所谓顺序控制，就是在生产过程中，各执行机构按照生产工艺规定的顺序，在各输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，自动地有次序地操作。若一个控制任务可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作严格地按照先后次序执行才能使生产过程正常实施，这种控制称为顺序控制或步进控制。在工业控制系统中，顺序控制的应用最为广泛，特别在机械行业中，几乎都是利用顺序控制来实现加工的自动循环。顺序控制程序设计的方法很多，其中顺序功能图（SFC，以下简称顺控图）设计法是当前顺序控制设计中最常用的设计方法之一。

采用顺控图设计法来设计PLC应用程序时主要分为两大步骤：第一步，根据被控对象的生产工艺流程绘制顺控图；第二步，依据顺控图编写PLC应用程序。

顺控图是描述控制系统的控制过程、功能及特性的一种图形，也是设计PLC控制程序的有效辅助工具。顺控图主要由步、有向连线、转换与转换条件、动作（命令）组成。顺控图的一般形式如图5-5所示。

图5-5 顺控图一般形式

1.步

顺控图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”，步是顺控图的最基本组成部分，它是某一特定控制功能的程序段。用矩形框表示步，框内的数字是步的编号，如图5-5所示的n-1、n、n+1、n+2。在编写梯形图时，一般用某一PLC内部继电器地址来表示某步的编号（如图5-6中的“W10.00”），这样根据顺控图设计梯形图时更为简便。

图5-6 单步多动作的两种画法示例

a）示例1 b）示例2

步是根据输出量的ON/OFF状态的变化来划分的，在任何一步之内，各输出量的状态不变，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存在着极为简单的逻辑关系。

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，每一个顺控图至少应该有一个初始步。

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；处于非活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。

2.动作

步既然是某一控制功能的程序段，就要执行相应的动作，用另一个矩形框中的文字或符号来表示与该步相对应的动作，该矩形框应与对应步的矩形框相连，代表步的方框之间用有向连线连接，如果有向连线的方向是从上至下或从左至右，则可以省略表示方向的箭头。

若某一步包含几个动作，可以选用图5-6中的两种画法之一来表示，但是并不表示这些动作之间存在着执行顺序关系。说明命令的语句应清楚地表明该命令是存储型还是非存储型。例如某步的存储型命令“起动1号泵并保持”，是指该步活动时开启1号泵，该步不活动时1号泵继续保持开状态；而非存储型命令“打开2号阀”，是指该步活动时开启，不活动时关闭。

3.转换与转换条件

“转换”是某一步操作完成起动下一步的条件，当条件满足时执行下一步控制程序。转换在图中用短线表示，短线位于有向连线上并与之垂直。“转换”旁边标注的是转换条件，转换条件是使系统由当前步进入下一步的信号，转换条件可以是外部的输入信号，如按钮、开关、限位开关的通/断等；也可以是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器触点提供的信号；转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合，可以用文字、布尔代数表达式及图形符号来表述。如转换条件a和a分别表示转换信号为ON或OFF时条件成立；转换条件a↑和a↓分别表示转换信号从OFF变为ON时或从ON变为OFF时条件成立。

利用顺控图设计梯形图就是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。

4.顺控图结构

顺控图的结构可分为单序列、选择序列、并行序列、跳转序列和循环序列等结构，如图5-7所示。

图5-7中，a为单序列结构，没有分支，每个步后只有一个步，步与步之间只有一个转换条件。

图5-7b为选择序列结构，选择序列的开始称为分支，转换符号只能标在水平连线之下。步1之后有两个分支，各选择分支不能同时执行，当步1正在执行（即活动步）且转换条件a满足时（a=1），则转向步2。当步1为活动步且转换条件b满足时（b=1）则转向步3。当步2或步3成为活动步时，步1自动变成不活动步。为了防止两个分支序列同时执行，应使两个分支序列互锁。选择序列的结束称为合并，转换符号要标在水平连线之上。

图5-7 顺控图结构示意图

a）单序列 b）选择序列 c）并列序列 d）跳转序列 e）循环序列

图5-7c为并行序列结构，并行序列的开始也称为分支。为了与选择序列结构相区别，用双线表示并行序列分支的开始，转换符号放在双线之上。当步1为活动步且转换条件a满足时，步2、3、4同时变为活动步，而步1变为不活动步。步2与步5、步3与步6、步4与步7是三个并行的单序列，表示系统的三个独立工作部分。并行序列的结束也称为合并，用双线表示并行序列的合并，转换符号放在双线之下。当各并行序列的最后一步即步5、6、7均为活动步且转换条件e满足时，将同时转向步8，且步5、6、7同时变为不活动步。

