气动程序控制回路设计方法 课题设计
第7章 气动行程程序控制回路设计
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Hale Waihona Puke 12A01
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Ⅰ Ⅱ
Ⅰ→Ⅱ
Ⅱ→Ⅰ
二级转换气路
三级转换气路
纯气动多气缸控制回路设计
机 电技术
２ ０ １ ４ 年８ 月
纯气 动 多气 缸控制 回路设计
兰 … 嵩 Ｊ
（ 福建水 利电力职业技术学院 ， 福建 永安 ３ ６ ６ ０ ０ ０ ）
摘
要： 炸药压制成 型包括送料 、 顶升、 夹紧 、 压制 ４ 个工作步骤 。相较 于采用 电信号控制气动执行元件 动作 ， 采用纯
行程 阀有气做为控制信号 ， 每对行程 阀成为逻辑 变量的两个状态 ， ４ Ｘ － ， Ｊ ＂ 行程阀组合起来共有２ 种不
作之前插入 ｘ ， 在Ｄ 。 动作之前插入 ｘ 。 。校正后得
Ｄ １ Ｄ ｏ Ｃ ｏ Ｂ ｏ Ａ ｏ ］ 。
＿ Ａｌ Ｂｔ ｃ－ 。， 。。 ｃ 。 Ｂ。
阀， Ｂ缸 伸 出与 Ａ缸 缩 回的控 制 信 号 相 同 、 ｃ缸 伸
出与 Ｂ 缸缩 回的控制信号相 同、 Ｄ 缸伸伸 出与 ｃ 缸
缩 回的控制 信号 相 同 ， 所 以该 系统 为非标 准程
通过对炸药压制工作过程的观察 ， 可以发现 ： 完成一次压制过程 ， 各个机构是按 照一定 的顺序 做动作 ， 动作之间具有时序的要求 ， 而且每个动作 的控制信号与上一动作的结束信号有关 ， 不是随
机 的 。这 就要 求 ： 设 计 时整 个 系 统 的输 出要 与 行制。
关键 词 ： 纯气动 ； 程序设计 ； Ｘ － Ｄ图； 障碍
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ２ — ４ ８ ０ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ — ０ １ ４ — ０ ３
气动执行元件的动作可以采用气信号或电信 号进行控制 。在多气 缸回路控制设计 中 ， 一般来
２ 纯 气 控 回路 程 序 设 计
气动系统行程程序控制设计共42页文档
45、自己的饭量自己知道。——苏联
60、人民的幸福是至高无个的法。— —何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
气动系统行程程序控制设计
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
气动工作原理及回路设计
气动工作原理及回路设计气动系统由气源系统、执行元件、控制元件和辅助元件等组成。
气源系统提供气体压力，执行元件完成具体的工作任务，控制元件控制气体的流动和工作过程，辅助元件辅助完成气动系统的运行。
在气动工作过程中，气源系统中的压缩机将空气压缩为高压气体，并通过压力调节阀将气体压力控制在所需范围。
然后，气体通过气管输送到执行元件，如气缸或气动电动工具。
执行元件根据气源输入的气压，将气体能转化为机械能或动力，实现工作任务。
控制元件，如电磁阀、调速阀和压力开关等，用于控制气源的流动、气压的调节和监测工作过程的压力变化。
辅助元件包括滤油器、排水器、压力表等，用于提高气源的质量和稳定性。
气动回路设计是指根据工作要求和气动系统原理，设计出合适的气动回路结构和元件配置。
在进行气动回路设计时，需要考虑以下几个方面：1.工作要求：明确所需完成的工作任务，包括推动力、速度要求、位置精度等。
2.元件选择：根据工作要求，选择合适的执行元件和控制元件。
例如，需要实现正反向运动的气缸，可以选择双作用气缸，而只需要一种方向运动的气缸，可以选择单作用气缸。
