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1、引 言

    可編程控制器（PLC）以其運行可靠、易學(xué)易用、抗干擾性強等特點，在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。然而較多的應(yīng)用只是根據(jù)工藝編制相應(yīng)的梯形圖，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器電器控制線路，功能非常有限。近年來各種型號的PLC 在功能上已經(jīng)有了極大的提高，允許用戶做許多底層操作，幾乎可以象單片機一樣靈活，加上有眾多的外圍設(shè)備可以選用，這就給軟件、硬件設(shè)計帶來了很大的靈活性和先進性。本文通過三菱FX2N-PLC 在一條電鍍自動線上的應(yīng)用，說明如何充分開發(fā)PLC 的先進功能，達到行車動作的靈活設(shè)定、動態(tài)修改的功能，以及斷電恢復(fù)、通訊、新型人機界面的應(yīng)用。

2、系統(tǒng)簡介

    系統(tǒng)采用集散控制，參見圖1，上位機使用工控微機，負責(zé)工藝調(diào)度、質(zhì)量管理等宏觀控制；下位機使用三菱FX2N-PLC，控制行車的動作。行車吊勾（提升電鍍工件用）的垂直定位采用接近開關(guān)，水平定位采用旋轉(zhuǎn)編碼器，垂直和水平的運動都使用變頻控制普通交流異步電機來驅(qū)動，控制面板使用三菱的F940GOT 觸摸屏人機界面。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

3、PLC的應(yīng)用

    3.1 動作表

    行車動作無非就是上下左右受控移動，按照指定的順序（即動作表）完成一系列的動作。要求有幾套動作表可以選擇，動作可以靜態(tài)修改，也可以在運行時由上位機動態(tài)修改。這種要求若是僅用簡單的梯形圖是無法實現(xiàn)的，因為動作都是由梯形圖中的觸點指令實現(xiàn)，而梯形圖指令在運行時是不能修改的?，F(xiàn)在的FX2N-PLC 增加了許多應(yīng)用指令（底層操作，相當(dāng)于微機的匯編指令），以及提供了許多可供用戶使用的數(shù)據(jù)存儲單元，并且有間接尋址功能，這就使表結(jié)構(gòu)操作成為可能。在這里，我們把行車的一個動作定義為：“到幾號工位上升，再到幾號工位下降”，或者是“延時幾秒”，每個動作由一個字（16 位）組成，每個動作表由若干個動作字組成，放在PLC 的數(shù)據(jù)寄存器里，動作表由PLC 程序初始化，也可以在運行時通過串行通訊由上位機讀取和修改，PLC 程序在運行時只是不斷地解釋和執(zhí)行動作表。

    3.2 動作的解釋和執(zhí)行

    動作字有3種：行車動作字、延時動作字、結(jié)束標(biāo)志。 

    （1）行車動作字

    動作字的高字節(jié)表示“上升所到的工位號”， 低字節(jié)表示“下降所到的工位號”，例如：“0205”表示讓行車開到02 號工位，上升，再開到05 號工位，下降。

    由于一個行車動作字表示的是宏動作，由：“前進或后退，水平到位，上升，上到位，再前進或后退，水平到位，下降，下到位，完成”幾個微動作組成，通過FX2N-PLC 的步進階梯指令STL 實現(xiàn)非常合適。我們可以把行車的宏動作分解為幾個狀態(tài)，在到位時進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。參見圖2 的STL 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。垂直到位比較簡單，用上下到位接近開關(guān)直接控制即可。

圖2 STL狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

    水平到位稍微復(fù)雜一些。在程序初始化時將每個工位的準確位置送到數(shù)據(jù)寄存器里，稱做工位位置表，每個工位的實際位置數(shù)據(jù)通過實測得到。動作表、工位位置表、行車水平運動的關(guān)系請參見圖3。運行時通過旋轉(zhuǎn)編碼器得到行車的當(dāng)前位置，每毫米大約發(fā)3 個脈沖。在做水平動作時，先取出動作字，分離高低字節(jié)，得到目標(biāo)工位號，將此工位號作為工位位置表的偏移量，用間接尋址方法得到目標(biāo)工位位置，若當(dāng)前位置大于目標(biāo)位置則令行車后退，反之則前進，直到行車到目標(biāo)位置前一個提前量時，令行車轉(zhuǎn)為慢速；當(dāng)行車到目標(biāo)位置前另一個提前量時，令行車制動。這二個提前量都根據(jù)實際情況加以調(diào)整，慢速提前量通常為半個工位間隔，制動提前量根據(jù)實際的行車速度、慣性而定。經(jīng)過調(diào)整，最終定位精度可以達到±1mm 左右。

圖3 水平動作

    圖4是行車水平處理子程序，在二個水平進退STL 狀態(tài)中先設(shè)置好目標(biāo)工位，再調(diào)用該子程序，行車就會前進或后退，直到目標(biāo)位置停下來，發(fā)出完成標(biāo)志M86，即可轉(zhuǎn)入下一STL狀態(tài)。

圖4 水平處理子程序

    （2）延時動作字

    延時動作字的高字節(jié)用7EH作為標(biāo)識，低字節(jié)為延時值，如“7E30”。延時動作比較簡單，取出動作字，分析一下若是延時動作，將延時值送延時定時器就可以了。以前的PLC 定時器常數(shù)在梯形圖中設(shè)定，運行時不能改變，F(xiàn)X2N-PLC 定時器允許將數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容作為定時值，才使在運行時改變定時常數(shù)成為可能。

    （3）結(jié)束標(biāo)志

    每個動作表用7FFFH作為結(jié)束標(biāo)志，執(zhí)行到結(jié)束標(biāo)志表示一圈做完。若是單圈模式的話就進入停止?fàn)顟B(tài)，若是連續(xù)模式的話就讓動作表指針重新指向表首，繼續(xù)運行。