SFC順序功能圖編程教案

2015-2016學(xué)年度一學(xué)期教

案授課班級：科目（課題順序功能圖編程式授課教師：部門：電氣工程系授課教師科目時間課型

PLC應(yīng)用技術(shù)2015年授新課

班級、人數(shù)課題、課時教學(xué)設(shè)備教學(xué)方式

（45人）SFC功能圖編程（4課時）計算機、投影設(shè)備理實一體化教學(xué)場地分析

1、教學(xué)地點6409PLC實訓(xùn)室該實訓(xùn)室有25臺三菱PLC學(xué)習(xí)板和26臺聯(lián)想電腦一共25個實訓(xùn)工位、50把學(xué)生椅子、一塊教學(xué)白板。2、其中26臺電腦有25臺為學(xué)生機1臺為教師機。學(xué)生機安裝的軟件有GXDeveloper編程軟件多媒體教學(xué)平臺學(xué)生端軟件MicrosoftOffice軟件等；教師機安裝的軟件有GX編程軟件、多媒體教學(xué)平臺教師端軟件、MicrosoftOffice軟件等。3、25臺三菱PLC學(xué)習(xí)板中的空氣開關(guān)、接觸器、按鈕PLC等電氣元件都為正常。

學(xué)生分析

1、基本情況分析：本班為13電氣專業(yè)5年制高級班三年級學(xué)生，全班45人、全班都為男生。2、知識機構(gòu)分析：本班學(xué)生是初中畢業(yè)的高級班，之前進行了四個學(xué)期的中級專業(yè)技能學(xué)習(xí)、已學(xué)過《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)動》和《PLC應(yīng)用技術(shù)》的基本課程，并且進行過6周的PLC一體化學(xué)習(xí)。對有一些認識；對順序控制系統(tǒng)有基本的認識，由于沒有學(xué)習(xí)過功能圖編程，對SCF繪圖還不熟練，空間想象力較弱。課前準備

1、實訓(xùn)設(shè)備、常用電工工具、實習(xí)任務(wù)書、評分標準及多媒體課件的準備。2、學(xué)生工位分配。一、教學(xué)標

1知識目標：（1）掌握SFC順序功能圖的符號及功能。（2）熟練掌握新建、設(shè)置SFC能圖。（3）掌握GXDeveloper編程軟件SFC編程編程的方法和技巧。2技能目標：（1）熟練識讀SFC功能圖。（2）能熟練掌握SFC功能圖的設(shè)計和編程快捷鍵。（3）掌握GXDeveloper編程軟件SFC編程編程方式。3能力目標：（1）培養(yǎng)學(xué)生利用GXDeveloper編程軟件的SFC功能對順序控制系統(tǒng)編程的應(yīng)用技能。（2）培養(yǎng)學(xué)生能按照控制要求正確繪制、設(shè)計功能圖的能力。（3）培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。（4）培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。4社會能力目：（1）培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力及團隊協(xié)作精神。（2）培養(yǎng)學(xué)生嚴謹、認真、細致、勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風(fēng)。（3）培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量意識、安全意識、環(huán)保意識。（4）培養(yǎng)并強化學(xué)生自主探索學(xué)習(xí)的能力。二、教學(xué)容

（1）通過GXDeveloper編程軟件創(chuàng)建一個SFC功能圖。（2）通過案例練習(xí)熟悉每一個SCF編程的快捷鍵。（3）通過指定工作任務(wù)用SFC程、調(diào)試。三、教學(xué)重點與難點1教學(xué)重點：（2）SFC功能圖的識讀。（2）GXDeveloper編程軟件SFC功能的快捷鍵的使用。（3）十字路口交通燈SFC順序功能圖的設(shè)計與編程調(diào)試。（4）使學(xué)生鍛煉自己的編程思路。2教學(xué)難點：（1）十字路口交通燈SFC順序功能圖的設(shè)計與編程調(diào)試。四、教學(xué)程Ⅰ、講指導(dǎo)（一）組織教學(xué)分鐘）（二）安全教育分鐘）（三）復(fù)習(xí)提問分鐘）（四）導(dǎo)入新課分鐘）（五）講授新課分鐘）Ⅱ、示指導(dǎo)（一）示范操作分鐘）（二）組織學(xué)生分組練習(xí)及注意事項分鐘）Ⅲ、學(xué)練習(xí)與巡回導(dǎo)（60鐘）Ⅳ、結(jié)指導(dǎo)（一）任務(wù)評分（8分鐘）（二）課后總結(jié)（4分鐘）（三）布置作業(yè)。Ⅴ、板板畫設(shè)計Ⅵ、教反思。

