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PLC功能圖的產生及基本概念是什么

??功能圖的產生

??應用第5章所介紹的基本指令和方法設計簡單順序控制問題的程序是可行的，但對于具有并發順序和選擇順序的問題就顯得力不從心了。因此，有必要進一步深入探討解決更廣泛的順序控制問題的程序設計方法。

??20世紀80年代初，法國科技人員根據PETRINET理論，提出了可編程序控制器設計的Grafacet法。Grafacet 法是專用于工業順序控制程序設計的一種功能性說明語言，即順序功能圖(SFC，Sequential Function Chart)語言，現在已成為法國國家標準(NFC03190)。IEC(國際電工委員會)也于1988年公布了類似的“控制系統功能圖準備”標準(IEC848)。

??順序功能圖(SFC)是一種真正的圖形化的編程語言，對一個順序控制問題，不管有多復雜，都可以用圖形的方式把問題表達或敘述清楚。可想而知，這要比使用其他任何編程語言設計程序簡單很多，而且設計出來的程序也清晰許多。現在大部分基于IEC61131-3編程的PLC都支持SFC，即可以使用SFC直接編程。但多數非IEC61131-3的PLC產品(包括S7-200系列PLC)都不接受SFC直接編制的程序。一般情況下，它們只是有專為使用功能圖編程所設計的指令，使用功能圖語言設計程序時，首先要根據控制要求設計功能流程圖，然后根據功能圖指令將其轉化為梯形圖程序，才能被PLC認可。即使這樣，使用功能圖也要比其他編程語言好很多。

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??本章重點講解順序功能圖的基本概念，以及它在S7-200 PLC中的具體使用方法。

??功能圖的基本概念

??功能圖又稱做順序功能圖、功能流程圖或狀態轉移圖，它是一種描述順序控制系統的圖形表示方法，是專用于工業順序控制程序設計的一種功能性說明語言。它能完整地描述控制系統的工作過程、功能和特性，是分析、設計電氣控制系統控制程序的重要工具。

??功能圖主要由“狀態”、“轉移”及有向線段等元素組成。如果適當運用組成元素，就可得到控制系統的靜態表示方法，再根據轉移觸發規則模擬系統的運行，就可以得到控制系統的動態過程。

??1. 狀 態

??狀態是控制系統中一個相對不變的性質，對應于一個穩定的情形。狀態的符號如圖6-1(a)所示。矩形框中可寫上該狀態的編號或代碼。

??(1)初始狀態 初始狀態是功能圖運行的起點，一個控制系統至少要有一個初始狀態。初始狀態的圖形符號為雙線的矩形框，如圖6-1(b)所示。在實際使用時，有時也有畫單線矩形框的，有時畫一條橫線表示功能圖的開始。

??(2)工作狀態 工作狀態是控制系統正常運行時的狀態。根據控制系統是否運行，狀態可分為動狀態和靜狀態兩種。動狀態是指當前正在運行的狀態，靜狀態是當前沒有運行的狀態。動狀態和靜狀態的概念不在此深入討論。

??(3)與狀態對應的動作 在每個穩定的狀態下，一般會有相應的動作。動作的表示方法如圖6-2所示。

??2. 轉 移

??為了說明從一個狀態到另一個狀態的變化，要用轉移概念。轉移的方向用一個有向線段來表示，兩個狀態之間的有向線段上再用一段橫線表示這一轉移。轉移的符號如圖6-3所示。

??轉移是一種條件，當此條件成立時，稱做轉移使能。該轉移如果能夠使狀態發生轉移，則稱做觸發。一個轉移能夠觸發必須滿足狀態為動狀態及轉移使能。轉移條件是指使系統從一個狀態向另一個狀態轉移的必要條件，通常用文字、邏輯方程及符號來表示。

??可編程序控制器的普通計數器的計數過程與掃描工作方式有關，CPU通過每一掃描周期讀取一次被測信號的方法來捕捉被測信號的上升沿，被測信號的頻率較高時，會丟失計數脈沖，因此普通計數器的工作頻率很低，般僅有幾十赫茲，高速計數器可以對普通計數器無能為力的事件進行計數，CPU221和CPU222有4個高速計數器，其余的CPU有6個高速計數器，*高計數頻率為30kHz，可設置多達12種不同的操作模式。

??一般來說，高速計數器與鼓形定時器配套使用，該設備有一個安裝了增量式編碼器的軸，它以恒定的轉速旋轉。編碼器每圈發出一定數量的計數時鐘脈沖和二個復位脈沖，作為高速計數器的輸人。高速計數器有一組預置值，開始運行時裝人第一個預置值，當前計數值小于當前預置值時，設置的輸出有效。當前計數值等于預置值或有外部復位信號時，產生中斷。發生當前計數值等于預置值的中斷時，裝載人新的預置值，并設置下一階段的輸出。有復位中斷事件發生時，設置第一個預置值和第一個輸出狀態，循環又重新開始。

??因為中斷事件產生的速率遠遠低于高速計數器計數脈沖的速率，用高速計數器可實現高速運動的**控制，并且與可編程序控制器的掃描周期的關系不大。

??高速計數器的工作模式

??高速計數器的工作模式分為下面的4大類：

??(1)無方向輸人信號的單相加/減計數器(模式0~2)，可用高速計數器的控制字節的第3位來控制加計數或減計數。該位為1時為加計數，為0時為減計數。

??(2)有方向輸人信號的單相加/減計數器(模式3-5)，方向輸人信號為1時為加計數，為0時為減計數。

??(3)有加計數時鐘脈沖和減計數時鐘脈沖輸入的雙相計數器(模式6-8)，若加計數和減計數脈沖的上升沿出現的時間間隔不到0.3ms，高速計數器會認為這兩個事件是同生的，當前值不變，也不會有計數方向變化的指示。反之，高速計數器就能夠捕捉到每一個立事件。

??(4) A/B相正交計數器(模式9~11)，它的兩路計數脈沖的相位互差90*(見圖6-39)，j時A相時鐘脈沖比B相時鐘脈沖超前90°，反轉時A相時鐘脈沖比B相時鐘脈沖滯后90°。利用這一特點可以實現在正轉時加計數，反轉時減計數。

??A/B相正交計數器可以選擇1倍頻(1x)模式(見圖6-39)和4倍頻(4x)模式(見6-40)。在一倍頻模式，時鐘脈沖的每一周期計一次數，在4倍頻模式，時鐘脈沖的每一周期4次數:

??兩相計數器的兩個時鐘脈沖可以同時工作在*大速率(30kHz)，全部計數器可以同時*大速率運行，互不干擾。

圖 6- 39 正交1 x 模式操作舉例

圖 6-40 正交4 x 模式操作舉例

??根據有無復位輸人和啟動輸人，上述的4類工作模式又可以各分為3種。因此HSC1和HSC2有12種工作模式;HSC0和HSC4因為沒有啟動輸入，只有8種工作方式;HSC3和HSC5只有時鐘脈沖輸人，所以只有一種工作方式。