可编程控制器应用中节省输入点的方法.pdf
可编程控制器应用中节省输入点的方法Method for Saving the Input Points in Applying of the PLC黄新宇张福润(武汉华中科技大学)摘 要:文章介绍了在机床应用中使用可编程控制器时如何节省输入点的方法,并举例说明,通过输入点的节省可压缩系统配置,显著地降低投资成本。关键词:PC输入点输出点 在实际应用中,设计人员经常会发现系统的输入信号太多,占用大量的 PLC 输入点,在原先预计的输入点不够用的情况下,只好增加 I/O 模块,来增加输入点数量,甚至被迫提高 PLC 的选用档次,进而使系统的硬件配置增加,体积变大,设备的投资也增加。笔者在实际工作中总结了一套节省 PLC 输入点的方法,从而达到压缩系统配置和结构,降低投资成本的目的。1状态变换法对工作状态属于开/关量或0/1变化的动作(例如冷却液的开关、运屑器的开关等)进行控制时,一般情况下是用两个按钮分别控制它们的开或关。以冷却液的开关为例,I1.0为冷却液开按钮输入信号,I1.1 为冷却液关按钮输入信号,Q1.0 为冷却泵开输出信号,其控制程序如图 1a。采用状态变换法,则只需一个按钮(输入点为 I1.0),每按一下按钮,就将当前冷却泵的状态翻转一次,其相应的PLC 程序如图 1b。图 1 由图 1中可以看出,这种方法只要对 PLC 程序做很小的改动,就可以达到节省 1 个输入点的目的,而且不会对机床功能造成影响。2多功能法在操作面板上有很多按钮、开关,每个按钮或开关对应一种功能,占用了大量的输入点。其实,我们可以将某些按钮进行组合,如果同时按下这些按钮时,就产生新的功能,就像计算机键盘上的 Shift 键与其他键组合时产生新的功能一样。如果很好地利用这种方法,可以节省很多的输入点。例如,为防止操作工人误操作而对机床参数、零件程序、PLC 程序等重要的数据造成破坏,往往在机床面板上设计一个钥匙开关,对重要的数据进行保护,只有专业维修人员掌握着这把钥匙,从而达到保护数据的目的。现以 SIEMENS810 系统为例,其 PLC 程序见图 2,Q78.6 为数据保护位,当Q78.6=1 时,对机床数据的修改无效。图 2但是这个开关单独占用了 1 个输入点,却并不经2.3.3 空调器的制冷量选择电箱的冷却负荷 Qt=Qi+Qr=1875-280=1595(W)选取制冷量为 2000 2500W 的空调器,应能保证电箱的散热需要。一般情况下,制冷量应选得有一定的余量。2.4 数控电箱安装空气调节器的注意事项(1)为防止电箱内的温度低于箱外的温度而发生凝露,一般将空调的起动温度调节在25 30。(2)空调器工作时有振动,尽量不将空调器安装在电箱门上,并注意冷却水的收集。(3)注意电箱内冷、热空气的流通道路,防止因冷风短路而引起空调器频繁起动。必要时,在出风口加装导流板。作者:赵全锦,江苏常州市常新路 150 号,江苏多棱数控机床股份有限公司,邮编:213012(编辑 梁玉)(收稿日期:2002-07-11)58常使用,因此显得有些浪费,而且维修人员要保管这把钥匙也很不方便。于是笔者设计了一种组合式的按钮功能来代替钥匙开关:在机床面板上找两对距离很远的按钮,用双手同时按下这四个按钮,则将数据保护开关打开,再按复位键,则将数据保护开关关闭,其 PLC程序见图 3。这样,只要不将这个秘密告诉操作者,那么发生同时按下这四个按钮的误操作机率几乎为零,就不用担心重要数据被破坏,而且还免去了维修人员保管和携带钥匙的麻烦,并节省了 1 个输入点。图 33编码法这种方法在加工中心的换刀机构中用的比较多。