顺序功能图三种编程方式
Rockwell
Rockwell A-B的PLC由于支持多种编程方式，具有丰富的编程指令，加上各系列的PLC都有相应的编程软件，调试仿真软件，因此在自动化领域中已越来越受到广泛的应用。
一、编程方式所有的A-B PLC（Micrologix1000, SLC500, PLC-5和Controllogix）都支持梯形图的编程方式，而大多数PLC-5系列处理器（增强型以上系列）还支持结构文本及顺序功能图两种编程方式。
1、梯形图梯形图是一种最典型，也是最基本的编程方式，它采用图形语言，沿用了继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，并增加了一些继电接触控制没有的符号。
梯形图形象、直观，对于熟悉继电器表示方式的人来说，非常容易接受，而不需要学习更深的计算机知识。
这是一种最为广泛的编程方式，适用于顺序逻辑控制、离散量控制、定时/计数控制等操作。
梯形图一般由多个不同的阶梯组成，每一个阶梯又可以由一个或几个输入指令及一个输出指令组成。
输出指令应出现在阶梯的最右边，而输入指令则出现在输出指令的左边，如图1所示。
图12、结构文本结构文本类似于BASIC编程，利用它可以很方便地建立、编辑和实现复杂的算法，特别在数据处理、计算存储、决策判断、优化算法等涉及描述多种数据类型的变量应用中非常有效。
对于PLC-5处理器结构文本可以支持以下结构。
赋值：赋一个整数或浮点数值给一个数据单元非保持型位赋值：赋一个二进制数给一个位单元，当处理器工作模式从编程方式到运行方式时或当顺序功能图（SFC）的步被扫描后，这些位被清零。
保持型位赋值：赋一个二进制数给一个位单元，当处理器工作模式从编程方式到运行方式时或SFC的步被扫描后，这些位并不被清零。
IF-THEN-ELSE：有条件的执行一段程序FOR-NEXT：重复执行一段程序WHILE：只要输入表达式为真就重复执行一段程序REPEAT：重复执行一段程序直至某输入表达式为真EXIT：在处理器到达正常结束条件之前退出循环结构（REPEAT，FOR 或WHILE）CASE：根据一个数学表达式或操作数据的值有条件地执行一段程序；；：相当于一个无操作指令NOP梯形图功能：可调用任一梯形图程序或指令。
顺序功能图SFC
使用步进指令需要说明的问题
12. 状态转移瞬间（一个扫描周期），由于相邻两个 状态同时接通，对有互锁要求的输出，除在程序中 应采取互锁措施外，在硬件上也应采取互锁措施， 其实现方法如图所示 。
4. 仿STL指令的编程方式
M4 X0
Y11 Y12 快进
Y10 Y11 工进1
Y11
工进2
Y12 Y13 快退
M1
X1
M2
X2
M3
X3
M4
X0
M1 M2 M3 M1 M4 M2
M4
SET M0 SET M1 RST M0 SET M2 RST M1 SET M3 RST M2 SET M4 RST M3 SET M0 RST M4
状态转移图
状态转移图简称SFC）：是 用状态继电器 来描述工步转移的图形。
状态Sn
转移条件
状态Sm
满足转移条件时，实现状态转移，即上一状态（转 移源）复位，下一状态（转移目标）置位。
指令表
对步进接点用步进指令STL编程； 当步进控制范围结束时，用步进返回
指令RET； 与步进接点相连的触点用LD/LDI指
M1
X3
M2
X4
M3
X2
M4
X0
M6
X1
M5
M7
M8
C0
M8
C0
M8
SET M0 SET M1 RST M0 SET M2 RST M1 SET M3 RST M2
SET M4 SET M6 RST M3 SET M5 RST M4 SET M7 RST M6 SET M8 RST M5 RST M7 SET M1 RST M8
第五章顺序功能图及编程方法
5.2 单流程顺序功能图的编程
第四步：编制语句表
由步进梯形图可用步进指令编制出语句表程序。步进指令由 STL/RET指令组成。STL指令称为步进触点指令，用于步进触 点的编程；RET指令称为步进返回指令，用于步进结束时返回 原母线。
由步进梯形图编制语句表的要点是：
(1) 对STL触点要用STL指令，而不能用LD指令。不相邻的状 态转移用OUT指令，例如从S24转移到S25。
