梁 晶，程志剛，王慶磊

（國核自儀系統(tǒng)工程有限公司，上海 201108）

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)各種各樣清洗設(shè)備，超聲波清洗機(jī)是工業(yè)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(dòng)，液體與清洗槽振動(dòng)時(shí)有自己的固有頻率，這種振動(dòng)頻率是聲波頻率，所以人們就聽到嗡嗡聲。超聲波清洗機(jī)的傳送方式通常有轉(zhuǎn)盤式、鏈條通過式、移栽槽式等。然而，超聲波槽式清洗機(jī)的控制需要多個(gè)槽來回往復(fù)式地清洗，不同的產(chǎn)品，清洗的槽位可能還不一樣，這就導(dǎo)致了程序復(fù)雜度較高，槽位越多，程序就越復(fù)雜，修改也越麻煩。如果使用隊(duì)列，就能滿足客戶不同產(chǎn)品隨意組合槽位、增加清洗位號(hào)的需要，并且接口可以根據(jù)需要適當(dāng)開放出來，讓客戶自己根據(jù)產(chǎn)品工藝需求調(diào)整清洗順序。

1 隊(duì)列簡(jiǎn)介

隊(duì)列（queue）[2]是一種線性表，它的特性是先進(jìn)先出，插入在一端，刪除在另一端。就像排隊(duì)一樣，剛來的人入隊(duì)（push）要排在隊(duì)尾（rear），每次出隊(duì)（pop）的都是隊(duì)首（front）的人。隊(duì)列的操作主要有元素入隊(duì)列和元素出隊(duì)列。建立順序隊(duì)列結(jié)構(gòu)[3]必須為其靜態(tài)分配或動(dòng)態(tài)申請(qǐng)一片連續(xù)的存儲(chǔ)空間，并設(shè)置兩個(gè)指針進(jìn)行管理。一個(gè)是隊(duì)頭指針front，它指向隊(duì)頭元素；另一個(gè)是隊(duì)尾指針rear，它指向下一個(gè)入隊(duì)元素的存儲(chǔ)位置，如圖1所示。

圖1 順序隊(duì)列操作示意圖

每次在隊(duì)尾插入一個(gè)元素時(shí)，rear 增1；每次在隊(duì)頭刪除一個(gè)元素時(shí)，front 增1。隨著插入和刪除操作的進(jìn)行，隊(duì)列元素的個(gè)數(shù)不斷變化，隊(duì)列所占的存儲(chǔ)空間也在為隊(duì)列結(jié)構(gòu)所分配的連續(xù)空間中移動(dòng)。當(dāng)front＝rear 時(shí)[4-5]，隊(duì)列中沒有任何元素，稱為空隊(duì)列。當(dāng)rear 增加到指向分配的連續(xù)空間之外時(shí)，隊(duì)列無法再插入新元素，但這時(shí)往往還有大量可用空間未被占用，這些空間是已經(jīng)出隊(duì)的隊(duì)列元素曾經(jīng)占用過的存儲(chǔ)單元。

2 系統(tǒng)介紹[6-7]

系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖

1）從圖2 中可以看出，系統(tǒng)由進(jìn)料部、機(jī)械臂、清洗槽和出料部等組成。進(jìn)料部和出料部的機(jī)構(gòu)由其他部件組成，和本文隊(duì)列思想無關(guān)，不進(jìn)行具體描述。主要介紹機(jī)械臂和超聲波清洗槽這兩大部分。機(jī)械臂由橫移伺服、升降伺服和機(jī)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(gè)槽位組成。各槽功能介紹如下：A 槽功能是超聲波預(yù)清洗；B 槽功能是超聲波清洗；C 槽功能是超聲波拋動(dòng)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(dòng)漂洗；F 槽功能是超聲波溢流再次拋動(dòng)漂洗。

2）機(jī)械臂在各個(gè)清洗槽移動(dòng)的工作原理。機(jī)械臂到上料位取料，然后把料放入到A 槽，清洗一定時(shí)間后，機(jī)械臂把料從A 槽放到B 槽，然后機(jī)械臂再去上料位取一個(gè)新料放入A 槽清洗，同樣清洗一定時(shí)間后，機(jī)械臂把料從B 槽放入C 槽，同時(shí)把新料從A 槽放入B 槽，再去上料位取一個(gè)新料放入A 槽。依此下去，最后的邏輯是機(jī)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(fù)循環(huán)工作。

3 流程設(shè)計(jì)[6-7]

根據(jù)清洗工作原理，一般的程序設(shè)計(jì)思想是按機(jī)械臂的移動(dòng)流程一步步設(shè)計(jì)程序，但是這樣的話程序開發(fā)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(dòng)程序流程，這時(shí)使用隊(duì)列的思想就可以完美解決以上兩個(gè)難點(diǎn)。