在加工中心等有刀库的数控机床中,由于刀库内刀具数量很多,如果每把刀的刀位都用一个位置开关,就会有很多输入点被占用,非常浪费。因此一般刀库内都采用编码的方法,要么对刀具进行编码,要么对刀座进行编码,这样只用很少的编码开关就可以对应大量的刀具位置(4个编码开关对应 16 把刀,而 8个编码开关则对应256 把刀)。在其他一些地方也可以使用编码法节省输入点。例如,在对我厂的某台数控机床进行数控系统改造时,要求增加这样的功能:在手动方式下,可以按操作要求把刀换到指定的刀位。于是,我们用了一个从 0 到 9共有 10个位置的二进制拔码盘,它能输出 4 位编码,每个位置对应一个编码,我们使用其中的 3 个编码位,对 0 7 的 8 个编码进行检测,再执行相应的换刀指令,到达所要去的刀位。除了换刀机构,还有一些地方可以使用这种方法。例如在手动方式下,可以通过 1 个轴选择开关来选择不同的轴进行手轮操作,因为是手轮操作,每次只能有一个轴运动,因此当进给轴很多时,就可以用一个编码开关来实现这一功能,每一个编码对应一个进给轴,当选到这个轴时,这个轴就可以用手轮控制进给,其它轴则禁止运动,这也达到了节省输入点的目的。4计数器法 一般情况下,各种不同类型的 PLC,内部的计数器数量都远远超过实际需要。因此,我们可以充分利用这些富余的内部功能,代替一些特殊的输入点。对于连续运动而按行程中位置不同而发生运动状态多次变化的机械,一般是在各个位置上安装行程开关,对开关状态进行处理来完成机械动作。在这里,可以利用计数器来代替行程开关,计数器的值与位置状态的对应关系由PLC 程序设计来实现。例如柔性制造系统中运料小车的运动方式,在小图 4车的前进方向上有 6 个停靠的位置,在实际操作中要根据不同的状态,决定小车要停靠的位置,到达预定位置后,小车上的撞块碰到该位置的行程开关,将信号传到 PLC,经 PLC 程序处理后,将小车停在该位置。如果利用PLC 计数器控制,只需要用 1 个行程开关,将行程开关装在小车上,在各行程控制位置上安装挡块即可。这样设计的梯形图程序如图 4 所示。工作原理如下:Q2.0、Q2.1 是小车前进、后退的输出位。当小车前进时碰到开关 I1.0,计数器 C1 加 1,小车后退时碰到开关,计数器减 1。计数器的二进制码输出给数据字 DW8,每次回原位时(I10.0=1),计数器清零。PLC 停止时,DW8内数据不丢失,下次启动时(F3.1=1),再将数据字 DW8 的内容赋给计数器 C1,从而记住上次停的位置。在 PLC 程序中对 DW8 内的数据进行操作,来完成小车在不同位置的动作处理。5条件分支法 在各种数控系统中,自动和手动是最常用的两种控制方式。手动工作方式大量的按钮,占用了很多的输入点,操作面板上的控制按钮大多是为手动方式准备的。仔细分析,我们发现有很多输入点不会同时在一个工作方式中出现。比如自动工作方式使用的检测元件及一些特殊按钮,它们在手动方式中往往并不被使用,而手动方式中使用的按钮,在自动方式中根本就不会出现。因此,可以将这些不会同时出现的输入信号按工作方式分成两组,用工作方式的状态去控制外接继电器的通断,进行输入点切换,使它们分别在不同的工作方式里接入相同的输入点。同时采用跳转指令或子程序调用指令,将不同工作方式的控制程序设计成按条件选择执行的程序分支。这样,PLC 在执行不同的程序分支时,虽然程序中输入信号占用的输入点编号相同,却代表不同的意义。例如同样的输入点编 59号,在自动控制工作方式程序里代表的是某检测元件状态,而在手动控制工作方式程序里则代表的是某控制按钮的状态。这种方法外部接线和梯形图程序如图5 7所示。