顺序控制设计法

（4）转换
转换（TRANSITION）是系统从当前 步前进到下一步的原因，在顺序 功能图中转换是用有向连线上与 有向连线垂直的短划线来表示， 转换将相邻两步分隔开来。步的 活动状态的进展是通过转换的实 现来完成的，并与控制过程的发 展状态相对应。
（5）转换条件
转换条件是与转换相关的逻辑命题， 使系统从当前步前进到下一步的 信号。转换条件可以是PLC的外部 输入信号，如按钮、限位开关的 通断状态，也可以是PLC内部产生 的信号，如定时器、计数器常开 触点的接通等，还可以是几个信 号的与、或、非的逻辑组合。
• （2）两个转换也不能直接相连，必 须用一个步将它们分隔开来。
• （3）顺序功能图中初始步是必 不可少的。如果没有它，就无法 表示系统的初始状态。初始步一 般对应于系统等待起动的初始状 态，这一步可能没有什么动作执 行，因此很容易遗漏这一步。因 此，没有初始步，即无法表示系 统的初始状态，系统工作一个周 期后也无法返回相对静止的状态。
（2）程序设计思路 在上面小车自动往返控制系统梯形图的基础上，设计出的小车一
处卸料控制系统的梯形图如图5-10所示。为了使小车自动停止， 还是将X4和X3的常闭触点分别与Y0和Y1的线圈串联。为使小 车自动起动，将控制装、卸料延时的定时器T0和T1的常开触 点，分别与手动右行起动按钮和左行起动按钮的X0、X1的常 开触点并联，并用两个限位开关对应的X3、X4的常开触点分 别接通装料、卸料电磁阀Y2、Y3和两个用于装料、卸料定时 控制的定时器T0、T1。
转换实现的基本规则
（1）转换实现的条件 在顺序功能图中，步的活动状态的进展或步（状态）的转移
是通过转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个 条件： 1）该转换所有的前级步都是活动步； 2）相应的转换条件得到满足。 如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现称为同步 实现，如图4-119所示。为了强调同步实现，图中的水平 连线用双线表示。
（2）绘制系统的顺序功能图
根据以上系统控制流程分析和被控对象工作内容、步骤、 顺序和PLC的I/O分配，绘制系统的顺序功能图。绘制顺 序功能图是顺序控制设计法中非常关键的一个步骤，有 关绘制SFC具体的步骤前面已通过上面的例子进行了介 绍。
（3）编写梯形图程序
根据顺序功能图，按照某种具体的编程方式转换编写出梯 形图程序。
（4）自动控制系统应能多次可重复地执行同 一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应
有由步和有向连线组成的闭环结构，即在
完成一次工艺过程的全部操作之后，应从
最后一步返回到初始步（自动工作方式中
的单周期方式）或者下一个工作周期的第 一步（自动工作方式中的连续方式）。
• （5）只有当某一步所有的前级步都是活动步时， 该步才有可能变成活动步。如果用无断电保持 功能的软元件代表各步，则PLC开始进入运行工 作方式时各步均处于“0”状态，因此必须使用 初始化脉冲，将初始步预置为活动步，否则顺 序功能图中将永远不会出现活动步，系统将无 法一步一步地工作下去。如果系统有手动、自 动（单周期、连续和单步）两种工作方式，顺 序功能图则是用来描述自动工作过程的，这时 应在系统有手动工作方式切换到自动工作方式 时选择适当的信号将初始步置为活动步，
• 初始步是与系统的初始状态相对 应的步。初始状态一般是系统等 待起动命令的相对静止的状态。 初始步用双线方框表示，每一个 顺序功能图中至少应该有一个初 始步。
• 当系统正处于某一步时，该步即 处于活动状态，称该步为活动 步。当步处于活动状态时，与该 步对应的动作就被执行。如果为 保持型动作则该步变为不活动步 时要继续执行该动作，如果为非 保持型动作则当该步变为不活动 步时，动作也停止执行。
（3）梯形图程序
编程示例
（1）控制要求 在上面的小车自动往返控制系统的基础上，继续添
