描述控制系统的控制过程、功能和特性的功能表图

功能表图又称做状态转移图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计plc的顺序控制程序的有力工具。功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是—种通用的技术语言，可以用于进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流。

各个PLC厂家都开发了相应的功能表图，各国家也都制定了功能表图的国家标准。我国于1986年颁布了功能表图的国家标准（GB6988.6-86）。

如图1所示为功能表图的一般形式，它主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（命令）组成。

图1 功能表图的一般形式

1．步与动作

（1）步  在功能表图中用矩形框表示步，方框内是该步的编号。如图1所示各步的编号为ｎ-1、n、n+1。编程时一般用PLC内部编程元件来代表各步，因此经常直接用代表该步的编程元件的元件号作为步的编号，如M300等，这样在根据功能表图设计梯形图时较为方便。

（2）初始步  与系统的初始状态相对应的步称为初始步。初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个功能表图至少应该有一个初始步。

（3）动作  一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统，例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”，对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”，将动作或命令简称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。如果某一步有几个动作，可以用如图2所示的两种画法来表示，但是图中并不隐含这些动作之间的任何顺序。

图2 多个动作的表示

（4）活动步  当系统正处于某一步时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行。若为保持型动作则该步不活动时继续执行该动作，若为非保持型动作则指该步不活动时，动作也停止执行。一般在功能表图中保持型的动作应该用文字或助记符标注，而非保持型动作不要标注。

2．有向连线、转换与转换条件

（1）有向连线  在功能表图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步的活动状态的顺序进展，这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在画功能表图时，将代表各步的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列，并用有向连线将它们连接起来。活动状态的进展方向习惯上是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述的方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。

（2）转换  转换是用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的，并与控制过程的发展相对应。

（3）转换条件 转换条件是与转换相关的逻辑条件，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。转换条件X和x分别表示在逻辑信号X为“1”状态和“0”状态时转换实现。符号X↑和X

↓分别表示当X从状态0到1和1到0状态时转换实现。使用最多的转换条件表示方法是布尔代数表达式。

3．功能表图的基本结构

（1）单序列  单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅接有一个转换，每一个转换的后面只有一个步，如图3a所示。

图3 单序列与选择序列

a）单序列  b）选择序列开始  c）选择序列结束

（2）选择序列 选择序列的开始称为分支，如图3b所示，转换符号只能标在水平连线之下。如果步2是活动的，并且转换条件e=1，则发生由步5步6的进展；如果步5是活动的，并且f=1，则发生由步5步9的进展。在某一时刻一般只允许选择一个序列。

选择序列的结束称为合并，如图5-22c所示。如果步5是活动步，并且转换条件m=1，则发生由步5步12的进展；如果步8是活动步，并且n=1，则发生由步8步12的进展。

（3）并行序列 并行序列的开始称为分支，如图4a所示，当转换条件的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并行序列。当步4是活动步，并且转换条件a=1、3、7、9这三步同时变为活动步，同时步4变为不活动步。为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。步3、7、9被同时激活后，每个序列中活动步的进展将是独立的。在表示同步的水平双线之上，只允许有一个转换符号。

图4 并行序列

a）并行序列开始   b）并行序列结束

并行序列的结束称为合并，如图4b所示，在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。当直接连在双线上的所有前级步都处于活动状态，并且转换条件b=1时，才会发生步3、6、9到步10的进展，即步3、6、9同时变为不活动步，而步10变为活动步。并行序列表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。

（4）子步 如见图5所示，某一步可以包含一系列子步和转换，通常这些序列表示整个系统的一个完整的子功能。子步的使用使系统的设计者在总体设计时容易抓住系统的主要矛盾，用更加简洁的方式表示系统的整体功能和概貌，而不是一开始就陷入某些细节之中。设计者可以从最简单的对整个系统的全面描述开始，然后画出更详细的功能表图，子步中还可以包含更详细的子步，这使设计方法的逻辑性很强，可以减少设计中的错误，缩短总体设计和查错所需要的时间。

图5 子步

4．转换实现的基本规则

（1）转换实现的条件 在功能表图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件：

1）该转换所有的前级步都是活动步；

2）相应的转换条件得到满足。

如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现称为同步实现，如图6所示。

图6 转换的同步实现

（2）转换实现应完成的操作 转换的实现应完成两个操作：

1）使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步；

2）使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。

5．绘制功能表图应注意的问题

1）两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。

2）两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。

3）功能表图中初始步是必不可少的，它一般对应于系统等待起动的初始状态，这一步可能没有什么动作执行，因此很容易遗漏这一步。如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。

4）只有当某一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能变成活动步。如果用无断电保持功能的编程元件代表各步，则PLC开始进入RUN方式时各步均处于“0”状态，因此必须要有初始化信号，将初始步预置为活动步，否则功能表图中永远不会出现活动步，系统将无法工作。

6．绘制功能表图举例

某组合机床液压滑台进给运动示意图如图7所示，其工作过程分成原位、快进、工进、快退四步，相应的转换条件为SB、SQ1、SQ2、SQ3。液压滑台系统各液压元件动作情况如表1所示。根据上述功能表图的绘制方法，液压滑台系统的功能表图如图7a所示。

表1  液压元件动作表

元件 工步	YV1	YV2	YV3
原位	―	―	―
快进	┼	―	―
工进	┼	―	┼
快退	―	┼	―

 

图7  液压滑台系统的功能表图

如果PLC已经确定，可直接用编程元件M300～M303（FX系列）来代表这四步，设输入/输出设备与PLC的I/O点对应关系如表2所示，则可直接画出如图7b所示的功能表图接线图，图中M8002为FX系列PLC的产生初始化脉冲的特殊辅助继电器。

表2  输入/输出设备与PLC I/O对应关系

PLC  I/O	X0	X1	X2	X3	Y0	Y1	Y2
输入/输出设备	SB	SQ1	SQ2	SQ3	YV1	YV2	YV3

审核编辑：郭婷