描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的功能表圖

功能表圖又稱做狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計(jì)plc的順序控制程序的有力工具。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是—種通用的技術(shù)語言，可以用于進(jìn)一步設(shè)計(jì)和不同專業(yè)的人員之間進(jìn)行技術(shù)交流。

各個PLC廠家都開發(fā)了相應(yīng)的功能表圖，各國家也都制定了功能表圖的國家標(biāo)準(zhǔn)。我國于1986年頒布了功能表圖的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB6988.6-86）。

如圖1所示為功能表圖的一般形式，它主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動作（命令）組成。

圖1功能表圖的一般形式

1．步與動作

（1）步在功能表圖中用矩形框表示步，方框內(nèi)是該步的編號。如圖1所示各步的編號為ｎ-1、n、n+1。編程時一般用PLC內(nèi)部編程元件來代表各步，因此經(jīng)常直接用代表該步的編程元件的元件號作為步的編號，如M300等，這樣在根據(jù)功能表圖設(shè)計(jì)梯形圖時較為方便。

（2）初始步與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步稱為初始步。初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動命令的相對靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個功能表圖至少應(yīng)該有一個初始步。

（3）動作一個控制系統(tǒng)可以劃分為被控系統(tǒng)和施控系統(tǒng)，例如在數(shù)控車床系統(tǒng)中，數(shù)控裝置是施控系統(tǒng)，而車床是被控系統(tǒng)。對于被控系統(tǒng)，在某一步中要完成某些“動作”，對于施控系統(tǒng)，在某一步中則要向被控系統(tǒng)發(fā)出某些“命令”，將動作或命令簡稱為動作，并用矩形框中的文字或符號表示，該矩形框應(yīng)與相應(yīng)的步的符號相連。如果某一步有幾個動作，可以用如圖2所示的兩種畫法來表示，但是圖中并不隱含這些動作之間的任何順序。

圖2多個動作的表示

（4）活動步當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。步處于活動狀態(tài)時，相應(yīng)的動作被執(zhí)行。若為保持型動作則該步不活動時繼續(xù)執(zhí)行該動作，若為非保持型動作則指該步不活動時，動作也停止執(zhí)行。一般在功能表圖中保持型的動作應(yīng)該用文字或助記符標(biāo)注，而非保持型動作不要標(biāo)注。

2．有向連線、轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件

（1）有向連線在功能表圖中，隨著時間的推移和轉(zhuǎn)換條件的實(shí)現(xiàn)，將會發(fā)生步的活動狀態(tài)的順序進(jìn)展，這種進(jìn)展按有向連線規(guī)定的路線和方向進(jìn)行。在畫功能表圖時，將代表各步的方框按它們成為活動步的先后次序順序排列，并用有向連線將它們連接起來。活動狀態(tài)的進(jìn)展方向習(xí)慣上是從上到下或從左至右，在這兩個方向有向連線上的箭頭可以省略。如果不是上述的方向，應(yīng)在有向連線上用箭頭注明進(jìn)展方向。

（2）轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來表示，轉(zhuǎn)換將相鄰兩步分隔開。步的活動狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來完成的，并與控制過程的發(fā)展相對應(yīng)。

（3）轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件是與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯條件，轉(zhuǎn)換條件可以用文字語言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符號標(biāo)注在表示轉(zhuǎn)換的短線的旁邊。轉(zhuǎn)換條件X和x分別表示在邏輯信號X為“1”狀態(tài)和“0”狀態(tài)時轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。符號X↑和X

↓分別表示當(dāng)X從狀態(tài)0到1和1到0狀態(tài)時轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。使用最多的轉(zhuǎn)換條件表示方法是布爾代數(shù)表達(dá)式。

3．功能表圖的基本結(jié)構(gòu)

（1）單序列單序列由一系列相繼激活的步組成，每一步的后面僅接有一個轉(zhuǎn)換，每一個轉(zhuǎn)換的后面只有一個步，如圖3a所示。

圖3單序列與選擇序列

a）單序列 b）選擇序列開始 c）選擇序列結(jié)束

（2）選擇序列選擇序列的開始稱為分支，如圖3b所示，轉(zhuǎn)換符號只能標(biāo)在水平連線之下。如果步2是活動的，并且轉(zhuǎn)換條件e=1，則發(fā)生由步5步6的進(jìn)展；如果步5是活動的，并且f=1，則發(fā)生由步5步9的進(jìn)展。在某一時刻一般只允許選擇一個序列。

