SFC顺序功能图编程教案讲解.pdf

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1、2015-2016 学年度第一 学期 教案 授课班级： 科目（课题）：顺序功能图编程方式 授课教师： 部门：电气工程系 授课教师班级、人数（45 人） 科目PLC应用技术课题、课时SFC功能图编程（ 4 课时） 时间2015 年教学设备计算机、投影设备 课型授新课教学方式理实一体化 教 学 场 地 分 析 1、教学地点 6409 PLC实训室该实训室有25 台三菱 PLC学习板和 26 台 联想电脑一共 25 个实训工位、 50 把学生椅子、一块教学白板。 2、其中 26 台电脑有 25 台为学生机 1 台为教师机。学生机安装的软件有 GX Developer 编程软件、多媒体教学平台学生端软

2、件、 Microsoft Office 软件等；教师机安装的软件有GX Developer 编程软件、多媒体教学平台 教师端软件、 Microsoft Office软件等。 3、25 台三菱 PLC学习板中的空气开关、接触器、按钮、PLC等电气元件 都为正常。 学 生 分 析 1、基本情况分析：本班为13 级电气专业 5 年制高级班三年级学生，全 班 45人、全班都为男生。 2、知识机构分析：本班学生是初中毕业的高级班，之前进行了四个学期 的中级专业技能学习、已学过计算机应用基础、 电力拖动和 PLC 应用技术的基本课程，并且进行过6 周的 PLC一体化学习。对PLC已 有一些认识；对顺序控制

3、系统有基本的认识，由于没有学习过SCF功能 图编程，对 SCF绘图还不熟练，空间想象力较弱。 课 前 准 备 1、实训设备、常用电工工具、实习任务书、评分标准及多媒体课件的准 备。 2、学生工位分配。 一、教 学 目 标 1、知识目标： （1）掌握 SFC顺序功能图的符号及功能。 （2）熟练掌握新建、设置SFC功能图。 （3）掌握 GX Developer 编程软件 SFC编程编程的方法和技巧。 2、技能目标 ： （1）熟练识读 SFC功能图。 （2）能熟练掌握 SFC功能图的设计和编程快捷键。 （3）掌握 GX Developer 编程软件 SFC编程编程方式。 3、能力目标： （1）培养学

4、生利用 GX Developer 编程软件的 SFC功能对顺序控制系统编程的应用技能。 （2）培养学生能按照控制要求正确绘制、设计SFC功能图的能力。 （3）培养学生的逻辑思维能力。 （4）培养学生分析问题、解决问题的能力。 4、社会能力目标： （1）培养学生的沟通能力及团队协作精神。 （2）培养学生严谨、认真、细致、勇于创新、敬业乐业的工作作风。 （3）培养学生的质量意识、安全意识、环保意识。 （4）培养并强化学生自主探索学习的能力。 二、教 学 内 容 （1） 通过 GX Developer 编程软件创建一个SFC功能图。 （2） 通过案例练习熟悉每一个SCF编程的快捷键。 （3）通过指定

5、工作任务用SFC编程、调试。 三、教 学 重 点 与 难 点 1、教学重点： （2）SFC功能图的识读。 （2）GX Developer 编程软件 SFC功能的快捷键的使用。 （3）十字路口交通灯SFC顺序功能图的设计与编程调试。 （4）使学生锻炼自己的编程思路。 2、教学难点： （1）十字路口交通灯SFC顺序功能图的设计与编程调试。 四、教 学 过 程 、讲授指导 （一）组织教学；（2 分钟） （二）安全教育；（4 分钟） （三）复习提问；（6 分钟） （四）导入新课；（4 分钟） （五）讲授新课。（20 分钟） 、示范指导 （一）示范操作；（40 分钟） （二）组织学生分组练习及注意事项。

6、 （12 分钟） 、学生练习与巡回指导（60分钟） 、结束指导 （一）任务评分（ 8 分钟） （二）课后总结（ 4 分钟） （三）布置作业。 、板书板画设计 、教学反思。 讲授指导： 一：组织教学（2 分钟） （1）组织学生提前8 分钟集合点名，记录学生考勤；检查学生是否整齐着装（工 作服、鞋） ，仪容仪表是否符合课题一体化教学或安全操作规程的要求； 进行课堂纪律及安全教育。由班长组织提前3 分钟进入实习课堂准备上课。 （2）上课，师生问候：师：“上课！ ” ，班长： “起立！ ” ，师： “同学们好！” ，生： “老 师好！ ” ，师“请坐！” 二：安全教育（4 分钟） 1、学生安全 （1）

