三菱FX3U系列PLC在流水線(xiàn)控制單元中的應(yīng)用

朱進(jìn)

摘要：流水線(xiàn)是目前工業(yè)生產(chǎn)的主要形式，目前通常由高性能的智能控制電路構(gòu)成其主控單元。三菱FX3U系列PLC是目前應(yīng)用廣泛的可編程控制器，這篇文章結(jié)合三菱PLC的工作原理與作者的工作實(shí)踐，對(duì)其在流水線(xiàn)控制單元中的編碼、譯碼單元，浮點(diǎn)運(yùn)算單元的應(yīng)用進(jìn)行了研究，敘述了其將要實(shí)現(xiàn)的主要功能以及相應(yīng)的程序與梯形圖，并解釋了程序的運(yùn)行過(guò)程。由于應(yīng)用的實(shí)際場(chǎng)景多種多樣，本文中PLC程序未能涵蓋設(shè)備運(yùn)行所有情況，有待工作中進(jìn)一步總結(jié)。

關(guān)鍵詞：流水線(xiàn)；PLC；控制單元；編碼；譯碼；浮點(diǎn)運(yùn)算

中圖分類(lèi)號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）04-0001-02

流水線(xiàn)是目前工業(yè)生產(chǎn)的主要形式，在大量流水線(xiàn)生產(chǎn)中，每個(gè)工作地點(diǎn)都按一定的節(jié)拍重復(fù)地完成規(guī)定的加工任務(wù)[1]。為確保流水線(xiàn)按照規(guī)定的節(jié)拍高效率地運(yùn)行，必須配以高精度智能的CPU控制單元，高效智能的CPU控制對(duì)提高設(shè)備利用率，減少在制品起著重要的作用。目前流水線(xiàn)智能控制均配以高性能單片機(jī)，可編程控制器PLC為主，并輔以各種邏輯控制電路。三菱FX3U系列PLC是三菱公司近年來(lái)出款的高性能系列PLC，屬于三菱公司第三代PLC產(chǎn)品，速度，容量，功能均較之前產(chǎn)品強(qiáng)大[2]，作為流水線(xiàn)控制的主控單元，其性?xún)r(jià)比較為適合。本文依據(jù)作者的工作實(shí)踐，采用三菱FX3U系列PLC之FX3U-32MT/ES-A，對(duì)其在流水線(xiàn)主控單元中的應(yīng)用做一下論述。本系統(tǒng)的流水線(xiàn)主控單元由多個(gè)部分組成：其中比較重要的是編碼與譯碼單元，浮點(diǎn)運(yùn)算單元。本文將對(duì)這兩個(gè)單元的設(shè)計(jì)作詳細(xì)闡述。

1 編碼與譯碼單元

本系統(tǒng)控制的生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)，有8條輔助流水線(xiàn)，它們向主流水線(xiàn)發(fā)送8種不同樣式基件。當(dāng)輔助流水線(xiàn)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要得知當(dāng)前哪條輔助流水線(xiàn)上的基件正在進(jìn)入主流水線(xiàn)。如果主流水線(xiàn)當(dāng)前負(fù)荷量達(dá)到極值時(shí)，可根據(jù)情況暫停其中一條輔助流水線(xiàn)。采用編碼指令存入相關(guān)輔助流水線(xiàn)標(biāo)識(shí)，保存在D200中，從而可以知道當(dāng)前正在進(jìn)入主流水線(xiàn)傳送基件的輔助流水線(xiàn)是哪條。設(shè)被暫停的流水線(xiàn)標(biāo)識(shí)的值在K0～K7之間，存入D201，采用譯碼指令可將要被暫停的輔助流水線(xiàn)標(biāo)識(shí)輸出至Y200～Y207，從而達(dá)到暫停某條輔助流水線(xiàn)的目的。流水線(xiàn)運(yùn)行的編碼與譯碼的功能分配表如下表1所示。

梯形圖如圖1。

當(dāng)M80為On時(shí)，執(zhí)行ENCO指令，某一輔助流水線(xiàn)有基件進(jìn)入主流水線(xiàn)時(shí)，其標(biāo)識(shí)會(huì)被編碼到D200中，由此確定哪種基件正在進(jìn)入主流水線(xiàn)。如果D201的值已經(jīng)設(shè)定，當(dāng)M81為On時(shí)，執(zhí)行DECO指令，D201的值會(huì)被譯碼到Y(jié)0～Y7之一，從而使其中某條輔助流水線(xiàn)暫停。例如，D201為K3，通過(guò)譯碼，Y3為On，標(biāo)識(shí)為3的輔助流水線(xiàn)將暫停。當(dāng)M81為off時(shí)，執(zhí)行ZRST指令，Y0～Y7一起都為off，所有的輔助流水線(xiàn)都正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果D201保存的值超出K0～K7范圍，D201將被設(shè)置成HFFFF，使譯碼譯出無(wú)效值，以保證流水線(xiàn)系統(tǒng)安全。

