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時間:2017-07-27 來源:未知 作者:admin 點擊:7227次
三菱PLC的深度開發及在電鍍自動線上的應用
本文以舊版本的三菱FX2N PLC為基礎,介紹了PLC的深度開發及運用于電鍍自動線的實例。該自動線具有行車動作可靈活設定、動態修改,自動尋位、斷電恢復等實用功能。此外還介紹了PLC和上位微機的通訊,以及觸摸顯示屏作為人機界面的實現。
一、引言
可編程控制器(PLC)以其運行可靠、易學易用、抗干擾性強等特點,在工業控制中得到廣泛應用。然而較多的應用只是根據工藝編制相應的梯形圖,用以代替傳統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備可以選用,這就給軟件、硬件設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用,說明如何充分開發PLC 的先進功能,達到行車動作的靈活設定、動態修改的功能,以及斷電恢復、通訊、新型人機界面的應用。
二、系統簡介
系統采用集散控制,參見圖1,上位機使用工控微機,負責工藝調度、質量管理等宏觀控制;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,水平定位采用旋轉編碼器,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動,控制面板使用三菱的觸摸屏人機界面。
三、三菱PLC應用
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,動作可以靜態修改,也可以在運行時由上位機動態修改。這種要求若是僅用簡單的梯形圖是無法實現的,因為動作都是由梯形圖中的觸點指令實現,而梯形圖指令在運行時是不能修改的。現在的FX2N-PLC 增加了許多應用指令(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據存儲單元,并且有間接尋址功能,這就使表結構操作成為可能。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 的數據寄存器里,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行動作表。
2、動作的解釋和執行
動作字有3 種:行車動作字、延時動作字、結束標志。
1)、行車動作字
動作字的高字節表示“上升所到的工位號”, 低字節表示“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 實現非常合適。我們可以把行車的宏動作分解為幾個狀態,在到位時進行狀態轉移。垂直到位比較簡單,用上下到位接近開關直接控制即可。
水平到位稍微復雜一些。在程序初始化時將每個工位的準確位置送到數據寄存器里,稱做工位位置表,每個工位的實際位置數據通過實測得到。動作表、工位位置表、行車水平運動的關系請參見圖3。運行時通過旋轉編碼器得到行車的當前位置,每毫米大約發3 個脈沖。在做水平動作時,先取出動作字,分離高低字節,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實際情況加以調整,慢速提前量通常為半個工位間隔,制動提前量根據實際的行車速度、慣性而定。經過調整,最終定位精度可以達到±1mm 左右。
2)、延時動作字:
延時動作字的高字節用7EH 作為標識,低字節為延時值,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 定時器常數在梯形圖中設定,運行時不能改變,FX2N-PLC 定時器允許將數據存儲器的內容作為定時值,才使在運行時改變定時常數成為可能。
3)、結束標志:
每個動作表用7FFFH作為結束標志,執行到結束標志表示一圈做完。若是單圈模式的話就
進入停止狀態,若是連續模式的話就讓動作表指針重新指向表首,繼續運行。
3、自動校正
由于旋轉編碼器指示的是行車的相對位置,因此在運行前應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,若在3 秒鐘內未碰到校正接近開關,或碰到了極限開關,就讓行車朝另一方向去找。只要碰到校正接近開關,就把旋轉編碼器計數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,行車每次經過該校正接近開關,行車位置都會被再次校正,這樣可以消除積累誤差。
4、斷電恢復
以前一般的電鍍自動線控制系統往往沒有斷電恢復功能,在電鍍生產線工作中如果遇到突然斷電,往往結果很尷尬。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,造成已經在鍍的工件報廢。利用PLC的失電保存功能,我們這個系統具有斷電記憶,來電恢復的功能。為實現該功能,應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、運行模式、運行狀態等都是要記憶的,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。此外還應注意的是,盡管來電后可以繼續剛才的工作,但來電后自動運行起來也是有危險的。本系統是這樣處理的:當RUN的時候檢查一下,若原先是在運行狀態下斷電,則令系統處于暫停狀態,等待操作者通過操作面板按下“運行”鍵后才繼續工作。如果斷電時正在做水平運動,則因PLC 已經失電,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,在重新運行時應該自動校正。
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。在本系統中,上位機主動發送通訊串,PLC接收到通訊串,根據通訊串中的命令號,作出相應的動作,參見圖5。上位機可以讓PLC 返回或修改當前的工作狀態、返回或修改動作表中的動作字等,只要編制相應的軟件,上位機就可以監視、控制自動線的運行。
四、控制面板
常規的控制面板由按鈕、撥盤、開關、指示燈、數碼管組成,使用了三菱公司的人機界面,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、指示燈、文字、數碼管、圖片、進度條等,取代了所有的常規面板元件。這不僅大大節省了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切換。
五、結束語
本文以舊版本的三菱FX2N PLC為基礎,介紹了PLC的深度開發及運用于電鍍自動線的實例。該自動線具有行車動作可靈活設定、動態修改,自動尋位、斷電恢復等實用功能。此外還介紹了PLC和上位微機的通訊,以及觸摸顯示屏作為人機界面的實現。
