1、2015-2016学年度第 一 学期教 案授课班级：科目（课题）：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6409 PLC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GX Developer编程软件、多媒体教学平台学生端软件、Microsoft Office软件等；教师机安装的软件有GX De
2、veloper编程软件、多媒体教学平台教师端软件、Microsoft Office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
3、习任务书、评分标准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GX Developer编程软件SFC编程编程的方法和技巧。2、技能目标： （1）熟练识读SFC功能图。（2）能熟练掌握SFC功能图的设计和编程快捷键。 （3）掌握GX Developer编程软件SFC编程编程方式。3、能力目标： （1）培养学生利用GX Developer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、。 （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GX Developer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）GX Developer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
5、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、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）、示范指导（一）示范操作；（40分钟）（二）组织学生分组练习及注意事项。（12分钟）、学生练习与巡回指导（60分钟）、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。、板书板画设计、教学反思。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、
6、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、
7、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
8、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ZRST S20 S40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
9、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（Sequeential Function Chart）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 GX Developer（版本号 8.34）中，就提供了 SFC 编程方法。我们现在就开
10、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FX PLC中，把步称为“状
11、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。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
12、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 GX Developer 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）
13、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
14、4）。【图4GX Develop 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
15、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
16、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
17、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
18、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 SETS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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、织学生分组（课前已经安排好）教学地点6409 PLC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
24、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
25、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。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。、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
26、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7s10东西绿灯亮5s10东西黄灯亮2s后熄灭10能正确切换成东西红灯亮7s10南北绿灯亮5s10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。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。