2 浮點(diǎn)運(yùn)算單元

本系統(tǒng)的流水線(xiàn)是基于PLC控制的，其時(shí)間控制通常運(yùn)用整數(shù)與浮點(diǎn)混合運(yùn)算。本系統(tǒng)車(chē)間生產(chǎn)管理人員需要對(duì)流水線(xiàn)的速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，流水線(xiàn)正常的運(yùn)行的速率是1.9m/s.流水線(xiàn)的運(yùn)行通常由電機(jī)與多齒凸輪的同軸轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生，凸輪上有10個(gè)突齒，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，邊沿開(kāi)關(guān)就收到10個(gè)脈沖信號(hào)，流水線(xiàn)前進(jìn)0.417m。電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）=邊沿開(kāi)關(guān)每分鐘收到的脈沖數(shù)/10，流水線(xiàn)速度=電機(jī)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)×0.417=（電機(jī)轉(zhuǎn)速/60）×0.417.當(dāng)流水線(xiàn)速率低于0.7m/s時(shí)，速率偏低信號(hào)燈亮；當(dāng)流水線(xiàn)速率在0.7～1.9m/s時(shí)，速度正常信號(hào)燈亮；當(dāng)流水線(xiàn)速率大于1.9m/s時(shí)，速率偏高信號(hào)燈亮。通過(guò)信號(hào)燈反饋流水線(xiàn)速率狀況以便進(jìn)行監(jiān)控。流水線(xiàn)運(yùn)行的浮點(diǎn)運(yùn)算的功能分配表如表2所示。

梯形圖如圖2。

運(yùn)用SPD指令測(cè)得的邊沿開(kāi)關(guān)的脈沖頻率（D101）來(lái)計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）=每分鐘測(cè)得的脈沖數(shù)目/10=（脈沖頻率×60）/10=（D101×60）/10。再運(yùn)用測(cè)得的頻率D101計(jì)算出流水線(xiàn)速率為：

v=×0.417=×0.417（m/s）=×0.417（m/s）

式中：v是流水線(xiàn)速率，m/s；N為電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；D101為脈沖頻率。

如果SPD指令測(cè)得的脈沖頻率D101=K35，則根據(jù)上面公式可得到

流水線(xiàn)速率=×0.417（m/s）=1.4595（m/s）

計(jì)算流水線(xiàn)當(dāng)前速率時(shí)，運(yùn)算參數(shù)含有小數(shù)點(diǎn)，所以需用二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)DEZCP指令來(lái)判斷流水線(xiàn)當(dāng)前速率超出上下限速率，判斷結(jié)果用于控制M80～M87的電機(jī)。該單元計(jì)算流水線(xiàn)速率涉及整數(shù)型數(shù)與浮點(diǎn)型數(shù)的混合計(jì)算，在執(zhí)行二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算指令前，各運(yùn)算參數(shù)都要轉(zhuǎn)成二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)，否則，需用DFLT指令轉(zhuǎn)換，然后才能進(jìn)行二進(jìn)制浮點(diǎn)運(yùn)算[3]。程序最后將當(dāng)前速率擴(kuò)大1000倍后取整，是為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可讀性，方便監(jiān)控。

3 結(jié)語(yǔ)

編碼、譯碼單元與浮點(diǎn)運(yùn)算單元是流水線(xiàn)控制系統(tǒng)中重要的兩個(gè)單元，運(yùn)用三菱FX3U系列PLC，將大大提高系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品的成本，同時(shí)，在控制精度，設(shè)計(jì)的易操作性，后期維護(hù)性方面也大大提高，總體的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的成本以及后期維護(hù)成本的性?xún)r(jià)比較好。當(dāng)然，編碼、譯碼單元與浮點(diǎn)運(yùn)算單元在實(shí)際流水線(xiàn)運(yùn)行中比較復(fù)雜，這兩個(gè)控制單元在設(shè)計(jì)中仍有一些較為不足之處，有待將來(lái)二次開(kāi)發(fā)進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)

[1]李懷祖.生產(chǎn)計(jì)劃與控制（修訂版）[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2010.9.

[2]朱文杰.三菱FX系列PLC編程與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013.7.

[3]張高煜，屈明寶.PLC指令與梯形圖速查手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2008.1.