状态的转移条件可以是单一的，也可以是多个元件的串、 并联组合，如图所示。
5.1 顺序功能图及状态功能
X0 转移条件：X0 S20
X0 X1
转移条件：X1与T0 并联再与X0串联 T0
S20
(a)
(b)
5.1 顺序功能图及状态功能
在使用状态时还需要说明以下问题： (1) 状态的置位要用SET指令，这时状态才具有步进功能。
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。 转换实现应完成的操作：转换的实现应完成两个操作： 1）使所有的后续步都变为活动步；
2）使所有的前级步都变为不活动步。
5.1 顺序功能图及状态功能
某生产过程的控制工艺要求如下：
(1) 按下启动按钮SB，台车电机M正转，台车前进，碰 到限位开关SQ1后，台车电机M反转，台车后退。
它除了提供步进触点外，还提供一般的触点。步进触点 (STL触点)只有动合触点，一般触点有动合触点和动断触 点。当状态被置位时，其STL触点闭合，用它去驱动负载。
(2) 用状态驱动的M、Y若要在状态转移后继续保持接 通，则需用SET指令。当需要复位时，则需用RST指令。
5.2 单流程顺序功能图的编程
再前进(工序四) S23 再后退(工序五) S24
PLC教程-顺序功能图
测试和调试
完成编程后，需要对程序进行测试和调试，以确 保其正常工作并满足要求。
03
顺序功能图的实例分析
实例一：简单的顺序控制流程
总结词 通过一个简单的实例，介绍顺序 功能图的基本概念和绘制方法。
详细描述 通过这个实例，可以学习到如何 将实际设备的动作流程转化为顺 序功能图，并理解顺序功能图在 控制流程中的作用。
系统仿真和调试
通过顺序功能图，可以对控制系统进行仿真 和调试，检查系统是否按照预期的逻辑关系 运行。
顺序功能图的组成
步
表示控制系统中一个相对静止的状态或动作， 是顺序功能图的基本元素。
转换条件
表示从一个步到另一个步的切换条件，是控 制系统中动作切换的关键因素。
动作
表示在某个步中需要执行的具体操作或行为。
详细描述 介绍一个简单的机械臂动作控制 流程，通过顺序功能图展示机械 臂的启动、执行和停止等动作的 逻辑关系。
总结词 顺序功能图在简单控制流程中能 够清晰地表达设备的动作顺序和 逻辑关系。
实例二：复杂的顺序控制流程
总结词
通过一个复杂的实例，展示如何运用顺序功能图处理复杂的控制逻辑。
详细描述
介绍一个自动化生产线控制流程，包括物料检测、分拣、包装等环节， 通过顺序功能图展示各个环节的相互关系和执行顺序。
路径
表示控制系统中动作的执行顺序和逻辑关系， 由一系列的步和转换条件组成。
02
plc编程中的顺序功能图
plc编程的基本概念
PLC（可编程逻辑控制器）
一种专为工业环境设计的数字电子设备，用于控制各种类型的机器 和过程。
编程语言
PLC使用类似于计算机编程语言的编程语言，如Ladder Logic、 Structured Text等，进行逻辑控制编程。
顺序功能图(sfc)
目录
• SFC基本概念 • SFC的组成元素 • SFC的绘制方法 • SFC的编程实现 • SFC的优化与改进 • SFC的未来发展与展望
01
SFC基本概念
SFC定义
顺序功能图是一种用于描述控制系统或工业过程的流程 图，它以图形化的方式展示系统或过程的顺序行为。
顺序功能图使用一系列的矩形、圆圈和箭头来表示系统 或过程中的不同状态、条件和转换。
01 工业自动化
顺序功能图广泛应用于工业自动化领域，用于描 述和控制生产线的流程和逻辑。
02 控制系统设计
在控制系统设计中，顺序功能图常被用于描述控 制系统的行为和逻辑，帮助工程师进行系统设计 和优化。
03 过程控制
在过程控制领域，顺序功能图可以用于描述化工、 制药等行业的生产过程，帮助企业实现高效的过 程控制和管理。
总结词
优化动作序列可以提高SFC的效率和可维护性。
详细描述
动作序列是SFC中控制流程执行的步骤，优化这些序列可以减少不必要的步骤和 冗余操作。具体方法包括合并相似的动作，简化复杂的动作流程，以及使用标 准的、易于理解的符号和语言描述动作。
优化状态管理
总结词
优化状态管理是提高SFC可维护性和可扩 展性的重要手段。
05
SFC的优化与改进
优化转换条件
总结词