图5-7d为跳转序列结构。当步1为活动步且转换条件a满足时，转向步2。若此时转换条件d满足，则序列跳过步2和步3，直接将步4变为活动步。跳转序列可以视为选择序列的一个特例。

图5-7e为循环序列结构，它用于将某段程序多次重复执行。

5.顺控图绘制要点

1）两个步之间不能直接相连，必须用一个转换将其隔开。

2）两个转换之间不能直接相连，必须用一个步将其隔开。

3）顺控图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，这一步可能没有任何输出处于ON状态，因此在顺控图中易遗漏该步。初始步是必不可少的，一方面因为该步与它的相邻步相比，从总体上说输出变量的状态各不相同；另一方面如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。

4）自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程，因此在顺控图中一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步，系统停留在初始状态。在连续循环工作方式时，将从最后一步返回下一工作周期开始运行的第一步。(www.daowen.com)

5）如果选取有断电保持功能的存储器位来代表顺控图中的各位，在电源突然断电时，可以保存当时的活动步对应的存储器位的地址。系统重新上电后，可以使系统从断电瞬时的状态开始继续运行。如果未使用断电保持功能的存储器位代表各步，则当PLC进入运行工作模式时，它们均处于OFF状态，从而使顺控图中没有活动步，系统将无法工作。如果系统有自动、手动两种工作方式，顺控图是用来描述自动工作过程的，此时还应注意在由手动模式切入自动模式时，用一个适当的信号将初始步置为活动步，并将非初始步置为不活动步。

总之，顺控图是编程的主要依据，绘制应尽可能详细。某些控制系统的应用软件已经模块化了，那只需对相应程序模块进行定义，规定其功能，确定各模块之间的连接关系，然后再对各模块内部进一步细化，画出更详细的顺控图。下面仍以送料小车控制为例说明顺控图设计法。

根据顺控图来编写梯形图程序最基本的方法是基本逻辑指令编程法。根据顺控图使用基本逻辑指令编写梯形图程序的模板如图5-8所示。一般使用内部工作位代表步，此工作位则作为该步的状态标志位。当某步为活动步（激活下一步的第一个条件）时，它的标志位为ON且自锁，如图5-8b中的线圈“n”；同时执行与该步对应的动作，如图5-8b中的线圈“Y”和“Z”所示。

图5-8 基本指令编程转换顺控图模板

a）顺控图 b）第n步转换模板 c）组合输出模板

当前步为活动步且其向下一步的转换条件满足时（激活下一步的第二个条件），则下一步的状态标志位为ON且自锁，并将上一步的标志位自锁程序复位，如图5-8b中常闭触点“n+1”所示，即停止执行上一步的程序，实现步的向下转换。因此，只要在顺序上相邻的标志位之间联锁，就可以实现步进控制。

当一个动作在不同的步中被执行时，应按照图5-8c的组合模板做统一输出处理，旨在防止多线圈输出。

基本指令编程法仅使用基本逻辑指令且模板套用简便，任何一款PLC均可适用，它是一种最基本的由顺控图编写梯形图的方法。

依据图5-8中的基本指令编程转换顺控图模板，图5-9～图5-13列出了图5-7中5种顺控图结构对应的梯形图。

图5-9 单序列结构顺控图及梯形图

a）单序列结构顺控图 b）单序列结构梯形图

图5-10 选择结构顺控图及梯形图

a）选择结构顺控图 b）选择结构梯形图

图5-11 并列结构顺控图及梯形图

a）并列结构顺控图 b）并列结构梯形图

图5-12 跳转结构顺控图及梯形图

a）跳转结构顺控图 b）跳转结构梯形图

【例5-2】 某送料小车的一个工作周期可以划分为4个阶段（步），即1左行、2装料、3右行、4卸料。1步和2步之间的转换条件是行程开关SQ1为ON；2步和3步之间的转换条件是装料计时20s到时；3步和4步之间的转换条件是行程开关SQ2为ON；第4步卸料动作12s后结束，如此循环。按照顺控图的绘制规则，绘出送料小车工作过程的顺控图，如图5-14a所示。为了更方便地编写梯形图程序，在I/O地址分配完成后可绘制更详细的顺控图，如图5-14b所示。将图5-14b中的顺控图转换为梯形图程序，结果如图5-15所示。

与前面介绍的经验设计法相比较而言，顺控图设计法是一种较先进的设计方法，简单易学，提高了编程的效率，程序的调试与修改更加方便，而且可读性也大为改善。顺控图设计法案例参见本书7.4节。

图5-13 循环结构顺控图及梯形图

a）循环结构顺控图 b）循环结构梯形图

图5-14 送料小车工作过程顺控图

a）顺控图1 b）顺控图2

图5-15 送料小车控制梯形图