论文部分内容阅读
摘要：在现代的技工教育中，PLC课程的开设符合现代企业对高技术工人的要求。但是，针对现在技工教育中普遍的PLC教学方法和技工学生的特点，应该在教学中侧重SFC编程。由于SFC具有思路清晰、方法简单、工作高效、调试修改程序方便等优势，更有利于技工学生的吸收和应用。
关键词：技工教育PLCSFC
0 引言
可编程控制器简称PLC（Programmable Logic Controller），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
近几年，随着PLC的应用越来越普及，正改变着工厂自动控制的面貌。做为培养高技术工人的技工学校也开设了PLC这门课程。然而面对技工学生，在PLC教学中出现了一些问题。针对这些问题，通过参加2011年闽台合作“五年计划”2011年寒假教师电工培训班，发现在PLC的教学当中，在符合教学大纲要求的情况下，侧重SFC图的编程，有利于学生的编程水平的提高。
1 PLC教学中的问题
1.1 技工学生的特点 做为技工学校的学生，他们在知识储备、学习方法、思维习惯存在以下特点：①知识储备。学生的知识储备结构不合理。他们对于理工科的基础学科的掌握程度不够，数学和计算能力不足，电工基础知识不够丰富，大部分学生之前对计算机结构还很陌生。这种不合理的知识储备结构，给PLC教学带来一定的难度。②学习方法。他们的学习方法遗留了以前在中学学习时的缺点。缺少预习的准备阶段，复习的巩固过程，特别是对于难度较大的问题，他们缺乏耐心和毅力。思考的欠缺，导致他们在PLC编程中缺少思路。③思维习惯。他们的思维特点是喜欢直观、明了的东西，思考问题的发散程度不够。思考问题时有时缺少一定的逻辑特点。
1.2 当前PLC教学的特点 当今比较普及的PLC教学特点有以下几点：
1.2.1 强调对梯形图设计的掌握 梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。这些程序的特点是更符合继电器控制系统的思路，和人的逻辑并不相似。
1.2.2 SFC图的应用相对较少 SFC图的编程往往和步进指令紧密联系在一起。而一般的教材都把这部分内容视为较高级的部分，编排在教材的后面章节。然而实际上，SFC图的编程简单、直观，容易上手，并不需要太多的PLC基础铺垫。
2 PLC的编程及SFC
PLC编程，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。编程语言有很多种：梯形图、指令表、高级语言等。
PLC是计算机和自动控制装置发展的产物，在工业自动化的企业，PLC的控制越来越普及，在最常见的自动化控制中，顺序控制占主要应用。做为技工学校培养出来的学生，要能够适应企业的最常见的需求，这也正是技校教育的关键。SFC具有思路清晰、方法简单、工作高效、调试修改程序方便等优势。因此，在PLC教学当中，要侧重SFC的应用。在台湾的教育、培训当中，这个经验已经被证明是正确的。
那么，什么是SFC？它的定义是什么？怎么应用？为什么它具有这些优点？
2.1 SFC的定义 SFC（Sequential Function Chart，SFC）叫顺序功能图，又叫做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，同时也是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。状态转移图是用状态继电器(简称状态)描述的流程图。
2.2 SFC的编程方法 流程图主要由步、转移(换)、转移(换)条件、线段和动作(命令)组成。
每一步用一个矩形方框表示，方框中用文字表示该步的动作内容或用数字表示该步的的标号。与控制过程的初始状态相对应的步称为初始步。初始步表示操作的开始。每步所驱动的负载(线圈)用线段与方框连接。方框之间用线段连接，表示工作转移的方向，习惯的方向是从上至下或从左至右，必要时也可以选用其它方向。线段上的短线表示工作转移条件。
方框与负载连接的线段上的短线表示驱动负载的联锁条件，当联锁条件得到满足时才能驱动负载。转移条件和联锁条件可以用文字或逻辑符号标注在短线旁边。状态元件是构成状态转移图的基本元素，是可编程序控制器的元件之一。状态元件是构成状态转移图的基本元素，是可编程序控制器的元件之一。①驱动负载。②指定转移的目的地。③给出转移条件。
