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SFC 概述

顺序控制简介 – 概念和应用场景“科普中国”对“顺序控制”这一术语的解释是：指按照生产工艺预先规定的顺序，各个执行机构自动地有秩序地进行操作，在工业生产和日常生活中应用十分广泛，例如：搬运机械手的运动控制、包装生产线的控制、交通信号灯的控制等。
顾名思义，顺序控制的核心是将工厂中的各个设备按照一定的顺序（时间、逻辑、条件），通过工作任务（步 – 控制执行机构动作）和转移条件（任务执行结果判断）实现顺序控制的目的。
简单点理解：一个自动化项目中通常包含电机、阀、模拟量和数字量监视等，这些设备可以在手动模式下单一进行控制，但是多数情况下我们需要一键自动启动，并且根据需要自动停止。一键启动通常是按一定的顺序而不是同时启动，这种场景的需求就是顺序控制的功能。
例如反应釜的进料过程就是一个常见的顺序控制。首先将流程中的设备切换到自动状态并且对流量累计进行复位，然后打开原料罐的出口阀和反应釜的入口阀门，待管道打通后启动电机开始打料，打料过程中根据设定进料量以及反应釜液位，按照与启动顺序相反的步骤自动停止对应设备。再比如皮带的逆启顺停同样是顺序控制的典型代表。

SFC简介SFC （Sequential Function Chart，顺序功能图）为用户提供了一种图形化的方式组态和调试顺序控制系统。SFC 符合 IEC61131-3 标准编程语言，也是 PCS 7 应对顺序控制的主要编程方式。顺控程序的基本元素由步和转移条件组成，步用于控制（例如启停设备，设定值修改），转移则用于从一个步到另一个步的转换。顺控程序的执行基于状态或事件驱动，通过操作和状态变化，控制 CFC（Continuous Function Chart，连续功能图）创建的基本自动化功能（可以理解为单体设备）。
图1 SFC 和 CFC 的关系
PCS 7 中的 SFC 提供了两类独立的用于不同应用场合的顺序控制系统变型：SFC 图表SFC 类型及 SFC 实例
SFC 图表和 SFC 类型的主要区别在于是否重复使用。对于单次使用的顺序控制系统通常使用 SFC 图表，而需要多次使用的顺序控制系统则建议使用 SFC 类型以简化重复工作，提高效率。本文主要介绍 SFC 图表的使用，但大部分功能也同样适用于 SFC 类型。
顺序控制系统多用于非连续的过程和设备，按照一定的顺序逐步执行（例如：定量给料过程）。当然顺序控制系统也可应用于连续过程和设备中（例如：逼近和往复运动，操作点变更以及由故障导致的状态变化）。顺序控制系统可在不同的工厂层级使用：设备控制级（例如：启停电机，开关阀）组控制级（例如：定量给料、搅拌、加热冷却、灌装）单元层级（例如：罐、搅拌器、测量装置、反应器）工厂层级（各单元和公用资源的同步）
SFC 带来的益处结合顺序控制以及 SFC 的概念，采用 SFC 或 SFC Type 来进行自动部分程序编写能够带来如下益处：图形化方式实现顺控程序的编写，极大简化了顺控程序的实现SFC 可视化可以非常方便的实现在上位机监视顺控程序执行过程对于类似的顺控程序可以通过 SFC Type 类型和实例的方式实现复用
当然，SFC 所带来的便携远不止上述内容，更多精彩功能等你亲自体验。接下来我们就 SFC 的部分功能进行一个简单的介绍。

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SFC 操作状态逻辑 – 状态机  

SFC 操作状态指 SFC 当前的执行状态和运行行为，例如：是否需要操作员干预，用何种命令将顺控系统切换到另一种状态。操作状态受操作模式的影响：手动模式，通过命令更改操作状态，如下图所示自动模式，通过 SFC 的外部视图更改操作状态

图 2 SFC 编辑器处于测试模式下

如图2所示，SFC 包含9个控制命令，分别为：启动、中止、重新启动、暂停、完成、复位、继续运行、停止和出错。执行这些动作可导致 SFC 转入如下的16种操作状态：空闲、正在启动、运行、出错（正在完成）、已完成、正在暂停、已暂停、正在恢复、出错、已暂停（出错）、正在恢复（出错）、正在中止、已中止、正在停止、已停止。

SFC 的操作状态逻辑（SFC OSL）可用如下图所示的状态机表示，图中列出了SFC 图表的可能状态、可能在特定状态下进行的转移以及引起状态变化的事件。通过 SFC OSL 可以很容易理解 SFC 的执行过程及相应的命令或操作等。  

 

图3 SFC 状态机

16种操作状态可分为两类：

稳态：OSL 中需要通过事件退出的状态（即圆形表示的状态），例如：空闲、已暂停、已中止、已停止等状态。

暂态：OSL 中隐式退出的状态（即矩形框表示的状态），例如：正在启动、正在完成、正在暂停、正在中止、正在停止等状态。

其中运行状态比较特殊，自结束时由运行到正在完成可以看作暂态，但是非自结束和连续模式时可以看作稳态。

9种控制命令对应 SFC OSL 图中的黑色粗箭头所指示的命令，可以是手动模式下来自 SFC 面板的对应按钮，也可以是自动模式下的 SFC 外部视图中自动命令。

SFC 库中提供了基于 SFC 操作状态的模板（如图4所示），可以直接复制使用。实际编程过程中可能不需要这么多顺控程序，或者多个状态下执行相同的顺控程序，可根据实际需求调整。