顺序功能图的三大要素

顺序功能图是（SFC，或称状态转移图）用来编制顺序控制程序的。步、动作和转换是顺序功能图的三大要素，如图3-41所示。步是一种逻辑块，即对应于特定控制任务的编程逻辑；动作是控制任务的独立部分；转换是从一个任务变换到另一个任务的原因或条件。

图3-41 顺序功能图

1.步的基本概念

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），并用编程元件（例如位存储器M和顺序控制继电器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。

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PLC的各输出位。

图3-42所示的波形图给出了PLC控制机床油泵和主机的要求。即按下启动按钮I0.0后，应先开油泵，延时12s后再开主机。按下停止按钮I0.1后，应先停主机，10s后再停油泵。根据Q0.0和Q0.1的ON/OFF状态变化，显然一个工作周期可以分为3步，分别用M0.1～M0.3来代表这3步，另外还应设置一个等待启动的初始步。图3-43所示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，也可以用代表该步的编程元件的地址作为步的编号，例如M0.0（S7-200中的S0.0、FX_2N中的M1、S1）等，这样在根据顺序功能图设计梯形图时特别方便。

图3-42 波形图

图3-43 顺序功能图

（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的状态。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。

（2）活动步 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。

2.与步对应的动作（或命令）

可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系统。例如在车床PLC控制系统中，PLC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”；对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”。为了叙述方便，通常将动作或命令统称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示动作，该矩形框应与相应的步的符号相连。

如果某一步有几个动作，可以用图3-44中的两种画法来表示，但是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”，是指该步活动时1号阀打开，该步不活动时继续打开；非存储型命令“打开1号阀”，是指该步活动时打开，不活动时关闭。

除了以上的基本结构之外，使用动作的修饰词（见表3-3）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。

图3-44 多动作的两种画法(www.xing528.com)

表3-3 动作的修饰词

由图3-43可知，在连续的3步内输出位Q0.0均为1状态，为了简化顺序功能图和梯形图，可以在第2步将Q0.0置位，返回初始步后将Q0.0复位，如图3-45所示。

3.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。在可以省略箭头的有向连线上，为了更易于理解也可以加上箭头。

如果在画图时有向连线必须中断（例如在复杂的图中，或用多个图来表示一个顺序功能图时），应在有向连线中断之处标明下一步的标号和所在的页数，例如步58、05页。

（2）转换 转换用有向连线上与有向连线垂直的短画线来表示，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。

图3-45 图3-43简化的顺序功能图

（3）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。转换条件可以是外部的输入信号，例如按钮、指令开关、限位开关的接通或断开等，也可以是PLC内部产生的信号，例如定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。

图3-43中的起动按钮I0.0和停止按钮I0.1的常开触点、定时器延时接通的常开触点是各步之间的转换条件。图中有两个T37，它们的意义完全不同。与步M0.1对应的和方框相连的动作框中的T37表示T37的线圈应在步M0.1所在的阶段“通电”，在梯形图中，T37的指令框与M0.1的线圈并联。而转换旁边的T37对应于T37延时接通的常开触点，它被用来作为步M0.1和M0.2之间的转换条件。

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旁边，使用得最多的是布尔代数表达式，如图3-46所示。

转换条件I0.5和I0.5分别表示当输入信号I0.5为ON和OFF时转换实现。符号↑I0.5和↓I0.5分别表示当I0.5从0状态到1状态和从1状态到0状态时转换实现。实际上不加符号“↑”，转换也是在I0.5的上升沿实现的，因此一般不加“↑”。

图3-46b中用高电平表示步M0.3为活动步，反之则用低电平表示。转换条件I0.3＋I0.5表示I0.3的常开触点或I0.5的常闭触点闭合，在梯形图中则用两个触点的并联电路来表示这样一个“或”逻辑关系。

图3-46 转换与转换条件

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OFF状态，必须用初始化脉冲SM0.1的常开触点作为转换条件，将初始步预置为活动步（见图3-43或图3-45），否则因顺序功能图中没有活动步，系统将无法工作。如果系统有自动、手动两种工作方式，顺序功能图是用来描述自动工作过程的，这时还应在系统由手动工作方式进入自动工作方式时，用一个适当的信号将初始步置为活动步。