以PLC主控單元作為控制器的數字控制系統設計

何榮

(桂林理工大學南寧分校，廣西南寧530001)

用PLC 主控單元作為控制器的數字控制，是把被控設備執行機構檢測裝置(如光柵)所檢測的位移脈沖信號，作為PLC 主控單元的反饋信號，通過PLC 的計數器對位移脈沖信號進行計數來實現執行機構動作順序及動作位移的數字控制。下面以液壓縱橫刀架的PLC 數字控制為例，說明其控制原理。

1 被控設備的工藝分析

圖1 為縱橫刀架的液壓系統及刀架位移檢測示意圖，它由縱刀架和橫刀架構成，采用液壓驅動。縱刀架液壓系統主要由兩個二位三通電磁換向閥YV1、YV2 和一個調速閥組成。橫刀架液壓系統主要由兩個二位三通電磁換向閥YV3、YV4 和一個調速閥組成。當YV1、YV2 都得電時，刀架實現縱向差動快進，然后YV1 保持得電，YV2 斷電，液壓系統轉換為回油節流調速，刀架縱向工進，當YV1 斷電和YV2 得電時，刀架沿縱向快退回原位，靠死擋鐵限位精確停止;當YV3、YV4 都得電時，橫刀架實現橫向差動快進，接著YV3 保持得電，YV4 斷電，橫刀架液壓系統轉換為回油節流調速，刀架橫向工進，當YV3 斷電和YV4 得電時，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0.05 mm，其位移檢測裝置發出一個脈沖信號。根據0.05 mm 的脈沖當量和要求的快進、快退及工進行程，可計算出每個工步要求的計數脈沖數，作為計數器的設定值。

圖1 縱橫刀架液壓系統及位移檢測示意圖

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 × ××為計數器。K× × × ×為計數器的設定值。刀架的初始狀態為縱橫刀架均在原位，分別頂緊原位死擋鐵。按下按鈕X0 啟動后，流程圖左起第一個方框下方所示的電磁閥得電，進入該方框上方所示的工步。該步計數器到達設定值時，發出信號使下一方框對應的電磁閥得電，并轉換為下一工步，依此類推，直到最后一個工步。最后工步的計數器達到設定值時，發出信號使計數器相繼復位，令數控系統停止工作。

圖2 刀架的PLC 數控流程圖

3 PLC 數控梯形圖

圖3 為刀架半自動數控系統梯形圖。圖中，輸入繼電器X0 外接啟動按鈕;R0 為內部繼電器;CP11、CP12、CP13 分別為縱刀架快進、工進和快退的位移檢測脈沖信號;CP21、CP22、CP23 分別為橫刀架快進、工進和快退的位移檢測脈沖信號。

圖3 刀架數控梯形圖

數控系統的控制過程為:按下啟動按鈕X0，內部繼電器R0 得電自保。R0 的常開觸點使輸出繼電器Y1 和Y2 得電輸出接通電磁換向閥YV1 和YV2，使縱刀架快進，同時斷開計數器CNT100 的復位端，使其進入縱刀架快進計數狀態。當CNT100 的計數值達到7 000 時，其輸出常閉觸點使YV2 斷電，縱刀架轉換為工進，同時斷開計數器CNT101 的復位端，使其進入縱刀架工進計數狀態。當CNT101 的計數值達到2 000 時，其輸出常閉觸點斷開YV1，縱刀架工進停止，其常開觸點使YV3 和YV4 得電，使橫刀架快進，同時斷開計數器CNT102 的復位端，使橫刀架進入快進計數狀態。當CNT102 的計數值達到4 000 時，其輸出常閉觸點使YV4 斷電，橫刀架轉換為工進，同時斷開計數器CNT103 的復位端，使其進入橫刀架工進計數狀態。當它的計數值達到1 500 時，CNT103的常閉觸點斷開YV3，使橫刀架工進停止，其常開觸點同時接通YV2 和YV4，使縱刀架和橫刀架同時快退，CNT103 的常閉觸點同時分別斷開CNT104 和CNT105 的復位端，使二者進入縱刀架和橫刀架快退的計數狀態。當CNT104 的計數值達到K8920 和CNT105 的計數值達到K5420 時，二者串聯的常閉觸點斷開R0，R0 的常閉觸點使CNT100 的復位端閉合，計數器CNT100 復位，CNT100 復位后使其他計數器相繼復位并斷開已得電的YV2 和YV4，至此，數控系統停止運行，縱橫刀架液壓系統也同時停止工作，兩個刀架靠慣性移動80 ×0.05 =4 mm (通過調試確定此距離)至原位頂緊死擋鐵。為達到頂緊死擋鐵，CNT104 和CNT105 的設定值均比縱刀架和橫刀架各自快進和工進的計數設定值總和少80。

4 用PLC 主控單元作為控制器的數控系統正常工作的必要條件

由于這種數控系統是利用PLC 主控單元的計數器，對檢測執行機構位移脈沖信號進行計數來實現機械動作順序及動作位移的控制。為了計數準確，位移脈沖信號的間隔時間必須稍大于PLC 的掃描周期。位移脈沖信號的間隔時間與執行機構的最大移動速度與檢測裝置的分辨率有關;掃描周期與用戶程序的長短、所選用PLC 的掃描速度(執行基本指令的時間)以及指令的種類有關。文中所述刀架如果最大移動速度為250 mm/s，按0.05 mm 脈沖當量計算，脈沖間隔時間為0.2 ms。那么要求PLC 的掃描周期應該小于0.2 ms。PLC 掃描工作時，每掃描一個觸點(常開或常閉)、繼電器(輸入或輸出)線圈為一步，掃描一個計數器為5 步，圖3 所示梯形圖共有60 步，按此計算，要求PLC 的掃描速度為0.2/60 =0.003 3 ms，即3.3 μs。目前不少廠家生產的PLC 的掃描速度都小于3.3 μs。所以選用市場上大多數PLC 主控單元均滿足本文數控系統的要求。

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