功能图的绘制技巧

时间：2023-06-17 理论教育版权反馈

【摘要】：功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特征的一种图解表示方法。图1-1 功能图1．步一个顺序控制过程可分为若干个阶段，也称为步或状态。顺序控制功能图中储存位对应的布尔代数式如图1-3b所示，参照图1-2所示的标准“起保停”梯形图，就可以轻松地将图1-3所示的顺序功能图转换为如图1-4所示的梯形图。

功能图的绘制技巧

功能图(SFC)是描述控制系统的控制过程、功能和特征的一种图解表示方法。它具有简单、直观等特点，不涉及控制功能的具体技术，是一种通用的语言，是IEC（国际电工委员会）首选的编程语言，近年来在PLC的编程中已经得到了普及与推广。在IEC848中称顺序功能图，在我国国家标准GB6988-2008中称功能表图。西门子称为图形编程语言S7-Graph禾口S7-HiGraph。

顺序功能图是设计PLC顺序控制程序的一种工具，适合于系统规模较大、程序关系较复杂的场合，特别适合于对顺序操作的控制。在编写复杂的顺序控制程序时，采用S7-Graph和S7-HiGraph比梯形图更加直观。

功能图的基本思想是：设计者按照生产要求，将被控设备的一个工作周期划分成若干个工作阶段（简称“步”），并明确表示每一步要执行的输出，“步”与“步”之间通过制定的条件进行转换。在程序中，只要通过正确连接进行“步”与“步”之间的转换，就可以完成被控设备的全部动作。

PLC执行功能图程序的基本过程是：根据转换条件选择工作“步”，进行“步”的逻辑处理。组成功能图程序的基本要素是步、转换条件和有向连线，如图1-1所示。

图1-1 功能图

1．步

一个顺序控制过程可分为若干个阶段，也称为步或状态。系统初始状态对应的步称为初始步，初始步一般用双线框表示。在每一步中施控系统要发出某些“命令”，而被控系统要完成某些“动作”，“命令”和“动作”都称为动作。当系统处于某一工作阶段时，则该步处于激活状态，称为活动步。

2．转换条件

使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制输出。不同状态的“转换条件”可以不同，也可以相同。当“转换条件”各不相同时，在功能图程序中每次只能选择其中一种工作状态（称为“选择分支”）；当“转换条件”都相同时，在功能图程序中每次可以选择多个工作状态（称为“选择并行分支”）。只有满足条件状态，才能进行逻辑处理与输出。因此，“转换条件”是功能图程序选择工作状态（步）的“开关”。

3.有向连线

步与步之间的连接线称为“有向连线”，“有向连线”决定了状态的转换方向与转换途径。在有向连线上有短线，表示转换条件。当条件满足时，转换得以实现，即上一步的动作结束而下一步的动作开始，因而不会出现动作重叠。步与步之间必须要有转换条件。

图1-1中的双框为初始步，M0.0和M0.1是步名，I0.0、I0.1为转换条件，Q0.0、Q0.1为动作。当M0.0有效时，输出指令驱动Q0.0。步与步之间的连线称为有向连线，它的箭头省略未画。

4.功能图的结构分类

根据步与步之间的进展情况，功能图分为以下4种结构。

（1）单一顺序

单一顺序动作是一个接一个地完成，完成每步只连接一个转移，每个转移只连接一个步，如图1-3和图1-4所示的功能图和梯形图是一一对应的。以下用“起保停电路”来讲解功能图和梯形图的对应关系。

为了便于将顺序功能图转换为梯形图，采用代表各步的编程元件的地址（比如M0.2）作为步的代号，并用编程元件的地址来标注转换条件和各步的动作和命令，当某步对应的编程元件置1，代表该步处于活动状态。

①起保停电路对应的布尔代数式。标准的起保停梯形图如图1-2所示，图中I0.0为M0.2的起动条件，当I0.0置1，M0.2得电；I0.1为M0.2的停止条件，当I0.1置1，M0.2断电；M0.2的辅助触头为M0.2的保持条件。该梯形图对应的布尔代数式为

②顺序控制梯形图储存位对应的布尔代数式。如图1-3a所示的功能图，M0.1转换为活动步的条件是M0.1步的前一步是活动步，相应的转换条件（I0.0）得到满足，即M0.1的起动条件为M0.0∗I0.0。当M0.2转换为活动步后，M0.1转换为不活动步，因此，M0.2可以看成M0.1的停止条件。由于大部分转换条件都是瞬时信号，即信号持续的时间比它激活的后续步的时间短，因此应当使用有记忆功能的电路控制代表步的储存位。在此情况下，起动条件、停止条件和保持条件全部都有，就可以用起保停方法来设计顺序功能图的布尔代数式和梯形图。顺序控制功能图中储存位对应的布尔代数式如图1-3b所示，参照图1-2所示的标准“起保停”梯形图，就可以轻松地将图1-3所示的顺序功能图转换为如图1-4所示的梯形图。

（2）选择顺序

选择顺序是指某一步后有若干个单一顺序等待选择，称为分支，一般只允许选择进入一个顺序，转换条件只能标在水平线之下。选择顺序的结束称为合并，用一条水平线表示，水平线以下不允许有转换条件，如图1-5所示。

（3）并行顺序

并行顺序是指在某一转换条件下同时起动若干个顺序，也就是说转换条件实现导致几个分支同时激活。并行顺序的开始和结束都用双水平线表示，如图1-6所示。

图1-2 标准的“起保停”梯形图

图1-3 顺序功能图和对应的布尔代数式

a）功能图 b）布尔代数式

图1-4 梯形图(www.xing528.com)

图1-5 选择顺序

图1-6 并行顺序

（4）选择序列和并行序列的综合

如图1-7所示，步M0.0之后有一个选择序列的分支，设M0.0为活动步，当它的后续步M0.1或M0.2变为活动步时，M0.0变为不活动步，即M0.0为0状态，所以应将M0.1和M0.2的常闭触头与M0.0的线圈串联。

步M0.2之前有一个选择序列合并，当步M0.1为活动步（即M0.1为1状态），并且转换条件I0.1满足，或者步M0.0为活动步，并且转换条件I0.2满足，步M0.2变为活动步，所以该步的存储器M0.2的起保停电路的起动条件为M0.1.I0.1＋M0.0. I0.2，对应的起动电路由两条并联支路组成。

步M0.2之后有一个并行序列分支，当步M0.2是活动步并且转换条件I0.3满足时，步M0.3和步M0.5同时变成活动步，这时用M0.2和I0.3常开触头组成的串联电路，分别作为M0.3和M0.5的起动电路来实现，与此同时，步M0.2变为不活动步。

步M0.0之前有一个并行序列的合并，该转换实现的条件是所有的前级步（即M0.4和M0.6）都是活动步和转换条件I0.6满足。由此可知，应将M0.4、M0.6和I0.6的常开触头串联，作为控制M0.0的起保停电路的启动电路。图1-7所示的功能图所对应的梯形图如图1-8所示。

5.功能图设计的注意点

1）状态之间要有转换条件。如图1-9所示，状态之间缺少“转换条件”是不正确的，应改成如图1-10所示的功能图。必要时转换条件可以简化，如将图1-11简化成图1-12。