3.回路结构：根据工作要求和元件的选择，设计出合适的气动回路结构，包括串联回路、并联回路、串联并联结合的回路等。
回路结构的设计应考虑气源的压力和流量，以及气体在回路中的流动方向和控制要求。
4.元件布置：合理安排气缸、阀门等元件的布置位置，以便实现工作过程中的协调运动和平衡力。
同时，注意布置位置对气动系统稳定性和可维护性的影响。
5.控制方法：为了实现气动回路的控制和协作运动，需要选择合适的控制方法和手段，如电气控制、机械控制或自动控制等。
总之，气动工作原理及回路设计是将气体压力转化为机械能、动力或运动的一种工作方式。
在设计气动回路时，需要综合考虑工作要求、元件选择、回路结构、元件布置和控制方法等因素，以实现气动系统的高效工作。
气动系统设计的主要内容及设计程序
气动系统设计的主要内容及设计程序- 11pt + 10pt 12pt 14pt放入我的网络收藏夹气动系统设计的主要内容及设计程序3.1 明确工作要求1）运动和操作力的要求如主机的动作顺序、动作时间、运动速度及其可调范围、运动的平稳性、定位精度、操作力及联锁和自动化程序等。
2）工作环境条件如温度、防尘、防爆、防腐蚀要求及工作场地的空间等情况必须调查清楚。
3）和机、电、液控制相配合的情况，及对气动系统的要求。
3.2 设计气控回路1）列出气动执行元件的工作程序图。
2）画信号动作状态线图或卡诺图、扩大卡诺图，也可直接写出逻辑函数表达式。
3）画逻辑原理图。
4）画回路原理图。
5）为得到最佳的气控回路，设计时可根据逻辑原理图，做出几种方案进行比较，如对气控制、电-气控制、逻辑元件等控制方案进行合理的选定。
3.3 选择、设计执行元件其中包括确定气缸或气马达的类型、气缸的安装形式及气缸的具体结构尺寸（如缸径、活塞杆直径、缸壁厚）和行程长度、密封形式、耗气量等。
设计中要优先考虑选用标准缸的参数。
3.4 选择控制元件1）确定控制元件类型，要根据表42.6-13进行比较而定。
表42.6-13 几种气控元件选用比较表电磁气阀控制气控气阀控制气控逻辑元件控制安全可靠性较好（交流的易烧线圈）较好较好恶劣环境适应性（易燃、易爆、潮湿等）较差较好较好气源净化要求一般一般一般远距离控制性，速度传递好，快一般，＞0几毫秒一般，几毫秒～0几毫秒控制元件体积一般大较小元件无功耗气量很小很小小元件带负载能力高高较高价格稍贵一般便宜2）确定控制元件的通径，一般控制阀的通径可按阀的工作压力与最大流量确定。
由表42.6-14初步确定阀的通径，但应使所选的阀通径尽量一致，以便于配管。
至于逻辑元件的类型选定后，它们的通径也就定了（逻辑元件通径常为ф3mm，个别为ф1mm）。
对于减压阀或定值器的选择还必须考虑压力调节范围而确定其不同的规格。
3.5 选择气动辅件1）分水滤气器其类型主要根据过滤精度要求而定。
气动逻辑回路设计
(1)脉冲信号法。这种方法的实质，是将所有的障碍信号变为脉 冲信号，使其在命令主控阀完全换向后立即消失，这就必然消 除了任何Ⅰ型障碍。图16-2中，信号a1和b0，是两个障碍信号。 如果将信号a1和b0都变成脉冲信号，即a1 ->Δa1, b0->Δb0，就都变 成无障碍信号了。这样，信号a1的执行信号就是a1*(B1)=△a1,信 号b0就是b0*(A0)= Δ b0，将它们填入X-D线图中，就成为图16-2 中所示的形式。
根据工艺要求列出工作程序攻螺纹机由ab两个气缸组成其中a为送料缸b为攻螺纹缸其自动循环动作要求为起动攻螺纹缸进攻螺纹用字母简化后的工作程序为qqa0a1b1b0a0a1b1b0a0略去箭头和小写字母可进一步简化工作程序为a1b1b0a02
气动系统设计
二、行程程序回路的设计方法 1试凑法：选用基本回路凑在一起，然后分析能否满足要求。
