基于SFC的上位机控制程序设计研究

第10卷第6期2003年12月工程设计学报Journa l of Eng i neer i ng D esignV o l .10N o.6D ec .2003收稿日期:2003207202.作者简介:沈　煦(1978-),男,江苏宝应人,硕士生,从事机电一体化研究,E 2m ail :A lbert -shenxu @ ;项占琴(1946-),男,浙江武义人,教授,从事FM S 、机电一体化等研究.基于SFC 的上位机控制程序设计研究沈　煦,项占琴(浙江大学机械与能源工程学院,浙江杭州310027)摘　要:介绍了用PL C 的编程语言标准之一的SFC (顺序功能图)进行上位机控制部分程序的设计与编程,分析了程序设计与编程的可行性以及采用这种方法的优点,并对SFC 用于上位机控制程序出现的死等问题提出了解决方案Λ生产实践证明,将SFC 的编程思想用于上位机控制程序的设计与编程完全可行而且可以极大地提高上位机编程的效率和效果Λ关键词:顺序功能图;上位机控制程序;顺序控制中图分类号:T P 27114;T P 311.51 文献标识码:A 文章编号:10062754X (2003)0620334203Research on PC con trol procedure ba sed on SFCSH EN Xu ,X I AN G Zhan 2qin(Co llege of M echan ical and Energy Engineering ,Zhejiang U n iversity ,H angzhou 310027,Ch ina )Abstract :PC con tro l p rocedu re design and p rogram u sing SFC ,one of the standard p rogram lan 2guage of PL C ,w as in troduced ,the feasib ility and m erits of PC con tro l p rocedu re design and p ro 2gram u sing SFC w ere analyzed .T he so lu ti on to w ait p rob lem in PC con tro l p rocedu re u sing SFC w as advanced .T he feasib ility of PC con tro l p rocedu re design and p rogram u sing SFC is p roved th rough p ractice .T he efficiency and effectiveness of p rogramm ing are i m p roved greatly .Key words :sequen tial functi on chart ;PC con tro l p rocedu re ;sequen tial con tro l 顺序功能图(sequen tial functi on chart ,SFC )是一种图形方式的状态语言,与梯形图(LD )、指令列表(I L )、结构文本(ST )、功能块语言(FBD )一样都是符合IEC 6113123国际标准的PL C 编程语言ΛSFC 是建立在功能基础上的标准化设计方法,它的主要组成部分是工步(或状态)和转换条件,这种工步的划分方法使得原来输出之间的复杂逻辑关系被一些简单的步的转换条件所代替,使得不熟练的设计人员也易于掌握[1]ΛSFC 作为PL C 编程的一种标准,已经在下位机PL C 的编程中得到广泛应用Λ经过实践发现SFC 同样可以用于上位机的某些控制系统部分程序的设计中,并用高级编程语言实现用SFC 设计的框图Λ本文就某钢管公司测长、打标、喷标(m easu re ,m ark and sp ray ,MM S )生产线,介绍了运用SFC 在整个系统上位机控制程序部分的设计方法和编程Λ1　系统简介MM S 软件系统组成示意图见图1Λ图1　系统组成图F ig .1　System compo siti on chartMM S 软件系统由下位机PL C 程序和上位机(工控机)程序组成ΛPL C 程序和上位机程序进行相互协调,共同控制MM S 系统的运行ΛPL C 程序以西门子Step 7软件作为开发环境,主要负责底层的工作;而上位机程序以D elp h i 6.0作为开发环境,负责整个系统的协调工作,分成3部分:界面刷新、控制程序和数据库程序,如图1所示Λ限于篇幅,本文只对上位机控制程序部分的设计方法和编程作简要的介绍Λ111　上位机控制程序的特点上位机控制程序的特点是:(1)控制程序具有周期性重复执行的特点,因而具有类似PL C 的运行方式Λ该系统使用D elp h i 的定时器实现控制程序的周期性调用Λ(2)控制程序内部不能出现等待语句Λ控制中出现的延时问题必须由其他方式解决,不能单纯地用等待语句来解决Λ(3)通过西门子公司提供的动态链接库(DLL )和CP 5611通信卡,实现上位机与S 72400PL C 系统的通信,读取PL C 的状态,将控制信号发送给PL C Λ112　采用SFC 编写上位机控制程序的优点在工业控制中,顺序控制是一种广泛使用的控制,它是自动控制的一个重要分支Λ用SFC 进行编程具有简单直观的特点,它的应用使下位机顺序控制的实现更加容易,可大大缩短设计时间[2]Λ因此,如果能将SFC 用于该系统上位机控制程序部分的设计与编程,势必也能发挥SFC 的优点Λ另一方面,在现场调试的过程中,如果控制程序出了问题,用SFC 编写出来的程序比较容易查出出错的程序段,甚至可以直接定位出错的语句Λ1.3　SFC 编写上位机控制程序的可行性SFC 是PL C 的一种编程标准,该系统上位机控制程序具有类似PL C 的运行方式:顺序控制Λ被控系统有测长、打标、喷标三个主要工位,还包括上料、下料等辅助工位,每根钢管都要依次经过这些工位,完成相应的动作Λ各个工位并行工作,具有顺序执行的特点,因而可以用SFC 进行编程,但对程序中出现的等待,需要加以解决,不然用SFC 实现的上位机控制程序就不能实现预定的功能Λ因为上位机的控制程序需要有实时响应的能力,如果有死等的话,会产生两个后果:第一,程序是顺序扫描的,当界面上的一个按钮按下去,如果此时程序正处于等待状态,那就要等到等待结束才能响应,比如“紧停”按钮按下了,不能及时响应的话,有可能引起严重的生产事故;第二,控制程序里面的语句还没有扫描完,定时器(该系统设为250m s )的时间已经到了,开始了下一轮的循环,由于有的语句没有执行到,势必会使生产线处于瘫痪Λ可见解决程序中出现的等待问题是非常重要的Λ1.4　控制程序中等待问题的解决方法以解决控制程序中打标机与上位机通讯中的延时为例来说明这类问题的解决方法Λ系统准备就绪,也就是所有条件都满足后,上位机向打标机发送一串字符,然后延时500m s ,等待打标机返回应答信号,以确定传送是否成功Λ在控制程序的编写中,对于这个功能块,一般是写成一个函数(如Send 2StringA ndCheck 函数),实现上述的传送字符及接受应答的工作[3],这就出现了死等状态,因此这种方法对用SFC 编程的上位机程序并不可行Λ为了解决这个问题可以采取以下的方法:将上述的函数拆成两个函数:字符发送函数(SendString )和确认传送成功函数(SendF in ished ),根据图2所示的SFC 图就可以有效解决程序执行过程中的死等问题[4]Λ图2　程序流程顺序功能图F ig .2　Sequen tial functi on chart of p rocedu re flow・533・　第6期沈　煦,等:基于SFC 的上位机控制程序设计研究 这段SFC可以用D elp h i写成如下程序:……SendString(strings); 发送字符给喷标机的函数if SendF in ished()=false then 判断有没有收到应答, false为没有收到　begin　Step:=S6; 用Step表示当前状态　…… 未收到应答,继续下一道工序的工作　endelse　begin　Step:=S8;　…… 接收到喷标机的应答后进行相应的工作　end;　……[5,6]图2及程序中的{S0,S1,…,S8,…}是一个枚举类型的变量,用来表示生产线相应的工序,用Step来标志当前状态Λ可以看出当发送完字符后,程序不是处于等待确认码的状态,而是通过一个判断语句查询应答有没有返回,根据不同的情况执行不同的操作Λ不管应答有没有返回,程序都会一直往下执行,因此程序中不会出现死等与在定时器的循环周期内未能循环完的情况Λ程序语句的执行时间很快,相对于等待应答等过程几乎可以忽略不计,因此,考虑到最糟糕的情况,即刚刚判断完有没有应答,转入相应的无应答程序,应答就返回了,也不会影响程序的正常逻辑,因为程序中没有等待,语句执行速度很快,很快就能扫描完,下一次扫描到这个点的时候,就会转入接收到应答的程序段去执行,从而避免了死等Λ这种方法可以推广到控制程序中所有可能用到等待的地方,用来解决SFC用于上位机控制程序出现的等待问题Λ这使得SFC应用于具有顺序控制特点的上位机程序完全可行Λ2　结束语本文提出了将标准的PL C编程语言SFC用于上位机控制程序的设计与编程中,并解决了程序设计与编程中不允许出现的等待问题Λ该系统软件用于MM S系统中,现场运行效果良好Λ参考文献:[1]XU Hong2fei,LU Zh i2gang(徐鸿飞,卢志刚).SFC’sA pp licati on in p rocess con tro l[J].S hang ha i E lectricT echnology(上海电器技术),1999,(2):18-21.(in Ch inese)[2]W AN G H eng2sheng,L I D an2feng,LON G Y ing2chun(王恒生,李丹峰,龙迎春).SFC p rocedu re design m ethod of PL C[J].M echan ica l&E lectrica l E ng ineer2 ing(机电工程),2002,17(11):38-39.(in Ch inese)[3]ZHAN G H ai2fan(张海藩).In trod uction to S of t w a reE ng ineering(软件工程导论)[M].Beijing:Q inghua U2n iversity P ress,1987.(in Ch inese)[4]W AN G Xuan(王　选).S of t w a re D esig n M ethod(软件设计方法)[M].Beijing:Q inghua U n iversity P ress, 1987.(in Ch inese)[5]T E I XE I RA S,PA CH ECO X.T ran slated by LON GJ in2song,W AN G Yu,X IE Shang2shu(龙劲松,王　瑜,谢尚书,译).S teve T eix eira and X av ier P acheco:D ep lh i6D eveloop er’s Gu id e(D elph i6开发人员指南)[M].Beijing:Ch ina M ach ine P ress,2002.(in Ch inese)[6]S ta te S tand a rd Co m p ile of Co m p u ter S of t w a re E ng i2neering S tand a rd(计算机软件工程规范国家标准)[S].Beijing:Ch ina Standard P ress,1992.(in Ch inese)(上接第320页)[5]Z A GROD ZK I P.A nalysis of T hermo2m echan ical phe2nom ena in m u lti2disc and b rakes[J].W ea r,1990,(40):291-308.[6]DAV I D A.Pace modeling heat tran sfer in a w et clu tch[J].SA E901655.[7]Z A GROD ZK I P.Influence of design and m aterial fac2to rs on therm al stresses in m u lti p le disc w et clu tchesand b rakes[J].SA E911883.[8]W EN Sh i2zhu(温诗铸).T ribology T heory(摩擦学原理)[M].Beijing:Q inghua U n iversity P ress,1990.(in Ch inese)[9]HOLM AN J P.T ran slated by M A Q ing2fang,M AChong2fang,W AN G X ing2guo(马庆芳,马重芳,王兴国,译).H ea t T ransf er(传热学)[M].Beijing: Peop le’s Educati on P ress,1979.(in Ch inese)・633・工　程　设　计　学　报第10卷。