3.2 試驗(yàn)臺(tái)PLC控制程序設(shè)計(jì)
PLC是執(zhí)行元件執(zhí)行動(dòng)作的發(fā)起者，是整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的核心部件， PLC自身的性能也在一定程度上決定著試驗(yàn)臺(tái)整體性能，與此同時(shí)，PLC邏輯 程序的正確編寫也是整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，同時(shí)是本次試驗(yàn)臺(tái)搭建過程中 的一個(gè)難點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)。
PLC即可編程邏輯控制器，它是一種可編程的存儲(chǔ)器，其內(nèi)部有用于程序存 儲(chǔ)的單元，并能夠面向用戶進(jìn)行順序控制、定時(shí)等操作。PLC實(shí)質(zhì)上是一種用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件構(gòu)成與微型計(jì)算機(jī)類似，主要由：電源、中央處理單 元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊等構(gòu)成。
PLC以掃描的形式進(jìn)行工作，PLC的掃描周期分為：輸入采樣、用戶程序 執(zhí)行、輸出刷新[42_43]。不同的PLC在整個(gè)工作運(yùn)行過程中以一個(gè)一定的掃描速 度重復(fù)上述三個(gè)階段。
(1) 輸入采樣階段：在此階段，PLC以掃描的方式讀入所有輸入數(shù)據(jù)，并 將數(shù)據(jù)存入I/O映像區(qū)的相應(yīng)單元中。此階段的顯著特點(diǎn)是：在程序執(zhí)行過程中 即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，存儲(chǔ)在I/O映像區(qū)的響應(yīng)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)在下一個(gè)掃描周 期開始前也不會(huì)隨之改變，這就是所謂的集中輸入方式。
(2) 用戶程序執(zhí)行階段：在此階段，PLC總是從上而下，從左到右依次掃 描用戶程序，并進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，然后依據(jù)運(yùn)算結(jié)果，刷新邏輯線圈在存儲(chǔ) 區(qū)域中的邏輯狀態(tài)。此階段的顯著特點(diǎn)是：在程序執(zhí)行的過程中可以使用立即指 令。S卩，若使用此I/O指令，輸入過程映像存儲(chǔ)器的值不變，而程序會(huì)直接從I/O 模塊中取值，輸出過程映像存儲(chǔ)器的值會(huì)被立即更改。
(3) 輸出刷新階段：此階段在用戶程序執(zhí)行階段之后，也是PLC —個(gè)掃描 周期的最后階段。此階段結(jié)束后產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)和輸出狀態(tài)才是真正的PLC輸 出。這也是就所謂的集中輸出。此輸出值通過輸出電流來驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部設(shè)備
在了解PLC的工作原理之后，要依據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的具體需求進(jìn)行PLC的選型。 經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，本試驗(yàn)臺(tái)搭建的過程中所需要的輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)均為18個(gè)。由 于該試驗(yàn)臺(tái)搭建時(shí)所需要的輸入輸出信號(hào)點(diǎn)不多，因此所選PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù) 均超過18即可。由于歐姆龍系列PLC更加適用于小型系統(tǒng)，編程更容易，故考 慮選用歐姆龍系列PLC。CP1H系列PLC是歐姆龍?jiān)?/span>CS/CJ中型機(jī)的基礎(chǔ)上研 制開發(fā)的，是性能較好，擴(kuò)展能力較強(qiáng)的高端小機(jī)型PLC。，處理速度對(duì)于基本 指令為O.l^is; I/O容量最多7個(gè)擴(kuò)展單元，開關(guān)量最大320點(diǎn)，模擬量最大37 路。擁有自由端口兩個(gè)，可用于RS-232和RS-485通訊，并配有通用USB端口， 方便程序的上傳和下載。
本文在考慮滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)要求的同時(shí)，綜合考慮到后續(xù)試驗(yàn)臺(tái)的二次開 發(fā)，本文選用CP1H-XA40DT-D型號(hào)的歐姆龍PLC以及CP1W-16ER的擴(kuò)展模塊。 此型號(hào)PLC具有24個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，并具有模擬量輸出輸入功能。 CP1W-16ER的擴(kuò)展模塊的輸出點(diǎn)數(shù)量為16個(gè)。
3.2.2 PLC程序設(shè)計(jì)
在完成PLC選型之后，需要進(jìn)行PLC程序的編寫以使其能對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行 控制，PLC程序編寫過程的一般步驟是：首先要完成輸入輸出點(diǎn)的定義，然后是 26
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整體方案的確定，最后是PLC邏輯梯形圖的繪制。 |
下面將從以上三個(gè)方面進(jìn)行 |
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闡述。 |
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(1)輸入輸出點(diǎn)的定義 |
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1)輸入點(diǎn)的定義 |
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將PLC的輸入端與外部設(shè)備的反饋信號(hào)線相連接，其中外部設(shè)備包括外部 |
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傳感器、 |
伺服電機(jī)的反饋信號(hào)線、減速電機(jī)的反饋信號(hào)線，以此線路組成回路， |
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完成對(duì)PLC輸入的控制， |
此即為PLC的輸入電路。根據(jù)本試驗(yàn)臺(tái)搭建的實(shí)際情 |
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況，結(jié)合所需輸入點(diǎn)數(shù)， |
