顺序功能图（Sequential Function Chart，SFC）又叫做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，同时也是一种设计PLC顺序控制程序的有力工具。它具有简单、直观等特点，不涉及控制功能的具体技术，是一种通用的语言，是IEC（国际电工委员会）首选的编程语言，近年来在PLC的编程中已经得到了普及与推广。在IEC848中称顺序功能图，在我国国家标准GB6988-2008中称功能表图。西门子称为图形编程语言S7-Graph和S7-HiGraph。

顺序功能图是设计PLC顺序控制程序的一种工具，适合于系统规模较大，程序关系较复杂的场合，特别适合于对顺序操作的控制。在编写复杂的顺序控制程序时，采用S7-Graph和S7-HiGraph比梯形图更加直观。

顺序功能图的基本思想是：设计者按照生产要求，将被控设备的一个工作周期划分成若干个工作阶段（简称“步”），并明确表示每一步要执行的输出，“步”与“步”之间通过制定的条件进行转换，在程序中，只要通过正确连接进行“步”与“步”之间的转换，就可以完成被控设备的全部动作。

PLC执行顺序功能图程序的基本过程是：根据转换条件选择工作“步”，进行“步”的逻辑处理。组成顺序功能图程序的基本要素是步、转换条件和有向连线，如图5-1所示。

图5-1 顺序功能图

1.步

一个顺序控制过程可分为若干个阶段，也称为步或状态。系统初始状态对应的步称为初始步，初始步一般用双线框表示。在每一步中施控系统要发出某些“命令”，而被控系统要完成某些“动作”，“命令”和“动作”都称为动作。当系统处于某一工作阶段时，则该步处于激活状态，称为活动步。

2.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。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输出。不同状态的“转换条件”可以不同，也可以相同，当“转换条件”各不相同时，在顺序功能图程序中每次只能选择其中一种工作状态（称为“选择分支”），当“转换条件”都相同时，在顺序功能图程序中每次可以选择多个工作状态（称为“选择并行分支”）。只有满足条件状态，才能进行逻辑处理与输出，因此，“转换条件”是顺序功能图程序选择工作状态（步）的“开关”。

3.有向连线

步与步之间的连接线就是“有向连线”，“有向连线”决定了状态的转换方向与转换途径。在有向连线上有短线，表示转换条件。当条件满足时，转换得以实现，即上一步的动作结束而下一步的动作开始，因而不会出现动作重叠。步与步之间必须要有转换条件。

图5-1中的双框为初始步，M0.0和M0.1是步名，I0.0、I0.1为转换条件，Q0.0、Q0.1为动作。当M0.0有效时，输出指令驱动Q0.0。步与步之间的连线称为有向连线，它的箭头省略未画。

4.顺序功能图的结构分类

根据步与步之间的进展情况，顺序功能图分为以下3种结构。

（1）单一序列

单一序列动作是一个接一个地完成，完成每步只连接一个转移，每个转移只连接一个步，如图5-2a所示。根据顺序功能图很容易写出代数逻辑表达式，代数逻辑表达式和梯形图有对应关系，由代数逻辑表达式可写出梯形图，如图5-2b所示。图5-2c和图5-2b的逻辑是等价的，但图5-2c更加简洁（程序的容量要小一些），因此经过3次转化，最终的梯形图是图5-2c。

（2）选择序列

选择序列是指某一步后有若干个单一序列等待选择，称为分支，一般只允许选择进入一个顺序，转换条件只能标在水平线之下。选择序列的结束称为合并，用一条水平线表示，水平线以下不允许有转换条件，如图5-3所示。

图5-2 单一序列

图5-2 单一序列（续）

图5-3 选择序列

（3）并行序列

并行序列是指在某一转换条件下同时启动若干个顺序，也就是说转换条件实现导致几个分支同时激活。并行序列的开始和结束都用双水平线表示，如图5-4所示。

（4）选择序列和并行序列的综合

如图5-5所示，步M0.0之后有一个选择序列的分支，设M0.0为活动步，当它的后续步M0.1或M0.2变为活动步时，M0.0变为不活动步，即M0.0为0状态，所以应将M0.1和M0.2的常闭触点与M0.0的线圈串联。