7、学生必须按规定的时间上课，不得迟到早退或无故缺课。 （2）实习前必须认真预习实习内容，明确实验目的、原理、方法和步骤，准备接 受指导教师提问，没有预习或提问不合格者，须重新预习，方可进行实习。 (3) 学生进入实习室必须工作服，保持安静，遵守实习室各项规章制度，严禁高声 喧哗、吸烟、随地吐痰或吃零食，不得随意动用与本实习无关的仪器。 2、设备安全 （1）PLC 实训室中的实训台采用的晶体管模拟电路，在实训工程中要注意对试验 台模拟电路的安全防护。 （2）实训台上的 PLC的主体设备，在使用时要注意用电安全，通电前要由教师检 查无误后方可通电。 （3）使用编程电缆时，注意接头位置的安装，不能用力

8、过猛，损坏设备。 3、用电安全 （1）进入实习室后，未经老师允许不得使用电气设备及各种电子仪器。 完成实习准备后，未经老师允许不得接通电源。 （2）电路装配好后，由实习教师检查后方可通电运行。 （3）在实习过程中，不允许带电操作电路，如电路需改动，应及时切断电源。 （4）实习过程中，严禁学生打闹嬉戏，以防止触电事故。 （5）实习结束后，需切断所有电源，将工具和设备摆放到初始位置。 三：复习提问（6 分钟） 1、回顾上一节课说讲的内容进行提问 （1） 状态流程图的三要素？ （状态任务、状态转移条件、状态转移方向） （2）状态指令？ （STL步进开始指令、 RET步进返回指令） （3）多流程顺序控

9、制的概论？（多流程顺序控制是指具有两个以上的分支的顺序 动作的控制过程， 其状态流程图也具有两条以上的状态转移支路，常见的多流程顺 序控制有选择性分支、并行性分支。 ） （4）简讯 ZRST S20 S40 这一条指令的功能？ （这是一条区间置0 指令表示从 状态继电器 S20开至 S40间的 20 个状态继电器被置 0。 ） 【提问方式】根据班级成绩表进行随机提问或针对个别后进生提问。通过提问的方 式可以争强学生对知识点的了解。 【成绩登记】根据学生回到的情况对其进行评价、点评和成绩的登记。 四：导入新课（4 分钟） 1、顺序功能图的概念讲述 （1）顺序功能图（ Sequeential Fu

10、nction Chart）是一种新颖的、按工艺流程图 进行编程的图形化编程语言，也是一种符合国际电工委员会（IEC）标准，被首选 推荐地用于可编程控制器的通用编程语言， 现在，在 PLC 的应用领域中得到广泛 的推广和应用。 （2）现在大多 PLC 制造公司，都为自己的工控产品提供了相关的编程软件，以便 利用计算机实现在线编程。三菱公司提供的编程软件 GX Developer （版本号 8.34）中，就提供了 SFC 编程方法。 我们现在就开始学习SFC 编程方法。 五：讲授新课（20 分钟） 1、采用 SFC 进行 PLC 应用编程的优点是： （1）在程序中可以直观地看到设备的动作顺序。因为

11、 SFC程序是按照设备（或工 艺）的 动作顺序编写的， 所以程序的规律性较强， 容易读懂，具有一定的可视性。 （2）在设备发生故障时能很容易的找出故障所在位置。 （3）不需要复杂的互锁电路，更容易设计和维护系统。 2、SFC的组成： （1）SFC是用状态元件描述工步状态的工艺流程图，通常由以下组成： 步（初始步、活动步、一般步） 、命令和动作、有向连线、转移方向、转移条件； （2） 名词解释： 【步】 SFC中步是指控制系统的一个工作状态。在三菱FX PLC中，把步称为“状 态”，即一个步就是一个工作状态。 【有向连线】有向连线是状态与状态之间的连接线。 它表示状态被激活的先后顺序。 【转移条

12、件】 转移条件是一个逻辑信号。如：按钮、开关、传感器、定时器、计数 器等的逻辑开关变量。 步+该步工序中的动作和命令有向连接转换方向和转换条件SFC ， 参 （见图 1） 图 1 3、SFC 程序的运行规则： 从初始步开始执行，当每步的转换条件成立时，就由当前步转为执行下一步，在 遇到 END 时结束所有步的运行。 示范指导 一、示范操作（ 40分钟） 【在整个教学过程中，边讲解、边示范，步奏2需要慢速演示；步奏 4、7需 要重点演示；步奏 8需要重复演示；步奏 7、9需要纠正错误演示。通过多种 演示的方法加深学生对学习内容的印象，把理论知识和实际操作联系起来】 1、单流程结构编程方法（10分

