sfc图如何画

本文将系统阐述顺序功能图（SFC图）的绘制方法。内容涵盖其基本概念、国际标准（IEC 61131-3）的核心构成要素，并详细分解从明确工艺需求到图形化实现的完整步骤。文章将深入探讨步与转换的结构、并行与选择序列的绘制技巧、动作控制的实现方式，以及在实际工业控制项目中的应用要点与常见误区，旨在为工程师提供一套详尽、专业且具备实操性的指导方案。

       在工业自动化与控制领域，清晰地描述一个顺序控制过程至关重要。顺序功能图（Sequential Function Chart， 简称SFC）作为一种图形化的设计语言，因其直观、严谨和标准化的特点，已成为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller， 简称PLC）编程，尤其是符合国际电工委员会（International Electrotechnical Commission） 第61131-3标准编程的核心工具之一。掌握如何规范、高效地绘制SFC图，是每一位控制工程师和自动化从业者的必备技能。本文将深入浅出，为您拆解SFC图的绘制精髓。

       理解基石：SFC图的核心元素与概念

       在动笔（或鼠标）之前，必须透彻理解SFC图的基本构件。根据权威的IEC 61131-3标准，SFC图主要由三种基本元素组成：步、转换和有向连线。步，代表控制过程中的一个稳定状态，在此状态下系统执行某些动作或等待某个条件。步通常用一个方框表示，框内标注步的编号或名称。转换，是连接两个步的条件，只有当转换条件得到满足时，控制流程才能从前一步进到下一步。转换用一条与有向连线垂直的短横线表示，旁边标注转换条件。有向连线则指明了控制流的方向，将步和转换按照逻辑顺序连接起来。

       绘制起点：明确工艺需求与初始步

       任何控制逻辑的设计都始于对工艺过程的深刻理解。绘制SFC图的第一步，并非直接画图，而是详细分析被控对象的工作流程。将整个工艺分解为一系列离散的、顺序或并行发生的阶段，每个阶段对应一个“稳定状态”，这便形成了“步”的雏形。在图纸的起始位置，必须放置一个“初始步”，它代表系统上电或启动后的首个稳定状态。初始步通常用双线方框表示，以区别于普通步。

       构建骨架：串联单序列的绘制

       最基本的SFC结构是单序列，即步与转换交替出现，形成一条单一的顺序链。绘制时，从初始步开始，向下引出一条有向连线，连接一个转换。在转换下方，再连接下一个步，如此反复，直至描述完整个流程。关键在于，每一步之后必须有且仅有一个转换，每个转换之后必须有且仅有一个步（特殊结构除外）。这种“步-转换-步”的严格交替，保证了逻辑的清晰与无二义性。

       处理分支：选择序列的绘制方法

       当流程出现分支，需要根据条件选择不同路径时，就需要使用选择序列。绘制方法是：在分支起点（一个转换）之后，绘制多条向下的有向连线，每条连线连接一个后续的转换，每个转换再连接各自的后续步。这些分支路径在水平方向上应对齐排列。需要特别注意的是，每个分支的转换条件必须互斥，以确保同一时刻只有一条路径被激活。当多条分支路径最终汇合时，在汇合点上方，每个分支的最后一步都连接到一个转换，这些转换通过有向连线水平汇聚到同一个后续步。

       处理并发：并行序列的绘制技巧

       当多个子流程需要同时启动、并行执行时，则使用并行序列。其开始处的绘制方式与选择序列类似，但在分支起点的转换之后，用一个双横线表示并行开始。从双横线下引出多条有向连线，分别指向各并行分支的首个步。这些分支将同时被激活。并行序列的结束，也需要用双横线表示同步汇合。在所有并行分支的最后一步之后，各步分别连接到一个转换（这些转换条件通常为“空”或始终为真），然后通过有向连线汇聚到结束双横线，之后才连接共同的后续步。

       赋予生命：为步添加动作与控制

       步本身只表示状态，真正驱动设备运行的是“动作”。动作通常以矩形框附加在步的右侧，并通过一条短线与步连接。一个步可以关联多个动作。动作的控制方式至关重要，常见的有：非存储型（当步活动时执行，步不活动时停止）、存储型（步活动时置位，需专用复位指令清除）、时间延迟型（步活动后延迟特定时间才执行）等。在图中或动作框内应明确标注动作的类型和所控制的变量，例如“启动电机M1（非存储型）”或“延时5秒”。

       定义规则：转换条件的精确表达

       转换条件是流程推进的“裁判”。其表达必须精确、无歧义，通常使用梯形图（Ladder Diagram， 简称LD）或结构化文本（Structured Text， 简称ST）描述的布尔逻辑条件。例如，“传感器S1接通 与 电机M1已停止”或“计数器C1值大于等于10”。条件应尽量简洁，避免复杂嵌套。转换条件为“真”的瞬间，前驱步将变为不活动，后续步变为活动，实现状态的转移。

