以PLC主控單元作為控制器的數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何榮

(桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西南寧530001)

用PLC 主控單元作為控制器的數(shù)字控制，是把被控設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測(cè)裝置(如光柵)所檢測(cè)的位移脈沖信號(hào)，作為PLC 主控單元的反饋信號(hào)，通過PLC 的計(jì)數(shù)器對(duì)位移脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作順序及動(dòng)作位移的數(shù)字控制。下面以液壓縱橫刀架的PLC 數(shù)字控制為例，說明其控制原理。

1 被控設(shè)備的工藝分析

圖1 為縱橫刀架的液壓系統(tǒng)及刀架位移檢測(cè)示意圖，它由縱刀架和橫刀架構(gòu)成，采用液壓驅(qū)動(dòng)?？v刀架液壓系統(tǒng)主要由兩個(gè)二位三通電磁換向閥YV1、YV2 和一個(gè)調(diào)速閥組成。橫刀架液壓系統(tǒng)主要由兩個(gè)二位三通電磁換向閥YV3、YV4 和一個(gè)調(diào)速閥組成。當(dāng)YV1、YV2 都得電時(shí)，刀架實(shí)現(xiàn)縱向差動(dòng)快進(jìn)，然后YV1 保持得電，YV2 斷電，液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為回油節(jié)流調(diào)速，刀架縱向工進(jìn)，當(dāng)YV1 斷電和YV2 得電時(shí)，刀架沿縱向快退回原位，靠死擋鐵限位精確停止;當(dāng)YV3、YV4 都得電時(shí)，橫刀架實(shí)現(xiàn)橫向差動(dòng)快進(jìn)，接著YV3 保持得電，YV4 斷電，橫刀架液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為回油節(jié)流調(diào)速，刀架橫向工進(jìn)，當(dāng)YV3 斷電和YV4 得電時(shí)，刀架沿橫向快退回原位，靠死擋鐵限位精確停止。

刀架每移動(dòng)0.05 mm，其位移檢測(cè)裝置發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)。根據(jù)0.05 mm 的脈沖當(dāng)量和要求的快進(jìn)、快退及工進(jìn)行程，可計(jì)算出每個(gè)工步要求的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，作為計(jì)數(shù)器的設(shè)定值。

圖1 縱橫刀架液壓系統(tǒng)及位移檢測(cè)示意圖

2 控制流程功能圖

控制流程如圖2 所示。圖中的X0 為PLC 的輸入繼電器，Y1、Y2、Y3、Y4 為輸出繼電器。CNT × ××為計(jì)數(shù)器。K× × × ×為計(jì)數(shù)器的設(shè)定值。刀架的初始狀態(tài)為縱橫刀架均在原位，分別頂緊原位死擋鐵。按下按鈕X0 啟動(dòng)后，流程圖左起第一個(gè)方框下方所示的電磁閥得電，進(jìn)入該方框上方所示的工步。該步計(jì)數(shù)器到達(dá)設(shè)定值時(shí)，發(fā)出信號(hào)使下一方框?qū)?yīng)的電磁閥得電，并轉(zhuǎn)換為下一工步，依此類推，直到最后一個(gè)工步。最后工步的計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定值時(shí)，發(fā)出信號(hào)使計(jì)數(shù)器相繼復(fù)位，令數(shù)控系統(tǒng)停止工作。

圖2 刀架的PLC 數(shù)控流程圖

3 PLC 數(shù)控梯形圖

圖3 為刀架半自動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)梯形圖。圖中，輸入繼電器X0 外接啟動(dòng)按鈕;R0 為內(nèi)部繼電器;CP11、CP12、CP13 分別為縱刀架快進(jìn)、工進(jìn)和快退的位移檢測(cè)脈沖信號(hào);CP21、CP22、CP23 分別為橫刀架快進(jìn)、工進(jìn)和快退的位移檢測(cè)脈沖信號(hào)。