13、钟） 单流程结构是顺序控制中最常见的一种流程结构，其结构特点是程序顺着工 序步，步步为序的向后执行，中间没有任何的分支。掌握了单流程的 SFC 编程 方法，也就是迈进了 SFC 的大门。这里，我们以“双灯自动闪烁信号生成”为 例，讲解 SFC 编程的入门。 【例题】：双灯自动闪烁信号生成。 要求：在 PLC 上电后，其输出 Y0 和 Y1 各以一秒钟的时间间隔，周期交替闪烁。本例梯形图和指令表（见图 2 ）。 在 GX Developer 中，一个完整的 SFC 程序是由初始状态、有向线段、转移 条件和转移方向等内容组成（见图 3 ）的，所以，我们的编程就是完整的获得 这几个组成部分。 根据

14、PLC 的教程规定， SFC 程序主要由初始状态、通用状态、返回状态等几 种状态来构成，但在编程中，这几个状态的编写方式是不一样的，这需要注意。 SFC 程序从初始状态开始，所以，编程的第一步是给初始状态设置合适的启动 条件。本例中，梯形图的第一行表示的是如何启动初始步，在 SFC 程序中，初 始步的启动采用梯形图方式。 下面开始在软件中的程序输入。 【图 2 闪烁信号梯形图和指令】 【图3闪烁信号 SFC 程序】 2、操作过程：（30分钟） 【步奏 1】启动 GX Develop 编程软件，单击“工程”菜单，点击创建新工程 菜单项或点击新建工程按钮（见图 4 ）。 【图4GX Develop

15、 编程软件窗口】 【步奏 2】创建新工程 弹出的创建新工程对话框（见图 5 ） 中，要对三菱系列的 CPU 和 PLC 进行选择， 以符 合对应系列的编程代码，否则容易出错。这里讲述的主要是三菱 FX2N 系列 的 PLC，所以，需做如下几个项目的选择和输入： a. 在 PLC 系列下拉列表框中选择 FXCPU ； b. 在 PLC 类型下拉列表框中选择 FX2N（C）; c. 在程序类型项中选择 SFC； d. 在工程设置项中设置好工程名和保 存路径 完成上述项目后之后点击确 定。 【图5新工程创建】 【步奏 3】进入块设置 完成上述工作后会弹出如图 6 所示的块列表窗口。 【图6块列表窗口

16、】 按图中所示，双击第零块。 【7块信息设置对话框】 【步奏 4】梯形图块的新建 双击第零块或其它块后，会弹出块信息设置对话框（见图 7 ）。 这里，是对块编辑进行类型进行选择的进入窗口，有两个选择：SFC 块和梯形图 块。 在编程理论中我们学到， SFC 程序由初始状态开始，故初始状态必须激活， 而激活的通用方法是利用一段梯形图程序，且这一段梯形图程序必须放在 SFC 程 序的开头部分。同理， 在以后的 SFC 编程中，初始状态的激活都需由放在 SFC 程 序的第一部分（即第一块）的一段梯形图程序来执行，这是需要注意的一点。所 以，在这里应点击梯形图块， 在块标题栏中，填写该块的说明标题，

17、也可以不填。 【步奏 5】程序的编写 点击执行按钮弹出梯形图编辑窗口（见图 8 ），在右边梯形图编辑窗口中输入 启动初始状态的梯形图。 【提醒学生】在编程理论中曾学到，初始状态的激活一般采用辅助继电器 M8002 来完成，也可以采用其它触点方式来完成，这只需要在它们之间建立一个并联电 路就可以实现。本例中我们利用 PLC 的辅助继电器 M8002 的上电脉冲使初始状 态生效。 在梯形图编辑窗口中单击第零行输入初始化梯形图如图 9 所示，输入完成单击 “变换”菜单选择“变换”项或按 F4 快捷键，完成梯形图的变换。 【图8梯形图编辑窗口】 【图9梯形图编辑窗口】 【图10梯型图输入完毕窗口】 【