优化转换条件是提高顺序功能图(SFC)可读性和可靠性的关键 步骤。
详细描述
转换条件是SFC中控制流程顺序的关键因素，优化这些条件 可以减少冗余和潜在的错误。具体方法包括简化复杂的条件 表达式，使用更具体的条件描述，以及确保所有转换条件都 是清晰和准确的。
优化动作序列
04
SFC的编程实现
顺序功能图,三种编程方式
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。
顺序功能图及步进指令编程举例
动作。
（5）汽缸A向左动作到位，汽缸B向下
SQ4
动作。
汽缸B
SQ3
SQ2
（6）汽缸B向下动作到位，汽缸C松开
SQ5
汽缸A
抓手，将物块放置到传送带上。
（7）汽缸C松开抓手到位，汽缸B向上
动作。 （8）汽缸B向上到位，传送带转动，送
出物块。同时汽缸A向右移动。
汽缸C
SQ6
SQ7
（9）汽缸A向右移动到位，进行下次循
南北绿 东西红
南北黄 东西红
机械手臂控制系统
SQ3
SQ2
SQ4 汽缸B
SQ5
汽缸A
汽缸C
SQ6
SQ7
物块
SQ8
SQ1
电机
M1
机械手抓取物块的结构工作过程如下：
（1）如果人工放置物块到工作台上，汽
缸B向下动作。
（2）汽缸B向下动作到位，汽缸C动作，
抓紧物块。
（3）汽缸C抓紧物块，汽缸B向上动作。
（4）汽缸B向上动作到位，汽缸A向左
环。
物块
SQ8
SQ1
电机
M1
M8002 原位状态 S0
SQ1 汽缸B向下 S20
Y0-汽缸B下降
SQ5 汽缸C抓紧 S21
Y1-汽缸C抓紧
SQ7 汽缸B向上 S22
Y2-汽缸B上升
SQ4 汽缸A向左 S23
Y3-汽缸A左移
SQ3 汽缸B向下 S24
Y0-汽缸B下降
SQ5 汽缸C松开 S25
Y4-汽缸C松开
南北红、东西
JMP
黄、T1定时50
S0
T1
X1
状态3 S22
南北绿、东西
序列顺序功能图的3种编程方法
液压油缸
Y1 Y0
X0
X1
X2
OFF
OFF
NO
X3
液压进给装置运动示意图
左行示意
左 输出点y0有效，活塞杆向
运行
液压油缸
X0
X1
X2
OFF
ON
OFF
Y0 X3
单序列结构液压进给装置运动示意图
右行示意
输出点y1有效，活塞杆向右运
行
液压油缸
Y1
X0
X1
X2
OFF
OFF
ON
X3
单序列结构液压进给装置运动示意图
FX系列PLC的步进梯形指令简称为STL指令，FX 系列PLC还有一条使STL指令复位的RET指令。利用这两 条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。
步进梯形指令STL只有与状态继电器S配合才具 有步进功能。S0~S9用于初始步，S10~S19用于自动返 回原点。使用STL指令的状态继电器的常开触点称为 STL触点，用符号表示，没有常闭的STL触点。
M2
X3 X1 X2 X0
Y0 Y1
M1 M0
M2 M1 M3 M2 M4 M3 M0 M4 左行 右行
初始
左行 右行 左行 右行
图4.20(c) 单序列结构梯形图
使用以转换为中心的编程方法
M1 X1
M2 X2
M3
使用以转换为中心控制步
单序列结构梯形图
使用步进梯形指令的编程方法
许多PLC都有专门用于编制顺序控制程序的步 进梯形指令及编程元件。
步进梯形指令的单序列结构的编程方法
感谢下 载
X2
图4.20(b) 单序列结构顺序功能图
单序列结构梯形图绘制
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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。
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。
起始步，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。
步对应的动作，可以将一个控制系统划分为被控制系统和施控系统。
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，下面将命令和动作统称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形孔应与相应的步的符号相连。
