第二节顺序功能图（SFC）的种类与设计注意点
1、单一流程的顺序功能图
单一流程是指步与步之间单线相连，从起步到结束没有分支。如上述的气动机械手搬运设备的顺序功能图就属于单一流程的SFC。再如三个指示灯依序点亮的动作控制，其顺序功能图如图5-5所示。它也属于单一流程的SFC。
图5-5 单一流程的SFC
2、有条件分支的顺序功能图
控制电路中会遇到按不同条件进行不同动作的要求，如装配流水线上根据正品与非正品进行不同的加工与包装；机械手根据抓取物品的类别移到相应的工作台，这些都属于有条件转移。其顺序功能图会因此出现分支，如图5-6所示。当步进点S20动作后，X1、X11哪一个移动条件存立，就执行那一个流程。如果X1触点闭合，就执行S30、S31、S50步；如果X11触点闭合，就执行S40、S41、S50步。
图5-6 有条件分支的SFC
3、有并行流程的顺序功能图
在步进移动中，如果一个转移条件成立后，有两个或两个以上的步进回路同时被执行，这种方式称为并行流程。如一台多钻头加工孔形的机械，工件到达台面后，不同钻头同时动作，这样的方式就是并行流程方式。当每一个回路的功能都执行完成后，再汇合一点，执行下一个步进点。其顺序功能图如图5-7所示。在步进点S20被执行后，如果移动条件X1满足，则S30、S31回路与S40、S41回路同时执行，执行较快的回路须等待，必须每一个并行回路都执行完成后，同时条件X2满足，再执行S50步的动作。
图5-7 有并行流程的SFC
4、流程之间跳跃转移
顺序功能图允许流程之间相互跳跃，如图5-8所示。当S20执行后，如果条件X1满足，就执行S21步；如果条件X4满足，就跳到另一个流程，执行S31步。同理，当S32执行后，如果条件X13满足，就执行S33步；如果条件X5满足，就跳到另一个流程，执行S23步。
图5-8 流程之间跳跃转移
5、顺序功能图在设计时的注意点：
（1）一个分支流程最多只能使用8个分支步进点。
（2）在同一流程中，分支或并行汇合总计不能超过16个回路。
（3）在移动条件的回路中不可以使用ANB、ORB、MPS、MRD、MPP等指令，遇到上述情况，必须进行改动，改动的方法是加一个辅助继电器，如图5-9所示。
图5-9 用添加辅助继电器M10的方法来简化流程图
（4）当顺序功能图中的跳跃分支较多时，容易使SFC显得复杂凌乱，这时，宜多采用“”，使SFC变得清晰明了。如图5-10所示。
图5-10 跳跃分支较多时的处理方法
符号“”与“”的区别：在FXGP/WIN-C编程软件，功能键F6的功能符号是“”，作用是跳跃到指定的步进点。功能键F7的功能符号是“”，作用是步进点的
自我复位，即回到自己的步进点上，结束步进点的动作。
（5）在编写SFC时，防止出现禁止用的分支线或移动条件。如图5-11所示。
图5-11 错误画法举例
——顺序功能图语言S7 Graph的使用 S7 Graph语言是S7-300用于顺序控制程序设计的一种语言，遵从IEC 61131-3标准中的顺序控制语言的规定。下面给大家介绍一下该软件的使用。 1．S7 Graph的安装 S7 Graph软件属于可选的软件包，需要单独安装。安装步骤如下： （1）双击安装文件，安装开始。 （2）弹出“安装语言”对话框。选择“English”，如图所示。 图选择安装语言 后面弹出的对话框，点击“下一步”或“是”即可。 （3）安装过程，要求安装授权。如图所示。
图安装授权 （4）最后，弹出下面对话框，点击“Finish”，完成安装。 图完成安装 2．S7 Graph的结构： 用S7 Graph编写的顺序功能图程序以功能块（FB）的形式被主程序OB1调用。S7 Graph FB包含许多系统定义的参数，通过参数设置对整个系统进行控制，从而实现系统的初始化和工作方式的转换等功能。 对于一个顺序控制项目至少需要3个块： 1）一个调用S7 Graph FB的块，可以是组织块（OB）、功能（FC）和功能块（FB）。 2）一个S7 Graph FB块，用来描述顺序控制系统的任务及相互关系。 3）一个DB块，作为背景数据块，保存顺序控制的参数。
