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PLC順序功能圖轉換實現規(guī)則

    (1)轉換實現的條件

    順序功能圖中，步的活動狀態(tài)的進展是由轉換的實現來完成的。轉換的實現必須同時滿足兩個條件。

    ①該轉換所有的前級步都是活動步。

    ②相應的轉換條件得到滿足。

    (2)轉換實現應完成的操作

    ①使所有有向連線與相應轉換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬健?/span>

    ②使所有有向連線與相應轉換符號相連的前級步都變?yōu)椴换顒硬健?/span>

    轉換實現的基本規(guī)則是根據順序功能圖設計梯形圖的基礎。在梯形圖中，用編程元件代表步，當某步為活動步時，該步對應的編程元件為1狀態(tài)。
順序功能圖(sequential function chart，SFC)是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，是設計PLC順序控制程序的有力工具。順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，它是一種通用的技術語言，可以供進一步設計和不同專業(yè)的人員之間進行技術交流之用。順序功能圖主要由步、有向連線、轉換、轉換條件和動作（或命令）組成。

    順序控制設計法基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步(step)，可以用編程元件（例如輔助繼電器M和順序控制繼電器S）來代表各步。步是根據輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任意一步之內，各輸出量的“ON”、“OFF”狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的，步的這種劃分方法使代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關系。在順序功能圖中用矩形方框表示步，一般用代表該步的編程元件的元件號作為步的代號，如S0、M0等，這樣設計梯形圖時較為方便。順序功能圖的組成部分如下。

    (1)初始步

    與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應的步稱為初始步，初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待啟動命令的相對靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個順序功能圖至少應該有一個初始步。

    (2)活動步

    當系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為活動步。步處于活動狀態(tài)時，相應的非存儲型動作被執(zhí)行；處于不活動狀態(tài)時，相應的非存儲型動作被停止執(zhí)行。

    (3)有向連線

    在畫順序功能圖時，將代表各步的方框按它們成為活動步的先后次序順序排列，并用有向連線將它們連接起來。步的活動狀態(tài)習慣的進展方向是從上到下或從左至右，在這兩個方向有向連線上的箭頭可以省略。

    (4)轉換

    轉換用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來表示，轉換將相鄰兩步分隔開。步的活動狀態(tài)的進展是由轉換的實現來完成的，并與控制過程的發(fā)展相對應。

    (5)轉換條件

    使系統(tǒng)由當前步進入下一步的信號稱為轉換條件，轉換條件可以是外部的輸入信號，也可以是PLC內部產生的信號，如定時器、計數器常開觸點的接通等，轉換條件還可能是若干個信號的與、或、非邏輯組合。順序控制設計法用轉換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制PLC的各輸出繼電器。
   根據前面的分析，首先考慮的是計數器實現，計數器個數很多（S7-200有256個）需要存儲的參數有4個，按照這個要求，計數器實現必須有數量可擴展性，綜合考慮各種因素，使用在C8051F020的內部4KB RAM里定義(使用關鍵字xdata)存儲結構體變量的COUNTER來實現。

    結構體COUNTER包括四個成員，分別是計數器設定值(set value)、計數當前值(current value)、計數器位（線圈狀態(tài)）(action state)以及計數器端前次輸入狀態(tài)(former input)。用戶使用的每一個計數器都是一個COUNTER結構體變量。由于計數器的動作都是立即產生的，所以除了指令實現程序之外不需要額外的子程序來實現計數。根據前面對計數器功能及計數原理的分析，可設計出計數器指令的實現程序，使用計數器結構體變量指針以及設定值作為參數。如圖1-77所示為加計數器指令CTU實現子程序流程圖，類似可得減計數器指令實現子程序設計方法。計數器結構體定義（定時器類似）和指令子程序原型為：

    實現中計數器的個數和定時器個數的處理方法相同，可以根據產品需要進行設計、擴展，只是增加一個計數器或定時器結構體變量而已，多一些定時器或計數器只是多占用一些C8051F020的內部RAM資源而已，當然資源也不是無限的，所以數量也不能太多，但足以滿足小型PLC系統(tǒng)的需要。
  首先就是要實現一個實時時鐘，在程序中使用C8051F020的TIMERO 16位定時／計數器方式產生1ms定時中斷。由于PLC系統(tǒng)中需要1ms定時器個數較少，所以在中斷程序中處理PLC的1ms定時器。對于10ms定時器，以變量記錄一個掃描周期內10ms總計數。而對于100ms定時器，則是以變量來記錄兩次定時器指令執(zhí)行的時間間隔的100ms總計數。

