自動(dòng)化設(shè)備的多種工作方式

  在工業(yè)生產(chǎn)中，有很多生產(chǎn)設(shè)備是根據(jù)某種特定要求設(shè)計(jì)制造的，例如，動(dòng)力頭，機(jī)械手、各式各樣的非標(biāo)設(shè)備和生產(chǎn)線專用機(jī)械等，這些工業(yè)專機(jī)設(shè)備是機(jī)械、電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓和電氣控制相結(jié)合的一體化產(chǎn)品，它們的共同特點(diǎn)是自動(dòng)化程度高，半自動(dòng)化或全自動(dòng)化地完成特定的控制任務(wù)，無須人工干預(yù)。從控制的角度來看，它們基本上都屬于順序控制系統(tǒng)，有的是單流程順序控制，有的是有分支的順序控制，因此，都可以成為PLC的應(yīng)用控制對(duì)象。

  在工作方式上，它們也有控制的共同點(diǎn)，這些共同點(diǎn)可以通過如圖6.4-1 所示的鉆孔動(dòng)力頭控制進(jìn)行說明。

  圖6.4-1 鉆孔動(dòng)力頭控制示意圖及流程圖

  圖中，M1為主電動(dòng)機(jī)，M2為鉆頭快進(jìn)快退電動(dòng)機(jī)，YV為鉆頭工進(jìn)電磁閥，其控制原理與控制流程要求見圖(a)，順序控制流程見圖(b)，控制流程比較簡單，不再詳細(xì)說明。

  鉆孔動(dòng)力頭雖然簡單，但卻可以說明以它為代表的工業(yè)自動(dòng)化專用生產(chǎn)設(shè)備的控制方式，下面分別給予介紹。

  1)原點(diǎn)回歸工作方式

  原點(diǎn)是指設(shè)備的最初機(jī)械位置，一般的設(shè)備都是從原點(diǎn)開始作為一個(gè)控制周期的出發(fā)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，如果發(fā)生了斷電等特殊情況，控制可能會(huì)停留在中途位置，等到再來電時(shí)，也需要一個(gè)回原點(diǎn)的控制方式。

  在機(jī)械設(shè)備中，原點(diǎn)大多以位置的開關(guān)信號(hào)表示，有的還要考慮到執(zhí)行元件的狀態(tài)情況，例如，壓力等模擬量參數(shù)是否達(dá)到，各執(zhí)行器是否處于復(fù)位狀態(tài)等。

  在本例中，原點(diǎn)是指鉆孔起始位置，這時(shí)鉆桿應(yīng)沒有任何進(jìn)給，限位開關(guān)SQ1受壓閉合。很明顯，如果設(shè)備在三維空間運(yùn)動(dòng)，原點(diǎn)至少有三個(gè)方向的限位開關(guān)。

  如果設(shè)備不處于原點(diǎn)位置，則必須通過回原點(diǎn)的程序使設(shè)備回到原點(diǎn)位置。

  2)手動(dòng)工作方式

  手動(dòng)工作方式是指用手按動(dòng)按鈕使控制流程中各個(gè)執(zhí)行器負(fù)載能單獨(dú)接通和斷開。在自動(dòng)設(shè)備中，手動(dòng)方式也是不可缺少的一種工作方式。在正式生產(chǎn)前，可以手動(dòng)試試各個(gè)負(fù)載是否能正常工作。在部分設(shè)備中，中途停止時(shí)，可以用手動(dòng)方式繼續(xù)完成一個(gè)周期的工作，等等。

  在本例中，手動(dòng)是指對(duì)主電動(dòng)機(jī)M1、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2和工步進(jìn)給電磁閥YV的控制。單獨(dú)手動(dòng)時(shí)，除了試驗(yàn)負(fù)載是否正常工作外，還要試驗(yàn)是否能完成控制動(dòng)作要求。

  3)單步運(yùn)行工作方式

  單步運(yùn)行是指在順序控制中，每按動(dòng)一次按鈕，控制運(yùn)行就前進(jìn)一個(gè)狀態(tài)工步。在正常生產(chǎn)中，這是沒有必要的工作方式，但對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試卻是非常必要的。單步運(yùn)行時(shí)主要是觀察控制順序是否正常，每一個(gè)狀況工步內(nèi)的動(dòng)作是否符合要求，狀態(tài)能否正確轉(zhuǎn)移等。