其中，一个S7 Graph FB最多包含250步和250个转换。 3．S7 Graph编辑器： 图中是S7 Graph的编辑器界面，左边的窗口是浏览窗口，右边的是程序编辑区。浏览窗口有三个选项：“Graphic”（图形）选项卡、“Sequencer”（顺序控制器）和“Variables”（变量选项卡）。“Graphic”（图形）选项卡的中间是顺序控制器，其上下是永久性指令；“Sequencer”（顺序控制器）可以方便的浏览总体结构；“Variables”（变量选项卡）中的变量是编程时可能用到的各种基本元素。 图S7 Graph编辑器 4．应用实例： 还是以锅炉的鼓风机和引风机的控制要求为例，其工作过程是：按下起动按钮后，引风机开始工作，5s后鼓风机开始工作，按下停止按钮后，鼓风机停止工作，5s后引风机再停止工作。根据要求，我们画出其顺序功能图，如图所示。
3.1PLC梯形图的三种顺序控制设计法 PLC以其独特的优点,已经在当今各个领域中得到了广泛的应用,尤其是在组合机床的自动化改造中。在改造的过程中,主要涉及到PLC硬件的设计和软件的设计, 其中软件的设计主要是编程语言的设计。PLC常用的编程语言有梯形图语言、助记符(指令表)语言、功能块图语言、顺序功能图语言、高级编程语言等。但使用最广泛的是梯形图语言。梯形图语言的设计方法很多,主要有经验设计法、翻译法和顺序控制设计法。用经验设计法和翻译法设计梯形图时,没有一套固定的方法和步骤可以遵循,特别是在设计机床复杂控制系统的梯形图时,常要用大量的中间单元来完成记忆、连锁和互锁的功能,需要考虑的因素很多。另外,用此方法设计的梯形图很难阅读,给系统的维修和改进带来很大困难。而用顺序控制设计法设计梯形图,却有一定的规律可循,程序的阅读和改进也比较容易,可以大大提高设计的效率。本文主要以西门子公司S7 - 200 PLC为例来介绍PLC梯形图的三种顺序控制设计法,并对其进行比较分析,总结其特点。 顺序控制与顺序功能图概述:顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序,在不同的输入信号作用下,根据内部状态和时间的顺序,使生产过程中的每个执行机构自动有步骤地进行操作。在使用顺序控制设计法设计梯形图时,首先要根据系统的工艺过程,设计出顺序功能图,然后根据顺序功能图编写出梯形图。顺序功能图( Sequential Function Chart简称SFC)是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形,是设计PLC的顺序控制程序的主要工具。它主要由步、动作、转换、转换条件、有向连线组 成(如图1所示) 。在顺序功能图中,步表示将一个工作周期划分的不同连续阶段,当转换实现时,步便变为活动步,同时该步对应的动作被执行。转换实现的条件是前级步为活动步和转换条件得到满足,两者缺一不可。我们在进行顺序功能图的具体设计时,必须要注意:顺序功能图中必须有初始步,如没有它系统将无法开始和返回;两个相邻步不能直接相连,必须用一个转换条件将它们分开;应根据不同的控制要求,合理选择功能图的单行序列、选择序列、并行序列三种不同结构(如图2所示) ;设计的顺序功能图必须要由步和有向连线组成闭合回路,使系统能够多次重复执行同一工艺过程,不出现中断的现象。 （1）步与动作 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。
第5章基于顺序功能图的控制程序设计 PLC的程序设计方法有许多，有些设计者喜欢采用经验编程，通过对逻辑关系的直接翻译来实现，有些设计者则会采用较为严谨的组合逻辑分析方法完成，前者较为直观，后者较为缜密。但是，对于这些设计方法并无统一的设计规范，而且当控制系统工艺较为复杂时，程序的逻辑交织将十分复杂，结构也晦涩难懂，一旦需要改动，都将导致程序的大变动，牵一发而动全身。 多数系统的控制常可以流程形式体现，即便是复杂的大型系统，也有细分的空间，对于这些流程及划分，都需要建立在系统工艺基础上的，而控制系统设计的第一个步骤，也就是对系统的控制任务进行分析，建立工艺流程图。PLC在程序设计时，存在这么一种方法——基于顺序功能图的程序设计，它为设计者提供了一种设计规范，通过对系统工艺流程图的转换，采用顺序功能图来替代，再以顺序功能图所对应的编程方式完成编程，方法简单，结构清晰，同时也能大幅度提高编程效率。下面章节将首先介绍顺序功能图的画法，接着通过几个例子阐述不同结构顺序功能图的程序设计。 5.1用顺序功能图实现控制程序设计概述 5.1.1 顺序功能图的基本元素 图顺序功能图例
