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PLC軟體設計——04時序分析和時序圖設計

作者:工控桃子兄

1. 時序分析目的

機械裝置的傳遞過程大體會經曆如下所示的階段

PLC軟體設計——04時序分析和時序圖設計

其中一個重要設計階段就是機械方案可行性分析和電氣方案可行性分析,而方案可行性分析時有一項重要工作就是分析運動部件動作時序(動作邏輯順序)的合理性,确認設計方案能否滿足以下要求:

①單個機構動作周期<=設計速度周期;

②機構間關聯配合動作周期<=設計速度周期;

③滿足設計速度的前提下,機構動作速度合理,能穩定實作工藝動作。

時序分析對裝置設計階段的方案分析起着舉足輕重的作用,不管是機械工程師或是電氣工程師若能掌握時序分析方法,就能降低設計方案的錯誤率,縮短裝置傳遞周期,大大提升裝置傳遞品質。

2. 時序分析步驟

時序分析主要劃分為以下步驟:一定、二分、三畫、四析。

PLC軟體設計——04時序分析和時序圖設計

①定——明确設計速度,确定動作周期

根據裝置生産速度要求,計算生産節拍周期,t[ms/pcs]=60000[ms]/設計速度[pcs/min],每個運動部件的動作時間都以此周期時間為參考進行配置設定。

②分——拆分裝置動作,配置設定動作時間

将裝置按照工藝流程順序,拆解為若幹運動部件,每個部件包括至少一個運動單元(如電機、氣缸、真空閥等),然後初次配置設定各運動單元的動作時間(初次配置設定時間時可參考過往經驗或多方探讨确定一個時間範圍)。

③畫——根據動作順序,畫出時序圖形

根據配置設定的動作時間,畫出描述各運動單元動作關系的時序圖,通過時序圖可看出各運動單元的動作邏輯順序和配合關系,為後面動作合理性分析提供可視化模型。

④析——分析關關聯作,優化動作時序

根據動作時間和時序圖,結合各動作形式的特點,分析關關聯作的配合是否可行,分析單個部件動作時間是否合理,動作是否合理通常有以下幾個判斷依據:

1)運動速度,通過行程和時間(往複運動包括加減速時間)的關系,計算運動速度,結合工藝的穩定性判斷動作速度是否得當,是否會影響工藝實作的穩定性;

2)加減速時間,當動作時間一定時,加減速時間與運動速度就成反比關系,即延長加減速時間,動作啟停緩慢,最高速度變大,縮短加減速時間,動作啟停急促,最高速度降低,需根據工藝特點合理配置設定加減速時間。

3)停留時間,根據工藝特點,在完成某個特定動作時,是否有充分的時間保證動作順利完成,例如通過真空吸盤吸取某個工件時,停留時間是否足夠建立真空度;

4)重疊區域動作無幹涉,如果動作A與動作B運動區域有重疊,通過時序圖分析兩者之間配合關系,是否會造成動作幹涉,機械沖突。

根據時序分析結果,重新調整動作時間配置設定,不斷重複以上②到④的步驟,得出最優方案和可行性分析結論。

3. 時序圖設計方法

時序分析過程中将各運動單元的運動關系繪制成時序圖不僅能直覺展現運動單元之間的動作邏輯關系,還能在圖形上修改動作關系,使時序分析的工作具象化、簡單化。

通常可以通過CAD繪圖工具繪制時序圖,時序圖設計方法如下所示:

1、運動單元名稱

運動單元按照工藝流程順序,從上到下同一列羅列在最左邊,一行代表一個運動單元。

2、運動單元波形或曲線

每一行的右邊繪制表明運動單元動作的波形或曲線。

3、運動單元邏輯關系

①時間配置設定,時序圖中标注一周期内各動作的時間配置設定。

②運動單元對應關系,從上到下,用虛線标明運動單元之間的對應關系,例如運動單元一執行到某個位置或某個時間點觸發運動單元二動作,運動單元二執行到某個位置或某個時間點觸發運動單元三動作,以此類推繪制完整的動作邏輯關系。

③運動部件之間配合關系,标注不同運動部件之間動作配合時間,通過時間分析運動部件之間配合是否得當,是否幹涉等。

下面舉例說明時序分析和時序圖設計方法,舉取袋和吸袋機構為例,機械結構如下圖所示

PLC軟體設計——04時序分析和時序圖設計

取袋機構有兩個執行元件(取袋伺服和取袋真空閥),吸袋機構也有兩個執行元件(吸袋伺服和吸袋真空閥)。大體工藝流程為:取袋伺服下降到袋倉放袋工位上取袋——取袋吸住袋子後上升——上升到位後吸袋真空打開,取袋真空關閉,把袋子交接給吸袋伺服——吸袋伺服吸住袋子後将袋子送到輸送帶上——吸袋送完回到起始位置等待再次吸袋。取袋不斷重複升降的往複動作,吸袋不斷重複橫移的往複動作,同時取袋每次下降時還需要判斷本次下降的高度,彌補袋倉中袋子減少産生的高度差,保證每次取袋都能吸到袋子。

①定——明确設計速度,确定動作周期

假定裝置設計速度為60pcs/min,生産節拍周期t[ms/pcs]=60000[ms]/60[pcs/min]=1000[ms/pcs]。

②分——拆分裝置動作,配置設定動作時間

序号 取袋動作拆分 動作時間[ms]
1 取袋伺服下降 200
2 取袋到位吸真空停留 200
3 取袋上升 300
4 取袋上升位等待破真空停留 100+其它動作完成後的剩餘時間
序号 吸袋動作拆分 動作時間[ms]
1 吸袋吸真空時間 100+其它動作完成後的剩餘時間
2 吸袋伺服前進 300
3 吸袋到位放袋破真空停留 100
4 吸袋伺服傳回 200

③畫——根據動作順序,畫出時序圖形

PLC軟體設計——04時序分析和時序圖設計

④析——分析關關聯作,優化動作時序

例如上圖《③配合關系200》表示吸袋伺服前進200ms後,取袋伺服開始下降,通過這個資料可以分析取袋伺服和吸袋伺服配合關系是否得當,即這個時間必須保證吸袋伺服已經将袋子往前送脫離取袋吸頭區域,這樣取袋伺服下降時才不會打到袋子的尾部,如果200ms的時間還不夠讓袋子脫離取袋吸頭,那麼就需要重新配置設定時間,可以縮短取袋伺服傳回時間,縮短取袋破真空時間,讓吸袋伺服提前動作,這樣可以預留更多的時間讓袋子送出脫離取袋吸頭區域。

總之時序圖可以提供很多的資訊幫助設計人員分析動作邏輯,尋找最有方案。做為設計人員應加強時序分析能力的訓練,靈活應用。

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