引言
組合機(jī)床是針對(duì)某些特定工件,按特定工序進(jìn)行批量加工的專用設(shè)備。隨著PLC的廣泛應(yīng)用和機(jī)床電控技術(shù)的不斷發(fā)展,利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)組合機(jī)床的自動(dòng)控制,無(wú)疑是今后的發(fā)展方向,而針對(duì)這種控制的PLC程序設(shè)計(jì)也顯得尤為重要。這種控制屬于順序邏輯控制,有多種編程方法與語(yǔ)言可供選擇,編程中也有一些技巧與規(guī)律可循。下面較為詳細(xì)的介紹一組合機(jī)床自動(dòng)控制的PLC程序設(shè)計(jì)實(shí)例。
1 實(shí)例工作過(guò)程及程序設(shè)計(jì)思路
本文給出的實(shí)例是一臺(tái)立臥三面鏜床,有右頭、左頭及上頭三個(gè)工作頭,有自動(dòng)循環(huán)（三頭同時(shí)加工）和單頭調(diào)整四種不同工況。三頭同時(shí)加工時(shí),一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)過(guò)程如圖1所示。其特點(diǎn)是多頭同時(shí)加工和多工步,體現(xiàn)在控制要求上是:工步之間轉(zhuǎn)換條件較復(fù)雜,存在并行同步問(wèn)題,記憶、連鎖等問(wèn)題也較多。鑒于此,應(yīng)采用順序功能流程圖的程序設(shè)計(jì)方法:首先根據(jù)對(duì)工作過(guò)程的分析對(duì)各步、轉(zhuǎn)換條件及路徑進(jìn)行全面定義,確定各步的動(dòng)作,然后按照控制要求,運(yùn)用指令對(duì)各步和轉(zhuǎn)換進(jìn)行編程。
圖1 自動(dòng)工作循環(huán)過(guò)程
第一步的定義可由順序功能流程圖描述,圖2所示為本例主功能流程圖。它從功能入手,以功能為主線,將生產(chǎn)過(guò)程分解為若干個(gè)獨(dú)立的連續(xù)階段（步） 。
分解的各步可以是一個(gè)實(shí)際的順序步,例如步1,對(duì)應(yīng)的動(dòng)作是起動(dòng)主泵電機(jī),也可以是生產(chǎn)過(guò)程的一個(gè)階段,例如步2為自動(dòng)工作過(guò)程,其功能流程圖見(jiàn)圖3。
從這兩個(gè)功能流程圖可以看到,它將各步的操作、轉(zhuǎn)換條件以及步的推進(jìn)過(guò)程簡(jiǎn)單明了地顯示出來(lái)了,并體現(xiàn)出了具有單序列、選擇序列、并行序列幾種基本結(jié)構(gòu)。例如步25至步27是單序列,實(shí)現(xiàn)了多工序的順序工作;步12、步13、步14及步15構(gòu)成了四分支選擇序列結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)三頭同時(shí)加工、右頭調(diào)整、上頭調(diào)整、左頭調(diào)整四種工況的選擇;而步28至步30、步31至步34、步35至步38則形成了三個(gè)并行的分支,實(shí)現(xiàn)的是三頭同時(shí)加工過(guò)程;步21、步22與步23、步24間也是并行關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了工件上位降中位與主軸定位兩個(gè)工序并行工作。該兩個(gè)并行的過(guò)程間有同步問(wèn)題,即步21 （工件上位降中位）與步23 （主軸定位）同時(shí)開(kāi)始,但不同時(shí)結(jié)束,需要用并行序列的合并來(lái)同步（等待兩個(gè)動(dòng)作均結(jié)束） ,使之同時(shí)轉(zhuǎn)入步25。三頭同時(shí)加工時(shí)也有此問(wèn)題。在順序功能流程圖的描述中,注意要說(shuō)明各步間的轉(zhuǎn)換條件、各步對(duì)應(yīng)的命令與動(dòng)作及相應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)。
圖2 主功能流程圖
2 程序?qū)崿F(xiàn)方法
接下來(lái)的第二步則需要用某種編程語(yǔ)言的指令對(duì)上述功能流程圖進(jìn)行編程,以實(shí)現(xiàn)其中的功能和操作。
目前已有提供直接功能流程圖編程的PLC,但對(duì)于不具有該編程語(yǔ)言的PLC,可采用仿功能流程圖編程的方法,這里所說(shuō)的是采用梯形圖、指令表等最常見(jiàn)的編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編程的方法。根據(jù)功能流程圖的描述,可將該復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分解為單序列、選擇序列、并行序列幾種基本環(huán)節(jié),找出這些基本環(huán)節(jié)各自的規(guī)律、編程規(guī)則,化整為零分塊編程。這樣程序?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化模塊形式,編程的思路更清楚,程序設(shè)計(jì)更為規(guī)范。各種基本環(huán)節(jié)的程序?qū)崿F(xiàn)可采用通用邏輯指令、置位與復(fù)位指令或移位寄存器,這幾種實(shí)現(xiàn)方法有一個(gè)共性就是要考慮如何激活一步、保持該步、又如何停止一步,如果用步進(jìn)指令來(lái)實(shí)現(xiàn),這些問(wèn)題就無(wú)需考慮,程序也簡(jiǎn)潔的多。下面給出運(yùn)用步進(jìn)指令實(shí)現(xiàn)的對(duì)圖2、圖3的編程,并就關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析。
