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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：

1. SFC 图表
2. 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：

1. 设备控制级（例如：启停电机，开关阀）
2. 组控制级（例如：定量给料、搅拌、加热冷却、灌装）
3. 单元层级（例如：罐、搅拌器、测量装置、反应器）
4. 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：

1. 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
2. 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
3. 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。