自動化設備的多種工作方式

  在工業(yè)生產中，有很多生產設備是根據某種特定要求設計制造的，例如，動力頭，機械手、各式各樣的非標設備和生產線專用機械等，這些工業(yè)專機設備是機械、電動、氣動、液壓和電氣控制相結合的一體化產品，它們的共同特點是自動化程度高，半自動化或全自動化地完成特定的控制任務，無須人工干預。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的應用控制對象。

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

  圖6.4-1 鉆孔動力頭控制示意圖及流程圖

  圖中，M1為主電動機，M2為鉆頭快進快退電動機，YV為鉆頭工進電磁閥，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，不再詳細說明。

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

  1)原點回歸工作方式

  原點是指設備的最初機械位置，一般的設備都是從原點開始作為一個控制周期的出發(fā)點，在實際生產中，如果發(fā)生了斷電等特殊情況，控制可能會停留在中途位置，等到再來電時，也需要一個回原點的控制方式。

  在機械設備中，原點大多以位置的開關信號表示，有的還要考慮到執(zhí)行元件的狀態(tài)情況，例如，壓力等模擬量參數是否達到，各執(zhí)行器是否處于復位狀態(tài)等。

  在本例中，原點是指鉆孔起始位置，這時鉆桿應沒有任何進給，限位開關SQ1受壓閉合。很明顯，如果設備在三維空間運動，原點至少有三個方向的限位開關。

  如果設備不處于原點位置，則必須通過回原點的程序使設備回到原點位置。

  2)手動工作方式

  手動工作方式是指用手按動按鈕使控制流程中各個執(zhí)行器負載能單獨接通和斷開。在自動設備中，手動方式也是不可缺少的一種工作方式。在正式生產前，可以手動試試各個負載是否能正常工作。在部分設備中，中途停止時，可以用手動方式繼續(xù)完成一個周期的工作，等等。

  在本例中，手動是指對主電動機M1、進給電動機M2和工步進給電磁閥YV的控制。單獨手動時，除了試驗負載是否正常工作外，還要試驗是否能完成控制動作要求。

  3)單步運行工作方式

  單步運行是指在順序控制中，每按動一次按鈕，控制運行就前進一個狀態(tài)工步。在正常生產中，這是沒有必要的工作方式，但對設備進行調試卻是非常必要的。單步運行時主要是觀察控制順序是否正常，每一個狀況工步內的動作是否符合要求，狀態(tài)能否正確轉移等。

  4)單周期運行工作方式

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

  5)自動運行工作

  如果把半自動運行工作方式中人工裝卸料換成由設備自動進行裝卸料(當然要增加設備，還要改變控制流程)，就變成了反復循環(huán)運行的自動工作方式。和半自動不一樣，若在中途按動停止按鈕，則會繼續(xù)完成一個工作周期回到原點才停止。

  這里，是用鉆孔動力頭為例來說明自動化生產設備的五種工作方式。實際上并不是所有自動化設備都需要多種工作方式，簡單設備僅需要半自動或全自動工作方式。

  多種工作方式的編程

  如果一個負載系統(tǒng)要求上述五種工作方式，那么如何對這五種工作方式編程，并把它們融合到程序中是程序編制的難點。

  分析一下這五種工作方式的控制要求，就會發(fā)現單步、單周期和自動工作方式的控制過程是一樣的，都是系統(tǒng)運行控制，只不過控制方式不同而已。因此，實際上需要編程的是手動程序、原點回歸程序、自動程序和用于它們之間切換的公用程序，如果利用 SFC 對多拉制方式系統(tǒng)進行編程，則其程序結構如圖6.4-2所示。

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

  手動程序比較簡單，它是用于負載相對應的按鈕來單獨控制各個負載的動作，設計中為了保證系統(tǒng)的安全運行，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構

  原點回歸程序也比較簡單，只要按順序進行位置方向上的回歸即可。設計中必須注意，如果回歸動作是雙向動作(左右行、上下行、前后行等)中的一個，必須先停止相反方向運動，才進行回歸運動。注意回歸原點后，必須發(fā)出信號，表示原點位置條件滿足，并為進入自動程序段做好準備。

  自動程序的設計則比較復雜。當然，再復雜的程序也可以設計，但由于復雜所耗費的設計時間和精力則相當多，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計方法，這是眾多PLC生產商和廣大用戶所關心的問題。

  三菱FXPLC的狀態(tài)初始化指令IST就是生產商為多種方式控制系統(tǒng)開發(fā)的一種方便指令。IST指令和步進指令STL 結合使用，專門用來自動設置具有多種工作方式控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)和相關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，專心設計手動、原點回歸和自動程序，簡化了設計工作，節(jié)省了大量時間。

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