对于生产工艺为顺序执行的控制任务，采用顺序功能图来表征其控制过程十分合适，如图所示为一典型的顺序功能图例，它与系统的工艺流程图较为相似，所不同的是它由一系列标准的元素和机构组成，更为直观明确。下面将介绍顺序功能图中所包含的元素。 1.步 图中以矩形框表示，其中标示有“S*”的即为一个步，顺序功能图中用一个步来表征控制任务中的一步工序，也用来记录当前系统所处的状态。例如第四章中果汁调配例子中，加入果汁粉、加入牛奶粉、加热搅拌都可以用一个步来表示，控制任务中的一道工序，一种状态，能被独立划分并且有进入和结束条件的，都可以被定义为一个步。在程序编写过程中常以一个全局存储位来标识这个步，最为常用的是M存储区，例如M10.0，表示格式如图所示，当进入该步时将其置位，结束该步时将其复位，该状态下的动作，也便可用M10.0条件来驱动。 图步的表示格式 2.初始步 初始步以双矩形框表示，一般采用“S0”标示，用来表示系统的初始状态，作为进入系统控制流程的第一步。该步通常处于等待系统启动的一种静止状态，在该步中可完成一些初始化操作。初始步的表示格式如图所示，将初始步激活后即可进入系统控制任务。 图初始步的表示格式 3.方向线 方向线用来指明工序的流程方向，一方面作为各步关系的连接，另一方面也指明各步的动作方向。一般对于至上而下的方向线可以省略箭头，对于分支、循环之类的方向线，要求用箭头来标明流程方向。 图方向线的表示格式 4.转换条件 步与步连接的方向线上都要求有转换条件，可以是来自外部输入的信号变化，也可以来至PLC内部变化，如定时器、计数器。转换条件是区分不同工序步的关键，在定义步时就应当明确这些转换条件内容，一般转换条件采用布尔代数来表示，当然也可以有“↑”或“↓”表示边沿检测信号，除此之外还有“>”、“<”等，如图所示，最重要的是让设计者能够清晰的辨识。
第二节顺序功能图（SFC）的种类与设计注意点 1、单一流程的顺序功能图 单一流程是指步与步之间单线相连，从起步到结束没有分支。如上述的气动机械手搬运设备的顺序功能图就属于单一流程的SFC。再如三个指示灯依序点亮的动作控制，其顺序功能图如图5-5所示。它也属于单一流程的SFC。 图5-5 单一流程的SFC 2、有条件分支的顺序功能图 控制电路中会遇到按不同条件进行不同动作的要求，如装配流水线上根据正品与非正品进行不同的加工与包装；机械手根据抓取物品的类别移到相应的工作台，这些都属于有条件转移。其顺序功能图会因此出现分支，如图5-6所示。当步进点S20动作后，X1、X11哪一个移动条件存立，就执行那一个流程。如果X1触点闭合，就执行S30、S31、S50步；如果X11触点闭合，就执行S40、S41、S50步。 图5-6 有条件分支的SFC
3、有并行流程的顺序功能图 在步进移动中，如果一个转移条件成立后，有两个或两个以上的步进回路同时被执行，这种方式称为并行流程。如一台多钻头加工孔形的机械，工件到达台面后，不同钻头同时动作，这样的方式就是并行流程方式。当每一个回路的功能都执行完成后，再汇合一点，执行下一个步进点。其顺序功能图如图5-7所示。在步进点S20被执行后，如果移动条件X1满足，则S30、S31回路与S40、S41回路同时执行，执行较快的回路须等待，必须每一个并行回路都执行完成后，同时条件X2满足，再执行S50步的动作。 图5-7 有并行流程的SFC 4、流程之间跳跃转移 顺序功能图允许流程之间相互跳跃，如图5-8所示。当S20执行后，如果条件X1满足，就执行S21步；如果条件X4满足，就跳到另一个流程，执行S31步。同理，当S32执行后，如果条件X13满足，就执行S33步；如果条件X5满足，就跳到另一个流程，执行S23步。