3教学应用的案例
在PLC的应用中，循环编程是一个很重要的部分。它应用无处不在。循环编程的方法也是各种各样。PLC为我们提供很多指令和方法，让我们能够实现循环编程。比如：使用高级指令SFTL；或者使用跳转指令；再或者使用MC、MCR指令等等。但在实际的教学中，技校学生对这些编程方法就很难理解。但是如果用SFC进行编程，就容易理解得多。以如下案例来讲：
某喷泉有Ａ、B、C三组喷头，要求启动后按照以下时序图工作。
在控制过程中，要求A组喷头由PLC的Y0来控制，Y0端子ON的时候，A组喷头有水喷出。B组喷头由PLC的Y1来控制，Y1端子ON的时候，B组喷头有水喷出。C组喷头由PLC的Y2来控制，Y2端子ON的时候，C组喷头有水喷出。
如果这种控制时序图要采用MC、MCR指令来编程，程序的可读性较差。没有比较深厚的编程基础的人是比较难理解的。MC是主控指令。功能是：通过MC 指令的操作元件的常开触点将左母线暂时移到一个所需的位置，产生一个临时左母线，形成一个主控电路块。MCR 是主控复位指令。功能是：取消临时左母线，即将左母线返回到原来的位置，结束其主控电路块。也就是说MCR指令是主控电路的终点。在程序中，T5控制整个时序循环的周期，T5为ON时，主控触点断开，T5为OFF时，再次接通主控触点。
但是这部分程序要求学习者必须充分掌握PLC的内部工作原理，还要有一定的抽象思维能力。大部分的技校学生缺乏这些思维和分析思路，又缺乏钻研的毅力。因此，这部分内容的吸收就很困难。
如果采用SFC编程，则整个思路明晰，直观易懂。下图为该案例的SFC图：
输入的指令表为：
上述案例皆通过现实教学实践证明：采用SFC图编程的编程方法比采用MC指令的梯形图编程容易理解，容易上手，学生的积极性也随之增高。（以上程序在软件GX Developer 中编写，流程图和时序图在Visio中绘制。）
参考文献：
[1]肖明耀.《可编程控制技术》中国劳动社会保障出版社.2004.
[2]阮友德.《电气控制与PLC实训教程》人民邮电出版社.2008.
[3]三菱《FX2N编程手册》.
[4]三菱《GX Developer 8操作手册》.
关键词：技工教育PLCSFC
0 引言
可编程控制器简称PLC（Programmable Logic Controller），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
近几年，随着PLC的应用越来越普及，正改变着工厂自动控制的面貌。做为培养高技术工人的技工学校也开设了PLC这门课程。然而面对技工学生，在PLC教学中出现了一些问题。针对这些问题，通过参加2011年闽台合作“五年计划”2011年寒假教师电工培训班，发现在PLC的教学当中，在符合教学大纲要求的情况下，侧重SFC图的编程，有利于学生的编程水平的提高。
1 PLC教学中的问题
1.1 技工学生的特点 做为技工学校的学生，他们在知识储备、学习方法、思维习惯存在以下特点：①知识储备。学生的知识储备结构不合理。他们对于理工科的基础学科的掌握程度不够，数学和计算能力不足，电工基础知识不够丰富，大部分学生之前对计算机结构还很陌生。这种不合理的知识储备结构，给PLC教学带来一定的难度。②学习方法。他们的学习方法遗留了以前在中学学习时的缺点。缺少预习的准备阶段，复习的巩固过程，特别是对于难度较大的问题，他们缺乏耐心和毅力。思考的欠缺，导致他们在PLC编程中缺少思路。③思维习惯。他们的思维特点是喜欢直观、明了的东西，思考问题的发散程度不够。思考问题时有时缺少一定的逻辑特点。
1.2 当前PLC教学的特点 当今比较普及的PLC教学特点有以下几点：
1.2.1 强调对梯形图设计的掌握 梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。这些程序的特点是更符合继电器控制系统的思路，和人的逻辑并不相似。
1.2.2 SFC图的应用相对较少 SFC图的编程往往和步进指令紧密联系在一起。而一般的教材都把这部分内容视为较高级的部分，编排在教材的后面章节。然而实际上，SFC图的编程简单、直观，容易上手，并不需要太多的PLC基础铺垫。
