基于SFC的電梯PLC模塊化程序設計

PLC是以微處理器為核心的工業計算機控制裝置，用PLC構成的控制系統與傳統的繼電器控制系統相比，具有可靠性高、安全性能高的特點，而且控制線路簡單，大大地減少了線路故障特點，因而，在工業控制中得到廣泛的應用。但是，由于PLC是一種智能化產品，是用一種軟元件的邏輯運算來代替硬接線邏輯功能，在應用中要根據控制要求通過編寫程序的方法來實現控制的目的。在PLC編程中常有以基本邏輯指令為基礎的梯形圖編程方法和以步進指令為代表的SFC流程圖設計方法，以基本邏輯指令為基礎的梯形圖編程方法通常有替代設計法和邏輯設計法兩種。替代設計法就是把傳統繼電器-接觸器控制系統的控制原理、控制思路通過PLC所給的特定軟元件繪制出來的具有相同功能圖形，這種編程方法與設計者的經驗有關，要求設計者有豐富的設計經驗、熟悉比較多的控制線路等。這種設計方法在聯鎖比較復雜的情況下，出現設計漏洞，不能保證設計的完整性 。邏輯代數設計方法是根據數字電子技術中的邏輯設計方法進行PLC梯形圖程序設計。主要思路是：使用邏輯表達式描述實際問題，在得出邏輯表達式后，根據邏輯表達式畫出梯形圖。邏輯設計法比較復雜，一般設計人員難以掌握。
SFC流程圖編程方法是在工序圖的基礎上利用PLC特定的狀態繼電器來描述順序控制功能的圖形，SFC狀態流程圖主要由狀態繼電器、控制對象、有向連線和轉移條件組成。用SFC進行編程，編程者不用考慮各工序步之間的邏輯關系，而只需要對各個工序步驟進行簡單的處理設計就能保證機械正確動作。因而具有結構直觀、編程簡單、邏輯性不強、穩定性高等特點而得到廣泛應用。本文以四層智能多功能電梯控制過程為例，介紹了基于SFC 的電梯PLC 編程方法，供大家參考。
1 智能多功能教學電梯簡介
電梯是一種特殊的起重運輸設備，智能多功能教學電梯由電梯門系統、轎廂懸掛及配重系統、曳引系統、電梯井道信號系統、電梯控制系統等組成，是實際電梯縮小版。在電梯電氣控制上，與目前電梯行業主流控制系統相一致，采用PLC與變頻器開關量控制模式，能夠實現全集成電梯的基本功能，包括層樓記憶功能、層樓校正功能、須向截車功能、遠反方向截車功能、鎖梯功能、檢修功能、滿載功能、防粘連保護功能、電梯端站保護功能、連續運行時間保護功能、自檢平層功能、本層呼梯重開門功能、遠運行時間保護功能、檢修恢復正常開門功能。
2 智能多功能教學電梯的控制要求
（1） 開始時，電梯處于任意一層。
（2） 電梯應能按照邏輯要求正確地響應各種內選、外呼信號。
（3） 輸入按鈕帶有指示燈。當按外呼按鈕時，指示燈亮，到達外呼樓層后，外呼信號解除，指示燈滅。對同時有多個外呼信號，響應原則為“先按定向，同向響應，順向截梯，遠端反向截梯”。
（4） 電梯到達響應樓層后，電梯門應能自動打開，5秒后，電梯門應能自動關閉。
（5） 電梯超載時，電梯開門等待。
（6） 電梯在本層處于關門狀態，外呼按鈕能開門。
（7） 電梯具有終端限位保護功能。
（8） 打開電梯鎖（梯鎖有信號） 時電梯（從其他樓層返回） 停在一樓，并開門10秒后自動關門，此時不響應所有內呼和外呼信號，等關閉電梯鎖時電梯恢復正常工作。
（9） 電梯運行過程中如因停電等原因停在非平層區域情況下，再次上電時電梯轎廂應先自動回到1樓平層位置，之后電梯正常工作。
（10） 電梯具有檢修功能，檢修狀態下能點動控制電梯以檢修速度慢上或慢下運行。
3 基于SFC的PLC編程方法
下面以智能教學電梯控制為例，介紹利用SFC 圖編寫PLC程序的方法。
（1） 明確控制對象和控制要求
由電梯工作原理可知電梯的控制對象主要為信號控制和動力拖動系統兩部分，信號控制主要有樓層顯示、呼梯信號指示、運行方向指示等，動力拖動系統則有開關門控制、曳引機控制。而為了實現電梯的智能控制，必須具有像內呼、外呼、平層檢測、開關門檢測、安全檢測等輸入信號，采用PLC為核心的電梯控制系統框圖如圖1所示。

圖1 PLC為核心的電梯控制系統框圖
（2） I/O 地址分配
根據電梯的控制要求，選用三菱FX3U－80MR PLC，此PLC輸入40點，輸出40點，繼電器輸出，I/O 地址分配表如表1所示。

表1 智能電梯PLC控制I/O 地址分配表
（3） SFC 編程設計
SFC是英文Sequential Function Chart（順序功能圖） 的縮寫，是PLC的一種編程語言。在PLC編程中，是用PLC特定的軟元件在工序圖的基礎上來描述順序控制功能的圖形，是一種圖形編程語言，它克服了指令表理論性強、梯形圖編程邏輯性強的缺點，具有直觀、條理清楚等特點。
SFC圖主要由步、有向連線、轉換條件和控制對象組成，有順序結構、選擇分支(選擇)結構和并行分支結構三種基本結構類型[4]。通過三種結構的有機組合，可實現任意復雜的工藝控制要求。根據圖1所示的智能電梯控制要求，電梯要完成外呼內行登記、上下行登記、開關門控制、上下行控制、指示控制和功能選擇等。因此在用SFC圖編程時可根據控制要求建立6個功能模塊，如圖2所示。其中0#和5#模塊采用傳統的梯形圖編程，1#~4#為SFC圖編程。
在SFC圖的類型上根據控制的邏輯性，外呼內選只用了一個初始步圖1 PLC為核心的電梯控制系統框圖 ，完成1、2、3、4層的外呼登記和內選登記功能，如圖3所示。開門關門控制狀態流程圖如圖4所示，通過分支實現重開門的功能。上下行登記是電梯控制的核心，關系到電梯的穩定性問題，本程序運用SFC圖選擇分支流程結構，一條分支為上行登記，另一條分支為下行登記，如圖5所示。鎖梯控制則采用單流程結構，如圖6所示，當PLC收到鎖梯信號時，發出電梯下行信號，讓電梯下行，到達一層后鎖梯完成，任何樓層外呼不起作用，達到鎖梯的目的。

圖2 智能教學電梯PLC控制SFC功能模塊

圖3 外呼登記和內選登記SFC圖

圖4 開門關門控制狀態流程圖SFC圖

圖5 上下行登記控制SFC圖

圖6 鎖梯控制SFC圖

4 總結
該SFC電梯程序經在現場教學電梯模型中反復調試運行，所有功能都能實現、運行平穩、性能穩定。使用SFC流程圖語言來設計PLC 控制程序，與傳統的梯形圖編程方法相比，編程者不用考慮各工序步之間的邏輯關系，而只需要對各個工序步驟進行簡單的處理設計就能保證機械正確動作，具有結構直觀、編程簡單、邏輯性不強、穩定性高等特點。SFC狀態流程圖編程方法應是所有PLC編程者在編程時方法。