圖1 自動工作循環過程

第一步的定義可由順序功能流程圖描述,圖2所示為本例主功能流程圖。它從功能入手,以功能為主線,將生產過程分解為若干個獨立的連續階段(步) 。

分解的各步可以是一個實際的順序步,例如步1,對應的動作是起動主泵電機,也可以是生產過程的一個階段,例如步2為自動工作過程,其功能流程圖見圖3。

從這兩個功能流程圖可以看到,它將各步的操作、轉換條件以及步的推進過程簡單明了地顯示出來了,并體現出了具有單序列、選擇序列、并行序列幾種基本結構。例如步25至步27是單序列,實現了多工序的順序工作;步12、步13、步14及步15構成了四分支選擇序列結構,可實現三頭同時加工、右頭調整、上頭調整、左頭調整四種工況的選擇;而步28至步30、步31至步34、步35至步38則形成了三個并行的分支,實現的是三頭同時加工過程;步21、步22與步23、步24間也是并行關系,實現了工件上位降中位與主軸定位兩個工序并行工作。該兩個并行的過程間有同步問題,即步21 (工件上位降中位)與步23 (主軸定位)同時開始,但不同時結束,需要用并行序列的合并來同步(等待兩個動作均結束) ,使之同時轉入步25。三頭同時加工時也有此問題。在順序功能流程圖的描述中,注意要說明各步間的轉換條件、各步對應的命令與動作及相應運行狀態。

圖2 主功能流程圖

2 程序實現方法

接下來的第二步則需要用某種編程語言的指令對上述功能流程圖進行編程,以實現其中的功能和操作。

目前已有提供直接功能流程圖編程的PLC,但對于不具有該編程語言的PLC,可采用仿功能流程圖編程的方法,這里所說的是采用梯形圖、指令表等最常見的編程語言實現編程的方法。根據功能流程圖的描述,可將該復雜的結構分解為單序列、選擇序列、并行序列幾種基本環節,找出這些基本環節各自的規律、編程規則,化整為零分塊編程。這樣程序為結構化模塊形式,編程的思路更清楚,程序設計更為規范。各種基本環節的程序實現可采用通用邏輯指令、置位與復位指令或移位寄存器,這幾種實現方法有一個共性就是要考慮如何激活一步、保持該步、又如何停止一步,如果用步進指令來實現,這些問題就無需考慮,程序也簡潔的多。下面給出運用步進指令實現的對圖2、圖3的編程,并就關鍵問題進行分析。

圖4為主功能流程圖的梯形圖,圖5為自動工作功能流程圖的梯形圖(只給出了一部分) 。先看步25到步27的單序列,其各步的控制規律為:若某步為活動時,則當它與下步間的轉換條件一旦成立,該步即變為非活動步,而下一步成為活動步。當步為活動時,相應的動作和命令才執行,非活動步相應的動作和命令不被執行。這樣步25是活動步時,會發右頭快進指令(使Y442得電) ,直到快進到位(行程開關SQ4受壓,轉換條件X412滿足) ,步25成為非活動步,右頭停止快進(使Y442失電) ,步26成為活動步,工件開始從中位降下位(使Y447、Y552得電) ⋯⋯。選擇序列各步的控制規律為:分支時,若一個前級步是活動的,則當它與多個選擇后續步之間的哪個轉換條件滿足,哪個后續步就成為活動步,而前級步成為非活動步。合并時,若多個選擇前級步之一是活動的,當該活動步與一個后續步之間的轉換條件滿足,則后續步就成為活動步,前級步成為非活動步。實例中步11為活動步時,四個分支的轉換條件哪個成立則哪個分支步就會成為活動步。如果按動自動加工起動按鈕,使轉換條件X403滿足,則會進入步12,開始自動加工過程,直到轉換條件X424滿足,分支合并循環到初始步,開始一個新的輪回。按照控制要求,整個加工過程中主泵電機需要一直處于運轉狀態,所以在步11中使用了置位Y430指令,而在步11成為非活動步后, Y430并不失電。并行序列各步的控制規律為:分支時,若一個前級步是活動的,則當轉換條件滿足,則多個并行的后續步同時成為活動步,而前級步成為非活動步。合并時,若多個并行的前級步均是活動的,當轉換條件滿足,則一個后續步成為活動步,多個并行的前級步同步成為非活動的。實例中步20為活動步時,執行裝件指令,裝件完畢,轉換條件X425滿足,步21、步23同時成為活動步,即停止裝件,開始工件上位降中位和主軸定位動作。由于這兩個動作不同時結束,因此插入了兩個沒有動作和命令的空步——步22、步24 (梯形圖中相應的步進接點沒有連接輸出繼電器) ,用于分別停止兩個前級步,結束相應的動作,并等待兩個動作均停止的時刻,一旦時刻來到(條件X410·X427滿足) ,兩并行步合并轉換到步25。三頭同時加工時,也有類似的同步問題,在此不再贅述。

圖3 自動工作功能流程圖

3 結束語

通過本PLC程序設計實例可以看出,采用順序功能流程圖的程序設計方法有以下優點:a. 功能流程圖與生產過程結合緊密,設計思路明確,系統操作含義清晰,有利于工藝和自控技術、設計人員的思想溝通;b. 功能流程圖可以向設計者提供規律的控制問題描述方法,就易于得到相應的編程方式,易于設計出任意復雜的控制程序,并使編程更趨于規范化、標準化。

圖4 主功能流程圖的梯形圖

圖5 自動工作功能流程圖的梯形圖（部分）