PLC相關(guān)輸入點(diǎn)的定義如下。 |
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表3.5輸入點(diǎn)統(tǒng)計(jì)及PLC輸入點(diǎn)的定義 |
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項(xiàng)目 |
伺服控制器報(bào) 警信號(hào) |
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氣缸位置信號(hào) |
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防護(hù)門 位置信 號(hào) |
機(jī)械 手原 點(diǎn)信 號(hào) |
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點(diǎn)數(shù) |
2 |
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4 |
|
1 |
1 |
|
內(nèi)容 |
Ml報(bào) M2報(bào) 曰曰 |
氣缸1 進(jìn)位標(biāo) 志 |
氣缸1 氣缸2 復(fù)位標(biāo)進(jìn)位標(biāo) 志 志 |
氣缸2 復(fù)位標(biāo) 志 |
防護(hù)門 關(guān)閉 |
機(jī)械 手原 點(diǎn) |
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地址 |
0.00 0.01 |
0.02 |
0.03 0.04 |
0.05 |
0.06 |
0.07 |
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項(xiàng)目 |
掉刀檢測信號(hào) |
|
熱繼電器信號(hào) |
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刀套位 置信號(hào) |
變頻 器報(bào) 馨 |
|
點(diǎn)數(shù) |
2 |
|
2 |
|
1 |
1 |
|
內(nèi)容 |
掉刀檢掉刀檢 |
FR1觸 |
FR2觸FR3觸 |
FR4觸 |
刀套位 |
M3 |
|
測1 測2 |
點(diǎn) |
占 占 |
點(diǎn) |
置 |
報(bào)警 |
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地址 |
1.05 1.06 |
1.03 |
1.00 1.01 |
1.02 |
0.08-0.10 |
1.04 |
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2)輸出點(diǎn)的定義
將PLC的輸出端與外部設(shè)備的輸入信號(hào)線相連接，其中外部設(shè)備包括伺服 控制器的輸入信號(hào)線、變頻器的輸入信號(hào)線、伺服電機(jī)的輸入信號(hào)線、減速電機(jī) 的輸入信號(hào)線，以此組成回路，實(shí)現(xiàn)PLC的輸出，即為PLC的輸出電路。根據(jù) 本試驗(yàn)臺(tái)搭建的實(shí)際情況，結(jié)合所需輸出點(diǎn)數(shù)，PLC相關(guān)輸出點(diǎn)的定義如下。
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表3.6輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)及PLC輸出點(diǎn)的定義 |
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項(xiàng)目 |
變頻器調(diào)速 |
電機(jī)剎 車 |
伺服控制器 工作 |
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線路得電 |
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點(diǎn)數(shù) |
1 |
1 |
2 |
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4 |
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內(nèi)容 |
M3調(diào)速 |
M3解 剎車 |
伺服控制器 使能 |
KA1 線圈 |
KA3 線圈 |
KA2 線圈 |
KA4 線 圈 |
|
地址 |
101.06 |
101.07 |
101.00-101.01 |
103.00 |
103.02 |
103.01 |
103. 03 |
|
項(xiàng)目 |
伺服控制器 脈沖輸出 |
變頻器 工作 |
|
氣缸控制 |
|
|
|
|
點(diǎn)數(shù) |
4 |
1 |
|
|
5 |
|
鎖 緊 缸 |
|
內(nèi)容 |
輸出脈沖 |
M3啟 動(dòng) |
氣缸1回刀 |
氣缸1 回刀 |
氣缸2 推刀 |
氣缸2 回刀 |
|
|
地址 |
100.00-100. 03 |
101.05 |
100.05 |
100.07 |
101.03 |
101.04 |
101. 02 |
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(2) PLC梯形圖程序的編制
在PLC輸入輸出電路設(shè)定完成之后，下一步就是進(jìn)行PLC邏輯梯形圖的繪 制，根據(jù)前述的PLC的選型結(jié)果，在PLC邏輯梯形圖的繪制過程中，選擇使用 CX-One軟件。PLC程序的編寫主要使用CX-One中的CX-Programmer軟件[44]。
根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)搭建的實(shí)際情況以及鏈?zhǔn)降稁爝\(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)作順序，PLC梯形圖程序 地編制主要分為三個(gè)大的方面：換刀準(zhǔn)備、就近選刀、機(jī)械手換刀。
1) 換刀準(zhǔn)備階段。換刀準(zhǔn)備階段的主要工作是先判斷所給的目標(biāo)刀號(hào)的具 體位置以及進(jìn)行刀倉空刀位地跟蹤，為下一步刀倉根據(jù)就近換刀原則進(jìn)行換刀做 好準(zhǔn)備。
2) 就近選刀階段。就近選刀主要是根據(jù)所給的目標(biāo)刀號(hào)所在的具體位置， 刀倉依照最短運(yùn)行路徑，把目標(biāo)刀號(hào)送至換刀位置，為下一步換刀機(jī)械手進(jìn)行換 刀做好準(zhǔn)備。
3) 機(jī)械手換刀階段。當(dāng)上述兩個(gè)階段進(jìn)行完成后，自動(dòng)換刀機(jī)械手會(huì)根據(jù) 目標(biāo)刀具的長度和重量，選擇合適的轉(zhuǎn)速進(jìn)行換刀，此階段換刀機(jī)械手的轉(zhuǎn)速由 變頻器進(jìn)行控制。
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