基于三菱PLC平台队列在清洗设备中的运用

梁 晶，程志刚，王庆磊

（国核自仪系统工程有限公司，上海 201108）

随着工业技术的发展，出现各种各样清洗设备，超声波清洗机是工业中较常见的一种。利用超声波[1]在液体中传播，使液体与清洗槽在超声波频率下一起振动，液体与清洗槽振动时有自己的固有频率，这种振动频率是声波频率，所以人们就听到嗡嗡声。超声波清洗机的传送方式通常有转盘式、链条通过式、移栽槽式等。然而，超声波槽式清洗机的控制需要多个槽来回往复式地清洗，不同的产品，清洗的槽位可能还不一样，这就导致了程序复杂度较高，槽位越多，程序就越复杂，修改也越麻烦。如果使用队列，就能满足客户不同产品随意组合槽位、增加清洗位号的需要，并且接口可以根据需要适当开放出来，让客户自己根据产品工艺需求调整清洗顺序。

1 队列简介

队列（queue）[2]是一种线性表，它的特性是先进先出，插入在一端，删除在另一端。就像排队一样，刚来的人入队（push）要排在队尾（rear），每次出队（pop）的都是队首（front）的人。队列的操作主要有元素入队列和元素出队列。建立顺序队列结构[3]必须为其静态分配或动态申请一片连续的存储空间，并设置两个指针进行管理。一个是队头指针front，它指向队头元素；另一个是队尾指针rear，它指向下一个入队元素的存储位置，如图1所示。

图1 顺序队列操作示意图

每次在队尾插入一个元素时，rear 增1；每次在队头删除一个元素时，front 增1。随着插入和删除操作的进行，队列元素的个数不断变化，队列所占的存储空间也在为队列结构所分配的连续空间中移动。当front＝rear 时[4-5]，队列中没有任何元素，称为空队列。当rear 增加到指向分配的连续空间之外时，队列无法再插入新元素，但这时往往还有大量可用空间未被占用，这些空间是已经出队的队列元素曾经占用过的存储单元。

2 系统介绍[6-7]

系统机构图，如图2所示。

图2 系统机构图

1）从图2 中可以看出，系统由进料部、机械臂、清洗槽和出料部等组成。进料部和出料部的机构由其他部件组成，和本文队列思想无关，不进行具体描述。主要介绍机械臂和超声波清洗槽这两大部分。机械臂由横移伺服、升降伺服和机械挂钩组成。超声波清洗槽共由A 槽、B 槽、C 槽、D 槽、E 槽、F 槽六个槽位组成。各槽功能介绍如下：A 槽功能是超声波预清洗；B 槽功能是超声波清洗；C 槽功能是超声波抛动清洗；D 槽功能是超声波溢流漂洗；E 槽功能是超声波溢流抛动漂洗；F 槽功能是超声波溢流再次抛动漂洗。

2）机械臂在各个清洗槽移动的工作原理。机械臂到上料位取料，然后把料放入到A 槽，清洗一定时间后，机械臂把料从A 槽放到B 槽，然后机械臂再去上料位取一个新料放入A 槽清洗，同样清洗一定时间后，机械臂把料从B 槽放入C 槽，同时把新料从A 槽放入B 槽，再去上料位取一个新料放入A 槽。依此下去，最后的逻辑是机械臂从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，按照此流程往复循环工作。

3 流程设计[6-7]

根据清洗工作原理，一般的程序设计思想是按机械臂的移动流程一步步设计程序，但是这样的话程序开发工作量非常大，并且一旦客户要稍微改下清洗的顺序，又需要大量改动程序流程，这时使用队列的思想就可以完美解决以上两个难点。

首先给上料位、A 槽、B 槽、C 槽、D 槽、E 槽、F槽、下料位等分别做一个位置编号，相对应为1、2、3、4、5、6、7、8 共八个位置号。那么机械臂的移动流程就是7-8-6-7-5-6-4-5-3-4-2-3-1-2-结束，然后下一个循环。如图3所示。

图3 机械臂队列流程

从图3 队列流程可以看出，队列头部的数据是机械臂即将要走的位置，例如先移动到7 号位置取料，7号位置走完，对队列元素进行出队操作，并且队尾填充数字0 操作。这一步操作完成，排在头部位置是数据8。如图4所示。

图4 机械臂队列流程移动后

程序依此顺序操作，每移动一步，队列左移一个数据，队尾就填充数据0，当程序检索数据为0 时，就认为机械臂移动流程都已完成，此时对队列重新填充数据7-8-6-7-5-6-4-5-3-4-2-3-1-2，这样程序就形成了循环取料、放料的动作流程。

如上描述，当客户更改清洗工艺或者换型时，只需要修改、增加或者删减队列中的元素即可完成工艺的变更或型号切换，操作简单方便，也可以把这个动作流程顺序接口做到触摸屏界面上，开放给客户输入，并设置安全权限，提高设备的灵活性、操作的便捷性。

4 程序开发[8]

根据流程设计描述，进行清洗设备这一部分的程序开发，首先要定义机械臂的位置号，本文中机械臂共有8 个位置[2]，因此，要对横移伺服设定8 个绝对位置，程序要进行哪一个位置移动时，就随时调用横移伺服的绝对位置启动信号。定义横移伺服的绝对位置程序编写如图5所示。

图5 横移伺服1#绝对位置程序段

定义好横移伺服的绝对位置后，需要把横移伺服的队列元素转换为程序语言，每一个位置号[3]用4个Bit 位表示，4 个Bit 位最大可表示为二进制1111 即十进制数据15。本程序中最大位置号是8，因此足够用。把本文队列流程7-8-6-7-5-6-4-5-3-4-2-3-1-2 赋值给三菱PLC 的数据寄存器D1350/D1351/D1352/D1353（一个数据寄存器D 是由16 个Bit 位组成，要完成本文的流程步号，需要4 个寄存器D，寄存器编号1350—1353），程序编写如图6所示。

图6 队列流程转为程序语言

因为是4 个Bit 位表示一个位置序列号，所以需要把寄存器D 再分解成软元件位S，编号从S130 开始，总共4 个寄存器D，共占用64 个Bit，然后通过三菱PLC 左移指令SFTLP 进行4 个Bit 一起左移，即可得出想要移动的位置号。具体程序编写如图7所示。

图7 左移位号并调用绝对定位

5 结语

队列常用于高级语言程序开发[9-10]，在PLC 实际运用中较少使用，随着目前社会工业自动化程度的提高，客户需求复杂多变，结合实际情况，熟练运用队列思想能够使程序开发工作化繁为简，游刃有余。本文将队列这一思想简单融入超声波清洗设备的移栽程序段中，完美地克服了原有程序呆板且繁杂的缺点[11-12]，大大提高了程序开发效率，思路简单清晰，保证了程序运行的稳定性，也为后续的设备维护提供了保障。

举一反三，类似于这种多位置多组合反复调用的情况，如小车的多位置往返移动、多层货梯、呼叫器等，都可以灵活运用队列，并结合其他指令，使队列元素能够进行左移、右移、删除、插入等各种操作，提高实际应用价值。