“化难为易寓教于乐”——SFC编程法结合仿真软件在教学中的妙用
“化难为易寓教于乐”
——SFC编程法结合仿真软件在教学中的妙用
泰州技师学院 吴迪
[文章摘要]本文介绍了利用三菱Gx Developer8.34开发工具对三菱Fx1s系列PLC进行SFC编程，以实例说明用SFC直接编写用户程序的方法，指出了用Gx-Simulator 6c实现离线仿真的途径和办法，并借助于组态软件在一体化教学模式中模拟PLC控制对象的工作过程。
[关键词] PLC SFC 编程仿真一体化
引言
梯形图编程法是教学过程中所用的传统编程法，特别对于通过接触继电控制开始了解编程的学生而言，他们可以直接在头脑里面构思梯形图。但梯形图编程方法要求学生对动作过程掌握的透彻，程序运行必须符合工艺过程，同时梯形图程序设计需要考虑复杂的联锁环节，程序理解和检查困难。
SFC即状态流程图，就是用状态来描述控制过程的流程图。SFC的优势是学生编程时不需要对各工序之间的联锁等做过多的了解，只要了解各个工序简单的逻辑过程即可。因为SFC编程法是按照设备（或工艺）的动作顺序编写的，所以采用SFC进行PLC应用编程和传统梯形图编程法相比的主要优势在于程序中可以直观的看到设备动作的顺序。对于顺序控制过程而言，结果更为简单，直观明了。
本文结合十字路口交通灯控制系统具体实例，重点介绍如何利用三菱Gx Developer8.34软件来进行SFC的编程和Gx-Simulator 6c软件仿真实现，并借助于组态软件在一体化教学模式中模拟PLC控制对象的工作过程。
一、“化难为易”：画图即为编程
1. SFC编程思路的确立
状态流程图在SFC编程法中的运用在于直接参与编程，即在Gx Developer软件中画状态流程图就是编程。SFC采用画状态流程图的方式来编程，只要在状态方框的输入和输出标上特定的符号即可。这对于学生来说，可以不需要了解更多的电气知识，更加方便。SFC将编程的应用逻辑分成步和转换条件，来替代一个长的梯形图程序。通过对工作过程及时序状况的分析，可以看出十字路口交通灯控制系统是两个顺序流程同时执行，所以称之为并行分支，其状态流程图如下图1所示。
SFC编程法只要对图中每个状态的状态任务、状态转移条件和状态转移方向做具体的说明和设置，编程就已经完成。应用SFC来进行程序分析设计，学生容易理解全部动作过程。
2．十字路口交通灯控制的SFC程序编制
（1）启动Gx Developer8.34编程软件，单击“工程”菜单，点击创建新工程菜单项。在弹出的对话框PLC系列列表框中选择FXCPU，在PLC类型列表框中选择Fx1s，在程序类型项中选择SFC，同时选择存储路径，确定后进入块信息窗口。
图1
（2）在块列表窗口中双击“No.0”，并在弹出的信息设置对话框中输入块标题。选择“梯形图块”作为块类型，单击“执行”进入块的编辑窗口。
（3）在块编辑窗口内输入程序，用于设置程序的初始状态及满足什么样的条件进入初始状态。输入完成后进行变换。
（4）在完成了程序的第一个梯形图块编辑后，双击工程数据窗口中的“程序”\“MAIN”，显示块信息设置，单击“No.1”，并在“块信息设置”对话框中输入“交通灯控制”。接着应选择SFC块类型，单击“执行”进入SFC的编程编辑窗口。这时可以看到SFC中块及转移条件均显示“？”，接下来应完成每一块的具体动作。
（5）单击SFC状态编辑窗口中的初始块“0”，在右方梯形图编辑框窗口中输入具体运行的程序。
在SFC程序编辑窗口第一个转移条件处单击，在右侧梯形图编辑框中输入使状态转移的梯形图，可以看出触点驱动的不是线圈而是TRAN符号，注意每编辑完一次后需转换。