Ⅰ講授指導(dǎo)：一：組織學(xué)（2分鐘）（1）組織學(xué)生提前8分鐘集合點名，記錄學(xué)生考勤；檢查學(xué)生是否整齊著裝（工作服、鞋儀容儀表是否符合課題一體化教學(xué)或安全操作規(guī)程的要

求；進行課堂紀律及安全教育。由班長組織提前分鐘進入實習(xí)課堂準備上課。（2上課師生問候師課師“請坐二：安全育（4分鐘）1學(xué)生安（1）學(xué)生必須按規(guī)定的時間上課，不得遲到早退或無故缺課。（2）實習(xí)前必須認真預(yù)習(xí)實習(xí)內(nèi)容，明確實驗?zāi)康?、原理、方法和步驟，準備接受指導(dǎo)教師提問，沒有預(yù)習(xí)或提問不合格者，須重新預(yù)習(xí)，方可進行實習(xí)。(3)學(xué)生進入實習(xí)室必須工作服保持安靜，遵守實習(xí)室各項規(guī)章制度，嚴禁高聲喧嘩、吸煙、隨地吐痰或吃零食，不得隨意動用與本實習(xí)無關(guān)的儀器。2設(shè)備安（1）PLC實訓(xùn)室中的實訓(xùn)臺采用的晶體管模擬電路，在實訓(xùn)工程中要注意對試驗臺模擬電路的安全防護。（2）實訓(xùn)臺上PLC的主體設(shè)備，在使用時要注意用電安全，通電前要由教師檢查無誤后方可通電。（3）使用編程電纜時，注意接頭位置的安裝，不能用力過猛，損壞設(shè)備。3用電安（1）進入實習(xí)室后，未經(jīng)老師允許不得使用電氣設(shè)備及各種電子儀器。完成實習(xí)準備后，未經(jīng)老師允許不得接通電源。（2）電路裝配好后，由實習(xí)教師檢查后方可通電運行。（3）在實習(xí)過程中，不允許帶電操作電路，如電路需改動，應(yīng)及時切斷電源。（4）實習(xí)過程中，嚴禁學(xué)生打鬧嬉戲，以防止觸電事故。（5）實習(xí)結(jié)束后，需切斷所有電源，將工具和設(shè)備擺放到初始位置。

三：復(fù)習(xí)問（6分鐘）1、回顧上一節(jié)課說的內(nèi)容進提問（1）狀態(tài)流程圖的三要素？（狀態(tài)任務(wù)、狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件、狀態(tài)轉(zhuǎn)移方向）（2）狀態(tài)指令？（STL步進開始指令、步進返回指令）（3）多流程順序控制的概論（多流程順序控制是指具有兩個以上的分支的順序動作的控制過程，其狀態(tài)流程圖也具有兩條以上的狀態(tài)轉(zhuǎn)移支路，常見的多流程順序控制有選擇性分支、并行性分支（4）簡[ZRSTS20S40]一條指令的功能（這是一條區(qū)間置0指令表示從狀態(tài)繼電器S20開至S40間的20狀態(tài)繼電器被置0【提問方式】根據(jù)班級成績表進行隨機提問或針對個別后進生提問。通過提問的方式可以爭強學(xué)生對知識點的了解?！境煽兊怯洝扛鶕?jù)學(xué)生回到的情況對其進行評價、點評和成績的登記。四：導(dǎo)入課（4分鐘）1順序功圖的概念講（1）順序功能圖（SequeentialFunction）是一種新穎的、按工藝流程圖進行編程的圖形化編程語言，也是一種符合國際電工委員會IEC）標準，被首選推薦地用于可編程控制器的通用編程語言，現(xiàn)在，在PLC的應(yīng)用領(lǐng)域中得到廣泛的推廣和應(yīng)用。（2現(xiàn)在大多PLC制造公司都為自己的工控產(chǎn)品提供了相關(guān)的編程軟件以便利用計算機實現(xiàn)在線編程。三菱公司提供的編程軟件GXDeveloper（版本號8.34）中，就提供了SFC編程方法。我們現(xiàn)在就開始學(xué)習(xí)SFC編程方法。五：講授課（分鐘）1采用SFC進行PLC應(yīng)用編程優(yōu)點是：（1在程序中可以直觀地看到設(shè)備的動作順序因為SFC程序是按照設(shè)（或工藝）的動作順序編寫的，所以程序的規(guī)律性較強，容易讀懂，具有一定的可視性。（2）在設(shè)備發(fā)生故障時能很容易的找出故障所在位置。（3）不需要復(fù)雜的互鎖電路，更容易設(shè)計和維護系統(tǒng)。