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(gè)位置編號(hào)，相對(duì)應(yīng)為1、2、3、4、5、6、7、8 共八個(gè)位置號(hào)。那么機(jī)械臂的移動(dòng)流程就是7-8-6-7-5-6-4-5-3-4-2-3-1-2-結(jié)束，然后下一個(gè)循環(huán)。如圖3所示。

圖3 機(jī)械臂隊(duì)列流程

從圖3 隊(duì)列流程可以看出，隊(duì)列頭部的數(shù)據(jù)是機(jī)械臂即將要走的位置，例如先移動(dòng)到7 號(hào)位置取料，7號(hào)位置走完，對(duì)隊(duì)列元素進(jìn)行出隊(duì)操作，并且隊(duì)尾填充數(shù)字0 操作。這一步操作完成，排在頭部位置是數(shù)據(jù)8。如圖4所示。

圖4 機(jī)械臂隊(duì)列流程移動(dòng)后

程序依此順序操作，每移動(dòng)一步，隊(duì)列左移一個(gè)數(shù)據(jù)，隊(duì)尾就填充數(shù)據(jù)0，當(dāng)程序檢索數(shù)據(jù)為0 時(shí)，就認(rèn)為機(jī)械臂移動(dòng)流程都已完成，此時(shí)對(duì)隊(duì)列重新填充數(shù)據(jù)7-8-6-7-5-6-4-5-3-4-2-3-1-2，這樣程序就形成了循環(huán)取料、放料的動(dòng)作流程。

如上描述，當(dāng)客戶更改清洗工藝或者換型時(shí)，只需要修改、增加或者刪減隊(duì)列中的元素即可完成工藝的變更或型號(hào)切換，操作簡(jiǎn)單方便，也可以把這個(gè)動(dòng)作流程順序接口做到觸摸屏界面上，開放給客戶輸入，并設(shè)置安全權(quán)限，提高設(shè)備的靈活性、操作的便捷性。

4 程序開發(fā)[8]

根據(jù)流程設(shè)計(jì)描述，進(jìn)行清洗設(shè)備這一部分的程序開發(fā)，首先要定義機(jī)械臂的位置號(hào)，本文中機(jī)械臂共有8 個(gè)位置[2]，因此，要對(duì)橫移伺服設(shè)定8 個(gè)絕對(duì)位置，程序要進(jìn)行哪一個(gè)位置移動(dòng)時(shí)，就隨時(shí)調(diào)用橫移伺服的絕對(duì)位置啟動(dòng)信號(hào)。定義橫移伺服的絕對(duì)位置程序編寫如圖5所示。

圖5 橫移伺服1#絕對(duì)位置程序段

定義好橫移伺服的絕對(duì)位置后，需要把橫移伺服的隊(duì)列元素轉(zhuǎn)換為程序語言，每一個(gè)位置號(hào)[3]用4個(gè)Bit 位表示，4 個(gè)Bit 位最大可表示為二進(jìn)制1111 即十進(jìn)制數(shù)據(jù)15。本程序中最大位置號(hào)是8，因此足夠用。把本文隊(duì)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(shù)據(jù)寄存器D1350/D1351/D1352/D1353（一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器D 是由16 個(gè)Bit 位組成，要完成本文的流程步號(hào)，需要4 個(gè)寄存器D，寄存器編號(hào)1350—1353），程序編寫如圖6所示。

圖6 隊(duì)列流程轉(zhuǎn)為程序語言

因?yàn)槭? 個(gè)Bit 位表示一個(gè)位置序列號(hào)，所以需要把寄存器D 再分解成軟元件位S，編號(hào)從S130 開始，總共4 個(gè)寄存器D，共占用64 個(gè)Bit，然后通過三菱PLC 左移指令SFTLP 進(jìn)行4 個(gè)Bit 一起左移，即可得出想要移動(dòng)的位置號(hào)。具體程序編寫如圖7所示。

圖7 左移位號(hào)并調(diào)用絕對(duì)定位

5 結(jié)語

隊(duì)列常用于高級(jí)語言程序開發(fā)[9-10]，在PLC 實(shí)際運(yùn)用中較少使用，隨著目前社會(huì)工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，客戶需求復(fù)雜多變，結(jié)合實(shí)際情況，熟練運(yùn)用隊(duì)列思想能夠使程序開發(fā)工作化繁為簡(jiǎn)，游刃有余。本文將隊(duì)列這一思想簡(jiǎn)單融入超聲波清洗設(shè)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(diǎn)[11-12]，大大提高了程序開發(fā)效率，思路簡(jiǎn)單清晰，保證了程序運(yùn)行的穩(wěn)定性，也為后續(xù)的設(shè)備維護(hù)提供了保障。

舉一反三，類似于這種多位置多組合反復(fù)調(diào)用的情況，如小車的多位置往返移動(dòng)、多層貨梯、呼叫器等，都可以靈活運(yùn)用隊(duì)列，并結(jié)合其他指令，使隊(duì)列元素能夠進(jìn)行左移、右移、刪除、插入等各種操作，提高實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。