SFC顺序功能图编程教案

2015-2016学年度第一学期教案授课班级：科目（课）：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6409PLC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GXDeveloper编程软件、多媒体教学平台学生端软件、MicrosoftOffice软件等；教师机安装的软件有GXDeveloper编程软件、多媒体教学平台教师端软件、MicrosoftOffice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GXDeveloper编程软件SFC编程编程的和技巧。2、技能目标：（1）熟练识读SFC功能图。（2）能熟练掌握SFC功能图的和编程快捷键。（3）掌握GXDeveloper编程软件SFC编程编程方式。3、能力目标：（1）培养学生利用GXDeveloper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GXDeveloper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）GXDeveloper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 Ⅰ、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）Ⅱ、示范指导（一）示范操作；（40分钟）（二）组织学生分组练习及。（12分钟）Ⅲ、学生练习与巡回指导（60分钟）Ⅳ、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。Ⅴ、板书板画设计Ⅵ、教学反思。Ⅰ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）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[ZRSTS20S40]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（SequeentialFunctionChart）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GXDeveloper（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FXPLC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13、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。Ⅱ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GXDeveloper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GXDevelop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4GXDevelop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】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，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】【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】【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SET＋S□语句表示，否则将告知出错。对转换条件梯形图的编辑，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6409PLC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。Ⅲ学生训练与巡回指导（60分钟）在学生练习期间对学生进行巡回指导，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。Ⅳ、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Ⅴ板书板画设计 文字板书区 程序板书区 课件演示区 步奏2a.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。 Ⅵ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。