       循环与跳转：实现复杂流程控制

       许多工艺是循环进行的。在SFC图中，通过将有向连线从流程末尾的步或转换，引回至前部的某个步（通常是初始步或循环起点），即可构成循环。跳转则用于实现非顺序的转移，例如故障处理时跳转到急停状态。跳转通常用一个指向目标步的箭头和步编号/名称标签来表示。使用跳转需谨慎，以免破坏程序结构的清晰性，通常建议用于异常处理等非主流程。

       宏观布局：整体结构的规划与优化

       绘制复杂的SFC图时，合理的宏观布局能极大提升可读性。建议遵循自上而下的主要流程走向。将选择序列或并行序列的分支在水平方向展开，避免连线交叉。如果图形过于庞大，可以考虑使用“宏步”的概念，即将一个子流程封装成一个高级别的步，其内部细节在另一页或另一个SFC程序中展开。保持图纸的整洁与逻辑的层次感。

       工具助力：软件绘制与规范检查

       现代工程实践中，几乎都使用专业的PLC编程软件或图形化设计工具（如西门子的TIA Portal， 罗克韦尔的Studio 5000， 或Codesys平台）来绘制SFC图。这些工具不仅提供标准的图形元素库，还能自动进行语法和结构检查，确保绘制的SFC图符合IEC标准。熟练运用工具的自动对齐、网格吸附、批量编辑等功能，可以显著提高绘图效率和规范性。

       从图到码：SFC图的实现与仿真

       绘制完成的SFC图最终需要下载到PLC中执行。在编程软件中，SFC编辑器通常直接与代码生成器关联。工程师需要为每一步和转换背后的逻辑（动作和条件）填写具体的控制代码。在下载前，务必利用软件的仿真功能进行测试。通过仿真，可以逐步观察步的激活顺序、转换条件的满足情况以及动作的执行结果，这是验证SFC逻辑正确性的关键环节。

       避坑指南：常见错误与最佳实践

       初学者常犯的错误包括：忘记设置初始步；转换条件过于复杂或存在漏洞导致“死锁”；并行序列开始与结束的双横线不匹配；动作控制类型使用错误造成误动作。最佳实践是：始终保持“步-转换”交替的结构；为每个转换条件编写清晰的注释；对复杂的并行或选择逻辑，先绘制草图验证；在关键步或转换处添加必要的保护和互锁逻辑。

       进阶应用：SFC在复杂系统设计中的角色

       在大型、复杂的自动化系统中，SFC图不仅能描述单个设备的控制，更能作为整个系统或生产线的顶层调度框架。例如，可以将整个生产线划分为多个工艺段，每个段用一个SFC程序（或宏步）控制，再通过一个主SFC程序来协调各段的启动、停止、同步与故障处理。这种层次化的设计思想，使得复杂系统的管理和维护变得条理清晰。

       标准溯源：深入理解IEC 61131-3的相关规定

       要绘制出真正规范的SFC图，离不开对国际标准IEC 61131-3的深入理解。该标准不仅定义了SFC的语法（图形元素及其连接规则），还严格定义了其语义（运行机制），例如步的激活规则、转换的扫描与评估时机、动作控制的执行时序等。建议工程师查阅该标准的官方文档或权威解读，从根源上掌握其设计哲学，避免仅凭经验或软件工具的默认行为进行设计。

       思维融合：SFC与其他编程语言的协同

       SFC并非孤立存在。在IEC 61131-3标准下，它常与梯形图、功能块图、结构化文本等语言混合编程。典型的模式是：用SFC描述主控流程和状态切换，用梯形图或功能块图实现步内的具体动作逻辑和转换条件判断，用结构化文本处理复杂计算。这种融合充分发挥了各种语言的优势，使程序既结构清晰又功能强大。

       文档与维护：让SFC图成为活的说明书

       一份绘制精良的SFC图本身就是最好的程序文档。因此，在绘制时应有意识地增强其可读性和可维护性。除了清晰的图形布局，还应充分利用软件的注释功能，为每一步、每一转换、每一动作添加必要的文字说明，解释其工艺目的。在程序修改后，务必同步更新SFC图和相关注释。保持图纸与代码的一致性，能极大降低后期调试和维护的难度。

       总结升华：从绘图到设计思维的转变

       最终，掌握SFC图的绘制，其意义远超学会一种图形工具的使用。它代表着一种结构化、模块化、状态化的程序设计思维。这种思维强迫工程师将连续的生产过程离散化为明确的状态和事件，从而更严谨地思考控制逻辑的完备性与鲁棒性。当您能够熟练运用SFC来分析和设计控制系统时，您不仅是在“画图”，更是在构建一个清晰、可靠且易于沟通的自动化解决方案。这，才是SFC图绘制的最高价值所在。