一、引言
可編程控制器(PLC)以其運行可靠、易學易用、抗干擾性強等特點,在工業控制中得到廣泛應用。然而較多的應用只是根據工藝編制相應的梯形圖,用以代替傳統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備可以選用,這就給軟件、硬件設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用,說明如何充分開發PLC 的先進功能,達到行車動作的靈活設定、動態修改的功能,以及斷電恢復、通訊、新型人機界面的應用。
二、系統簡介
系統采用集散控制,參見圖1,上位機使用工控微機,負責工藝調度、質量管理等宏觀控制;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,水平定位采用旋轉編碼器,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動,控制面板使用三菱的觸摸屏人機界面。
三、三菱PLC應用
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,動作可以靜態修改,也可以在運行時由上位機動態修改。這種要求若是僅用簡單的梯形圖是無法實現的,因為動作都是由梯形圖中的觸點指令實現,而梯形圖指令在運行時是不能修改的。現在的FX2N-PLC 增加了許多應用指令(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據存儲單元,并且有間接尋址功能,這就使表結構操作成為可能。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 的數據寄存器里,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行動作表。
2、動作的解釋和執行
動作字有3 種:行車動作字、延時動作字、結束標志。
1)、行車動作字
動作字的高字節表示“上升所到的工位號”, 低字節表示“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 實現非常合適。我們可以把行車的宏動作分解為幾個狀態,在到位時進行狀態轉移。垂直到位比較簡單,用上下到位接近開關直接控制即可。
水平到位稍微復雜一些。在程序初始化時將每個工位的準確位置送到數據寄存器里,稱做工位位置表,每個工位的實際位置數據通過實測得到。動作表、工位位置表、行車水平運動的關系請參見圖3。運行時通過旋轉編碼器得到行車的當前位置,每毫米大約發3 個脈沖。在做水平動作時,先取出動作字,分離高低字節,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實際情況加以調整,慢速提前量通常為半個工位間隔,制動提前量根據實際的行車速度、慣性而定。經過調整,最終定位精度可以達到±1mm 左右。
2)、延時動作字:
延時動作字的高字節用7EH 作為標識,低字節為延時值,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 定時器常數在梯形圖中設定,運行時不能改變,FX2N-PLC 定時器允許將數據存儲器的內容作為定時值,才使在運行時改變定時常數成為可能。
3)、結束標志:
每個動作表用7FFFH作為結束標志,執行到結束標志表示一圈做完。若是單圈模式的話就
進入停止狀態,若是連續模式的話就讓動作表指針重新指向表首,繼續運行。
3、自動校正
由于旋轉編碼器指示的是行車的相對位置,因此在運行前應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,若在3 秒鐘內未碰到校正接近開關,或碰到了極限開關,就讓行車朝另一方向去找。只要碰到校正接近開關,就把旋轉編碼器計數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,行車每次經過該校正接近開關,行車位置都會被再次校正,這樣可以消除積累誤差。
4、斷電恢復
以前一般的電鍍自動線控制系統往往沒有斷電恢復功能,在電鍍生產線工作中如果遇到突然斷電,往往結果很尷尬。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,造成已經在鍍的工件報廢。利用PLC的失電保存功能,我們這個系統具有斷電記憶,來電恢復的功能。為實現該功能,應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、運行模式、運行狀態等都是要記憶的,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。此外還應注意的是,盡管來電后可以繼續剛才的工作,但來電后自動運行起來也是有危險的。本系統是這樣處理的:當RUN的時候檢查一下,若原先是在運行狀態下斷電,則令系統處于暫停狀態,等待操作者通過操作面板按下“運行”鍵后才繼續工作。如果斷電時正在做水平運動,則因PLC 已經失電,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,在重新運行時應該自動校正。
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。在本系統中,上位機主動發送通訊串,PLC接收到通訊串,根據通訊串中的命令號,作出相應的動作,參見圖5。上位機可以讓PLC 返回或修改當前的工作狀態、返回或修改動作表中的動作字等,只要編制相應的軟件,上位機就可以監視、控制自動線的運行。
四、控制面板
常規的控制面板由按鈕、撥盤、開關、指示燈、數碼管組成,使用了三菱公司的人機界面,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、指示燈、文字、數碼管、圖片、進度條等,取代了所有的常規面板元件。這不僅大大節省了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切換。
五、結束語
由于該電鍍自動線充分開發了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,使整個系統具有較優良的性能。經過一年多的實際運行,證明該系統是成功的。由此我們看到,由于PLC具有許多優異的性能,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,就可以在更多的領域發揮PLC的作用。
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