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1 引言

    工业控制中，许多场合要应用顺序控制的方式进行控制，即时序逻辑的控制方式。但对于控制对象较多，工艺复杂的生产过程，编制PLC程序时，编程人员需要针对生产进程，分析各个对象的状态，用各种逻辑互锁完成编程。当采用设备阶段控制方式编程时，将使编程变得十分简洁。直接面对设备的状态进程去完成控制。将传统的互锁逻辑关系，演化成设备状态的关系，对设备的待机、运行、保持、重启、中止、放弃、停止、完成、复位等状态进程进行管理，这对于整个生产过程中设备运行状态决定动作程序，且设备的动作相对独立的需求是极为方便的，也成为当前推广的编程方式。

2 设备阶段控制方式的实现

    在进行设备阶段控制编程时，首先根据生产工艺和动作顺序，将整个生产过程分成正常工作阶段和非正常工作阶段。正常工作阶段由待机、运行、完成、复位组成，非正常工作阶段由暂停、重启、停止和放弃阶段组成，如图1所示。设备的阶段控制由主程序来控制，每一个时刻设备只能处于一个状态。对每一个状态，根据控制要求编制相应的程序模块。在程序编制中，采用结构化的编程方法，以面向对象的方式，编制相应的功能块，完成控制要求。

图1 设备阶段控制组成图

3 设备阶段控制在仓库控制的应用

    3．1 生产线立体仓库系统组成

    生产线立体仓库由原料库和成品库、提升机和控制系统组成。通过生产线上工装板的装载情况完成出库和入库操作，系统构成如图2所示，系统的控制如图3所示。

图2 生产线立体仓库结构图

图3生产线立体仓厍控制系统图

    立体仓储库，每个仓储位都装有检测传感器，实时监控货物的有无，此立体仓储库包含原材料区、成品区，具体位号由程序设定。提升机X／y轴无刷电机实现货物的定位。Z轴和R轴步进电机及气缸实现货物的自动存取。控制程序要完成货物出库、入库判断，仓库货位号判断。定位、货物的存放和限位保护等功能。如果按照常规的顺序功能图来编程，在每一个状态都要考虑各个设备在正常和异常时控制，将十分复杂。如使用设备阶段控制编程方法，将使编程变得十分简洁。

   3．2 立体仓库的设备阶段控制

   按照设备阶段控制的方法，根据立体仓库控制要求，将立体仓库控制分为设备待机、运行、异常故障、停止、复位等阶段。

    设备待机阶段是指提升机各轴处于零点位置，且X轴和y轴旋转编码器置零时状态。

    设备运行阶段是指根据库位和生产线的来料状态，完成出入库过程，当出现异常时转入异常处理状态。

    设备异常阶段指生产过程中出现异常时，按下“停止”按键或“急停”，用手动方式，排除故障。按下“复位”键，转入复位进入设备待机状态。设备复位阶段指巷道提升机完成零点归位及编码器清零的过程。设备停止阶段指将运动的电机停止，等待指令过程。立体仓库的阶段控制在主程序中通过“按键”或状态量实现，其阶段控制流程图见图4。

图4 立体仓厍的设备阶段控制图

    3．3 各个阶段的控制实现

    3．3．1 设备运行阶段

   根据系统控制要求及设备状态，设备运行阶段要完成：1)出入库判断及仓库状态的扫描，确定相应的库位及X轴、y轴坐标；2)根据坐标，各轴电机经加减速定位；3)根据时序关系，确定状态，成货物出入库。系统主要I／0地址分配见表1。

表1 立体仓库系统主耍l／o地址

    仓位状态的确定。为了节省I／O输入点数，采用矩阵扫描的方式。将仓位状态开关一端接在矩阵的行线上，另一端接在矩阵的列线上，每个行线分别接PLC输出端，列线分别接PLC输入端，通过定时扫描，确定仓位的状态。

    定位。在立体仓库中提升机X轴和y轴直流无刷电机通过EM235输出的o～5V电压值控制电机的速度。通过目标位置的坐标转换成的脉冲值与各轴丝杠上的编码器值比较，确定速度的加减及运动的方向，以梯形速度曲线，保证定位。编码器采用增量式编码器，对编码器的高速脉冲采用HSCl和HSC2高速计数器，用模式9，A／B相正交计数器模式完成编码器脉冲的计数。

    编码器设置程序如下：

    直流无刷电机的控制程序流程图如图5所示。

图5 直流无刷电机控制流程图

  步进电机的定位，采用目标坐标转换成脉冲数控制。当步进电机连接丝杠时，PLC发出N个脉冲，工作台面移动的距离为

    式中：d为步进电机驱动器的脉冲细分数；0为步进电机的步距角；行为丝杠的螺纹距。

    PLC脉冲输出使用脉冲串(PTO)功能在输出端Q0.0或Q0.1输出周期和脉冲数可变的脉冲串，控制步进电机速度与距离。在立体仓库提升机的步进电机控制中，使用图6程序流程图完成步进电机的定位。步进电机定位中加减速控制功能块如图7所示。

图6 步进电机定位控制流程图

图7 步进电机速度控制图

    步进电机速度控制模块中加速匀速减速设定程序如下，其寄存器定义见表2。

表2 步进电机加减速控制寄存器表

    货物的出库入库控制模块，是标准的按时间先后顺序执行的程序，首先判断出库还是入库，采用顺序功能图的方式，利用状态转移的方式，将位置及库位采用相对坐标或坐标的方式，调用电机定位程序模块，完成货物出库或入库控制。

    3．3．2 设备的复位待机阶段

    将所有轴归零，等待指令进入设备运行阶段。首先将X轴和y轴目标坐标设为零。Z轴和R轴目标坐标固定，调用编码器设置程序，使电机各轴运动。当各轴接触到零位开关时，复位程序寄存器及编码器，完成归零过程。

    3．3．3 设备停止阶段

    当“停止”按键按下，X轴和y轴直流无刷电机通过模拟量模块EM232输出零，电机速度变为零，使电机停止。Z轴和R轴步进电机通过调用功能块完成。其程序如下：

    3．4 设备阶段的控制

    将设备复位待机状态、设备运行状态、设备故障状态和设备停止状态使用顺序功能图中顺序控制继电器(SCR)指令及置位／复位(S／R)指令完成控制。其顺序功能图如图8所示。

图8 立体仓厍设备阶段控制顺序功能图

4 结论

    立体仓库的进出库控制，涉及出入库仓位，电机的定位控制等方面，通过运用设备阶段编程的方式，用顺序功能图中状态将生产过程与非生产过程的设备阶段控制联系起来，使编程思路清晰。编程十分容易，将此种编程方式推广到各种复杂控制中，将能大大节约编程时间，提高编程效率。

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