如何用SFC描述系统功能

1.顺序控制设计法概述

用经验法设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性。在设计复杂的梯形图时，由于要考虑的因素很多，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部程序时，很可能会对其他程序产生意想不到的影响，因此复杂梯形图的修改会比较麻烦，可阅读性差，给PLC 控制系统的维修和改进带来了很大的困难。

继电器控制电路转换为梯形图法需要有原来能实现控制要求的继电器控制电路，但目前除了一些机床改造型的项目会有原电路外，一般没有原来的控制电路可参考。

所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动有序地进行操作。顺序控制设计法根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。采用顺序控制设计法容易掌握，能提高设计的效率，对程序的调试、修改和阅读也很方便。

顺序功能图(Sequential Function Chart，SFC)是描述控制系统的控制过程、功能和特点的一种图形，也是设计PLC 的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言，可以用于进一步设计和技术交流。

顺序功能图是IEC 61131－3 居首位的编程语言，有的PLC 为用户提供了顺序功能图语言，例如S7－300/400 的S7 Graph 语言，在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作。S7－1200 PLC 没有配备顺序功能图语言，但可以用SFC 来描述系统的功能，根据它来设计梯形图程序。

2.顺序控制设计法中的步

(1)步的概念。

顺序控制设计法将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步(Step)，并用编程元件(例如位存储器M)来代表各步。在任何一步之内，输出量的状态保持不变，这样使步与输出量的逻辑关系变得十分简单。

(2)步的划分。

根据输出量的状态来划分步，只要输出量的状态发生变化就在该处划出一步。

(3)步的转换。

系统不能总停在一步内工作，从当前步进入到下一步称为步的转换，这种转换的信号称为转换条件。转换条件可以是外部输入信号，也可以是PLC 内部信号或若干个信号的逻辑组合。顺序控制设计就是用转换条件去控制代表各步的编程元件，让它们按一定的顺序变化，然后用代表各步的元件去控制PLC 的各输出位。

3.顺序功能图的结构

顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作(或命令)组成。

(1)步。

步表示系统的某一工作状态，用矩形框表示，框中可以用数字表示该步的编号，也可以用代表该步的编程元件的地址作为步的编号(如M0.0)，这样在根据顺序功能图设计梯形图时较为方便。

(2)初始步。

初始步表示系统的初始工作状态，用双线框表示，初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。

(3)与步对应的动作或命令。

与步对应的动作或命令在每一步内把状态为ON 的输出位表示出来。可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系统。对于被控系统，在某一步要完成某些“动作”；对于施控系统，在某一步要向被控系统发出某些“命令”。

为了方便，以后将命令或动作统称为动作，也用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框与对应的步相连表示在该步内的动作，并放置在步序框的右边。在每一步之内只标出状态为ON 的输出位，一般用输出类指令(如输出、置位、复位等)。步相当于这些指令的子母线，这些动作命令平时不被执行，只有当对应的步被激活才被执行。

如果某一步有几个动作，可以用图7－13 中的两种画法来表示，但并不隐含这些动作之间的任何顺序。

图7-13　步的动作

(4)有向连线。(www.xing528.com)

有向连线把每一步按照它们成为活动步的先后顺序用直线连接起来。

(5)活动步。

活动步是指系统正在执行的那一步。步处于活动状态时，相应的动作被执行，即该步内的元件为ON 状态；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行，即该步内的元件为OFF 状态。有向连线的默认方向由上至下，凡与此方向不同的连线均应标注箭头来表示方向。

(6)转换。

转换用有向连线上与有向连线垂直的短画线来表示，将相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。

转换表示从一个状态到另一个状态的变化，即从一步到另一步的转移，用有向连线表示转移的方向。转换实现的条件:该转换所有的前级步都是活动步，且相应的转换条件得到满足。转换实现后的结果:使该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。

(7)转换条件。

使系统由当前步进入到下一步的信号称为转换条件。转换是一种条件，当条件成立时，称为转换使能。该转换如果能够使系统的状态发生转换，则称为触发。转换条件是指系统从一个状态向另一个状态转移的必要条件。

转换条件是与转换相关的逻辑命令，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短画线旁边，使用最多的是布尔代数表达式。

在顺序功能图中，只有当某一步的前级步是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步，进入RUN 工作方式时，它们均处于0 状态，必须在开机时将初始步预置为活动步，否则因顺序功能图中没有活动步，系统将无法工作。

绘制顺序功能图应注意以下几点:

(1)步与步不能直接相连，要用转换隔开。

(2)转换也不能直接相连，要用步隔开。

(3)初始步描述的是系统等待启动命令的初始状态，通常在这一步里没有任何动作。但是初始步是不可不画的，因为如果没有该步，就无法表示系统的初始状态，系统也无法返回停止状态。

(4)自动控制系统应能多次重复完成某一控制过程，要求系统可以循环执行某一程序，因此顺序功能图应是一个闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态(单周期操作)；在连续循环工作方式下，系统应从最后一步返回下一工作周期开始运行的第一步。

4.顺序功能图的类型

顺序功能图主要有三种类型:单序列、选择序列、并行序列。

1)单序列

单序列是由一系列相继激活的步组成，动作是一个接一个地完成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换的后面只有一个步，如图7－14 (a)所示。

2)选择序列

选择序列是指某一步后有若干个单一序列等待选择(每个单一序列也称为一个分支)，一般只允许选择进入一个序列，不允许多路序列同时进行，到底进入哪一个序列，取决于控制流前面的转换条件哪一个为真。选择序列的转换符号只能标在水平连线之下，如图7－14 (b)所示。步3 后有两个转换h 和k 所引导的两个选择序列，如果步3 为活动步并且转换h 使能，则步8 被触发；如果步3 为活动步并且转换k 使能，则步10 被触发。

选择序列的合并是指几个选择序列合并到一个公共序列。此时，用需要重新组合的序列相同数量的转换符号和水平连线来表示，转换符号只允许在水平连线之上。图7－14 (b)中如果步9 为活动步并且转换j 使能，则步12 被触发；如果步11 为活动步并且转换n 使能，则步12 也被触发。

3)并行序列

并行序列是指在某一转换条件下同时启动若干个序列，也就是说转换条件的实现导致几个序列同时激活。并行序列的开始称为分支，并行序列的开始和结束都用双水平线表示，如图7－14 (c)所示。当步3 是活动步并且转换条件e 为ON 时，步4、步6 这两步同时变为活动步，同时步3 变为不活动步。步4、步6 被同时激活后，每个序列中活动步的进展将是独立的。在表示同步的水平双线上，只允许有一个转换符号。并行序列的结束称为合并，在表示同步水平双线之下，只允许有一个转换符号。当直接连在双线上的所有前级步(步5、步7)都处于活动状态，并且转换状态条件i 为ON 时，才会发生步5、步7 到步10 的进展，步5、步7 同时变为不活动步，而步10 变为活动步。

图7-14　顺序功能图类型