在图 5 中,用两个多触点控制继电器(K1、K2)将输入信号分为手动方式与自动方式两组,当机床处于手动方式时,K1 接通,刀架正反转、主轴正反转按钮接入输入点 I1.0 1.3;当机床处于自动方式时,K2 接通,M01 选择停、程序段跳过、单段执行按钮和卡紧压力检测开关接入输入点 I1.0 1.3。在 PLC 程序设计中,如图 6 所示,多加了两个输出信号 Q1.0、Q1.1,它们受手动、自动方式的标志位 M1.0、M1.1 控制,并通过 Q1.0、Q1.1 控制 K1、K2 的通断,保证在不同方式下选择相应的信号进入输入模块。在图 7 所示的程序中还对不同方式下 I1.0 I1.3的使用加了限制,将工作方式、输入点、输出对应起来。由于手动工作方式与自动工作方式不会同时出现,所以K1、K2 不会同时接通,故总是只有一组元件接入输入端,并执行相应的 PLC 程序,故可保证不会出现冲突。这样,同一个输入端在不同的程序段里分别代表两个不同的输入信号,从而节省了很多输入点。图 76使用中的注意事项笔者在实际工作中总结了以上几种节省输入点的方法,虽然经实际应用证明是可行的,但同时也发现其中一些方法的使用会给操作、维修带来不便。因此笔者将经常碰到的一些问题列举一下,供读者朋友参考,以免在应用这些方法时因使用不当而造成损失。(1)安全性下降在使用多功能法时,要注意组合键的选取,如选取不当很可能导致新功能与所选键的原有功能相冲突,甚至产生机床误动作,使机床损坏,造成不必要的损失。(2)可能导致操作性下降 多功能法的使用范围很广,如果在一台机床中大量使用这种方法,当然可以节省不少输入点,但并不是说按钮、开关越少越好,如果将按钮、开关的数量压缩得太少,组合功能记起来会非常麻烦,反而不方便操作,而且维修难度也相应增加。上文介绍的计数器法实例中,每当发生故障停机或出现异常情况导致小车停在中间位置,行程开关没有压在挡块上时,要重新启动小车,必须将小车回原位,即初始位置,否则 PLC 无法识别小车位置而不能工作。这样也增加了操作的复杂性。(3)增加 PLC 程序的复杂性和维修难度 计数器法与条件分支法的 PLC 设计思路变化,较一般的梯形图程序设计复杂,对维修人员来说就降低了程序的可读性,利用 PLC 程序分析故障时较一般情况难度大,如果没有扎实的技术功底,在维修中难以保证其快速修复,新手或不熟悉该机床的维修人员难度更大。因此,使用这些方法时,一定要注意保管好原始的图纸资料,以免因资料遗失及人员变动造成新进人员维修时不知如何下手。(4)增加其他配置可能会增加成本 上文介绍的条件分支法应用实例中虽然节省了 4 个输入点,但多用了 2 个输出点,且多用了 2 个继电器。另外计数器法、条件分支法中 PLC 程序的长度增加,所需存储容量增大。这些配置的增加也可能会提高成本,如果比减少输入点节省的投资多,则得不偿失。总而言之,使用这些方法的出发点是节约系统投资成本,所采取的措施也是不得已而为之,从使用情况来看,提高经济性的同时必然会牺牲一些操作性、维修性。读者朋友们在实际使用中,一定要考虑设备的综合效益,如果没有明显的经济效益,或者负面影响太大,则要慎用这些方法。即使是非用不可,也一定要经过反复的调试,确保设备安全可靠,将复杂性降到最低限度,并注意做好设计资料的更改、保管工作,以便维修人员维修时有完备的技术资料供查阅。第一作者:黄新宇,上海市真华路 295 弄 23 号 701室,武汉华中科技大学机械工程专业,邮编:200333,电话:(021)62849184-204(编辑 梁 玉)(收修改稿日期:2002-08-06)60