（6）根据设计好的交通灯控制状态流程图在SFC状态编辑框内输入各块及转移条件。双击块下的转移条件处，在弹出的窗口中选择“==D”可生成并行的两个分支。如果程序中需要执行跳转的话，在对应的位置上双击后，选择“JUMP”，同时输入所需跳转到的块编号。
（7）程序输入完成后，需将SFC中各块的程序内容进行变换，若程序中存在错误，系统会弹出错误提示框。至此，若没有错误则SFC的状态流程图程序编写结束。
3．程序离线仿真调试
正确实现三菱PLC离线仿真，必须首先安装仿真软件即安装Gx-Simulator 6c。仿真软件的功能就是将在Gx Developer软件中编写好的程序在电脑中虚拟运行。程序输入完并变换编辑后，将程序写入PLC，然后选中X0的常开触点，在其软元件编辑区设定为“强制ON”，这时在SFC编辑区就可以看见各个块和转移条件运行情况（如图2）。
通过SFC编程法在Gx Developer软件中的运用并离线仿真实现，可以清晰的监视到各个状态的执行情况，这样在教学过程中能帮助学生理解程序实现的方式，同时容易找出故障所在的位置，从而更好的增强程序编制的能力。
图2 图3
二、“寓教于乐”：一体化建模
“寓教于乐”的重要前提在于唤起学生的兴奋和愉悦。它的新颖性表现在教学方法的不断更新与变化上。PLC一体化的实践教学,往往由于资金、设备、场地等因素的制约,通常用发光二极管来模拟各种设备的工作过程,这样直观性和形象性较差,造成学生对PLC在控制领域的应用缺乏感性认识,对课程缺乏兴趣。而采用组态软件构建模型来代替实物,用PLC来控制模型的运行,同样进行编程和仿真调试,却可以看到自己建模的效果从而激发学生求知欲望,并提升学生的实践动手能力。
针对十字路口交通灯控制系统具体实例，要使画面中各图像能够生动、逼真的显示，首先在组态软件的设备窗口中对多个对象进行组态，生成图形界面，为实现动画演示效果做准备。再根据需要设置通道类型、地址及数据类型，并通过在软件的命令语言中书写程序来控制、驱动画面。
将运用SFC编程法在Gx Developer中编制的程序写入到PLC中，通过设置所画图形各控件单元属性完成组态软件与PLC通信。在设置 “变量选择方式”时选择“根据采集信息生成”，这样组态软件中所画的图形与PLC建立了连接。通过运行仿真动画，可形象直观地观察PLC控制对象的工作情况，由此也可验证PLC程序是否正确。（如图3）
SFC程序编制及离线仿真实现和PLC一体化教学模式可以完美结合。SFC程序编制及离线仿真实现都是用计算机编程软件完成，所得的程序是应用组态软件在计算机上动画演示的基础。在PLC一体化教学中实现教学目标、教学内容和多媒体的有机结合。应用多媒体辅助教学，可以把理论讲解和仿真建模一体化地结合起来，让学生对PLC学习产生崭新的认识，从而萌发出浓厚的兴趣，激发出更强的学习积极性、主动性。同时SFC程序回避了冗长、复杂的梯形图编写，使得PLC一体化教学的周期变短，便于学生从总体上掌握，遵循“理论够用、实践为重”的原则，将理论融于实践中。
三、结束语
在PLC一体化教学模式中运用SFC编程法，并借助于组态软件模拟PLC控制对象的工作过程，可以让学生保持浓厚的探究兴趣，使纷繁复杂的知识内容简约化、精要化，使学生真正成为学习的主人，潜能得到充分的激发。总之，SFC“化难为易”的编程方式结合组态软件“寓教于乐”的显示方法，最能激起学生的兴奋和愉悦，引起他们定向探究的兴趣，可谓“化难为易，寓教于乐”。
参考文献：
[1]王国海、周荣俊、沈蓬.可编程序控制器及其应用.中国劳动社会保障出版社，2007.
[2]张万忠.可编程控制器应用技术.化学工业出版社,2002.
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