圖3 刀架數(shù)控梯形圖

數(shù)控系統(tǒng)的控制過程為:按下啟動(dòng)按鈕X0，內(nèi)部繼電器R0 得電自保。R0 的常開觸點(diǎn)使輸出繼電器Y1 和Y2 得電輸出接通電磁換向閥YV1 和YV2，使縱刀架快進(jìn)，同時(shí)斷開計(jì)數(shù)器CNT100 的復(fù)位端，使其進(jìn)入縱刀架快進(jìn)計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)CNT100 的計(jì)數(shù)值達(dá)到7 000 時(shí)，其輸出常閉觸點(diǎn)使YV2 斷電，縱刀架轉(zhuǎn)換為工進(jìn)，同時(shí)斷開計(jì)數(shù)器CNT101 的復(fù)位端，使其進(jìn)入縱刀架工進(jìn)計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)CNT101 的計(jì)數(shù)值達(dá)到2 000 時(shí)，其輸出常閉觸點(diǎn)斷開YV1，縱刀架工進(jìn)停止，其常開觸點(diǎn)使YV3 和YV4 得電，使橫刀架快進(jìn)，同時(shí)斷開計(jì)數(shù)器CNT102 的復(fù)位端，使橫刀架進(jìn)入快進(jìn)計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)CNT102 的計(jì)數(shù)值達(dá)到4 000 時(shí)，其輸出常閉觸點(diǎn)使YV4 斷電，橫刀架轉(zhuǎn)換為工進(jìn)，同時(shí)斷開計(jì)數(shù)器CNT103 的復(fù)位端，使其進(jìn)入橫刀架工進(jìn)計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)它的計(jì)數(shù)值達(dá)到1 500 時(shí)，CNT103的常閉觸點(diǎn)斷開YV3，使橫刀架工進(jìn)停止，其常開觸點(diǎn)同時(shí)接通YV2 和YV4，使縱刀架和橫刀架同時(shí)快退，CNT103 的常閉觸點(diǎn)同時(shí)分別斷開CNT104 和CNT105 的復(fù)位端，使二者進(jìn)入縱刀架和橫刀架快退的計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)CNT104 的計(jì)數(shù)值達(dá)到K8920 和CNT105 的計(jì)數(shù)值達(dá)到K5420 時(shí)，二者串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)斷開R0，R0 的常閉觸點(diǎn)使CNT100 的復(fù)位端閉合，計(jì)數(shù)器CNT100 復(fù)位，CNT100 復(fù)位后使其他計(jì)數(shù)器相繼復(fù)位并斷開已得電的YV2 和YV4，至此，數(shù)控系統(tǒng)停止運(yùn)行，縱橫刀架液壓系統(tǒng)也同時(shí)停止工作，兩個(gè)刀架靠慣性移動(dòng)80 ×0.05 =4 mm (通過調(diào)試確定此距離)至原位頂緊死擋鐵。為達(dá)到頂緊死擋鐵，CNT104 和CNT105 的設(shè)定值均比縱刀架和橫刀架各自快進(jìn)和工進(jìn)的計(jì)數(shù)設(shè)定值總和少80。

4 用PLC 主控單元作為控制器的數(shù)控系統(tǒng)正常工作的必要條件

由于這種數(shù)控系統(tǒng)是利用PLC 主控單元的計(jì)數(shù)器，對(duì)檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械動(dòng)作順序及動(dòng)作位移的控制。為了計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，位移脈沖信號(hào)的間隔時(shí)間必須稍大于PLC 的掃描周期。位移脈沖信號(hào)的間隔時(shí)間與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大移動(dòng)速度與檢測(cè)裝置的分辨率有關(guān);掃描周期與用戶程序的長短、所選用PLC 的掃描速度(執(zhí)行基本指令的時(shí)間)以及指令的種類有關(guān)。文中所述刀架如果最大移動(dòng)速度為250 mm/s，按0.05 mm 脈沖當(dāng)量計(jì)算，脈沖間隔時(shí)間為0.2 ms。那么要求PLC 的掃描周期應(yīng)該小于0.2 ms。PLC 掃描工作時(shí)，每掃描一個(gè)觸點(diǎn)(常開或常閉)、繼電器(輸入或輸出)線圈為一步，掃描一個(gè)計(jì)數(shù)器為5 步，圖3 所示梯形圖共有60 步，按此計(jì)算，要求PLC 的掃描速度為0.2/60 =0.003 3 ms，即3.3 μs。目前不少廠家生產(chǎn)的PLC 的掃描速度都小于3.3 μs。所以選用市場(chǎng)上大多數(shù)PLC 主控單元均滿足本文數(shù)控系統(tǒng)的要求。

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