140 NOM 211 00模塊

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1 引言

    工業(yè)控制中，許多場(chǎng)合要應(yīng)用順序控制的方式進(jìn)行控制，即時(shí)序邏輯的控制方式。但對(duì)于控制對(duì)象較多，工藝復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，編制PLC程序時(shí)，編程人員需要針對(duì)生產(chǎn)進(jìn)程，分析各個(gè)對(duì)象的狀態(tài)，用各種邏輯互鎖完成編程。當(dāng)采用設(shè)備階段控制方式編程時(shí)，將使編程變得十分簡(jiǎn)潔。直接面對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)程去完成控制。將傳統(tǒng)的互鎖邏輯關(guān)系，演化成設(shè)備狀態(tài)的關(guān)系，對(duì)設(shè)備的待機(jī)、運(yùn)行、保持、重啟、中止、放棄、停止、完成、復(fù)位等狀態(tài)進(jìn)程進(jìn)行管理，這對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)決定動(dòng)作程序，且設(shè)備的動(dòng)作相對(duì)獨(dú)立的需求是極為方便的，也成為當(dāng)前推廣的編程方式。

2 設(shè)備階段控制方式的實(shí)現(xiàn)

    在進(jìn)行設(shè)備階段控制編程時(shí)，首先根據(jù)生產(chǎn)工藝和動(dòng)作順序，將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程分成正常工作階段和非正常工作階段。正常工作階段由待機(jī)、運(yùn)行、完成、復(fù)位組成，非正常工作階段由暫停、重啟、停止和放棄階段組成，如圖1所示。設(shè)備的階段控制由主程序來(lái)控制，每一個(gè)時(shí)刻設(shè)備只能處于一個(gè)狀態(tài)。對(duì)每一個(gè)狀態(tài)，根據(jù)控制要求編制相應(yīng)的程序模塊。在程序編制中，采用結(jié)構(gòu)化的編程方法，以面向?qū)ο蟮姆绞?，編制相?yīng)的功能塊，完成控制要求。

圖1 設(shè)備階段控制組成圖

3 設(shè)備階段控制在倉(cāng)庫(kù)控制的應(yīng)用

    3．1 生產(chǎn)線立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)組成

    生產(chǎn)線立體倉(cāng)庫(kù)由原料庫(kù)和成品庫(kù)、提升機(jī)和控制系統(tǒng)組成。通過(guò)生產(chǎn)線上工裝板的裝載情況完成出庫(kù)和入庫(kù)操作，系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示，系統(tǒng)的控制如圖3所示。

圖2 生產(chǎn)線立體倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖

圖3生產(chǎn)線立體倉(cāng)厙控制系統(tǒng)圖

    立體倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)，每個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)位都裝有檢測(cè)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控貨物的有無(wú)，此立體倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)包含原材料區(qū)、成品區(qū)，具體位號(hào)由程序設(shè)定。提升機(jī)X／y軸無(wú)刷電機(jī)實(shí)現(xiàn)貨物的定位。Z軸和R軸步進(jìn)電機(jī)及氣缸實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)存取?？刂瞥绦蛞瓿韶浳锍鰩?kù)、入庫(kù)判斷，倉(cāng)庫(kù)貨位號(hào)判斷。定位、貨物的存放和限位保護(hù)等功能。如果按照常規(guī)的順序功能圖來(lái)編程，在每一個(gè)狀態(tài)都要考慮各個(gè)設(shè)備在正常和異常時(shí)控制，將十分復(fù)雜。如使用設(shè)備階段控制編程方法，將使編程變得十分簡(jiǎn)潔。

   3．2 立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)備階段控制

   按照設(shè)備階段控制的方法，根據(jù)立體倉(cāng)庫(kù)控制要求，將立體倉(cāng)庫(kù)控制分為設(shè)備待機(jī)、運(yùn)行、異常故障、停止、復(fù)位等階段。