2、SFC的組：（1）SFC是用狀態(tài)元件描述工步狀態(tài)的工藝流程圖，通常由以下組成：步（初始步、活動步、一般步令和動作、有向連線、轉(zhuǎn)移方向、轉(zhuǎn)移條件；（2）名詞解釋：【步】SFC步是指控制系統(tǒng)的一個工作狀態(tài)。在三菱FXPLC，把步稱為“狀態(tài)”，即一個步就是一個工作狀態(tài)?！居邢蜻B線】有向連線是狀態(tài)與狀態(tài)之間的連接線。它表示狀態(tài)被激活的先后順序?！巨D(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件是一個邏輯信號。如：按鈕、開關(guān)、傳感器、定時器、計數(shù)器等的邏輯開關(guān)變量。步+該步工序中的動作和命令＋有向連接＋轉(zhuǎn)換方向和轉(zhuǎn)換條件＝SFC，參（見圖）圖13、SFC序的運從初始步開始執(zhí)行，成立時，就由當(dāng)前步到END時結(jié)束Ⅱ示范指導(dǎo)一、示范操作40分）

行規(guī)則：當(dāng)每步的轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)為執(zhí)行下一步，所有步的運行?！驹谡虒W(xué)過程中邊講解邊示范，步要慢速演示；步、7要重點演示；奏需要重演示；步奏、9要糾正誤演示。通多種演的方法加深學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的象，把論知識和實操作聯(lián)起來】1、單流程結(jié)構(gòu)編程方法（10分鐘）單流程結(jié)構(gòu)是順序控制中最常見的一種流程結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點是程序順著工序步，步步為序的向后執(zhí)行中間沒有任何的分支掌握了單流程的SFC編程方法也就是邁進了SFC的大門。這里，我們以“雙燈自動閃爍信號生成”為例，講SFC編程的入門?！纠}】：雙燈自動閃爍信號生成。要求：在PLC上電后，其輸出Y0和Y1各

以一秒鐘的時間間隔，周期交替閃爍。本例梯形圖和指令表（見圖2）。在GXDeveloper中，一個完整的SFC程序是由初始狀態(tài)、有向線段、轉(zhuǎn)移條件和轉(zhuǎn)移方向等內(nèi)容組成（見圖）的，所以，我們的編程就是完整的獲得這幾個組成部分。根據(jù)PLC的教程規(guī)定SFC程序主要由初始狀態(tài)、通用狀態(tài)、返回狀態(tài)等幾種狀態(tài)來構(gòu)成，但在編程中，這幾個狀態(tài)的編寫方式是不一樣的，這需要注意SFC程序從初始狀態(tài)開始，所以，編程的第一步是給初始狀態(tài)設(shè)置合適的啟動條件。本例中，梯形圖的第一行表示的是如何啟動初始步在SFC程序中初始步的啟動采用梯形圖方式。下面開始在軟件中的程序輸入?！緢D2閃爍信號梯形圖和指令】【圖3閃爍信號SFC程序】

2、操過程：（30鐘）【步奏】

啟動GXDevelop編程軟件，單擊“工程”菜單，點擊創(chuàng)建新工程菜單項或點擊新建工程按鈕

（見圖4）。【圖4GXDevelop編程軟件窗口】【步奏】

創(chuàng)建新工程彈出的創(chuàng)建新工程對話框（見圖5）中，要對三菱系列的CPU和PLC進行選擇，以符合對應(yīng)系列的編程代碼，否則容易出錯。這里講述的主要是三菱FX2N系列的PLC，所以，需做如下幾個項目的選擇和輸入：a.在PLC系列下拉列表框中選擇FXCPU；b.在PLC類型下拉列表框中選擇FX2N（C）;c.在程序類型項中選擇SFC；d.在工程設(shè)置項中設(shè)置好工程名和保存路徑完成上述項目后之后點擊確定。

【圖5新工程創(chuàng)建】【步奏】

進入塊設(shè)置完成上述工作后會彈出如圖6所示的塊列表窗口。【圖6塊列表窗口】按圖中所示，雙擊第零塊。

【步奏】

【7塊信息設(shè)置對話框】梯形圖塊的新建雙擊第零塊或其它塊后，會彈出塊信息設(shè)置對話框（見圖7）。這里，是對塊編輯進行類型進行選擇的進入窗口，有兩個選擇：SFC和梯形圖塊。在編程理論中我們學(xué)到，SFC程序由初始狀態(tài)開始，故初始狀態(tài)必須激活，而激活的通用方法是利用一段梯形圖程序，且這一段梯形圖程序必須放在程序的開頭部分理在以后的SFC編程中始狀態(tài)的激活都需由放在SFC程序的第一部分（即第一塊）的一梯形圖程序來執(zhí)行，這是需要注意的一點。所以在這里應(yīng)點擊梯形圖塊在塊標題欄中，填寫該塊的說明標題也可以不填?！静阶唷?/p>