步M0.2之前有一个选择序列合并，当步M0.1为活动步（即M0.1为1状态），并且转换条件I0.1满足，或者步M0.0为活动步，并且转换条件I0.2满足，步M0.2变为活动步，所以该步的存储器M0.2的起保停电路的起动条件为M0.1·I0.1+M0.0·I0.2，对应的起动电路由两条并联支路组成。

图5-4 并行序列

图5-5 选择序列和并行序列功能图

步M0.2之后有一个并行序列分支，当步M0.2是活动步并且转换条件I0.3满足时，步M0.3和步M0.5同时变成活动步，这时用M0.2和I0.3常开触点组成的串联电路，分别作为M0.3和M0.5的起动电路来实现，与此同时，步M0.2变为不活动步。

步M0.0之前有一个并行序列的合并，该转换实现的条件是所有的前级步（即M0.4和M0.6）都是活动步和转换条件I0.6满足。由此可知，应将M0.4、M0.6和I0.6的常开触点串联，作为控制M0.0的起保停电路的起动电路。图5-5所示功能图对应的梯形图如图5-6所示。

图5-6 梯形图

5.顺序功能图设计的注意事项

1）状态之间要有转换条件，如图5-7所示，状态之间缺少“转换条件”是不正确的，应改成如图5-8所示的顺序功能图。必要时转换条件可以简化，应将图5-9简化成图5-10。

图5-7 错误的顺序功能图(www.daowen.com)

图5-8 正确的顺序功能图

图5-9 简化前的顺序功能图

图5-10 简化后的顺序功能图

2）转换条件之间不能有分支，例如，图5-11应该改成如图5-12所示的合并后的顺序功能图，合并转换条件。

图5-11 错误的顺序功能图

图5-12 合并后的启动图

3）顺序功能图中的初始步对应于系统等待起动的初始状态，初始步是必不可少的。

4）顺序功能图中一般应有步和有向连线组成的闭环。

6.应用举例

【例5-1】液体混合装置如图5-13所示，上限位、下限位和中限位液位传感器被液体淹没时为1状态，电磁阀A、B、C的线圈通电时，阀门打开，电磁阀A、B、C的线圈断电时，阀门关闭。在初始状态时容器是空的，各阀门均关闭，各传感器均为0状态。按下起动按钮后，打开电磁阀A，液体A流入容器，中限位开关变为ON时，关闭A，打开阀B，液体B流入容器。液面上升到上限位开关，关闭阀门B，电动机M开始运行，搅拌液体，30s后停止搅动，打开电磁阀C，放出混合液体，当液面下降到下限位开关之后，过3s，容器放空，关闭电磁阀C，打开电磁阀A，又开始下一个周期的操作。按停止按钮，当前工作周期结束后，才能停止工作，按下急停按钮可立即停止工作。请绘制功能图，设计梯形图。

图5-13 液体混合装置

【解】液体混合的PLC的I/O分配见表5-1。

表5-1 PLC的I/O分配表

电气系统的原理图如图5-14所示，功能图如图5-15所示，梯形图如图5-16所示。

图5-14 原理图

图5-15 功能图

图5-16 梯形图

【例5-2】某钻床用2个钻头同时钻2个孔，开始自动运行之前，2个钻头在最上面，上限位开关I0.3和I0.5为ON。操作人员放好工件后，按下起动按钮I0.0后。工件被夹紧后，2个钻头同时开始工作，钻到由限位开关I0.2和I0.4设定的深度时分别上行，回到由限位开关I0.3和I0.5设定的起始位置时，分别停止上行。当2个钻头都到起始位置后，工件松开，工件松开后，加工结束，系统回到初始状态。钻床的加工示意图如图5-17所示，请设计功能图和梯形图。

图5-17 钻床加工示意图

【解】钻床的PLC的I/O分配见表5-2。

表5-2 PLC的I/O分配表

电气系统的原理图如图5-18所示，功能图如图5-19所示，梯形图如图5-20所示。

图5-18 原理图

图5-19 功能图

图5-20 梯形图