卡诺图
f ( A B C) A B C A BC AB C ABC ABC
B
C
AB
00 0 01 11 10
ABC ABC
A BC A BC
ABC ABC
AB C AB C
C
1
000 010 110 100 001 011 111 101
A AB
0 0 1 0 1 1 1 1 C
在最右边留一栏作为“执行信号表达式”(简写为执行信号)。 在方格图最左边纵栏由上至下填上控制信号及控制动作状态 组的序号(简称X-D组)1,2,3,4等。 每个X-D组包括上下两行，上行为行程信号行，下行为该信号 控制的动作状态。例如:a0( A1)表示控制A1动作的信号是a0； a1(B1)表示控制B1动作的信号是a1;等等。下面的备用格可根据 具体情况填入中间记忆元件(辅助阀)的输出信号、消障信号及 连锁信号等。
气动工作原理及回路设计
压力控制回路的设计需考虑气源的稳 定性和可靠性，以确保执行机构的正 常工作。
回路中通常包含压力调节阀和安全阀， 通过调节阀的开度来设定所需压力， 安全阀则用于在压力过高时自动释放 多余压力。
速度控制回路
速度控制回路主要用于调节执行机构的工作速度，通常通过改变气流量来实现。
回路中包含流量控制阀和执行机构，通过调节阀的开度来控制流量，进而改变执行 机构的工作速度。
速度控制回路的设计需根据实际需求选择合适的流量控制阀和执行机构，以确保工 作速度的准确性和稳定性。
方向控制回路
方向控制回路主要用于控制执行 机构的运动方向，通常通过换向
阀来实现。
回路中包含换向阀和执行机构， 通过改变换向阀的阀位来改变执
行机构的运动方向。
方向控制回路的设计需考虑换向 阀的可靠性和稳定性，以确保执 行机构能够准确、快速地完成运
流量不足问题
总结词
流量不足会导致气动元件动作缓慢或不动作，影响生产效率 和产品质量。
详细描述
流量不足问题可能是由于气源流量不足、管道阻力过大或气 动元件堵塞等原因引起的。为了解决这个问题，可以更换大 流量的气源、清理或更换堵塞的气动元件、减小管道阻力等 措施，以提高气动回路的流量。
元件故障问题
总结词
方向控制回路通过控制气流来自通断和改变气流的方 向，实现执行元件的启动、停止和换 向。
压力控制回路
通过调节气体的压力，控制执行元件 的运动速度和力矩。
速度控制回路
通过调节气体的流量，控制执行元件 的运动速度。
顺序控制回路
按照一定的顺序和时间间隔控制执行 元件的启动和停止，实现多个执行元 件的协同工作。
05
回路设计实例
自动化生产线气动系统回路设计
气动回路的设计与应用实例
气动回路的常见故障及排除方法
01
气压不足
检查气源压力是否正常，检查管 路是否有泄漏，更换损坏的气动 元件。
动作不灵
02
03
噪音过大
检查气动元件是否正常工作，调 整气路连接，确保气路畅通无阻。
检查气动元件是否正常工作，调 整气动元件的工作状态，更换损 坏的气动元件。
05
气动回路的发展趋势与展望
高效节能的气动回路设计
执行元件
将气体的压力能转换为机械能，如气缸、气马 达等。
气动回路的工作原理
压缩空气通过控制元件流入执 行元件，驱动执行元件进行工 作。
通过改变控制元件的状态，可 以控制气体的流动，从而实现 执行元件的往复运动或旋转运 动。
在气动回路中，通常使用气压 传感器来检测压力和流量等参 数，以确保回路的正常工作。
气动回路的应用领域
01
自动化生产线
用于物料搬运、装
配、检测等环节。
02
机器人技术
用于机器人的关节 驱动、夹持器等。
04
汽车制造
用于刹车的控制、
03
安全气囊的展开等
。
航空航天
用于控制飞行器的 舵机、起落架等。
02
气动回路设计
气动回路设计的基本原则
安全性
确保气动回路在各种工作条件下 都能安全运行，不发生意外事故
智能算法
