1 引言
工業(yè)控制中，許多場合要應用順序控制的方式進行控制，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)進程，分析各個對象的狀態(tài)，用各種邏輯互鎖完成編程。當采用設備階段控制方式編程時，將使編程變得十分簡潔。直接面對設備的狀態(tài)進程去完成控制。將傳統(tǒng)的互鎖邏輯關系，演化成設備狀態(tài)的關系，對設備的待機、運行、保持、重啟、中止、放棄、停止、完成、復位等狀態(tài)進程進行管理，這對于整個生產(chǎn)過程中設備運行狀態(tài)決定動作程序，且設備的動作相對獨立的需求是極為方便的，也成為當前推廣的編程方式。
2 設備階段控制方式的實現(xiàn)
在進行設備階段控制編程時，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、運行、完成、復位組成，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。設備的階段控制由主程序來控制，每一個時刻設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蟮姆绞剑幹葡鄳墓δ軌K，完成控制要求。
圖1 設備階段控制組成圖
3 設備階段控制在倉庫控制的應用
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)，具體位號由程序設定。提升機X／y軸無刷電機實現(xiàn)貨物的定位。Z軸和R軸步進電機及氣缸實現(xiàn)貨物的自動存取。控制程序要完成貨物出庫、入庫判斷，倉庫貨位號判斷。精確定位、貨物的存放和限位保護等功能。如果按照常規(guī)的順序功能圖來編程，在每一個狀態(tài)都要考慮各個設備在正常和異常時控制，將十分復雜。如使用設備階段控制編程方法，將使編程變得十分簡潔。
3．2 立體倉庫的設備階段控制
按照設備階段控制的方法，根據(jù)立體倉庫控制要求，將立體倉庫控制分為設備待機、運行、異常故障、停止、復位等階段。
設備待機階段是指提升機各軸處于零點位置，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，當出現(xiàn)異常時轉(zhuǎn)入異常處理狀態(tài)。
設備異常階段指生產(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“復位”鍵，轉(zhuǎn)入復位進入設備待機狀態(tài)。設備復位階段指巷道提升機完成零點歸位及編碼器清零的過程。設備停止階段指將運動的電機停止，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 立體倉厙的設備階段控制圖
3．3 各個階段的控制實現(xiàn)
3．3．1 設備運行階段
根據(jù)系統(tǒng)控制要求及設備狀態(tài)，設備運行階段要完成：1)出入庫判斷及倉庫狀態(tài)的掃描，確定相應的庫位及X軸、y軸坐標；2)根據(jù)坐標，各軸電機經(jīng)加減速精確定位；3)根據(jù)時序關系，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X軸和y軸直流無刷電機通過EM235輸出的o～5V電壓值控制電機的速度。通過目標位置的坐標轉(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)。
編碼器設置程序如下：
直流無刷電機的控制程序流程圖如圖5所示。
圖5 直流無刷電機控制流程圖
步進電機的定位，采用目標坐標轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)控制。當步進電機連接絲杠時，PLC發(fā)出N個脈沖，工作臺面移動的距離為
式中：d為步進電機驅(qū)動器的脈沖細分數(shù)；0為步進電機的步距角；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，控制步進電機速度與距離。在立體倉庫提升機的步進電機控制中，使用圖6程序流程圖完成步進電機的定位。步進電機定位中加減速控制功能塊如圖7所示。
圖6 步進電機定位控制流程圖
圖7 步進電機速度控制圖
步進電機速度控制模塊中加速勻速減速設定程序如下，其寄存器定義見表2。
表2 步進電機加減速控制寄存器表
貨物的出庫入庫控制模塊，是標準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或絕對坐標的方式，調(diào)用電機精確定位程序模塊，完成貨物出庫或入庫控制。
3．3．2 設備的復位待機階段
將所有軸歸零，等待指令進入設備運行階段。首先將X軸和y軸目標坐標設為零。Z軸和R軸目標坐標固定，調(diào)用編碼器設置程序，使電機各軸運動。當各軸接觸到零位開關時，復位程序寄存器及編碼器，完成歸零過程。
3．3．3 設備停止階段
當“停止”按鍵按下，X軸和y軸直流無刷電機通過模擬量模塊EM232輸出零，電機速度變?yōu)榱悖闺姍C停止。Z軸和R軸步進電機通過調(diào)用功能塊完成。其程序如下：
3．4 設備階段的控制
將設備復位待機狀態(tài)、設備運行狀態(tài)、設備故障狀態(tài)和設備停止狀態(tài)使用順序功能圖中順序控制繼電器(SCR)指令及置位／復位(S／R)指令完成控制。其順序功能圖如圖8所示。
圖8 立體倉厙設備階段控制順序功能圖
4 結(jié)論
立體倉庫的進出庫控制，涉及出入庫倉位，電機的精確定位控制等方面，通過運用設備階段編程的方式，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雜控制中，將能大大節(jié)約編程時間，提高編程效率。
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