圖4為主功能流程圖的梯形圖,圖5為自動(dòng)工作功能流程圖的梯形圖（只給出了一部分） 。先看步25到步27的單序列,其各步的控制規(guī)律為:若某步為活動(dòng)時(shí),則當(dāng)它與下步間的轉(zhuǎn)換條件一旦成立,該步即變?yōu)榉腔顒?dòng)步,而下一步成為活動(dòng)步。當(dāng)步為活動(dòng)時(shí),相應(yīng)的動(dòng)作和命令才執(zhí)行,非活動(dòng)步相應(yīng)的動(dòng)作和命令不被執(zhí)行。這樣步25是活動(dòng)步時(shí),會(huì)發(fā)右頭快進(jìn)指令（使Y442得電） ,直到快進(jìn)到位（行程開(kāi)關(guān)SQ4受壓,轉(zhuǎn)換條件X412滿足） ,步25成為非活動(dòng)步,右頭停止快進(jìn)（使Y442失電） ,步26成為活動(dòng)步,工件開(kāi)始從中位降下位（使Y447、Y552得電） ??。選擇序列各步的控制規(guī)律為:分支時(shí),若一個(gè)前級(jí)步是活動(dòng)的,則當(dāng)它與多個(gè)選擇后續(xù)步之間的哪個(gè)轉(zhuǎn)換條件滿足,哪個(gè)后續(xù)步就成為活動(dòng)步,而前級(jí)步成為非活動(dòng)步。合并時(shí),若多個(gè)選擇前級(jí)步之一是活動(dòng)的,當(dāng)該活動(dòng)步與一個(gè)后續(xù)步之間的轉(zhuǎn)換條件滿足,則后續(xù)步就成為活動(dòng)步,前級(jí)步成為非活動(dòng)步。實(shí)例中步11為活動(dòng)步時(shí),四個(gè)分支的轉(zhuǎn)換條件哪個(gè)成立則哪個(gè)分支步就會(huì)成為活動(dòng)步。如果按動(dòng)自動(dòng)加工起動(dòng)按鈕,使轉(zhuǎn)換條件X403滿足,則會(huì)進(jìn)入步12,開(kāi)始自動(dòng)加工過(guò)程,直到轉(zhuǎn)換條件X424滿足,分支合并循環(huán)到初始步,開(kāi)始一個(gè)新的輪回。按照控制要求,整個(gè)加工過(guò)程中主泵電機(jī)需要一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),所以在步11中使用了置位Y430指令,而在步11成為非活動(dòng)步后, Y430并不失電。并行序列各步的控制規(guī)律為:分支時(shí),若一個(gè)前級(jí)步是活動(dòng)的,則當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足,則多個(gè)并行的后續(xù)步同時(shí)成為活動(dòng)步,而前級(jí)步成為非活動(dòng)步。合并時(shí),若多個(gè)并行的前級(jí)步均是活動(dòng)的,當(dāng)轉(zhuǎn)換條件滿足,則一個(gè)后續(xù)步成為活動(dòng)步,多個(gè)并行的前級(jí)步同步成為非活動(dòng)的。實(shí)例中步20為活動(dòng)步時(shí),執(zhí)行裝件指令,裝件完畢,轉(zhuǎn)換條件X425滿足,步21、步23同時(shí)成為活動(dòng)步,即停止裝件,開(kāi)始工件上位降中位和主軸定位動(dòng)作。由于這兩個(gè)動(dòng)作不同時(shí)結(jié)束,因此插入了兩個(gè)沒(méi)有動(dòng)作和命令的空步——步22、步24 （梯形圖中相應(yīng)的步進(jìn)接點(diǎn)沒(méi)有連接輸出繼電器） ,用于分別停止兩個(gè)前級(jí)步,結(jié)束相應(yīng)的動(dòng)作,并等待兩個(gè)動(dòng)作均停止的時(shí)刻,一旦時(shí)刻來(lái)到（條件X410·X427滿足） ,兩并行步合并轉(zhuǎn)換到步25。三頭同時(shí)加工時(shí),也有類似的同步問(wèn)題,在此不再贅述。
圖3 自動(dòng)工作功能流程圖
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)本PLC程序設(shè)計(jì)實(shí)例可以看出,采用順序功能流程圖的程序設(shè)計(jì)方法有以下優(yōu)點(diǎn):a. 功能流程圖與生產(chǎn)過(guò)程結(jié)合緊密,設(shè)計(jì)思路明確,系統(tǒng)操作含義清晰,有利于工藝和自控技術(shù)、設(shè)計(jì)人員的思想溝通;b. 功能流程圖可以向設(shè)計(jì)者提供規(guī)律的控制問(wèn)題描述方法,就易于得到相應(yīng)的編程方式,易于設(shè)計(jì)出任意復(fù)雜的控制程序,并使編程更趨于規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。
圖4 主功能流程圖的梯形圖
圖5 自動(dòng)工作功能流程圖的梯形圖（部分）
（轉(zhuǎn)載）