    設(shè)備待機(jī)階段是指提升機(jī)各軸處于零點(diǎn)位置，且X軸和y軸旋轉(zhuǎn)編碼器置零時(shí)狀態(tài)。

    設(shè)備運(yùn)行階段是指根據(jù)庫(kù)位和生產(chǎn)線的來(lái)料狀態(tài)，完成出入庫(kù)過(guò)程，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)轉(zhuǎn)入異常處理狀態(tài)。

    設(shè)備異常階段指生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)異常時(shí)，按下“停止”按鍵或“急?！?，用手動(dòng)方式，排除故障。按下“復(fù)位”鍵，轉(zhuǎn)入復(fù)位進(jìn)入設(shè)備待機(jī)狀態(tài)。設(shè)備復(fù)位階段指巷道提升機(jī)完成零點(diǎn)歸位及編碼器清零的過(guò)程。設(shè)備停止階段指將運(yùn)動(dòng)的電機(jī)停止，等待指令過(guò)程。立體倉(cāng)庫(kù)的階段控制在主程序中通過(guò)“按鍵”或狀態(tài)量實(shí)現(xiàn)，其階段控制流程圖見圖4。

圖4 立體倉(cāng)厙的設(shè)備階段控制圖

    3．3 各個(gè)階段的控制實(shí)現(xiàn)

    3．3．1 設(shè)備運(yùn)行階段

   根據(jù)系統(tǒng)控制要求及設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行階段要完成：1)出入庫(kù)判斷及倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)的掃描，確定相應(yīng)的庫(kù)位及X軸、y軸坐標(biāo)；2)根據(jù)坐標(biāo)，各軸電機(jī)經(jīng)加減速定位；3)根據(jù)時(shí)序關(guān)系，確定狀態(tài)，成貨物出入庫(kù)。系統(tǒng)主要I／0地址分配見表1。

表1 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)主耍l／o地址

    倉(cāng)位狀態(tài)的確定。為了節(jié)省I／O輸入點(diǎn)數(shù)，采用矩陣掃描的方式。將倉(cāng)位狀態(tài)開關(guān)一端接在矩陣的行線上，另一端接在矩陣的列線上，每個(gè)行線分別接PLC輸出端，列線分別接PLC輸入端，通過(guò)定時(shí)掃描，確定倉(cāng)位的狀態(tài)。

    定位。在立體倉(cāng)庫(kù)中提升機(jī)X軸和y軸直流無(wú)刷電機(jī)通過(guò)EM235輸出的o～5V電壓值控制電機(jī)的速度。通過(guò)目標(biāo)位置的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成的脈沖值與各軸絲杠上的編碼器值比較，確定速度的加減及運(yùn)動(dòng)的方向，以梯形速度曲線，保證定位。編碼器采用增量式編碼器，對(duì)編碼器的高速脈沖采用HSCl和HSC2高速計(jì)數(shù)器，用模式9，A／B相正交計(jì)數(shù)器模式完成編碼器脈沖的計(jì)數(shù)。

    編碼器設(shè)置程序如下：

    直流無(wú)刷電機(jī)的控制程序流程圖如圖5所示。

圖5 直流無(wú)刷電機(jī)控制流程圖

  步進(jìn)電機(jī)的定位，采用目標(biāo)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)控制。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)連接絲杠時(shí)，PLC發(fā)出N個(gè)脈沖，工作臺(tái)面移動(dòng)的距離為

    式中：d為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)；0為步進(jìn)電機(jī)的步距角；行為絲杠的螺紋距。

    PLC脈沖輸出使用脈沖串(PTO)功能在輸出端Q0.0或Q0.1輸出周期和脈沖數(shù)可變的脈沖串，控制步進(jìn)電機(jī)速度與距離。在立體倉(cāng)庫(kù)提升機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制中，使用圖6程序流程圖完成步進(jìn)電機(jī)的定位。步進(jìn)電機(jī)定位中加減速控制功能塊如圖7所示。