18、注意】在 SFC 程序的编制过程中每一个状态中的梯形图编制完成后必须进行变 换， 才能进行下一步工作，否则弹出出错信息。 【图11出错信息】 【步奏 6】块程序的编辑 在完成了程序的第一块（梯形图块）编辑以后，双击工程数据列表窗口中的“程 序” “MAIN ”（见图 10 ），返回块列表窗口（见图 6 ）。双击第一块，在弹出的 块信息设置对话框中块类型一栏中选择 SFC （见图 12 ），在块标题中可以填入相 应的标题或什么也不填， 点击执行按钮，弹出 SFC 程序编辑窗口（见图 13 ） 。 在 SFC 程序编辑窗口中光标变成空心矩形。 【图12块信息设置】 【图13SFC 程序编辑窗口】

19、【步奏 7】转移条件编辑 转换条件的编辑 SFC 程序中的每一个状态或转移条件都是以 SFC 符号的形式出 现在程序中，每一种 SFC符号都对应有图标和图标号，现在输入使状态发生转移的 条件。在 SFC 程序编辑窗口将光标移到第一个转移条件符号处（如图 13 所标注） 并单击，在右侧将出现梯形图编辑窗口，在此中输入使状态转移的梯形图。 【提醒学生】我们从图 13 中可以看出， T0 触点驱动的不是线圈，而是 TRAN 符 号，意思是表示转移（ Transfer ），这一点提请注意。在 SFC 程序中，所有的转 移都用 TRAN 表示，不可以采用 SETS语句表示，否则将告知出错。 对转换条件梯

20、形图的编辑，可按 PLC 编程的要求，按上面的叙述可以自己 完成。 【注意】每编辑完一个条件后应按 F4 快捷键转换，转换后梯形图则由原来的灰 色变成亮白色，完成转换后再看 SFC 程序编辑窗口中 1 前面的问号（？）会消 失。 【步奏 8】通用状态的编辑 在左侧的 SFC 程序编辑窗口中把光标下移到方向线底端，按工具栏中的工具 按钮或 单击 F5 快捷键弹出步序输入设置对话框（见图 14 ）。 【图14SFC 符号输入】 输入步序标号后点击确定，这时光标将自动向下移动，此时，可看到步序图标号 前面有一个问号（？），这是表明此步现在还没进行梯形图编辑，同时右边的梯 形图编辑窗口呈现为灰色也表明

21、为不可编辑状态，（见图 15 ）。 下面对通用工序步进行梯形图编程。将光标移到步序号符号处，在步符号上 单击后右边的窗口将变成可编辑状态，现在，可在此梯形图编辑窗口中输入梯 形图。 【注意】此处的梯形图是指程序运行到此工序步时所要驱动哪些输出线圈，在本 例中，现在所要获得的通用工序步 20 是驱动输出线圈 Y0 以及 T0 线圈，参见 图 2 程序梯形图和指令表。 【图15还没有编辑的状态步】 用相同的方法把控制系统一个周期内所有的通用状态编辑完毕。需说明的是，在 这个编辑过程中，每编辑完一个通用步后，不需要再操作“程序”“MAIN ”而返 回到块列表窗口（见图 6 ），再次执行块列表编辑，而

22、是在一个初始状态下，直 接进行 SFC 图形编辑。 【步奏 9】系统循环或周期性的工作编辑。 SFC 程序在执行过程中，无一例外的会出现返回或跳转的编辑问题，这是执 行周期性的循环所必须的。要在 SFC 程序中出现跳转符号，需用或（JUMP ） 指令加目标号进行设计。 现在进行返回初始状态编辑（见图16）所示。输入方法是：把光标移到方向 线的最下端，按 F8 快捷键或者点击按钮，在弹出的对话框中填入要跳转到 的目的地步序号，然后单击确定按钮。 【图16跳转符号输入】 说明：如果在程序中有选择分支也要用 JUMP+ “标号”来表示。当输 入完跳转符号后，在 SFC 编辑窗口中我们将会看到，在有跳

23、转返回指向的 步序符号方框图中多出一个小黑点儿，这说明此工序步是跳转返回的目标 步，这为我们阅读 SFC程序也提供了方便（见图 18 ）。 【步奏 10】程序变换。 当所有 SFC 程序编辑完后，我们可点击变换按钮进行 SFC 程序的变 换（编译），如果在变换时弹出了块信息设置对话框，可不用理会，直接点击执 行按钮即可。经过变换后的程序如果成功，就可以进行仿真实验或写入 PLC 进 行调试了。 如果想观看 SFC 程序所对应的顺序控制梯形图，我们可以这样操作： 点击工 程 编辑数 据 改变程序类型，进行数据改变（见图 19 ）。 【图18完整的 SFC 程序】 【图19数据变换】 执行改变数据

