顺序功能图

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。

I0.2·I0.3图转换条件的表示格式5.动作内容区分不同步的目的，就是要在不同步中完成不同的操作，这些操作可以用动作内容表示。

动作内容在矩形框中表示，它与对应的步相关联，动作内容可以是输出一些信号，也可以是操作定时器、计数器等等，根据具体要求由设计者标明，其表示格式可如图所示。

需要注意的是，这里所标明的动作一般都仅限于该步有效，如果希望动作在后续工序步中仍有效，需采用置位指令，如图中的“S Q0.3”，或在后续步的动作中继续标明该操作。

动作的内容当然还会包括其他复杂的内容，表示的格式也没有特定规范，只要清晰明了即可。

6.选择分支与选择合并选择分支用来表示存在着选择条件，可以通过不同条件转换至不同步中，分支产生于步后，转换条件前，可以为双分支也可以为多分支，要注意的是每个选择分支上都应该有步或者转换条件，选择分支处只允许其中一路的执行，也就是说哪一路的转换条件优先满足，则优先执行该路，其他支路不允许执行，这是选择分支最大的特点。

选择分支最终需要汇合的，选择合并指的就是各选择分支的汇合，从汇合处开始，选择分支又回到了统一的工序步中。

图选择分支与选择合并的表示格式7.同步分支与同步合并当任务中有几个步需要同时执行，就需要用到同步，其中同步分支是指在满足同一个转换条件后，同时执行不同的步，同步合并是指当几个步同时执行时，在满足同一个转换条件后，同时结束，同步分支与同步合并的表示格式如图所示。

这里要注意的是，与选择分支和选择合并不同，同步分支各支路是同时被执行的，转换条件满足后，图中M1.0和M2.0将同时被激活，然后独立执行，直至M1.7和M2.6同时激活且满足转换条件后，才会产生同步合并。

……图同步的表示格式5.1.2顺序功能图的基本结构顺序功能图的组成元素如上一节所述，设计者采用顺序功能图设计前，首先就需要根据生产工艺，将流程用顺序功能图来表示。

由于生产工艺往往是复杂的，设计者所绘出的顺序功能图结构也是多种多样。

但是再复杂的顺序功能图，其基本结构也不外乎四类：单序列、选择序列、并行序列及循环序列，下面将分别对这四种序列进行介绍。

1.单序列单序列是指仅由一个方向有向线构成的序列，它的特点是没有分支与合并，步是由前往后相继执行，步与步之间仅有一个转换条件，也称为顺序序列，其结构如图所示，运行遵循S0->S1->S2->S3->S4的顺序。

图单序列结构2.选择序列存在选择分支与选择合并的顺序功能图称之为选择序列，其结构如图所示，选择序列可以是双分支或多分支，图中所示为3分支，选择分支产生于步后，到达S1步后才被选择执行，每个分支序列的进入都需要有转换条件，分支序列中的步则可有可无。

选择序列的最大特点是在分支处只允许执行一条分支序列，图中C2、C5、C7哪个条件先满足则执行哪路，其余支路不被执行。

C7图选择序列结构3.并行序列存在同步分支与同步合并的顺序功能图称之为并行序列，其结构如图所示，并行序列可以是双分支或多分支，图中为3分支，当S0步后的转换条件C1满足时，同步分支后的步S1、S3、S4都将被激活，接着各并行序列将同步并列运行，直到同步合并时，S2、S3和S5同时被激活且转换条件C4满足，则同步合并后的S6步被激活，S2、S3和S5步被复位。

图并行序列结构4.循环序列针对一些需要循环执行的工艺，需要通过有向线将最后一个步引至所需重复执行的步中，只要转换条件满足即可不断循环执行序列，这类顺序功能图结构被称为循环序列，其结构如图所示。

图中可以看出，每一次的运行以S3步作为结束，此后只要当转换条件C4满足后，即可从S1步接着重复执行。

这里要注意的是，循环一般不会从初始步开始，因为初始步被认为用来进行初始化操作，在进入系统控制前只被执行一次。

图循环序列结构5.1.3 顺序功能图设计的常见问题顺序功能图的设计并非千篇一律，实际的生产工艺是千变万化的，设计者在设计过程中会遇到许多问题，可能有些复杂问题并不能完全用顺序功能图实现，但是顺序功能图作为其中部分设计方法还是可行的。