采用人工智能、机器学习等技术，对气动回路进行自适应优化， 提高性能和可靠性。
远程监控与故障诊断
通过无线网络和远程监控技术，实现对气动回路的远程监控和故 障诊断，提高维护效率。
新型气动元件的开发与应用
新材料的应用
采用新型材料，如陶瓷、塑料等，提高气动元件的耐磨、耐高温等 性能。
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课题六气动程序控制回路设计方法一、概述生产实践中，各种自动生产线，大多是按程序工作的。
所谓程序控制，就是根据生产过程中的位移、压力、时间、温度、液位等物理量的变化，使被控制的执行元件，按预先规定的顺序协调动作的一种自动控制方式。
这种控制方式，能在一定范围内满足各种不同程序的需要，实现一机多用。
根据控制方式的不同，程序控制可分为时间程序控制、行程程序控制和混合程序控制三种。
各执行元件的动作顺序按时间顺序进行的控制方式称为时间程序控制。
时间程序控制系统中，各时间信号通过控制线路，按一定的时间间隔分配给相应的执行元件，令其产生有序的动作。
显然，这是一种开环控制系统。
执行元件完成某一动作后，由行程发信器发出相应信号，此信号输入逻辑控制回路中，经放大、转换回路处理后成为主控阀可以接受的信号，控制主控阀换向，再驱动执行元件，实现对被控对象的控制。
执行元件的运动状态经行程发信器检测后，再发出开始下一个动作的控制信号。
如此循环往复，直至完成全部预定动作为止。
显然，这样的回路属于闭环控制系统，它可以在给定的位置准确实现动作的转换，故称为行程程序控制，图1所示为行程程序控制框图。
从框图可看出，行程程序控制主要包括行程发信装置、执行元件、逻辑控制回路、放大转换回路、主控阀和动力源等部分。
行程发信装置是一种位置传感器，其作用是把由执行机构接收来的信号转发给逻辑控制回路，常用的有行程阀、行程开关、逻辑“非门”等，此外，液位、压力、流量、温度等传感器也可看作行程发信装置；常用的执行元件有气缸、气液缸、气动马达等；主控阀为气动换向阀；逻辑控制回路、放大转换回路一般由各种气动控制元件组成，也可以由各种气动逻辑元件等组成；动力源主要包括气压发生装置和气源处理设备两部分。
行程程序控制的优点是结构简单、维修方便、动作稳定，特别是当程序中某节拍出现故障时，通过运行停止程序可以实现自动保护。
为此，行程程序控制方式在气压传动系统中得到广泛应用。
行程程序控制系统中包含时间控制信号的控制方式通常被视为混合程序控制。
若将时间信号也视为行程信号的一种，则其实际上亦属于行程程序控制。
基于行程程序控制思想所设计的气动回路，称为气动程序控制回路。
二、电控行程程序控制气动系统及其常用电气电路随着电气技术的发展，以气动设备提供机械能量、用电子／电气设备作为控制装置的综合系统得到越来越多的应用。
这种电控行程程序控制气动系统的执行元件和主气路部分与上述全气控行程程序控制气动系统没有差别，但其逻辑控制回路、放大转换回路、行程发信器全部由电气元件组成。
逻辑控制回路的输入、输出及处理的信号全部都是电信号，行程发信器多为行程开关、光电管、各种传感器，主控阀采用电磁换向阀。
由于是电气逻辑，其设计、安装、调试、检修都比较方便，还可通过更改电气元件的接线较方便地改变控制程序。
若采用可编程序控制器或计算机来构成逻辑控制回路，则可以在不改变电气元件接线和气动系统物理配置的情况下改变控制程序。
电控行程程序控制气动系统中使用的主要电器元件为继电器。
继电器实质上是一种传递信号的电器，它可根据输入的信号达到不同的控制目的。
继电器的种类很多，按它反映信号的种类可分为电流、电压、速度、压力、热继电器等；按动作时间分为瞬时动作和延时动作的继电器(后者又称时间继电器)；按作用原理分为电磁式、感应式、电动式和机械式等。
