4.1 S元件、SFC、单序列与重复（课件）《PLC技术及应用》（高教版·第2版）同步精品课堂

任务 4.1 S元件、SFC、单序列与重复 《PLC技术及应用》（高教版·第2版） 同步精品课堂—中职专业课 学习目标 01 03 02 观察FXu系列PLC的S元件编号表，分组讨论S元件的作用，结合示例说明“如何用S元件标记顺序控制的不同步骤”，时间10分钟。 分析教材中“单序列SFC示例图”，识别初始步、活动步、转换条件等要素，画出对应的简易梯形图，完成后小组展示，时间15分钟。 给定“传送带送料-暂停-重复送料”场景，用SFC设计包含重复结构的程序框架，标注S元件编号和转换条件，时间20分钟。 学习目标 课前导入 同学们，生活中自动洗衣机的注水、洗涤、脱水流程，红绿灯的交替变换，都是按固定顺序执行的控制。这些“按步骤干活”的逻辑在PLC中如何实现呢？今天要学的SFC（顺序功能图）就是直观描述这类流程的工具，而S元件是驱动流程跳转的“钥匙”。本节课我们就一起来认识S元件、SFC，重点掌握单序列与重复结构，学会用它们搭建简单的顺序控制程序框架。 如图 4-1所示，送料与搬运装置主要由储料仓、接料平台、气动机械手等部分组成;本专题将在该硬件平台上，实现以下功能： 1.初始位置:手动将机械手复位，机械手手爪松开，手臂上升,悬臂缩回，旋转气缸位于左侧限位处。 S元件、SFC、单序列与重复 问题引入 2.启停控制:机械手复位后，按下启动按钮，搬运装置启动待命(参见搬运功能)，搬运装置完成当前搬运工作后停止，等待下次启动。 3.搬运功能:启动后，储料仓直流电动机转动，将物料送到接料平台，若接料平台上有物料，储料仓直流电动机停止转动，同时机械手悬臂伸出一到位后，手臂下降一到位后，手爪夹紧，随后手臂上升→到位后，悬臂缩回。到位后，旋转气缸右转一至右侧限位处，总臂伸出一到位后，手臂下降一到位后，手爪松开→松开到位后，手臂上升一到位后，悬臂缩回一到位后，旋转气缸左转至左侧限位处停止。 S元件、SFC、单序列与重复 在充分了解和分析被控对象全部功能的基础上，创建 SFC程序(带注释 )。1.1/0 分配(见表 4-1) S元件、SFC、单序列与重复 表4-1 输入输出端子（I/O）分配表 2.工序流程图与 SFC 程序 参照图 4-2 中的标注(①~⑦ )，学习 SFC 程序的编写。说明: (1)梯形图块程序 M8002在PLC上电运行的第1个扫描周期接通，执行SE指令，使初始状态 S0 置“ON”(见图中① )，变为活动步。辅助维电器 M0 用于检测“设备是否位于初始位置”( 2) )，并通过其触点作为 SFC 块程序中转换条件((2))的一部分。 (2)SFC块程序 状态 S0为“ON”，转换条件((3))被满足，即机械手位于初始位置并按下启动按钮(3);下一个状态S20置“ON”，状态S0 为“OFF”，变为静止步。 S元件、SFC、单序列与重复 状态 S20 为“ON”时，执行其内部动作(4) )，储料仓直流电动机转动直到转换条件(5)被满足，即接料平台有物料(5);下一个状态 S21 置“ON”，状态 S20 为“OFF”，变为静止步，便不再执行其内部动作。 此后，当对应转换条件满足时，各状态相继被激活，并执行其对应动作;最后，返回S0(6))，使初始状态S0再次置“ON”等待下一次启动。 该装置机械手各气缸(手爪、手臂、悬臂、旋转气缸)均采用“双电控电磁阀”进行控制;为此，气缸动作执行到位后，对应电阀线圈无须一直通电工作(7)，也可保持其动作;这也避免了电磁阀长时间通电工作，可能引起的发热甚至烧毁的问题。 完成程序的编写后，可通过GXDeveloper编程软件将其输入PLC 中，进一步完成对 YL-235A 送料与搬运装置的调试。 S元件、SFC、单序列与重复 1.S 元件--FXu系列PLC 状态继电器(S)是构成顺序功能图(SFC)的基本要素，也是对工序步进顺序控制进行简易编程的重要软元件，与后面介绍的STL指令配合使用。 *有触点和线圈。 *按十进制编号; S0~S9，共10个一般状态继电器，用于SFC的初始状态(步): S元件、SFC、单序列与重复 S10~S499，共490个一般状态继电器，用于SFC的中间状态(步)； S500~S899，共 400个断电保持状态继电器，用于SFC的中间状态(步)；具有停电保持功能，用于停电恢复后需继续执行停电前状态的场合； S900~S999，共100个信号报警器用状态继电器，作为诊断外部故障的输出使用。 *若不用于顺序功能图或步进顺序控制，可作为一般的辅助继电器(M)使用。 S元件、SFC、单序列与重复 S元件、SFC、单序列与重复 2.SFC (1)定义 SFC(Sequential Function Chart:顺序功能图)是描述控制系统的控制过程、功能、特性的一种图形，是反映编制顺序控制程序的基本算法，又称转移图、状态图或流程图。 （2）组成(如图 4-3 所示)。 S元件、SFC、单序列与重复 *步:顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分成若干顺序相连的工序，这些工序称为步(Step)，也称为状态。 *有向连线:表示步与步之间进展的路线和方向，也表示了各步之间的连接顺序关系。*转换、转换条件:使系统由当前一步进入下一步，进而实现步与步之间的推进。 *动作或命令:在某一步(工序)中要完成的具体工作。 说明： ①“活动步”与“静止步”如图 4-4 所示，当系统正处于某一步所在的工序时，则该步处于活动状态，称为“活动步”，与之相对应的动作或命令将被执行。 步处于不活动状态时为“静止步"，相应的非保持型动作(S31中的 OUT Y30 指令)被停止执行，而保持型动作(S31 中的 SETY31 指令)则继续执行。 S元件、SFC、单序列与重复 ② 动作或命令 可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系统。 例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，车床是被控系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”;对于施控系统,在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”。一般将动作或命令管称为动作。 S元件、SFC、单序列与重复 3.SFC 的结构形式1 (1)单序列 如图 4-5(a)所示，单序列由一系列相继被激活的步组成，每步的后面仅接有一个转换，且每一个转换的后面只有一个步。 S元件、SFC、单序列与重复 (2)重复 转刿移到上方的状态称为重复，使用“>”表示要转移的目标状态。如图 4-5(b)所示，从 S59 转移到 S0 或从 S62 转移到 S60。 在 CX Developer中，作为转移对象的状态中会自动显示“。” 注意事项:若不熟悉送料与搬运装置，盲目进行程序设计与调试，可能发生如下危险:气动机械手与接料平台立柱、储料仓发生机械碰撞导致损坏，储料仓直流电动机堵转导致烧毁等。当前，新技术和新设备更新速度很快，相应的安全防范和管理制度则显得有些滞后。 S元件、SFC、单序列与重复 课堂练习 1. FXu系列中，S0的主要作用是？（ ） A. 表示普通控制步骤 B. 作为程序的初始状态 C. 实现步骤重复 D. 标记故障状态 答案：B 解析： S0属于初始状态继电器，通常作为SFC程序的起始步，在PLC启动时可通过初始化指令激活。 课堂练习 2.SFC重复结构的核心目的是？（ ） A. 减少程序步数 B. 实现某段流程的循环执行 C. 简化转换条件 D. 实现多步骤并行 答案：B 解析： 重复结构通过设置“返回转换”，使某段控制流程在满足条件时反复执行，如“送料→检测→送料”的循环。 课堂练习 3.在SFC单序列中，每个转换对应的转换条件应满足什么要求？（ ） A. 必须为常闭触点 B. 只能是一个输入信号 C. 可由多个信号逻辑组合而成 D. 无需设置转换条件 答案：C 解析： SFC的转换条件可由输入继电器、辅助继电器、定时器触点等通过AND、OR等逻辑组合而成，并非局限于单一信号。 课堂练习 4.下列关于S元件与辅助继电器（M）的区别，说法正确的是？（ ） A. 两者功能完全相同 B. S元件可用于标记SFC的步，M元件不可 C. M元件可直接驱动输出，S元件不可 D. S元件无编号范围限制，M元件有 答案：B 解析： S元件是专为SFC顺序控制设计的，用于标记“步”的状态；M元件为通用辅助继电器，主要用于逻辑运算，不直接对应SFC的步。 课堂练习 5.在SFC中，若某步的S元件被SET指令激活后，需使其失活应使用？（ ） A. SET指令再次触发 B. RST指令 C. OUT指令 D. 无需操作，自动失活 答案：B 解析： S元件被SET指令置位（激活）后，需通过RST指令复位才能失活；在SFC自动转换中，前一步的失活由后续步激活时自动触发（内部逻辑包含RST）。 课堂练习 6. FXu系列PLC中，S10-S19通常用于？（ ） A. 初始状态 B. 回零状态 C. 普通控制步 D. 保持控制步 答案：B 解析： S10-S19为回零状态继电器，常用于机床等设备的“回原点”控制流程，标记回零过程的不同步骤。 课堂练习 7.SFC程序与梯形图程序的关系是？（ ） A. 两者完全独立，无法转换 B. SFC可转换为梯形图，反之不可 C. 两者可相互转换，SFC是梯形图的图形化表达 D. 梯形图是SFC的一种特殊形式 答案：C 解析： SFC是描述顺序控制逻辑的图形化工具，可通过编程软件转换为梯形图、指令表等可执行程序；复杂的梯形图顺序控制程序也可梳理为SFC。 课堂练习 8.SFC重复结构中，“返回转换”的起点是？（ ） A. 初始步 B. 重复段的最后一步 C. 重复段的第一步 D. 结束步 答案：B 解析： 重复结构的“返回转换”连接重复段的最后一步与第一步，当转换条件满足时，控制流程从最后一步返回第一步，实现循环。 课后作业  写出FXu系列PLC中S元件的编号范围，并说明其主要功能。 画出一个包含3个步、2个转换条件的单序列SFC图，标注各部分名称。 简述SFC中“重复结构”的适用场景，举例说明其与单序列的区别。 课堂小结 $