如何绘制组合机床动力头的顺序功能图？

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：下面以图6-5所示的组合机床动力头的进给运动控制为例来说明顺序功能图的含义及绘制方法。初始步用双线矩形框表示，可以看出图6-6中的M0.0为初始步，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。顺序控制中，系统输出状态的变化过程是按照规定的程序进行的，顺序功能图中的有向连线就是该顺序的体现。图6-9 子步1994年5月公布的IEC可编程序控制器标准中，顺序功能图被确定为可编程序控制器位居首位的编程语言。

下面以图6-5所示的组合机床动力头的进给运动控制为例来说明顺序功能图的含义及绘制方法。动力头初始位置在左边，由限位开关I0.3指示，按下启动按钮I0.0，动力头向右快进（Q0.0和Q0.1控制），到达限位开关I0.1后，转入工作进给（Q0.1控制），到达限位开关I0.2后，快速返回（Q0.2控制）至初始位置（I0.3）停下。再按一次启动按钮，动作过程重复。

上述组合机床动力头的进给运动控制是典型的顺序控制，我们可以采用图6-6所示的顺序功能图来描述该控制过程。

图6-5 组合机床动力头的进给运动控制

观察图6-6所示的顺序功能图，可以发现它包含以下几部分：内有编号的矩形框，如M0.3等，称为步，双线矩形框代表初始步，步里面的编号称为步序；连接矩形框的线称为有向连线；有向连线上与其相垂直的短线称为转换，旁边的符号如I0.0等表示转换条件；步的旁边与步并列的矩形框如Q0.2等表示该步对应的动作或命令。

1.步

将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step）。那么步是如何划分的呢？主要是根据系统输出状态的改变，即将系统输出的每一个不同状态划分为一步，如图6-7所示。在任意一步之内，系统各输出量的状态是不变的，但是相邻两步输出量的状态是不同的。

图6-6 动力学控制的顺序功能图

图6-7 步的划分

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。初始步用双线矩形框表示，可以看出图6-6中的M0.0为初始步，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。

步中可以用数字表示该步的编号，也可以用代表该步的编程元件的地址如M0.0等作为步的编号，这样在根据顺序功能图设计梯形图时较为方便。

2.活动步

当系统正处于某一步所在的阶段时，称该步处于活动状态，即该步为“活动步”，可以通过编程元件的位状态来表征步的状态。步处于活动状态时，执行相应的动作。

3.有向连线与转换条件

有向连线表明步的转换过程，即系统输出状态的变化过程。顺序控制中，系统输出状态的变化过程是按照规定的程序进行的，顺序功能图中的有向连线就是该顺序的体现。如果有向连线的方向是从上到下或从左至右，则有向连线上的箭头可以省略；否则应在有向连线上用箭头注明步的进展方向。

如果在绘制顺序功能图时有向连线必须中断（如在复杂的顺序功能图中，或用几个图来表示一个顺序功能图时），应在有向连线中断之处标明下一步的标号和所在的页数，如步21、20页等。

转换将相邻两步分隔开，用于表示不同的步或系统不同的状态。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。

转换条件是实现步的转换的条件，即系统从一个状态进展到下一个状态的条件。转换条件可以是外部的输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等，也可以是PLC内部产生的信号，如定时器、计数器常开触点的接通等。转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注表示转换条件。

4.与步对应的动作或命令

系统每一步中输出的状态或者执行的操作标注为步对应的动作或命令，用矩形框中的文字或符号表示。根据需要，指令与对象的动作响应之间可能有多种情况，如有的动作仅在指令存续的时间内有响应，指令结束后动作终止（如常见点动控制）；而有的一旦发出指令，动作就将一直继续，除非再发出停止或撤消指令（如开车、急停、左转、右转等），这就需要不同的符号来进行区别。表6-1列出了各种动作或命令的表示方法。

表6-1 各种动作或命令的表示方法

如果某一步有几个动作，则要将几个动作全部标注在步的后面，可以平行并列排放，也可以上下排放，如图6-8所示，但同一步的动作之间无顺序关系。

图6-8 动作的表示形式

5.子步（Microstep）

在顺序功能图中，某一步可以包含一系列子步和转换，如图6-9所示，通常这些序列表示系统的一个完整的子功能。使用子步可在总体设计时突出系统的主要矛盾，帮助设计者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，然后画出更详细的顺序功能图，子步中还可以包含更详细的子步。这种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需要的时间。

综上所述，顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，并不涉及所描述的控制功能的具体技术，而是一种通用的技术语言，可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用。

图6-9 子步

1994年5月公布的IEC可编程序控制器标准（IECll31）中，顺序功能图被确定为可编程序控制器位居首位的编程语言。我国也在1986年颁布了顺序功能图的国家标准GB6988.6—1986^[1]。

如何绘制组合机床动力头的顺序功能图？

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