加相应控制要求，要求进行对一处卸料小车自动 控制系统的设计。小车右行起动按钮和左行起动 按钮分别为X0和X1。送料小车首先停在左限位开 关X3处装料，15s后装料结束，小车开始右行，碰 到右限位开关X4后停下来卸料，10s后卸料结束， 小车开始左行，碰到X3后又停下来装料，然后这 样不停地循环工作，直到按下停止按钮X2。
电磁阀 工作阶段
Y V1
YV2
YV3
1 原点位置 － －
－
2 快速进给 ＋ ＋
－
3 工作进给 ＋ －
－
4 延时停留 － －
－
5 快退返回 － －
＋
I/O点 X0 X1 X2 X3 Y0 Y1 Y2
输入元 件/输出
负载
SB SQ SQ SQ Y 1 1 2 3 V1
Y V2
Y V3
图4-121 工作滑 台动力 头进给 系统的 顺序功 能图
顺序控制设计法的基本步骤
（1）分析系统的控制流程 通过分析系统的控制流程，划分系统的各个步并确定步对应的动作和步
的活动状态进展（步转移，或状态转移）的转换条件。 步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象工作状态的变
化应是由PLC输出状态的变化引起的。 转换条件是系统产生步的转移控制信号。可以从此例看出，转换条件可
步进梯形指令简介
1. 步进梯形指令 FX系列PLC步进梯形指令包括两条，步进梯形
指令STL（STEP LADDER）和步进返回指令 RET（RETURN）。STL指令的操作元件只可 取状态继电器（S），RET指令无操作元件。
表4-37 步进梯形指令和步进返回指令组成要素
指令名 称
步进梯 形指令
助记符 STL
在前面介绍的异步电动机正反转控制梯形图电路的基础上，设计出 系统的梯形图如图5-9所示。
为了使小车能够自动停止运行，将右限位开关X4的常闭触点与控制 小车右行的Y0的线圈串联，将左限位开关X3的常闭触点与控制左 行的Y1的线圈串联。为使小车自动地改变运动方向，将左限位X3 的常开触点与右行起动按钮的X0的常开触点并联，将X4的常开 触点与左行起动按钮的X1的常开触点并联。
举例
例4-16 某组合机床的一个工作滑台带有一个动力头， 动力头的进给运动示意图，如图4-120所示。设动 力头的初始位置（原点位置）在最左边，这时限 位开关SQ3（X3）被撞压。按下起动按钮SB1（X0） 后，动力头开始向右快速进给，撞压限位开关SQ1 （X1）后变为工作进给，碰到SQ2（X2）后动力 头停下来并延时停留6s，然后动力头快速退回， 返回原点位置后停止运动。驱动工作滑台动力头3 个电磁阀的动作情况，如表4-35所示。
顺序功能图的组成要素
顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转 换条件和动作（命令）组成，如图4-111所 示。
（1）步
步（或状态）是一种逻辑块，即是在一个过 程中划分出的各个阶段，编程时一般用PLC 内部的软元件来代表各步，因此经常直接 用代表该步的软元件的元件号作为步的编 号，如M100、S20等，这样在根据顺序功 能图设计转换为梯形图时较为方便。在顺 序功能图中用矩形框表示步，方框内是该 步的编号。如图4-110中各步的编号为步1 （M101）、步2（M102）、步3（M103）。
（3）并行序列
并行序列用来表示系统中几个同时激活又相互独立的序列部 分的工作情况。并行序列的开始称为分支，如图4-116图 （a）所示，当某个转换条件的成立导致几个序列同时激 活时，这些序列称为并行序列（或并进序列）。
水平连线用双线表示。 应注意的是，在表示同步的水平双线的上方，只允许有一个
转换符号。
图4-119 转换的同步实现
（2）转换实现应完成的操作 转换的实现应完成下面的两个操作： 1）使所有由有向连线与相应转换符号相连的
后续步都变为活动步； 2）使所有由有向连线与相应转换符号相连的
前级步都变为不活动步。
顺序功能图的特点及注 意事项
• （1）两个步绝对不能直接相连，必 须用一个转换将它们分隔开来。
图4-116 并行序列的分支、合并
并行序列的结束称为合并，如图4-116（b） 所示。应注意在表示同步的水平双线之下， 只允许有一个转换符号。当直接连于水平 双线上的所有前级步都是活动步，并且转 换条件g=1时，才会发生由步3、5、7到步8 的转移，即步3、5、7同时变为不活动步， 而步8变为活动步。
功能 步进梯形 图电路驱
动