2 PLC的编程及SFC
PLC编程，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。编程语言有很多种：梯形图、指令表、高级语言等。
PLC是计算机和自动控制装置发展的产物，在工业自动化的企业，PLC的控制越来越普及，在最常见的自动化控制中，顺序控制占主要应用。做为技工学校培养出来的学生，要能够适应企业的最常见的需求，这也正是技校教育的关键。SFC具有思路清晰、方法简单、工作高效、调试修改程序方便等优势。因此，在PLC教学当中，要侧重SFC的应用。在台湾的教育、培训当中，这个经验已经被证明是正确的。
那么，什么是SFC？它的定义是什么？怎么应用？为什么它具有这些优点？
2.1 SFC的定义 SFC（Sequential Function Chart，SFC）叫顺序功能图，又叫做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，同时也是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。状态转移图是用状态继电器(简称状态)描述的流程图。
2.2 SFC的编程方法 流程图主要由步、转移(换)、转移(换)条件、线段和动作(命令)组成。
每一步用一个矩形方框表示，方框中用文字表示该步的动作内容或用数字表示该步的的标号。与控制过程的初始状态相对应的步称为初始步。初始步表示操作的开始。每步所驱动的负载(线圈)用线段与方框连接。方框之间用线段连接，表示工作转移的方向，习惯的方向是从上至下或从左至右，必要时也可以选用其它方向。线段上的短线表示工作转移条件。
方框与负载连接的线段上的短线表示驱动负载的联锁条件，当联锁条件得到满足时才能驱动负载。转移条件和联锁条件可以用文字或逻辑符号标注在短线旁边。状态元件是构成状态转移图的基本元素，是可编程序控制器的元件之一。状态元件是构成状态转移图的基本元素，是可编程序控制器的元件之一。①驱动负载。②指定转移的目的地。③给出转移条件。
3教学应用的案例
在PLC的应用中，循环编程是一个很重要的部分。它应用无处不在。循环编程的方法也是各种各样。PLC为我们提供很多指令和方法，让我们能够实现循环编程。比如：使用高级指令SFTL；或者使用跳转指令；再或者使用MC、MCR指令等等。但在实际的教学中，技校学生对这些编程方法就很难理解。但是如果用SFC进行编程，就容易理解得多。以如下案例来讲：
某喷泉有Ａ、B、C三组喷头，要求启动后按照以下时序图工作。
在控制过程中，要求A组喷头由PLC的Y0来控制，Y0端子ON的时候，A组喷头有水喷出。B组喷头由PLC的Y1来控制，Y1端子ON的时候，B组喷头有水喷出。C组喷头由PLC的Y2来控制，Y2端子ON的时候，C组喷头有水喷出。
如果这种控制时序图要采用MC、MCR指令来编程，程序的可读性较差。没有比较深厚的编程基础的人是比较难理解的。MC是主控指令。功能是：通过MC 指令的操作元件的常开触点将左母线暂时移到一个所需的位置，产生一个临时左母线，形成一个主控电路块。MCR 是主控复位指令。功能是：取消临时左母线，即将左母线返回到原来的位置，结束其主控电路块。也就是说MCR指令是主控电路的终点。在程序中，T5控制整个时序循环的周期，T5为ON时，主控触点断开，T5为OFF时，再次接通主控触点。
但是这部分程序要求学习者必须充分掌握PLC的内部工作原理，还要有一定的抽象思维能力。大部分的技校学生缺乏这些思维和分析思路，又缺乏钻研的毅力。因此，这部分内容的吸收就很困难。
如果采用SFC编程，则整个思路明晰，直观易懂。下图为该案例的SFC图：
输入的指令表为：
上述案例皆通过现实教学实践证明：采用SFC图编程的编程方法比采用MC指令的梯形图编程容易理解，容易上手，学生的积极性也随之增高。（以上程序在软件GX Developer 中编写，流程图和时序图在Visio中绘制。）
参考文献：
[1]肖明耀.《可编程控制技术》中国劳动社会保障出版社.2004.
[2]阮友德.《电气控制与PLC实训教程》人民邮电出版社.2008.
[3]三菱《FX2N编程手册》.
[4]三菱《GX Developer 8操作手册》.