关键词：PLC;级式编程技术;控制系统
Abstract: PLC stage programming technology is an advanced regular design for design of PLC ladder diagram. It is proved by experiment that the stage programming method makes the PLC control software have a good corresponding relationship with the working sequences of hydraulic-pressure and landscape orientation machinable， and makes the programming and debugging work more efficiently. Compared with the ladder programming method， the software edited by this method has less sentences， little scanning time and higher effective performance on real-time control.
Key words: PLC; stage programming technology; control system
在机床控制系统中，多工序的加工系统由于动作多，采用传统的继电器控制时，需要较多的继电器，接线复杂，故障检查及设备维修比较麻烦。因此，机床控制系统已基本上淘汰了传统的继电器控制方式，取而代之的是PLC和微控制器为核心的数字控制系统。其中，PLC由于编程简单，使用方便，设计、施工、调试周期短，抗干扰能力强，可靠性高，易于实现机电一体化等优点[1]，被广泛应用于机床控制系统中。但是，不少控制软件仍然沿用低压电器逻辑控制思路，将原来的继电器控制原理图移植为梯形图软件，致使程序庞大，控制变量之间逻辑关系复杂，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些应该考虑的问题;在修改某一局部电路时，可能对系统的其它部分产生意想不到的影响，因此，梯形图的修改也很麻烦，很难得到一个满意的结果[3]。
1 级式语言原理
在顺序逻辑控制中，通常根据工艺流程将设备的工作过程分解成若干个动作工序，然后根据流程控制的要求，按事先设定好的各动作之间的转换条件，由一个动作转移到下一个动作，依次类推，完成整个工艺流程[2]。在级式程序中，将决定各个工序动作状态及其转移的程序单元称为级，它与工序一一对应。将工序之间的转换条件称为级转换条件。一个级为一个程序块，它由工序处理、转换条件和转移方向3部分组成（图1）。工序处理包含了级内将完成的工作;转移条件用来确定本工序的动作是否结束;转移方向指定了将进入的下一个工序号（级号）。当动作中的级ON，进行动作内容的处理，该级中的输出才可能有效;否则，不会输出。整个控制程序由级模块组成。级模块是工艺流程中的一个子处理过程，包含了实现该处理过程所有的级。程序中，给每个级定义了唯一的编号，即级号，它可以看作是程序执行顺序的标号。
图1 级的结构及表示
级式语言是一种面向工艺流程的可编程控制器语言，它将控制过程按照工艺流程分解成了若干动作工序（级），分别编制各个工序的处理程序（级程序），并根据工序结束条件和工序转移方向，将这些处理程序连接起来，即为级式程序。它是以动作单位进行程序设计的。
2 液压纵横进给加工系统的控制
液压纵横油缸进给加工系统的动作要求如下：
1）起动液压油泵，发出纵向油缸“向前”指令，纵向油缸带动刀具快进、工进，工进结束后在终点位置停留并发出信号，使横向油缸作出相应的动作。
2）紧接着横向油缸带动刀具快进、工进，工进结束后快速退回原位并发出信号使纵向油缸快速退回原位，整个循环结束。
根据控制要求和液压纵横油缸进给加工系统的液压系统图（图2），画出液压纵横油缸进给加工系统的工作循环图（图3）。由液压纵横油缸进给加工系统的动作要求和其工作循环图得执行元件节拍表和检测元件状态表（表1）
图2 液压纵横油缸进给加工系统的液压系统图
图3 液压纵横油缸进给加工系统的工作循环图
表1 执行元件节拍表和检测元件状态表
执行元件节拍表就是液压电磁阀YV1～YV2的通断表。检测元件状态表是对照工作循环图并根据各程序中检测元件状态变化情况得到的，其列写规则为：在某一程序中，若检测元件处于原始状态，则记为“0”状态，若元件处于受激状态，则记为“1”状态;若元件由0至1或1至0，则相应记作0/1或1/0。在本系统中有行程开关SQ1～SQ2作为检测元件。它们在各程序中的状态见表1中检测元件状态栏。
3 用级式语言设计控制系统
该设备采用支持级式语言的光洋电子（无锡）有限公司SE-11型PLC来实现对液压纵横油缸进给加工系统的控制。设计步骤如下：
1）根据液压纵横油缸进给加工系统的动作要求和工作循环图画出加工过程的流程图。PLC用于该加工过程的控制流程如图4所示。
2）由表1和图4确定输入信号和输出信号。先把外部输入信号（来自按钮、限位开关以及其它来自现场的控制信号）连接到PLC的输入接口的端子上，即与PLC的输入继电器相连;再把PLC的输出信号（控制外部接触器、电磁阀等信号）与外部执行器件相连，得到用PLC控制的外部接线图如图5所示。
3）按照加工流程图并结合执行元件节拍表和检测元件状态表，遵循级式编程规则，用PLC的内部继电器、计数器/计时器等单元设计出液压纵横油缸进给加工系统的梯形图，如图6所示。PLC各输入、输出线圈、内部继电器线圈及触头、特殊功能单元、计时器/计数器等都有规定的编号和地址。
图4液压纵横油缸进给加工系统的控制流程图
图5 PLC外部接线图
图6 液压纵横油缸进给加工系统的梯形图
4 结束语
级式语言设计简单、规范、通用，很容易被初学者接受。对于有经验的工程师，级式语言设计同样能提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。因此，在一些复杂的控制系统中具有较强的推广价值。
作者创新点观点：将PLC级式编程技术运用于机械液压控制系统，使控制软件与工序动作有较好的对应关系，编程和调试效率高，提高了控制系统的可靠性和加工系统的柔性。
经济效益：从提高生产效率角度，直接经济效益21万元。
参考文献：
[1] 胡学林.可编程控制器应用技术[M].北京：高等教育出版社，2000.
[2] 万加桔,赵志英, 罗良玲.顺序控制设计法在组合机床中的应用[J]. 微计算机信息, 2005,12-1:30-32.
[3] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2004.
