图转换成助记符语言。表3-1是采用三菱FX型PLC指令语句表完成图3- 14 (b)功能编写的程序。

  图3-14    继电器接线图及其等效PLC梯形图

    表3-1    PLC指令语句表[图3-14(b)]

    指令语句表是由若干条语句组成的程序，语句是程序的小独立单元。每个操作功能由一条或几条语句来执行。PLC的语句表达形式与微机的语句表达形式相类似，也是由操作码和操作数两个部分组成。

    操作码用助记符表示（如LD表示取，OR表示或等），用来执行要执行的功能，告诉CPU该进行什么操作如逻辑运算的与、或、非；算术运算的加、减、乘、除；时间或条件控制中的计时、计数、移位等功能。

    操作数一般由标识符和参数组成。标识符表示操作数的类别，例如表明是输入继电器、输出继电器、定时器、计数器、数据寄存器等。参数表明操作数的地址或一个预先设定值。
   PLC的控制功能是通过执行程序实现的，而程序是用程序设计语言编制的。编程语言多种多样，不同的PLC厂家，不同的PLC型号，采用的表达方式也不尽相同。PLC突出的优点之一就是采用“软”继电器（编程元件）代替“硬”继电器（实际元件），用软件编程逻辑代替传统的硬布线逻辑实现控制作用，而且PLC的编程语言面向被控对象、面向操作者，易于为熟悉继电器控制电路的电气技术人员理解和掌握。PLC的编程语言有顺序功能图、梯形图语言、功能块图、指令表、结构文本等。在这些语言中，尤以梯形图、指令助记符语言为常用。

    梯形图语言是在接触器一继电器控制原理的基础上演变而来的一种图形语言，它将PLC内部的各种编程元件（如输入继电器、输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等）和命令用特定的图形符号和标注加以描述，并赋予一定的意义，如图3 - 14所示。

    图3-14    继电器接线图及其等效PLC梯形图

    (a)继电器接线图；(b) PLC梯形图

    使用梯形图语言与计算机语言相比，编程人员几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑。因此，它很容易被一般的电气工程设计人员和运行维护人员所接受，是初学者理想的编程工具。所有厂商的PLC都支持梯形图语言。梯形图就是按照控制逻辑的要求和连接规则将图形符号进行组合和排列所构成的表示PLC输入、输出之间关系的图形。其中，触点表示逻辑输入条件，如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的输出标志位等。它清晰直观，可读性强，是目前使用多的一种编程语言。

    使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将它下载到PLC中去。

    1．梯形图中的符号

    在梯形图中，、分别表示PLC各种编程元件（也称软继电器）的动合触点和动断触点，则表示PLC各种编程元件的线圈。应注意，它们并非物理实体，不是真实的物理继电器（即硬件继电器），只是概念上的意义，即只是软件中使用的编程元件。每一个软继电器实际上仅对应于PLC工作数据存储区中的一个存储单元（位），当该单元的状态为逻辑1时，相当于该继电器的线圈接通，对应的动合、动断触点都动作。

    以辅助继电器为例，如果该存储单元为逻辑1状态，对应编程元件的线圈“通电”，其动合触点接通，动断触点断开，称该编程元件为逻辑1状态，或称该编程元件为ON（接通）。该存储单元为逻辑o状态，梯形图中对应的编程元件的线圈“断电”，其动合触点断开（即复位），动断触点闭合（即复位），称该元件为逻辑0状态，或称该元件为OFF（断开）。

    另外，人们把对数据进行操作处理的指令看成一种特殊、广义的操作元件，用方框或方括号表示。它们前面有若干动合或动断触点组成的逻辑电路与之串联，作为执行该指令的条件。

    2．梯形图格式及特点

    (1)梯形图中左右两边的竖线称为左右母线，每个梯形图由多层梯级（或称逻辑行）组成，每层梯级起始于左母线，经过触点的各种连接，后通过一个继电器线圈终止于右母线。有些梯形图中省略了右母线。每层梯级实际上代表了一个逻辑方程。

    (2)梯形图中左右母线表示假想的逻辑电源，当一梯级的逻辑运算结果为逻辑1时，表示有一个假想的“能流”自左向右流动。能流只能从左向右流动。利用能流这一概念，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图。

    (3)梯形图中某一编号的继电器线圈一般情况下只能出现一次。而同一编号的继电器动合触点、动断触点则可被无限次使用，即可重复读取与继电器对应的存储单元的状态。

    (4)根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的ON/OFF状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像区中的值，而不是根据解算时外部输入触点的状态来进行的。简言之，即梯形图中每一梯级的运算结果，可立即被其后的梯级所利用。

    (5)输入继电器的状态仅受对应的外部输入信号控制，不能由各种内部触点驱动，因此梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现输入继电器的线圈。

    (6)梯形图中输入触点和输出继电器线圈对应的是I/O映像区相应的位的状态，而不是物理触点和线圈。现场执行元件只能通过受控于输出继电器状态的接口元件（继电器、晶闸管、晶体管）所驱动。

    (7) PLC内部的辅助继电器、定时器、计数器等的线圈不能用于输出控制之用。

    (8)继电器控制电路图所表示的线路只要接通电源，整个电路就处于带电状态，该闭合的继电器触点都同时闭合，不该闭合的都受到某种条件的限制而不能闭合。继电器动作的顺序同它在电路图上的位置和顺序无关，这种工作方式称为并行工作方式。而在梯形图中，并没有真正的电流流动，由于PLC以扫描的方式工作，故可以认为在其内部有一个能流在流动，这个能流的流动方向是从左到右，层次是先上后下。因而梯形图中的继电器都处于周期性的循环扫描接通状态中，各个继电器的动作决定于程序扫描的顺序，同它们在梯形图中的位置有关，这种工作方式称为串行工作方式。

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