由于电磁式继电器具有工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长等一系列优点，故在电气传动系统中应用得最为广泛，约有90％以上的继电器是电磁式的。
电气传动系统中常用电器元件的文字符号和图形符号列于表1中。
三、气动程序控制回路的画法气动程序控制回路主要体现的是行程信号与主控阀控制端之间的连接，在工业控制系统中经常采用直观习惯画法。
其画法特点是：把系统中全部执行元件(如气缸、气动马达等)水平或垂直排列，在执行元件的下面或左侧画上相对应的主控阀。
而把行程阀直观地画在各气缸活塞杆伸缩状态对应的水平位置上。
这种表示方法虽然连接线规律性较差，交叉点亦多，但较直观，便于设计。
但最终的回路图必须按国际标准IS01219---2：1995的要求绘制。
图8．17是能够实现A1B1B0A0工作程序、采用直观习惯法绘制而成的气动控制原理图。
图中q为起动阀，VK为辅助阀(中间记忆元件)，另有执行元件A、B，主控阀V A、V B以及相应的行程阀a l、a0和b1、b0。
显然，整个工作程序动作和信号之间的顺序关系表达得一目了然。
在具体绘制气动控制回路原理图时，应注意以下几点：1)根据具体情况选用气阀或逻辑元件，且气阀与执行元件图形符号必须按《液压气动图形符号》国家标准绘制，气动逻辑元件符号可采用《气动工程手册》推荐的符号。
2)回路中的气缸应排成次序，用A、曰、C、D……字母表示，标出字母下标“1”或“0”，“1”表示气缸活塞杆伸出，“0”表示活塞杆退回。
3)用与各气缸对应的小写字母a、b、C、d……表示相应的行程阀发出的信号，其下标“1”表示活塞杆伸出到终端位置时所发的信号，下标“0”表示活塞杆退回到终端位置时发出的相应信号。
4)控制气缸换向的主控制阀，也用与其所控制的气缸相对应的英文字母符号表示。
5)原理图上的各种气动元件的位置，如气缸活塞的位置、各种元件符号的外接管路(如气源I=I、输出1=I和排气口)，应按控制系统处于初始静止(即起动之前)状态绘制。
6)原理图一般不画具体控制对象，仅把执行元件(如气缸)形象地用图形符号表示，在特殊需要时，才画出控制对象及发信装置的布局情况。
7)与逻辑控制有关的速度控制、压力控制和时间控制等一般都应画出。
若速度控制等采用和其他元件合为一体的标准件(如缓冲气缸、气液阻尼缸)而与逻辑回路无关时，也可不画出。
8)控制气路的连接一般用虚线表示，但对复杂的气动系统为防止连线过乱，亦可用细实线代替虚线。
I9)“与”、“或”、“非”、“记忆”等逻辑关系的连接可按第四章第十节所述内容选取，行程阀与起动阀常采用二位三通阀。
10)最终的回路图应按国际标准IS01219--2：1995要求绘制。
标准规定：元件的气动符号原则上应按以下次序从下到上和从左到右布置：——能源：左下；——按顺序的控制元件：往上从左到右；——执行器：上部从左到右。
元件代号应该用以下代号清楚地标注每个元件：泵和压缩机：Ｐ执行器：Ａ原动机：Ｍ传感器：Ｓ阀：Ｖ其他元件：Ｚ，或除了以上所示的另一字母原理图上应写明工作顺序或对操作要求的必要说明。
四、电控行程程序控制线路的画法给VB的右侧(风位)。
此时，由于活塞A仍在发出信号a电控行程程序控制系统设计最常采用的一种方法是绘制梯形图。
(为有别于后述的PLC梯形图，又可称之为继电器梯形图)，其特点是电／气控制原理图相互呼应，形象直观。
图8—18是当两个气缸都采用双电控换向阀时，实现A1B1B0A0工作程序的梯形图。
1)一个梯形图网络由多个梯级组成，每个输出元素(继电器线圈等)可构成一个梯级。
2)每个梯级可由多个支路组成，每个支路最右边的元素通常是输出元素。
3)梯形图从上至下按行绘制，两侧的竖线类似电器控制图的电源线，称作母线。