24、类型后，可以看到由 SFC 程序变换成的梯形图程 序（见图 20 ）。 【图20转化后的梯形图】 小结：以上介绍了单序列的 SFC 程序的编制方法，通过学习，我们已经基 本了解了 SFC 程序中状态符号的输入方法。 二、组织学生分组（课前已经安排好） 教学地点 6409 PLC实训室该实训室有 25台三菱 PLC 学习板和 25台联想电脑 一共25个实训工位、 50把学生椅子。由于本班学生有45人不能每一个学生分配 一台实训设备，就按学号分配实训设备每两人为一组。个别后进生就分配一人 一台给多点上机实训的机会给后进生，让他们更热爱学习。 练习任务： 1、项目说明（ 2 分钟） 模拟十字路口交通

25、灯的信号，控制车辆有次序的在东西向、南北向通行 （如下图所 示） 。信号受启动、停止按钮的控制，当按启动按钮时，系统开始工作，并周而复始的 循环工作，当按停止按钮时，系统将停止在初始状态，即南北红灯亮，禁止通行，东西 绿灯亮，允许通行。 十字路口交通信号灯控制实验板 2、控制要求（ 3 分钟） （ 1）按下启动按钮S1，系统开始工作； （ 2）南北红灯亮7s，同时东西绿灯亮5s，然后东西黄灯亮2s 后熄灭，然后在切换成东 西红灯亮7s，同时南北绿灯亮5s 后，然后南北黄灯亮2s 熄灭，如此不断循环； （3）按下停止按钮S2，系统停止工作； 3、任务分析（ 5 分钟） 1.根据绿、黄、红灯的控制

26、过程列出时序图如下： 注意事项： 1、安全注意事项（1分钟） （1）使用编程电缆时，注意接头位置的安装，不能用力过猛，损坏设备。 （2）在实习过程中，不允许带电操作电路，如电路需改动，应及时切断电源。 （3）实习过程中，严禁学生打闹嬉戏，以防止触电事故。 （4）实习结束后，需切断所有电源，将工具和设备摆放到初始位置。 2、编程注意事项（1分钟） （1）每编辑完一个条件后应按 F4 快捷键转换，转换后梯形图则由原来的灰色 变成亮白色 （2）在 SFC 程序中仍然需要进行梯形图的设计； （3）SFC 程序中所有的状态转移需用 TRAN 表示。 学生训练与巡回指导（60分钟） 在学生练习期间对学生进

27、行巡回指导，要了解并掌握每个学生练习课题时的 实际情况。 在巡回指导时， 要认真地纠正学生在练习中存在的问题；对每个学生 的各项操作技能、 技巧进行统计分析， 找出差距及其所表现的主要方面。巡回指 导时，要肯定成绩，指出不足，结合课题教学的内容。 、结束指导 一、任务评分（8 分钟） 姓名评分内容配分得分扣分细节 安全操作在练习过程中没有出现短路和危险操作5 按下 S1系统能开始工作 2 南北红灯亮7s 10 东西绿灯亮5s 10 东西黄灯亮2s 后熄灭 10 能正确切换成东西红灯亮7s 10 南北绿灯亮5s 10 南北黄灯亮2s 熄灭 10 系统每执行完一次工作能自动循环 10 按下停止按钮

28、S2，系统停止工作3 能正确排除程序故障5 程序简洁直观可靠 15 二、课后总结（4 分钟） 再次强调本节课的重点； 通过对学生的巡回指导及任务评分，总结本课题实习情况， 表扬在练习期间 表现好的学生，并随机提问3-5 个学生进行本课题的总结。 三、布置作业 书本 102-103 页思考与练习 1、2、3、4、5 题 板书板画设计 文字板书区程序板书区课件演示区 步奏 2 a. 在 PLC 系列下拉列表 框中选择 FXCPU ； b. 在 PLC 类型下拉列表 框中选择 FX2n（C ）; c. 在程序类型项中选择 SFC ； d. 在工程设置项中设置 好 工 程 名 和 保 存 路 径 完成上述项目后之后点 击确定。 教学反思 通过步奏演示、 案例演示的方法， 本次课不但使学生掌握了SFC编程的基本 知识，而且熟练掌握了SFC程序的编写，作业正确率达95% ；个别差生也对可编 程序控制器产生了浓厚的兴趣。 虽然课堂上把步奏进行了多次操作、讲解；个别学生在程序块的选择上仍然 未能正确选择特别在程序段多时，把握不准，有待进一步多举例说明。