程序的編寫點擊執(zhí)行按鈕彈出梯形圖編輯窗口（見圖），在右邊梯形圖編輯窗口中輸入啟動初始狀態(tài)的梯形圖。【提醒學(xué)生】在編程理論中曾學(xué)到，初始狀態(tài)的激活一般采用輔助繼電器M8002來完成，也可以采用其它觸點方式來完成，這只需要在它們之間建立一個并聯(lián)電路就可以實現(xiàn)。本例中我們利PLC的輔助繼電器M8002的上電脈沖使初始狀態(tài)生效。在梯形圖編輯窗口中單擊第零行輸入初始化梯形圖如圖9所示，輸入完成單擊“變換”菜單選擇“變換”項或按F4快捷鍵，完成梯形圖的變換。

【圖8梯形圖編輯窗口】【圖9梯形圖編輯窗口】

【圖10梯型圖輸入完畢窗口】【注意在程序的編制過程中每一個狀態(tài)中的梯形圖編制完成后必須進行變換，才能進行下一步工作，否則彈出出錯信息?！緢D11出錯信息】【步奏】

塊程序的編輯在完成了程序的第一塊（梯形圖塊）編輯以后，雙擊工程數(shù)據(jù)列表窗口中的“程序”\“MAIN”（見圖10），返回塊列表窗口（見圖6）。雙擊第一塊，在彈出的塊信息設(shè)置對話框中塊類型一欄中選擇SFC見圖12），在塊標題中可以填入相應(yīng)的標題或什么也不填擊執(zhí)行按鈕出SFC程序編輯窗見圖13程序編輯窗口中光標變成空心矩形?！緢D12塊信息設(shè)置】【圖13SFC程序編輯窗口】【步奏】

轉(zhuǎn)移條件編輯轉(zhuǎn)換條件的編輯SFC程序中的每一個狀態(tài)或轉(zhuǎn)移條件都是以SFC符號的形式出

現(xiàn)在程序中，每一種SFC符號都對應(yīng)有圖標和圖標號，現(xiàn)在輸入使狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移的條件。在SFC程序編輯窗口將光標移到第一個轉(zhuǎn)移條件符號處（如圖13所標注）并單擊，在右側(cè)將出現(xiàn)梯形圖編輯窗口，在此中輸入使狀態(tài)轉(zhuǎn)移的梯形圖?！咎嵝褜W(xué)生】我們從圖13中可以看出，T0點驅(qū)動的不是線圈，而是TRAN符號，意思是表示轉(zhuǎn)移（Transfer），這一點提請注意。在SFC程序中，所有的轉(zhuǎn)移都用TRAN表示，不可以采用SET＋S□語句表示，否則將告知出錯。對轉(zhuǎn)換條件梯形圖的編輯，可按PLC編程的要求，按上面的敘述可以自己完成?！咀⒁狻棵烤庉嬐暌粋€條件后應(yīng)按F4快捷鍵轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后梯形圖則由原來的灰色變成亮白色，完成轉(zhuǎn)換后再看SFC程序編輯窗口中前面的問號（？）會消失?！静阶唷?/p>

通用狀態(tài)的編輯在左側(cè)的SFC程序編輯窗口中把光標下移到方向線底端工具欄中的工具按鈕

或單擊F5快捷鍵彈出步序輸入設(shè)置對話框（見圖14）?！緢D14SFC符號輸入】輸入步序標號后點擊確定，這時光標將自動向下移動，此時，可看到步序圖標號前面有一個問號（？），這是表明此步現(xiàn)在還沒進行梯形圖編輯，同時右邊的梯形圖編輯窗口呈現(xiàn)為灰色也表明為不可編輯狀態(tài)，（見圖15。下面對通用工序步進行梯形圖編程。將光標移到步序號符號處，在步符號上單擊后右邊的窗口將變成可編輯狀態(tài)，現(xiàn)在，可在此梯形圖編輯窗口中輸入梯形圖。【注意】此處的梯形圖是指程序運行到此工序步時所要驅(qū)動哪些輸出線圈，在本例中，現(xiàn)在所要獲得的通用工序步是驅(qū)動輸出線圈Y0以及T0線圈，參見圖2程序梯形圖和指令表?！緢D15還沒有編輯的狀態(tài)步】