4)每一行从左至右，左侧总是安排输入触点，并且把并联触点多的支路靠近左端。
5）各元件均用图形符号表示，并按动作顺序画出。
6）各元件的图形符号均表示未操作时的状态。
7)在元件的图形符号旁要注上相应的文字符号。
五、基本单元及障碍信号如前所述，气动程序控制回路主要是根据回路的控制程序要求、动作和信号之间的顺序关系绘制而成的(见图8-17)，故任何一个程序回路均主要由气动执行元件、气动控制元件与行程发信装置等基本单元组成。
行程发信装置发出的信号，称为原始信号。
这些信号通常存在着各种形式的干扰，如一个信号妨碍另一个信号的输出，两个信号同时控制一个动作等。
也就是说，这些信号之间会形成障碍，使动作不能正常进行，由此构成的程序回路称为有障回路，图8—19表示的即是一个含有障碍信号的气动控制回路原理图。
如图8—19所示，一旦供气，由于行程阀(又称信号阀)b0一直受压，信号60就一直供气给V A的右侧(40位)，这样，即使操作起动阀q向VA左侧(A．位)供气，V A也难以切换。
这里，信号60对q而言即为障碍信号。
若没有b0信号，则按q后，气流经q阀通过a0阀进入V A的左侧，使A，位工作，活塞A伸出，发出信号a1给V B的左侧(曰1位)，使VB切换，活塞B伸出，再发出信号b。
l给V B的左侧B1位，使b1向V B的B0位信号输送不进，也就是说，信号口l妨碍了b1信号的送入，成为b。
的障碍信号。
由以上分析可知，在这个回路中，由于信号b0、a1，妨碍其他信号的输入，形成了障碍，致使回路不能正常工作，因而必须设法排除。
这种一个信号妨碍另一个信号输入，使程序不能正常进行的控制信号，称为I型障碍信号，它经常发生在多气缸单往复程序回路中。
还有一种障碍是由于信号多次出现而产生的，这种控制信号称为Ⅱ型障碍信号，这种现象通常发生在多气缸多往复回路中。
程序控制回路设计的关键，就是要找出这些障碍信号并设法排除它们。
六、障碍信号的判别程序控制回路的设计方法很多，常用的有分组供气法(也称级联法)、信号－动作状态图法(简称X-D线图法)、扩展卡诺图图解法和步进回路法等。
其中，X-D线图法是根据已知工作程序，将各行程信号及各执行元件在整个动作过程中的工作状态全部用图线的方法表示出来。
此图可直接展示各种障碍信号以及排除障碍信号的各种可能，设计人员据此可确定执行信号，画出气动控制回路。
此法不仅能较快地找出设计方案，解决控制回路的逻辑设计问题，同时也便于检查回路的正确性及合理性。
为了阐明障碍信号的判别方法，这里A1B１B0A0气动程序控制回路的X-D线图设计法为例进行具体说明。
(一)画方格图(见图8—20)根据给定的动作顺序，由左至右画方格，并在方格图上方从左至右填入程序号1、2、3、4等。
在其下面填上相应的动作状态Ａ1、Ｂl、Ｂo、Ａo，最右边留一栏作为“执行信号表示式”栏。
在方格图最左边纵栏里，自上至下进行分格，填上控制信号及控制动作状态组(简称X-D组)的序号1、2、3、4等。
每个X-D组，根据该节拍执行机构动作的数目ｍ分成2ｍ个小格，若只有一个执行机构动作，则分成两小格，其中上一小格表示行程信号(称为信号格)。
括号内的符号表示它所要控制的动作，下面一格表示该信号控制的动作状态(称为动作格)。
例如：ａo(A１)表示控制Al动作的信号是ａo；ａ1(Ｂ1)表示控制B1动作的信号ａ等。
下面的备用格可根据具体情况填入中间记忆元件(辅助阀)的输出信号、消障信号与连锁信号等。
(二)画动作线(D线)方格图画出后，用横向粗实线画出各执行元件的动作状态线。
作图方法是：以纵横动作状态字母相同，下角标“1”或“0”也相同的方格左端纵线为起点(用小圆圈“○”表示)；以纵横动作状态字母相同，但下角标“1”或“0”相异的方格左端纵线为终点(用符号“×”表示)；由起点至终点用粗实线连接起来。