基于三菱PLC平臺隊列在清洗設備中的運用

梁 晶，程志剛，王慶磊

（國核自儀系統工程有限公司，上海 201108）

隨著工業技術的發展，出現各種各樣清洗設備，超聲波清洗機是工業中較常見的一種。利用超聲波[1]在液體中傳播，使液體與清洗槽在超聲波頻率下一起振動，液體與清洗槽振動時有自己的固有頻率，這種振動頻率是聲波頻率，所以人們就聽到嗡嗡聲。超聲波清洗機的傳送方式通常有轉盤式、鏈條通過式、移栽槽式等。然而，超聲波槽式清洗機的控制需要多個槽來回往復式地清洗，不同的產品，清洗的槽位可能還不一樣，這就導致了程序復雜度較高，槽位越多，程序就越復雜，修改也越麻煩。如果使用隊列，就能滿足客戶不同產品隨意組合槽位、增加清洗位號的需要，并且接口可以根據需要適當開放出來，讓客戶自己根據產品工藝需求調整清洗順序。

1 隊列簡介

隊列（queue）[2]是一種線性表，它的特性是先進先出，插入在一端，刪除在另一端。就像排隊一樣，剛來的人入隊（push）要排在隊尾（rear），每次出隊（pop）的都是隊首（front）的人。隊列的操作主要有元素入隊列和元素出隊列。建立順序隊列結構[3]必須為其靜態分配或動態申請一片連續的存儲空間，并設置兩個指針進行管理。一個是隊頭指針front，它指向隊頭元素；另一個是隊尾指針rear，它指向下一個入隊元素的存儲位置，如圖1所示。

圖1 順序隊列操作示意圖

每次在隊尾插入一個元素時，rear 增1；每次在隊頭刪除一個元素時，front 增1。隨著插入和刪除操作的進行，隊列元素的個數不斷變化，隊列所占的存儲空間也在為隊列結構所分配的連續空間中移動。當front＝rear 時[4-5]，隊列中沒有任何元素，稱為空隊列。當rear 增加到指向分配的連續空間之外時，隊列無法再插入新元素，但這時往往還有大量可用空間未被占用，這些空間是已經出隊的隊列元素曾經占用過的存儲單元。

2 系統介紹[6-7]

系統機構圖，如圖2所示。

圖2 系統機構圖

1）從圖2 中可以看出，系統由進料部、機械臂、清洗槽和出料部等組成。進料部和出料部的機構由其他部件組成，和本文隊列思想無關，不進行具體描述。主要介紹機械臂和超聲波清洗槽這兩大部分。機械臂由橫移伺服、升降伺服和機械掛鉤組成。超聲波清洗槽共由A 槽、B 槽、C 槽、D 槽、E 槽、F 槽六個槽位組成。各槽功能介紹如下：A 槽功能是超聲波預清洗；B 槽功能是超聲波清洗；C 槽功能是超聲波拋動清洗；D 槽功能是超聲波溢流漂洗；E 槽功能是超聲波溢流拋動漂洗；F 槽功能是超聲波溢流再次拋動漂洗。

2）機械臂在各個清洗槽移動的工作原理。機械臂到上料位取料，然后把料放入到A 槽，清洗一定時間后，機械臂把料從A 槽放到B 槽，然后機械臂再去上料位取一個新料放入A 槽清洗，同樣清洗一定時間后，機械臂把料從B 槽放入C 槽，同時把新料從A 槽放入B 槽，再去上料位取一個新料放入A 槽。依此下去，最后的邏輯是機械臂從F 槽取料然后去下料位放料，然后E 槽取料到F 槽放料，D 槽取料到E 槽放料，C 槽取料到D 槽放料，B 槽取料到C 槽放料，A 槽取料到B 槽放料，然后上料位取料到A 槽放料，按照此流程往復循環工作。

3 流程設計[6-7]