用相同的方法把控制系統(tǒng)一個周期內(nèi)所有的通用狀態(tài)編輯完畢。需說明的是，在這個編輯過程中，每編輯完一個通用步后，不需要再操作“程序”“MAIN”而返回到塊列表窗口（見圖6），再次執(zhí)行塊列表編輯，而是在一個初始狀態(tài)下，直接進行SFC圖形編輯。【步奏】

系統(tǒng)循環(huán)或周期性的工作編輯。SFC程序在執(zhí)行過程中，無一例外的會出現(xiàn)返回或跳轉(zhuǎn)的編輯問題，這是執(zhí)行周期性的循環(huán)所必須的。要在SFC程序中出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)符號，需用指令加目標號進行設(shè)計。

或（JUMP）現(xiàn)在進行返回初始狀態(tài)編輯（見16）所示。輸入方法是：把光標移到方向線的最下端，按快捷鍵或者點擊的目的地步序號，然后單擊確定按鈕。

按鈕，在彈出的對話框中填入要跳轉(zhuǎn)到【圖16跳轉(zhuǎn)符號輸入】說明：如果在程序中有選擇分支也要用JUMP+“標號”來表示。當(dāng)輸入完跳轉(zhuǎn)符號后，在SFC編輯窗口中我們將會看到，在有跳轉(zhuǎn)返回指向的步序符號方框圖中多出一個小黑點兒，這說明此工序步是跳轉(zhuǎn)返回的目標步，這為我們閱讀SFC程序也提供了方便（見圖18）?！静阶?0

程序變換。當(dāng)所有SFC程序編輯完后們可點擊變換按鈕

進行SFC程序的變換（編譯），如果在變換彈出了塊信息設(shè)置對話框，可不用理會，直接點擊執(zhí)行按鈕即可。經(jīng)過變換后的程序如果成功，就可以進行仿真實驗或?qū)懭隤LC進行調(diào)試了。如果想觀看SFC程序所對應(yīng)的順序控制梯形圖我們可以這樣操作點擊工程\編輯數(shù)據(jù)\改變程序類型，進行數(shù)據(jù)改變（見圖19）。

【圖18完整的SFC程序】【圖19數(shù)據(jù)變換】執(zhí)行改變數(shù)據(jù)類型后可以看到由SFC程序變換成的梯形圖程序（見圖20）?！緢D20轉(zhuǎn)化后的梯形圖】小結(jié)：以上介紹了單序列的SFC程序的編制方法，通過學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)基本了解了SFC程序中狀態(tài)符號的輸入方法。

二、組織生分組（課已經(jīng)安排好）教學(xué)地6409實訓(xùn)室該實訓(xùn)室有25臺三PLC學(xué)習(xí)板25臺聯(lián)想電腦一共25個實訓(xùn)工位、50把學(xué)生椅子。由于本班學(xué)生有45人不能每一個學(xué)生分配一臺實訓(xùn)設(shè)備，就按學(xué)號分配實訓(xùn)設(shè)備每兩人為一組。個別后進生就分配一人一臺給多點上機實訓(xùn)的機會給后進生，讓他們更熱愛學(xué)習(xí)。練習(xí)任務(wù)1、項目說明（2鐘）模擬十字路口交通燈的信號，控制車輛有次序的在東西向、南北向通行（如下圖所示信號受啟動、停止按鈕的控制，當(dāng)按啟動按鈕時，系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始的循環(huán)工作，當(dāng)按停止按鈕時，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，即南北紅燈亮，禁止通行，東西綠燈亮，允許通行。十字路口交通信號燈控制實驗板2、控制要求（3分鐘）（1）下啟動按鈕S1，系統(tǒng)始工作；（2）北紅燈亮7s同時東西綠燈亮5s然后東西黃燈亮2s后熄滅，然后在切換成東西紅燈亮7s，同南北綠燈亮后然后南北黃燈亮滅，如此不斷循環(huán)；（3）下停止按鈕S2，系統(tǒng)止工作；3、任務(wù)分析（5鐘）根據(jù)綠、黃、紅燈的控制過程列出時序圖如下：注意事項1、安注意事項（鐘）

（1）使用編程電纜時，注意接頭位置的安裝，不能用力過猛，損壞設(shè)備。（2）在實習(xí)過程中，不允許帶電操作電路，如電路需改動，應(yīng)及時切斷電源。（3）實習(xí)過程中，嚴禁學(xué)生打鬧嬉戲，以防止觸電事故。（4）實習(xí)結(jié)束后，需切斷所有電源，將工具和設(shè)備擺放到初始位置。2、編注意事項（鐘）（1）每編輯完一個條件后應(yīng)按F4捷鍵轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后梯形圖則由