功能图设计法：优化你的产品功能架构

功能图设计法也称为“起保停”设计法。对于比较复杂的逻辑控制，用经验设计法就不合适，适合用功能图设计法。功能图设计法无疑是应用较为广泛的设计方法。功能图就是顺序功能图，功能图设计法就是先根据系统的控制要求设计出功能图，再根据功能图设计梯形图，梯形图可以是基本指令梯形图，也可以是顺控指令梯形图和功能指令梯形图。因此，设计功能图是整个设计过程的关键，也是难点。

1.“起保停”设计方法的基本步骤

1）绘制出顺序功能图。要使用“起保停”设计方法设计梯形图时，先要根据控制要求设计出顺序功能图，其中顺序功能图的设计在前面章节中已经详细讲解，在此不再重复。

2）写出储存器位的布尔代数式。对应于顺序功能图中的每一个储存器位都可以写出如图6-25所示的布尔代数式。图中等号左边的M_i为第i个储存器位的状态，等号左边的M_i为第i个储存器位的常开触头，X_i为第i个工步所对应的转换信号，M_i-1为第i-1个储存器位的常开触头，M_i+1为第i+1个储存器位的常闭触头。

3）写出执行元件的逻辑函数式。执行元件为顺序功能图中的储存器位所对应的动作。一个“步”通常对应一个动作，输出和对应“步”的储存器位的线圈并联或者在输出线圈前串接一个对应“步”的储存器位的常开触头。当功能图中有多个“步”对应同一动作时，其输出可用这几个“步”对应的储存器位的“或”来表示，如图6-26所示。

图6-25 存储器位的布尔代数式

图6-26 多个“步”对应同一动作时的梯形图

4）设计梯形图。在完成前3个步骤的基础上，可以设计出梯形图。

2.利用基本指令编写梯形图指令

用基本指令编写梯形图指令是最常规的设计方法，不必掌握过多的指令。采用这种方法编写程序的过程是：先根据控制要求设计正确的功能图，再根据功能图写出正确的布尔表达式，最后根据布尔表达式编写基本指令梯形图。以下通过例子讲解利用基本指令编写梯形图指令的方法。

【例6-2】步进电动机是一种将电脉冲信号转换为电动机旋转角度的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲，就驱动步进电动机按照设定的方向旋转一个固定的角度（称为步距角）。步进电动机是按照固定的角度一步一步转动的，因此可以通过脉冲数量控制步进电机的运行角度，并通过相应的装置，控制运动的过程。对于四相八拍的步进电动机。其控制要求如下：

1）按下起动按钮，定子磁极A通电，1s后A、B同时通电；再过1s，B通电，同时A失电；再过1s，B、C同时通电……，以此类推，其通电过程如图6-27所示。

图6-27 通电过程图

2）有两种工作模式。工作模式1时，按下“停止”按钮，完成一个工作循环后，停止工作；工作模式2时，具有锁相功能，当按下“停止”按钮后，停止在通电的绕组上，下次按下“起动”按钮时，从上次停止的线圈开始通断电工作。

3）无论何种工作模式，只要按下“急停”按钮，系统所有线圈立即断电。

解：接线图如图6-28所示，根据题意很容易设计出功能图，如图6-29所示。如图6-30为初始化程序，根据功能图编写梯形图程序如图6-31所示。

图6-28 接线图

图6-29 功能图

图6-30 OB100中的程序

图6-31 OB1中的程序

图6-31 OB1中的程序（续）

图6-31 OB1中的程序（续）(www.xing528.com)

3.利用功能指令编写逻辑控制程序

西门子的功能指令有许多特殊功能，其中移位指令和循环指令非常适合用于顺序控制，用这些指令编写程序简洁而且可读性强。以下通过例子来讲解如何利用功能指令编写逻辑控制程序。

【例6-3】用功能指令编写例6-2的程序。

解：梯形图如图6-32和图6-33所示。

图6-32 OB100中的程序

图6-33 OB1中的程序

图6-33 OB1中的程序（续）

图6-33 OB1中的程序（续）

图6-33 OB1中的程序（续）

4.利用复位和置位指令编写逻辑控制程序

复位和置位指令是常用指令，用复位和置位指令编写程序简洁而且可读性强。以下通过例子讲解如何利用复位和置位指令编写逻辑控制程序。

【例6-4】用复位和置位指令编写例6-2的程序。

解：梯形图如图6-34和图6-35所示。

图6-34 OB100中的程序

图6-35 OB1中的程序

图6-35 OB1中的程序（续）

图6-35 OB1中的程序（续）

图6-35 OB1中的程序（续）

至此，同一个顺序控制的问题使用了基本指令、复位和置位指令和功能指令，共三种解决方案编写程序。三种解决方案的编程都有各自几乎固定的步骤，但有一步是相同的，那就是首先都要设计功能图。3种解决方案没有优劣之分，读者可以根据自己的实际情况选用。