    另外由于S7-200還提供以1s和1min為周期的時鐘脈沖，所以系統(tǒng)也在此中斷程序中實現。如圖1-72所示。

    從PLC系統(tǒng)需要來看，三種PLC的定時器的個數都是不同的，而且由于100ms定時器用戶需要使用的多，因此系統(tǒng)需要提供的也多。以S7-200為例，有256個定時器，其中1ms定時器有4個，10ms定時器有16個，其余236個為100ms定時器，并且每種定時器還有具體功能上的分類（通電延時、斷電延時、保持型通電延時等）。因此使用C51實現PLC運行系統(tǒng)時就要考慮定時器實現上的可擴展性。另外，由于每個定時器都必須獨立運行，相關的參數比較多，例如，定時器的工作狀態(tài)（啟動與否）、相應線圈的動作狀態(tài)（閉合與否）、定時器的設定值、定時器的當前值等。綜合考慮以上因素，可使用在C8051F020內部4KB RAM（使用關鍵字xdata定義）里存儲的結構體變量來實現多個定時器狀態(tài)及參數的記錄。

    結構體TIMER包括5個成員，分別是定時器類型(timer type)、定時器預設值(set value)、定時器當前值(current value)、定時器線圈狀態(tài)(action state)以及定時器工作狀態(tài)（啟動與否）(working start)。用戶使用的每一個定時器都是一個TIMER結構體變量?？偨Y起來，定時器功能實現程序都以C51函數形式提供給上位機，主要包括以下三項。

    ①定時中斷服務子程序。使用單片機的定時器TIMERO獲得1ms中斷，對于1ms定時器處理立刻進行。對于10ms定時器，記錄一個掃描周期內的累計計數；對于100ms定時，則記錄其指令執(zhí)行周期內的累計計數，圖1-72為定時中斷服務子程序流程圖。

    ②定時器處理子程序。程序流程圖如圖1-73所示，程序中使用結構體變量指針作為參數，用戶使用幾個定時器就在相應位置調用幾次此子程序。對于不同分辨率定時器，可使用同一個處理子程序，但是調用此程序的位置不盡相同，對于1ms定時器，子程序應該在1ms中斷子程序內調用，1ms定時器個數不能夠太多（提供Ims定時器的個數越多，定時中斷服務子程序越長，對定時精度影響越大）；對于10ms定時器，需要在每個掃描周期的開始調用定時器處理子程序；對于100ms定時器，則在執(zhí)行定時器指令的時候，調用定時器處理子程序。對于中斷子程序中記錄三種定時時段的總計數（見圖1-72）的清零處理：1ms累計計數變量在定時中斷服務子程序中計到滿10次(10ms)時清零，一個掃描周期內10ms累計計數在掃描周期初定時器累加刷新完畢時清零，一個掃描周期內100ms累計計數則在掃描周期后清零（在保證多定時器同時使用的情況下，誤差可以降到低）。

    ③定時器指令實現的子程序。指令對三種定時器都是相同的，有三種：TON、TOF以及TONR，分別是通電延時定時器指令、斷電延時定時器指令以及保持型通電延時定時器。但是針對三種定時器的類型不同，要進行不同的處理，這一點前面也已經分析過了。

    以TON指令為例，程序流程如圖1-74所示，此子程序使用定時器指令的兩個參數：固定定時器的結構體變量指針及設定值作為參數，圖中虛線框的意思是對于三種定時器都要運行此部分程序。

    用戶使用定時器時要注意，由于可以在1ms內的任意時刻啟動定時器，預設值必須設為比小要求定時器間隔大一個時間間隔，例如，使用1ms定時器時，為了保證時間間隔至少為56ms，則預設時間值應設為57。10ms、100ms定時器有同樣的問題，例如，使用10ms定時器時，為了保證時間間隔至少為140ms，則預設時間值應設為15。使用100ms定時器時，為了保證時間間隔至少為2100ms，則預設時間值應設為22。

    在分析研究S7-200的三種定時器的定時器位及定時器當前值刷新原理的基礎上，介紹了如何對于PLC定時器功能及指令進行C51實現，并且給出了關鍵程序的設計流程圖。

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