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SFC 概述

順序控制簡介 – 概念和應用場景

“科普中國”對“順序控制”這一術語的解釋是：指按照生產工藝預先規定的順序，各個執行機構自動地有秩序地進行操作，在工業生產和日常生活中應用十分廣泛，例如：搬運機械手的運動控制、包裝生產線的控制、交通信號燈的控制等。
顧名思義，順序控制的核心是將工廠中的各個設備按照一定的順序（時間、邏輯、條件），通過工作任務（步 – 控制執行機構動作）和轉移條件（任務執行結果判斷）實現順序控制的目的。
簡單點理解：一個自動化項目中通常包含電機、閥、模擬量和數字量監視等，這些設備可以在手動模式下單一進行控制，但是多數情況下我們需要一鍵自動啟動，并且根據需要自動停止。一鍵啟動通常是按一定的順序而不是同時啟動，這種場景的需求就是順序控制的功能。
例如反應釜的進料過程就是一個常見的順序控制。首先將流程中的設備切換到自動狀態并且對流量累計進行復位，然后打開原料罐的出口閥和反應釜的入口閥門，待管道打通后啟動電機開始打料，打料過程中根據設定進料量以及反應釜液位，按照與啟動順序相反的步驟自動停止對應設備。再比如皮帶的逆啟順停同樣是順序控制的典型代表。

SFC簡介

SFC （Sequential Function Chart，順序功能圖）為用戶提供了一種圖形化的方式組態和調試順序控制系統。SFC 符合 IEC61131-3 標準編程語言，也是 PCS 7 應對順序控制的主要編程方式。順控程序的基本元素由步和轉移條件組成，步用于控制（例如啟停設備，設定值修改），轉移則用于從一個步到另一個步的轉換。順控程序的執行基于狀態或事件驅動，通過操作和狀態變化，控制 CFC（Continuous Function Chart，連續功能圖）創建的基本自動化功能（可以理解為單體設備）。
圖1 SFC 和 CFC 的關系
PCS 7 中的 SFC 提供了兩類獨立的用于不同應用場合的順序控制系統變型：

1. SFC 圖表
2. SFC 類型及 SFC 實例

SFC 圖表和 SFC 類型的主要區別在于是否重復使用。對于單次使用的順序控制系統通常使用 SFC 圖表，而需要多次使用的順序控制系統則建議使用 SFC 類型以簡化重復工作，提高效率。本文主要介紹 SFC 圖表的使用，但大部分功能也同樣適用于 SFC 類型。
順序控制系統多用于非連續的過程和設備，按照一定的順序逐步執行（例如：定量給料過程）。當然順序控制系統也可應用于連續過程和設備中（例如：逼近和往復運動，操作點變更以及由故障導致的狀態變化）。順序控制系統可在不同的工廠層級使用：

1. 設備控制級（例如：啟停電機，開關閥）
2. 組控制級（例如：定量給料、攪拌、加熱冷卻、灌裝）
3. 單元層級（例如：罐、攪拌器、測量裝置、反應器）
4. 工廠層級（各單元和公用資源的同步）

SFC 帶來的益處

結合順序控制以及 SFC 的概念，采用 SFC 或 SFC Type 來進行自動部分程序編寫能夠帶來如下益處：

1. 圖形化方式實現順控程序的編寫，極大簡化了順控程序的實現
2. SFC 可視化可以非常方便的實現在上位機監視順控程序執行過程
3. 對于類似的順控程序可以通過 SFC Type 類型和實例的方式實現復用

當然，SFC 所帶來的便攜遠不止上述內容，更多精彩功能等你親自體驗。接下來我們就 SFC 的部分功能進行一個簡單的介紹。

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SFC 操作狀態邏輯 – 狀態機  

SFC 操作狀態指 SFC 當前的執行狀態和運行行為，例如：是否需要操作員干預，用何種命令將順控系統切換到另一種狀態。操作狀態受操作模式的影響：

手動模式，通過命令更改操作狀態，如下圖所示

自動模式，通過 SFC 的外部視圖更改操作狀態

圖 2 SFC 編輯器處于測試模式下

如圖2所示，SFC 包含9個控制命令，分別為：啟動、中止、重新啟動、暫停、完成、復位、繼續運行、停止和出錯。執行這些動作可導致 SFC 轉入如下的16種操作狀態：空閑、正在啟動、運行、出錯（正在完成）、已完成、正在暫停、已暫停、正在恢復、出錯、已暫停（出錯）、正在恢復（出錯）、正在中止、已中止、正在停止、已停止。

SFC 的操作狀態邏輯（SFC OSL）可用如下圖所示的狀態機表示，圖中列出了SFC 圖表的可能狀態、可能在特定狀態下進行的轉移以及引起狀態變化的事件。通過 SFC OSL 可以很容易理解 SFC 的執行過程及相應的命令或操作等。  

 

圖3 SFC 狀態機

16種操作狀態可分為兩類：

穩態：OSL 中需要通過事件退出的狀態（即圓形表示的狀態），例如：空閑、已暫停、已中止、已停止等狀態。

暫態：OSL 中隱式退出的狀態（即矩形框表示的狀態），例如：正在啟動、正在完成、正在暫停、正在中止、正在停止等狀態。

其中運行狀態比較特殊，自結束時由運行到正在完成可以看作暫態，但是非自結束和連續模式時可以看作穩態。

9種控制命令對應 SFC OSL 圖中的黑色粗箭頭所指示的命令，可以是手動模式下來自 SFC 面板的對應按鈕，也可以是自動模式下的 SFC 外部視圖中自動命令。

SFC 庫中提供了基于 SFC 操作狀態的模板（如圖4所示），可以直接復制使用。實際編程過程中可能不需要這么多順控程序，或者多個狀態下執行相同的順控程序，可根據實際需求調整。