步进返 回指令
RET
步进梯形 图电路结
束返回
梯形图表示和操作软元件
占用程序步 数
STL…1步
RET…1步
使用步进梯形指令的状态继电器的常开触点 称为STL触点，连接STL触点需要以LD或LDI
指令开始，即使用步进梯形指令后将会使 LD点后移。步进返回指令（RET）用于驱动 的所有步进梯形电路结束，它使LD点重新 返回到系统的左母线。
（2）动作
如果某一步有几个动作， 可以用两种画法来表 示，如图4-112所示。 但是，在图中并不隐 含这些动作之间的任 何顺序。
图4-112 动作在SFC中的表示
（3）有向连线
在绘制顺序功能时，将代表各步的方框 按它们成为活动步的先后次序顺序进 行排列，并用有向连线将它们依次连 接起来。步的活动状态的默认进展方 向是从上到下或从左至右，在这两个 方向上有向连线上的箭头可以省略不 画。如果不是上述的默认方向，应在 有向连线上用箭头注明进展方向。
以来自于外部输入信号，如按钮、指令开关和限位开关的通/断等， 也可以来自与PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点的通/断等， 转换条件还可以是若干个信号的与、或、非的逻辑组合。 顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的软元件（M或S），让它们的 状态按一定的顺序变化，然后再用代表各步的软元件去控制各输出继 电器。
编程示例
小车自动往返控制系统 （1）控制要求 系统的具体控制要求如下：当按下右行起动
按钮X0或左行起动钮X1后，要求小车在左 限位开关X3和右限位开关X4之间不停地循 环往返运动，直到按下停止按钮X2，小车 自动往返控制系统的示意图如图5-8所示。
图5-8 小车自动往返控制系统示意图
（2）程序生产线、化工、 汽车、
顺序控制
所谓的顺序控制，是指按照生产工艺预先规 定的顺序，在各个转移控制信号的作用下， 在生产过程中根据输入信号、内部状态和 时间的顺序，各个被控执行机构自动有序 地进行操作。这些被控生产设备通常是动 作顺序不变或相对固定的生产机械。
顺序控制设计法
顺序控制系统
如果一个控制系统的工艺流程或过程可以分解成为 若干个顺序相接而又相互独立的阶段，这些阶段 必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产 过程的正常、有序运行，那么这样的控制系统就 称为顺序控制系统，或称为步进控制系统。可以 看出，顺序控制系统的特点是系统按照一定的顺 序一步一步地进行的。在工业控制领域中，顺序 控制系统存在的范围还是较广的，例如在机械加 工行业。
顺序功能图的基本结构
（1）单序列 单序列由一系列相继激活的步组
成，每一步的后面仅接有一个 转换，每一个转换的后面也只 有一个步，如图4-115所示。
（2）选择序列
选择序列一个步的后面可能有 几个转换，通过几个转换可 能进入同一个步，如图4115图（b）、（c）所示。
选择序列的开始称为分支， 选择序列的结束称为合并，
顺序功能图
顺序功能图（SEQUENTIAL FUNCTION CHART，SFC） 又称做状态转移图或功能表图，是描述控制系统 的控制过程、功能和特性的一种图形语言。顺序 功能图可以认为是一种结构块控制流程图，非常 适用于顺序控制。一般情况下需要用其他的编程 语言（如梯形图或指令表）将它转换成为PLC可执 行的程序语言。因此，顺序功能图不是一种独立 的编程语言，可以作为PLC程序设计的辅助工具。
顺序控制设计法就是针对顺序控制系统一种 专门的、采用顺序控制思路的设计方法。 对于比较典型顺序控制系统，在各种编程 方法中我们一般优先采用顺序控制设计法 （或称步进控制设计法）进行设计，这样 可以大大地提高程序设计的效率和程序的 可读性、可维护性。
顺序控制设计法的基本思想
顺序控制设计法最基本的思想是将控制系统的一个 工作周期划分为若干个顺序相连而又相互独立的 阶段，这些阶段称为步（STEP），并且用软元件 （如辅助继电器M或状态继电器S）来代表各个步。 步是根据各输出量的状态变化来划分的，在任意 一个步内个各输出量的状态（0或1）是不变的， 但是相邻两步的输出量的总的状态是不同的