三菱PLC的深度開發(fā)及在電鍍自動線上的應(yīng)用

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。

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。現(xiàn)在的FX2N-PLC 增加了許多應(yīng)用指令（底層操作，相當于微機的匯編指令），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。

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工位位置，若當前位置大于目標位置則令行車后退，反之則前進，直到行車到目標位置前一個提前量時，令行車轉(zhuǎn)為慢速；當行車到目標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)置好目標工位，再調(diào)用該子程序，行車就會前進或后退，直到目標位置停下來，發(fā)出完成標志M86，即可轉(zhuǎn)入下一STL狀態(tài)。

（2） 延時動作字：

延時動作字的高字節(jié)用7EH 作為標識，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)束標志：

每個動作表用7FFFH 作為結(jié)束標志，執(zhí)行到結(jié)束標志表示一圈做完。若是單圈模式的話就進入停止狀態(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。

3.3 自動校正

由于旋轉(zhuǎn)編碼器指示的是行車的相對位置，因此在運行前應(yīng)該校正一下行車的絕對位置。我們采取在水平方向上安裝一個校正用接近開關(guān)的方法，讓行車在開始運行前先朝某方向去找校正接近開關(guān)，若在3 秒鐘內(nèi)未碰到校正接近開關(guān)，或碰到了極限開關(guān)，就讓行車朝另一方向去找。只要碰到校正接近開關(guān)，就把旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)器置為某一個確切值，行車的位置就校正了。在以后的運行中，行車每次經(jīng)過該校正接近開關(guān)，行車位置都會被再次校正，這樣可以消除積累誤差。

3.4 斷電恢復(fù)

以前一般的電鍍自動線控制系統(tǒng)往往沒有斷電恢復(fù)功能，在電鍍生產(chǎn)線工作中如果遇到突然斷電，往往結(jié)果很尷尬。即使很快又來電了，但由于看不出是在哪一步停下來的，只能從頭來過，造成已經(jīng)在鍍的工件報廢。利用PLC 的失電保存功能，我們這個系統(tǒng)具有斷電記憶，來電恢復(fù)的功能。為實現(xiàn)該功能，應(yīng)該整理一下所用到的寄存單元，分為要記憶和不要記憶的二部分。象STL 狀態(tài)、運行模式、運行狀態(tài)等都是要記憶的，而用作動作表指針的變址寄存器V、Z 無失電保存，需要用其他有失電保存的寄存器作為映象后備。一般的臨時單元都不需要失電保存，每次RUN 的時候都初始化這些單元。此外還應(yīng)注意的是，盡管來電后可以繼續(xù)剛才的工作，但來電后自動運行起來也是有危險的。本系統(tǒng)是這樣處理的：當RUN的時候檢查一下，若原先是在運行狀態(tài)下斷電，則令系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)，等待操作者通過操作面板按下“運行”鍵后才繼續(xù)工作。如果斷電時正在做水平運動，則因PLC 已經(jīng)失電，而行車的由于慣性仍有運動，造成PLC 記憶的行車位置和實際位置不符，在重新運行時應(yīng)該自動校正。

3.5 通訊

FX2N-PLC 提供了比較良好的通訊機制，只要在主機上擴展一塊RS232 通訊模塊（FX2N-232BD）即可。FX2N-PLC 的應(yīng)用指令中有完善的串行通訊指令，可以方便地使用。

在本系統(tǒng)中，上位機主動發(fā)送通訊串，PLC 接收到通訊串，根據(jù)通訊串中的命令號，作出相應(yīng)的動作，參見圖5。上位機可以讓PLC 返回或修改當前的工作狀態(tài)、返回或修改動作表中的動作字等，只要編制相應(yīng)的軟件，上位機就可以監(jiān)視、控制自動線的運行。

4 控制面板

常規(guī)的控制面板由按鈕、撥盤、開關(guān)、指示燈、數(shù)碼管組成，我們這次使用了三菱公司的F940GOT 人機界面，它是一個帶觸摸屏的彩色液晶顯示器，可以自由布置各種顯示、控制器件，如按鈕、鍵盤、開關(guān)、指示燈、文字、數(shù)碼管、圖片、進度條等，取代了所有的常規(guī)面板元件。這不僅大大節(jié)省了PLC 可貴的輸入輸出點，而且具有外觀新穎、信息量大、使用方便、修改靈活等特點。在應(yīng)用中還可以使用多屏畫面，把各種顯示、控制要求按功能分成多個畫面，相當于多個小控制面板，再用一個封面畫面負責(zé)切換。

圖6 是本系統(tǒng)控制面板中的主控畫面，具有運行模式（單步、單圈、連續(xù)）的設(shè)定和顯示；運行狀態(tài)（運行、暫停、停止）的設(shè)定和顯示；工藝（動作表）選擇；行車動作的顯示；手動控制；當前行車位置的數(shù)字和圖形顯示；定位誤差的顯示；動作步的顯示和修改；當前動作字的顯示；動作表的查詢顯示等。

5 結(jié)束語

由于該電鍍自動線充分開發(fā)了FX2N-PLC 的多種先進功能，并采用了較多的先進控制手段及新型的控制器件，使整個系統(tǒng)具有較優(yōu)良的性能。經(jīng)過一年多的實際運行，證明該系統(tǒng)是成功的。由此我們看到，由于PLC 具有許多優(yōu)異的性能，并且功能也日益強大，只要深入理解這些PLC 的原理，加強二次開發(fā)，就可以在更多的領(lǐng)域發(fā)揮PLC 的作用。