下面将对设计过程中的一些常见问题进行说明。

1.顺序功能图的开始和结束顺序功能图开始必须以初始步作为起点，该步的激活可用来启动某个顺序控制，初始步的激活可以在上电初始化OB100中完成，也可以由系统中某个条件来触发。

顺序功能图的结束也应该由一个步作为结束，当满足某个结束条件时，将进入最后一个步，如上图，当C4满足后，顺序功能图不再循环，将达到S4步，最后一个步其实表征了顺序控制的结束，也即顺序功能图中各状态要复位，因此达到最后一个步时，要立即将该部进行复位，退出此顺序控制功能图。

2.顺序功能图的状态保持顺序功能图在执行过程中，很有可能会被打断，例如CPU从RUN模式进入STOP模式、CPU掉电、发生中断、发生故障等情况，对于被中断的顺序功能图，一般有两种恢复方式，一种是保持当前步继续运行，另一种是直接从顺序功能图中退出，等待下一次激活初始步再进入。

对于需要恢复的顺序功能图，可使用能保持状态的存储空间进行步的标识，例如将采用所设定的掉电不丢失的M存储区；对于退出顺序功能图的情况，需保证退出后各状态皆复位，需注意的是设计者应当保证任意步的退出产生的结果都应该是在安全考虑范围内的。

3.顺序功能图状态的确定性顺序功能图对各步的划分是明确的、也是独立的，这就要求在运行过程中各个步的运行情况要明确，每个时刻只允许一个步运行，步于步的转换需依照方向线指示。

在程序设计过程中，设计者是通过存储空间来表示一个步，例如M0.1表示S1，M0.2表示S2，对于这些使用的存储位，设计者要保证其状态的确定性，例如不要误操作这些位，或通过一些逻辑组合来限制对这些位的修改等，这些存储位直接关系系统的控制效果及运行安全。

5.2 单序列控制的编程方法——喷烤漆单元5.2.1 控制任务描述图喷漆单元设备图S1—托盘检测S2—止动气缸至位S3—止动气缸复位HEAT—电加热器M—传送电机FAN—烘干风扇YV1—喷漆电磁阀RTD—Pt100铂热电阻HL1—红色指示灯HL2—绿色指示灯C—止动气缸YV2—止动气缸电磁阀图喷烤漆单元结构图喷烤漆单元属于自动化柔性系统中的一个环节，其外观如图所示，用来对装配完成的工件进行喷漆和烤漆操作。

喷烤漆单元的结构图如图所示，工件置于托盘中，由传送电机M送入喷烤漆房，此时由止动气缸C控制的挡板将托盘挡住，S1检测托盘，检测到托盘后绿色指示灯HL2将亮起，延迟3s后开启喷漆电磁阀YV1维持0.5s后关闭，紧接着开启电加热器至70%，当温度达到60℃时，开启排风扇FAN并维持5s，5s后关闭加热器和风扇，止动气缸电磁阀YV2闭合10s ，挡板将被移除，托盘继续前进，红色指示灯亮HL1也亮10s ，10s 后挡板复归原位，气缸收回，红色指示灯灭，系统停止运行。

5.2.2 硬件分配表输入、输出硬件资源分配表如图所示，在加热部分包含了模拟量的输入和输出，本例中采用8位分辨率的模拟量通道。

5.2.3 绘制顺序功能图起始步； 启动信号；启动电机，点亮红灯； 检测托盘；持续点亮绿灯，等待3s ； 等待3s 时间到；开启喷漆电磁阀，计时0.5s ； 等待0.5s 时间到；设定加热器开度为70%； 直到温度达到60℃；打开风扇，计时5s ； 等待5s 时间到关闭加热器；开启止动气动阀、传送电机，计时10s ；等待10s 时间到；关闭红灯图顺序功能图顺序功能图设计如图所示，将系统工序分为7个步，分别用M存储区中M0.0~M0.7表示，M0.0根据需要进行激活，然后依次执行，对于没有标明“S”进行置位的输出，仅表示在该步中进行输出操作，退出该步自动复位，在到达最后一道工序M0.7时，执行完相应操作，例如复位Q0.4后，M0.7也将自动复位，退出此喷漆控制流程。