  4)單周期運(yùn)行工作方式

  單周期是指僅運(yùn)行一個(gè)工作周期，例如，本例中如果一個(gè)工件鉆孔完畢，必須用人工進(jìn)行裝卸，則只能運(yùn)行一個(gè)周期回到原位等待啟動(dòng)指令，所以單周期運(yùn)行是一種半自動(dòng)工作方式。在單周期運(yùn)行期間，若中途按下停止按鈕，則停止運(yùn)行，如再啟動(dòng)按鈕，應(yīng)從斷開處繼續(xù)運(yùn)行，直到完成一個(gè)周期工作為止。

  5)自動(dòng)運(yùn)行工作

  如果把半自動(dòng)運(yùn)行工作方式中人工裝卸料換成由設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行裝卸料(當(dāng)然要增加設(shè)備，還要改變控制流程)，就變成了反復(fù)循環(huán)運(yùn)行的自動(dòng)工作方式。和半自動(dòng)不一樣，若在中途按動(dòng)停止按鈕，則會(huì)繼續(xù)完成一個(gè)工作周期回到原點(diǎn)才停止。

  這里，是用鉆孔動(dòng)力頭為例來說明自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的五種工作方式。實(shí)際上并不是所有自動(dòng)化設(shè)備都需要多種工作方式，簡單設(shè)備僅需要半自動(dòng)或全自動(dòng)工作方式。

  多種工作方式的編程

  如果一個(gè)負(fù)載系統(tǒng)要求上述五種工作方式，那么如何對(duì)這五種工作方式編程，并把它們?nèi)诤系匠绦蛑惺浅绦蚓幹频碾y點(diǎn)。

  分析一下這五種工作方式的控制要求，就會(huì)發(fā)現(xiàn)單步、單周期和自動(dòng)工作方式的控制過程是一樣的，都是系統(tǒng)運(yùn)行控制，只不過控制方式不同而已。因此，實(shí)際上需要編程的是手動(dòng)程序、原點(diǎn)回歸程序、自動(dòng)程序和用于它們之間切換的公用程序，如果利用 SFC 對(duì)多拉制方式系統(tǒng)進(jìn)行編程，則其程序結(jié)構(gòu)如圖6.4-2所示。

  圖中 X10~X14 為五種工作方式的選擇開關(guān)，這五個(gè)選擇開關(guān)是互為相斥的，每次只能有一個(gè)為 ON，在外部硬件上是用波段開關(guān)來保證五個(gè)選擇中不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上同時(shí)為ON。

  手動(dòng)程序比較簡單，它是用于負(fù)載相對(duì)應(yīng)的按鈕來單獨(dú)控制各個(gè)負(fù)載的動(dòng)作，設(shè)計(jì)中為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須增加一些互相之間的互鎖和連鎖。

  圖6.4-2 多種工作方式程序結(jié)構(gòu)

  原點(diǎn)回歸程序也比較簡單，只要按順序進(jìn)行位置方向上的回歸即可。設(shè)計(jì)中必須注意，如果回歸動(dòng)作是雙向動(dòng)作(左右行、上下行、前后行等)中的一個(gè)，必須先停止相反方向運(yùn)動(dòng)，才進(jìn)行回歸運(yùn)動(dòng)。注意回歸原點(diǎn)后，必須發(fā)出信號(hào)，表示原點(diǎn)位置條件滿足，并為進(jìn)入自動(dòng)程序段做好準(zhǔn)備。

  自動(dòng)程序的設(shè)計(jì)則比較復(fù)雜。當(dāng)然，再復(fù)雜的程序也可以設(shè)計(jì)，但由于復(fù)雜所耗費(fèi)的設(shè)計(jì)時(shí)間和精力則相當(dāng)多，能不能就這種多方式控制系統(tǒng)開發(fā)出一種通用簡便的設(shè)計(jì)方法，這是眾多PLC生產(chǎn)商和廣大用戶所關(guān)心的問題。

  三菱FXPLC的狀態(tài)初始化指令I(lǐng)ST就是生產(chǎn)商為多種方式控制系統(tǒng)開發(fā)的一種方便指令。IST指令和步進(jìn)指令STL 結(jié)合使用，專門用來自動(dòng)設(shè)置具有多種工作方式控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)和相關(guān)特殊輔助繼電器狀態(tài)，用戶不必考慮這些初始化狀態(tài)的激活和多種方式之間的切換，專心設(shè)計(jì)手動(dòng)、原點(diǎn)回歸和自動(dòng)程序，簡化了設(shè)計(jì)工作，節(jié)省了大量時(shí)間。

  和其他功能指令不同，IST指令是一個(gè)應(yīng)用指令宏，所謂“宏”是指帶有一定條件的簡化。因此，應(yīng)用IST指令必須要有滿足指令所要求的外部接線規(guī)定，內(nèi)部軟元件應(yīng)用條件才能完成IST指令所代表的多方式控制。