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顺序设计法或步进梯形图设计的概念是在继电器控制系统中形成的,步进梯形图是用有触点的步进式选线器(或鼓形控制器)来实现的。但是由于触点的磨损和接触不良,工作很不可靠。上世纪70年代出现的控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成。因为其功能有限,可靠性不高,已经基本上被PC替代。可编程序控制器的设计者们继承了前者的思想,为控制程序的编制提供了大量通用和**的编程元件和指令,开发了供编制步进控制程序用的功能表图语言,使这种先进的设计方法成为当前PC梯形图设计的主要方法。
这种设计方法很容易被初学者接受。对于有经验的工程师,也会提高设计的效率。程序的调试、修改和阅读也很容易。
1、顺序功能图的设计步骤
(1)首先根据系统的工作过程中状态的变化,将控制过程划分为若干个阶段。这些阶段称为步(Step)。步是根据PC输出量的状态划分的。只要系统的输出量的通/断状态发生了变化,系统就从原来的步进入新的步。在各步内,各输出量的状态应保持不变,如图1所示。
图1 状态步的划分
(2)各相邻步之间的转换条件。转换条件使系统从当前步进入下一步。常见的转换条件有限位开关的通/断,定时器、计数器常开触点的接通等。转换条件也可能是若干个信号的与、或逻辑组合。
(3)画出顺序功能图或列出状态表。
(4)根据顺序功能图或状态表,采用某种编程方式,设计出系统的梯形图程序。
顺序功能图又称为功能表图,它是一种描述顺序控制系统的图解表示方法,是**于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言。它能形象、直观、完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性,是分析、设计电气控制系统控制程序的重要工具。
功能图主要由“状态”、“转移”及有向线段等元素组成。如果适当运用组成元素,就可得到控制系统的静态表示方法,再根据转移触发规则模拟系统的运行,就可以得到控制系统的动态过程。
2、步(状态)
步也就是状态,是控制系统中一个相对不变的性质,对应于一个稳定的情形。可以将一个控制系统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”(action),对于施控系统,在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”(command)。步的符号如图2所示。矩形框中可写上该状态的编号或代码。
(1)初始状态。初始状态是功能图运行的起点,一个控制系统至少要有一个初始状态。初始状态的图形符号为双线的矩形框,如图2(a)所示。在实际使用时,有时也是画单线矩形框,有时画一条横线表示功能图的开始。
(2)工作状态。工作状态是控制系统正常运行时的状态,如图2(b)所示。根据系统是否运行,状态可分为动态和静态两种。动状态是指当前正在运行的状态,静状态是没有运行的状态。不管控制程序中包括多少个工作状态,在一个状态序列中同一时刻较多只有一个工作状态在运行中,即该状态被。
(3)与状态对应的动作。在每个稳定的状态下,可能会有相应的动作。动作的表示方法如图2(b)所示。
图2 顺序功能图基本符号
3、转移
为了说明从一个状态到另一个状态的变化,要用转移概念,即用一个有向线段来表示转移的方向,连接前后两个状态。如果转移是从上向下的(或顺向的),则有向线段上的方向头可省略。两个状态之间的有向线段上再用一段横线表示这一转移。转移的符号如图2(c)所示。
转移是一种条件,当此条件成立,称为转移使能。该转移如果能够使状态发生转移,则称为触发。一个转移能够触发必须满足:状态为动状态及转移使能。转移条件是指使系统从一个状态向另一个状态转移的必要条件,通常用文字、逻辑方程及符号来表示。
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