圖6 步進(jìn)電機(jī)定位控制流程圖

圖7 步進(jìn)電機(jī)速度控制圖

    步進(jìn)電機(jī)速度控制模塊中加速勻速減速設(shè)定程序如下，其寄存器定義見表2。

表2 步進(jìn)電機(jī)加減速控制寄存器表

    貨物的出庫(kù)入庫(kù)控制模塊，是標(biāo)準(zhǔn)的按時(shí)間先后順序執(zhí)行的程序，首先判斷出庫(kù)還是入庫(kù)，采用順序功能圖的方式，利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方式，將位置及庫(kù)位采用相對(duì)坐標(biāo)或坐標(biāo)的方式，調(diào)用電機(jī)定位程序模塊，完成貨物出庫(kù)或入庫(kù)控制。

    3．3．2 設(shè)備的復(fù)位待機(jī)階段

    將所有軸歸零，等待指令進(jìn)入設(shè)備運(yùn)行階段。首先將X軸和y軸目標(biāo)坐標(biāo)設(shè)為零。Z軸和R軸目標(biāo)坐標(biāo)固定，調(diào)用編碼器設(shè)置程序，使電機(jī)各軸運(yùn)動(dòng)。當(dāng)各軸接觸到零位開關(guān)時(shí)，復(fù)位程序寄存器及編碼器，完成歸零過(guò)程。

    3．3．3 設(shè)備停止階段

    當(dāng)“停止”按鍵按下，X軸和y軸直流無(wú)刷電機(jī)通過(guò)模擬量模塊EM232輸出零，電機(jī)速度變?yōu)榱悖闺姍C(jī)停止。Z軸和R軸步進(jìn)電機(jī)通過(guò)調(diào)用功能塊完成。其程序如下：

    3．4 設(shè)備階段的控制

    將設(shè)備復(fù)位待機(jī)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備故障狀態(tài)和設(shè)備停止?fàn)顟B(tài)使用順序功能圖中順序控制繼電器(SCR)指令及置位／復(fù)位(S／R)指令完成控制。其順序功能圖如圖8所示。

圖8 立體倉(cāng)厙設(shè)備階段控制順序功能圖

4 結(jié)論

    立體倉(cāng)庫(kù)的進(jìn)出庫(kù)控制，涉及出入庫(kù)倉(cāng)位，電機(jī)的定位控制等方面，通過(guò)運(yùn)用設(shè)備階段編程的方式，用順序功能圖中狀態(tài)將生產(chǎn)過(guò)程與非生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)備階段控制聯(lián)系起來(lái)，使編程思路清晰。編程十分容易，將此種編程方式推廣到各種復(fù)雜控制中，將能大大節(jié)約編程時(shí)間，提高編程效率。

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2：Invensys Triconex: 冗余容錯(cuò)控制系統(tǒng)、基于三重模件冗余（TMR）結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代化的容錯(cuò)控制器。

3：Westinghouse（西屋）： OVATION系統(tǒng)、WDPF系統(tǒng)、WEStation系統(tǒng)備件。

4：Rockwell Allen-Bradley: Reliance瑞恩、SLC500/1747/1746、

MicroLogix/1761/1763/1762/1766/1764、CompactLogix/1769/1768、

Logix5000/1756/1789/1794/1760/1788、PLC-5/1771/1785等。

5：Schneider Modicon（施耐德莫迪康）：Quantum 140系列處理器、控制卡、電源模塊等。

6：ABB：工業(yè)機(jī)器人備件DSQC系列、Bailey INFI 90等。

7：Siemens(西門子)：Siemens MOORE， Siemens Simatic C1，Siemens數(shù)控系統(tǒng)等。

8：Motorola（摩托羅拉）：MVME 162、MVME 167、MVME1772、MVME177等系列。

9：XYCOM：I/O 、VME板和處理器等。

10：GE FANUC(GE發(fā)那科)：模塊、卡件、驅(qū)動(dòng)器等各類備件。

11：Yaskawa（安川）：伺服控制器、伺服馬達(dá)、伺服驅(qū)動(dòng)器。

12：Bosch Rexroth（博世力士樂(lè)）：Indramat，I/O模塊,PLC控制器,驅(qū)動(dòng)模塊等。

13：Woodward（伍德沃德）：SPC閥位控制器、PEAK150數(shù)字控制器。

14:工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)備件。

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