1 引言

    工業(yè)控制中，許多場合要應(yīng)用順序控制的方式進(jìn)行控制，即時序邏輯的控制方式。但對于控制對象較多，工藝復(fù)雜的生產(chǎn)過程，編制PLC程序時，編程人員需要針對生產(chǎn)進(jìn)程，分析各個對象的狀態(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，將使編程變得十分簡潔。直接面對設(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，對設(shè)備的待機(jī)、運行、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，這對于整個生產(chǎn)過程中設(shè)備運行狀態(tài)決定動作程序，且設(shè)備的動作相對獨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現(xiàn)

    在進(jìn)行設(shè)備階段控制編程時，首先根據(jù)生產(chǎn)工藝和動作順序，將整個生產(chǎn)過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控制，每一個時刻設(shè)備只能處于一個狀態(tài)。對每一個狀態(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)備階段控制在倉庫控制的應(yīng)用

    3．1 生產(chǎn)線立體倉庫系統(tǒng)組成

    生產(chǎn)線立體倉庫由原料庫和成品庫、提升機(jī)和控制系統(tǒng)組成。通過生產(chǎn)線上工裝板的裝載情況完成出庫和入庫操作，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)線立體倉庫結(jié)構(gòu)圖

圖3生產(chǎn)線立體倉厙控制系統(tǒng)圖

    立體倉儲庫，每個倉儲位都裝有檢測傳感器，實時監(jiān)控貨物的有無，此立體倉儲庫包含原材料區(qū)、成品區(qū)，具體位號由程序設(shè)定。提升機(jī)X／y軸無刷電機(jī)實現(xiàn)貨物的定位。Z軸和R軸步進(jìn)電機(jī)及氣缸實現(xiàn)貨物的自動存取?？刂瞥绦蛞瓿韶浳锍鰩臁⑷霂炫袛?，倉庫貨位號判斷。精確定位、貨物的存放和限位保護(hù)等功能。如果按照常規(guī)的順序功能圖來編程，在每一個狀態(tài)都要考慮各個設(shè)備在正常和異常時控制，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潔。

   3．2 立體倉庫的設(shè)備階段控制

    按照設(shè)備階段控制的方法，根據(jù)立體倉庫控制要求，將立體倉庫控制分為設(shè)備待機(jī)、運行、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)各軸處于零點位置，且X軸和y軸旋轉(zhuǎn)編碼器置零時狀態(tài)。

    設(shè)備運行階段是指根據(jù)庫位和生產(chǎn)線的來料狀態(tài)，完成出入庫過程，當(dāng)出現(xiàn)異常時轉(zhuǎn)入異常處理狀態(tài)。

    設(shè)備異常階段指生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常時，按下“停止”按鍵或“急停”，用手動方式，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)完成零點歸位及編碼器清零的過程。設(shè)備停止階段指將運動的電機(jī)停止，等待指令過程。立體倉庫的階段控制在主程序中通過“按鍵”或狀態(tài)量實現(xiàn)，其階段控制流程圖見圖4。

圖4 立體倉厙的設(shè)備階段控制圖

    3．3 各個階段的控制實現(xiàn)

    3．3．1 設(shè)備運行階段

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

表1 立體倉庫系統(tǒng)主耍l／o地址

    倉位狀態(tài)的確定。為了節(jié)省I／O輸入點數(shù)，采用矩陣掃描的方式。將倉位狀態(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，每個行線分別接PLC輸出端，列線分別接PLC輸入端，通過定時掃描，確定倉位的狀態(tài)。

    精確定位。在立體倉庫中提升機(jī)X軸和y軸直流無刷電機(jī)通過EM235輸出的o～5V電壓值控制電機(jī)的速度。通過目標(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動的方向，以梯形速度曲線，保證精確定位。編碼器采用增量式編碼器，對編碼器的高速脈沖采用HSCl和HSC2高速計數(shù)器，用模式9，A／B相正交計數(shù)器模式完成編碼器脈沖的計數(shù)。

    編碼器設(shè)置程序如下：

    直流無刷電機(jī)的控制程序流程圖如圖5所示。

圖5 直流無刷電機(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，PLC發(fā)出N個脈沖，工作臺面移動的距離為

    式中：d為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的脈沖細(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。在立體倉庫提升機(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

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

    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)各軸運動。當(dāng)各軸接觸到零位開關(guān)時，復(fù)位程序寄存器及編碼器，完成歸零過程。

    3．3．3 設(shè)備停止階段

    當(dāng)“停止”按鍵按下，X軸和y軸直流無刷電機(jī)通過模擬量模塊EM232輸出零，電機(jī)速度變?yōu)榱?，使電機(jī)停止。Z軸和R軸步進(jìn)電機(jī)通過調(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 立體倉厙設(shè)備階段控制順序功能圖

4 結(jié)論

    立體倉庫的進(jìn)出庫控制，涉及出入庫倉位，電機(jī)的精確定位控制等方面，通過運用設(shè)備階段編程的方式，用順序功能圖中狀態(tài)將生產(chǎn)過程與非生產(chǎn)過程的設(shè)備階段控制聯(lián)系起來，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)約編程時間，提高編程效率。