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）有向连线与转换条件
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的路线和方向进行。
在画顺序功能图，将代表各步的方向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到右，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方向。
在可以省略箭头的有向连线上，为了更便于理解也可以加箭头。
转换，转换用有向线段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。
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，转换条件还可以是若干个信号的与、或、非逻辑组合。
3.1.1使用起保停电路的顺序控制设计法
起保停电路即起动保持停止电路,是在梯形图设计中应用比较广泛的一种电路其工作原理是,当输入信号的常开触点接通,输出信号的线圈得电,同时使输入信号进行“自锁”或“自保持”,即输入信号的常开触点失去作用。
当使用此电路设计满足上述要求的梯形图时,首先我们要根据工艺要求画出顺序功能图 ,功能图中的每一步用存储器M表示,每一步执行的动作用Q表示,然后根据功能图设计形图(在设计用此方法设计梯形图时,我们一定要准确地找出每一步的起动条件,停止条件和执行的动作,每一步的执行必须要包括“起动”、“自锁”和“停止”
三个部分。
3.1.2以转换为中心的顺序控制设计法
在以转换为中心的编程方法中,用该转换的所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联,该串联电路作为梯形图中起保停电路的起动电路。
用它来控制对后续步存储器位的置位(使用置位指令S)和前级步存储器位的复位(使用复位指令R) 。
我们在使用这种方法设计梯形图时,注意不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联,应根据顺序功能图,用代表步的存储器位的常开触点或它们的并联电路来驱动输出位的线圈。
这种设计法特别有规律可循,梯形图转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系,在设计复杂控制系统的顺序功能图时,既容易掌握,又不容易出错,可使设计的效率得到大大提高。
3.1.3使用SCR指令的顺序控制设计法
为了方便编制复杂的顺序控制梯形图,各种型号的PLC都有顺序控制指令,如三菱FX系列PLC中的步进梯形指令和本文要介绍的西门子S7-200系列PLC中的顺序控制继电器指令等。
西门子S7-200PLC中的顺序控制继电器( SCR)指令如表1所示。
顺序控制程序被顺序控制继电器指令(LSCR)划分为LSCR与SCRE指令之间的若干个SCR段,一个SCR段对应与SFC中的一步,每一个SCR 段都应有SCRT、SCR、SCRE。
装载顺序控制继电器指令(LSCR)表示一个SCR 段的开始,顺序控制继电器结束指令( SCRE)用来表示SCR段的结束,而顺序控制继电器转换指令( SCRT)用来表示SCR 段之间的转换,即步的活动状态的转换。
在设计梯形图时, 用LSCR 和SCRE指令表示SCR段的开始和结束,用SM010的常开触点来驱动该步中输出点的线圈(Q) ,并用转换条件对应的触点或电路来驱动转换到后续步的SCRT指令。
编写流程:初始步首先被置位,即初始步的SCR段开始,然后转换条件对应触点或电路驱动SCRT指令, SCRE指令使初始步对应的SCR段结束,后续步对应的SCR段开始,使得SM010的常开触点去驱动该步的输出点线圈(Q) ,依照上面的步骤根据SFC的流程继续下去。
把SFC (图4)中的位存储器(M)改为顺序继电器( S) ,然后使用该方法编写上述实例的梯形图
使用起保停电路的梯形图顺序控制设计法,是一种通用的设计方法,它使用的仅是PLC中最基本的指令,对于任何顺序控制系统的梯形图都可以用此方法。
本设计也是采用起保停的方法进行的设计。