顺序功能图的组成结构大揭秘

顺序功能图是用状态元件描述工步状态的工艺流程图。它通常由初始状态、一系列一般状态、转移线和转移条件组成。每个状态提供三个功能：驱动有关负载、指定转移条件和指定转移目标。图5-3所示是一个状态转移图的例子。

1.步

顺序控制设计法最基本的思想是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），可以用编程元件（例如内部辅助继电器M和状态继电器S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的ON/OFF状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的，步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。

图5-4中送料小车开始停在左侧限位开关X001处，按下起动按钮X000，Y002变为ON，打开贮料斗的闸门，开始装料，同时用定时器T0定时，10s后关闭贮料斗的闸门，Y000变为ON，开始右行，碰到限位开关X002后停下来卸料（Y003为ON），同时用定时器T1定时；5s后Y001变为ON，开始左行，碰到限位开关X001后返回初始状态，停止运行。根据Y000～Y003 ON/OFF状态的变化，显然一个周期可以分为装料、右行、卸料和左行这4步，另外还应设置等待启动的初始步，分别用M0～M4来代表这5步。图5-4a是运料小车运行的空间示意图，图5-4b是描述该系统的顺序功能图，图中用矩形方框表示步，方框中可以用数字表示该步的编号，一般用代表该步的编程元件的元件号作为步的编号（如M0等），这样在根据顺序图设计梯形图时较为方便。

图5-3 状态转移图

（1）初始步

与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。步和初始步如图5-5所示。

（2）活动步

图5-4 运料小车运行的空间示意图和顺序功能图

当系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。

（3）与步对应的动作或命令

可以将一个控制系统划分为被控制系统和施控系统，例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作（action）”；对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令（command）”。为了叙述方便，下面将命令或动作统称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。

图5-5 步和初始步

一个步表示控制过程中的稳定状态，它可以对应一个或多个动作。可以在步的右边加一个矩形框，在框中用简明的文字说明该步对应的动作，如图5-6所示。

图5-6a表示一个步对应一个动作，图5-6b和图5-6c表示一个步对应多个动作，两种方法任选一种。

图5-6 与步对应的动作

如果某一步有几个动作，可以用图5-7所示的两种画法来表示，但是它并不隐含这些动作之间的任何顺序。说明命令的语句应清楚地表明该命令是存储型的还是非存储型的。例如某步的存储型命令“打开1号阀并保持”，是指该步为活动步时1号阀打开，该步为不活动步时继续打开；非存储型命令“打开1号阀”，是指该步为活动步时打开，为不活动步时关闭。

除了以上的基本结构之外，使用动作的修饰词（见表5-2）可以在一步中完成不同的动作。修饰词允许在不增加逻辑的情况下控制动作。例如，可以使用修饰词L来限制配料阀打开的时间。

(www.xing528.com)

图5-7 多个动作的表示方法

表5-2 动作的修饰词

在图5-4中定时器T0的线圈应在M1为活动步时通电，而在M1为不活动步时断电。从这个意义上来说，T0的线圈相当于步M1的一个动作，所以将T0作为步M1的动作来处理，步M1下面的转换条件T0由定时器T0的动合触点提供。因此动作框中的T0对应的是T0的线圈，转换条件T0对应的是T0的动合触点。

2.有向连线与转换条件

（1）有向连线

在顺序功能图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的进展，这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在画顺序功能图时，将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列，并用有向连线将它们连接起来。步的活动状态习惯的进展方向是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述的方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。如果在画图时有向连线必须中断（例如在复杂的图中，或用几个图来表示一个顺序功能图时），则应在有向连线中断之处标明下一步的标号和所在的页数。

（2）转换

转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。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。

（3）转换条件

前步进入下一步的信号为转换条件，转换条件可以是外部的输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通和断开等；也可以是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器动合触点的接通等；转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。转换条件是与转换相关的逻辑命题，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线的旁边，使用最多的是布尔代数表达式，如转换条件X000和X000分别表示当输入信号X000为ON和OFF时转换实现。↑X000和↓X001分别表示当X000从0→1状态和从1→0状态时转换实现，如图5-8所示。

3.顺序功能图的使用说明

顺序功能图编程时需注意以下事项：

1）步与步不能直接相连，必须用转移分开；

2）转移与转移不能直接相连，必须用步分开；

3）步与转移、转移与步之间的连线采用有向线段，画功能图的顺序一般是从上向下或从左到右，正常顺序时可以省略箭头，否则必须加箭头。

4）一个功能图至少应有一个初始步。功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，它是必不可少的。

5）自控系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此功能图中应有有向连线组成的闭环。

6）如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步，PLC开始进入RUN工作方式时，它们均处于断开状态，所以必须用M8002的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步。

图5-8 转换条件的表示方法