選擇序列的結(jié)束稱為合并，如圖5-22c所示。如果步5是活動步，并且轉(zhuǎn)換條件m=1，則發(fā)生由步5步12的進(jìn)展；如果步8是活動步，并且n=1，則發(fā)生由步8步12的進(jìn)展。

（3）并行序列并行序列的開始稱為分支，如圖4a所示，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致幾個序列同時激活時，這些序列稱為并行序列。當(dāng)步4是活動步，并且轉(zhuǎn)換條件a=1、3、7、9這三步同時變?yōu)榛顒硬剑瑫r步4變?yōu)椴换顒硬?。為了?qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)，水平連線用雙線表示。步3、7、9被同時激活后，每個序列中活動步的進(jìn)展將是獨(dú)立的。在表示同步的水平雙線之上，只允許有一個轉(zhuǎn)換符號。

圖4并行序列

a）并行序列開始 b）并行序列結(jié)束

并行序列的結(jié)束稱為合并，如圖4b所示，在表示同步的水平雙線之下，只允許有一個轉(zhuǎn)換符號。當(dāng)直接連在雙線上的所有前級步都處于活動狀態(tài)，并且轉(zhuǎn)換條件b=1時，才會發(fā)生步3、6、9到步10的進(jìn)展，即步3、6、9同時變?yōu)椴换顒硬?，而?0變?yōu)榛顒硬?。并行序列表示系統(tǒng)的幾個同時工作的獨(dú)立部分的工作情況。

（4）子步如見圖5所示，某一步可以包含一系列子步和轉(zhuǎn)換，通常這些序列表示整個系統(tǒng)的一個完整的子功能。子步的使用使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在總體設(shè)計(jì)時容易抓住系統(tǒng)的主要矛盾，用更加簡潔的方式表示系統(tǒng)的整體功能和概貌，而不是一開始就陷入某些細(xì)節(jié)之中。設(shè)計(jì)者可以從最簡單的對整個系統(tǒng)的全面描述開始，然后畫出更詳細(xì)的功能表圖，子步中還可以包含更詳細(xì)的子步，這使設(shè)計(jì)方法的邏輯性很強(qiáng)，可以減少設(shè)計(jì)中的錯誤，縮短總體設(shè)計(jì)和查錯所需要的時間。

圖5子步

4．轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則

（1）轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件在功能表圖中，步的活動狀態(tài)的進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)來完成的。轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)必須同時滿足兩個條件：

1）該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步；

2）相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。

如果轉(zhuǎn)換的前級步或后續(xù)步不止一個，轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)稱為同步實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。

圖6轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)

（2）轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成兩個操作：

1）使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬剑?/p>

2）使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的前級步都變?yōu)椴换顒硬健?/p>

5．繪制功能表圖應(yīng)注意的問題

1）兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換將它們隔開。

2）兩個轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個步將它們隔開。

3）功能表圖中初始步是必不可少的，它一般對應(yīng)于系統(tǒng)等待起動的初始狀態(tài)，這一步可能沒有什么動作執(zhí)行，因此很容易遺漏這一步。如果沒有該步，無法表示初始狀態(tài)，系統(tǒng)也無法返回停止?fàn)顟B(tài)。

4）只有當(dāng)某一步所有的前級步都是活動步時，該步才有可能變成活動步。如果用無斷電保持功能的編程元件代表各步，則PLC開始進(jìn)入RUN方式時各步均處于“0”狀態(tài)，因此必須要有初始化信號，將初始步預(yù)置為活動步，否則功能表圖中永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)活動步，系統(tǒng)將無法工作。

6．繪制功能表圖舉例

某組合機(jī)床液壓滑臺進(jìn)給運(yùn)動示意圖如圖7所示，其工作過程分成原位、快進(jìn)、工進(jìn)、快退四步，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件為SB、SQ1、SQ2、SQ3。液壓滑臺系統(tǒng)各液壓元件動作情況如表1所示。根據(jù)上述功能表圖的繪制方法，液壓滑臺系統(tǒng)的功能表圖如圖7a所示。

表1液壓元件動作表

圖7液壓滑臺系統(tǒng)的功能表圖

如果PLC已經(jīng)確定，可直接用編程元件M300～M303（FX系列）來代表這四步，設(shè)輸入/輸出設(shè)備與PLC的I/O點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系如表2所示，則可直接畫出如圖7b所示的功能表圖接線圖，圖中M8002為FX系列PLC的產(chǎn)生初始化脈沖的特殊輔助繼電器。

表2輸入/輸出設(shè)備與PLC I/O對應(yīng)關(guān)系

審核編輯：郭婷