根據清洗工作原理，一般的程序設計思想是按機械臂的移動流程一步步設計程序，但是這樣的話程序開發工作量非常大，并且一旦客戶要稍微改下清洗的順序，又需要大量改動程序流程，這時使用隊列的思想就可以完美解決以上兩個難點。

首先給上料位、A 槽、B 槽、C 槽、D 槽、E 槽、F槽、下料位等分別做一個位置編號，相對應為1、2、3、4、5、6、7、8 共八個位置號。那么機械臂的移動流程就是7-8-6-7-5-6-4-5-3-4-2-3-1-2-結束，然后下一個循環。如圖3所示。

圖3 機械臂隊列流程

從圖3 隊列流程可以看出，隊列頭部的數據是機械臂即將要走的位置，例如先移動到7 號位置取料，7號位置走完，對隊列元素進行出隊操作，并且隊尾填充數字0 操作。這一步操作完成，排在頭部位置是數據8。如圖4所示。

圖4 機械臂隊列流程移動后

程序依此順序操作，每移動一步，隊列左移一個數據，隊尾就填充數據0，當程序檢索數據為0 時，就認為機械臂移動流程都已完成，此時對隊列重新填充數據7-8-6-7-5-6-4-5-3-4-2-3-1-2，這樣程序就形成了循環取料、放料的動作流程。

如上描述，當客戶更改清洗工藝或者換型時，只需要修改、增加或者刪減隊列中的元素即可完成工藝的變更或型號切換，操作簡單方便，也可以把這個動作流程順序接口做到觸摸屏界面上，開放給客戶輸入，并設置安全權限，提高設備的靈活性、操作的便捷性。

4 程序開發[8]

根據流程設計描述，進行清洗設備這一部分的程序開發，首先要定義機械臂的位置號，本文中機械臂共有8 個位置[2]，因此，要對橫移伺服設定8 個絕對位置，程序要進行哪一個位置移動時，就隨時調用橫移伺服的絕對位置啟動信號。定義橫移伺服的絕對位置程序編寫如圖5所示。

圖5 橫移伺服1#絕對位置程序段

定義好橫移伺服的絕對位置后，需要把橫移伺服的隊列元素轉換為程序語言，每一個位置號[3]用4個Bit 位表示，4 個Bit 位最大可表示為二進制1111 即十進制數據15。本程序中最大位置號是8，因此足夠用。把本文隊列流程7-8-6-7-5-6-4-5-3-4-2-3-1-2 賦值給三菱PLC 的數據寄存器D1350/D1351/D1352/D1353（一個數據寄存器D 是由16 個Bit 位組成，要完成本文的流程步號，需要4 個寄存器D，寄存器編號1350—1353），程序編寫如圖6所示。

圖6 隊列流程轉為程序語言

因為是4 個Bit 位表示一個位置序列號，所以需要把寄存器D 再分解成軟元件位S，編號從S130 開始，總共4 個寄存器D，共占用64 個Bit，然后通過三菱PLC 左移指令SFTLP 進行4 個Bit 一起左移，即可得出想要移動的位置號。具體程序編寫如圖7所示。

圖7 左移位號并調用絕對定位

5 結語

隊列常用于高級語言程序開發[9-10]，在PLC 實際運用中較少使用，隨著目前社會工業自動化程度的提高，客戶需求復雜多變，結合實際情況，熟練運用隊列思想能夠使程序開發工作化繁為簡，游刃有余。本文將隊列這一思想簡單融入超聲波清洗設備的移栽程序段中，完美地克服了原有程序呆板且繁雜的缺點[11-12]，大大提高了程序開發效率，思路簡單清晰，保證了程序運行的穩定性，也為后續的設備維護提供了保障。

舉一反三，類似于這種多位置多組合反復調用的情況，如小車的多位置往返移動、多層貨梯、呼叫器等，都可以靈活運用隊列，并結合其他指令，使隊列元素能夠進行左移、右移、刪除、插入等各種操作，提高實際應用價值。