以支持为中心的企业控制:命令控制

每组逻辑电路启用一个命令信号。设计人员使用启用的命令信号来打开输出信号。启用的输出信号激活外部电路，使物体和机制移动。控制电路包括一起工作以使能、使能和/或重新使能输出信号的一个或多个逻辑电路。

不管输出信号如何，大多数控制电路组都提供类似的控制特性。认识和理解这些电路固有的和不同的特性是很重要的。一个关键特性围绕着所应用的控制电路如何启动运动。下一个明显的特征是，当一个物体或机械到达预期的终点或停止位置时，控制电路如何阻止物体运动。

一个不太明显的特征集中在控制电路如何在物体运动后过早停止。当一个物体或机构在移动时，其他静止的物体或机构无意中改变了位置时，这个特性很重要。最后，一个明显的重启特征集中在需要让一些过早停止移动的东西再次移动。

在大多数情况下，各种控制电路背后的基本设计特征仍然对支持人员隐藏，制造商不规范，控制系统设计人员记录不良。一些制造商使用示例模板来管理控制电路的基本原理。这是大多数制造商能够避免设计走向不同方向的唯一方法。

在不了解设计背后的规则的情况下，控制电路对支持人员来说总是显得混乱。当制造商要求他们支持来自不同机器供应商的各种应用时，情况尤其如此。那么在控制电路上有什么明显的区别呢?在大多数情况下，它是设计人员使用的电路数量以及他们配置、顺序排序和组合它们的各种方式。

术语“组合”是指设计师如何在不知情的情况下使用梯级替换来创建视觉上不同的电路。一个明显的视觉差异围绕着设计师记录电路的多种方式。一些不太明显但非常重要的差异集中在输出信号使能和将控制转向电动、液压和/或气动回路的方式上。因此，输出信号的实际集成迫使设计人员了解过早禁用输出信号如何影响外部电路。以下术语解释了各种类型的外部电路:

• 可停止电路需要控制器的输出信号保持启用状态，以保持物体或机械的运动。
• 不可阻挡的电路不需要输出信号来保持启用状态，以保持对象或机制的移动。
• 可逆电路根据启用对象的输出信号的禁用状态，反转对象移动的预期方向。

设计人员通常在应用一组控制电路之前评估物体或机构的物理质量及其必须行进的距离。设计师通常使用可停止电路来控制大质量物体或机构的长时间运动。设计师经常使用不可阻挡电路来实现小质量物体或机构的短时间运动。

可逆电路也是如此。在大多数情况下，选择的外电路围绕运动物体或机构的动量旋转。具有高动量的物体或机构对设备造成损坏的可能性增加。为了避免对设备造成潜在的损坏，设计人员在控制电路检测到另一个物体或机构超出其预期位置时，采用可停止电路来禁止运动。

外部电路有很多种形式。一个可停止电路通常有一个继电器与电机启动器和刹车释放螺线管集成。当输出信号使继电器通电时，机械运动开始。继电器同时引导电流流向刹车释放螺线管和电机。当输出信号使继电器断电以切断电机和制动螺线管的电流时，机械运动停止。液压或气动不可停止回路使用与气缸或马达集成的防静电电磁阀。当输出信号使阀门的电磁阀通电时，运动开始。通电的电磁阀磁性地移动制动阀阀芯，从而使空气或液体连续流动到气缸或电机。阀芯移动后，流体继续流动，即使控制电路使输出信号失效。

除了外部电路的不同，控制电路有六个主要的控制作用。这些角色包括启动某物，改变其速度，保持其运动，在运动时过早停止它，如果它无意中停止，则重新开始运动，以及当它到达预期的最终位置时禁用电路。为了可靠地完成这些任务，控制电路必须应对已知的稳态和可变状态信号的过渡效应。

为了控制物体或机械的运动，各种电路的作用是重要的。启动某物意味着有一个控制电路，它首先检查最多数量的适当的稳态和可变状态信号。要使它保持运动，就意味着要有一个切断控制电路，不断地检查大量的稳态信号。在某些情况下，保持一个机构或物体的运动意味着要有一个动态检查可变状态信号的控制电路。过早停止运动意味着有一个电路中断了外部可停止电路。

在运动中途停止后重新启动意味着允许它自动恢复或以手动模式恢复。停止运动通常意味着有一个检查少量高优先级、可变状态信号的控制电路。为了理解控制角色，设计人员必须使用通用和系统的方法来开发独特的角色分配控制电路。以下术语描述了各种控制电路的作用:

• 位置准备电路检查对象或机构在移动之前的位置。
• 一个顺序控制电路允许基于所有按顺序移动的顺序机制的自动运动。
• 起动位置电路检查启动物体或机构运动所需的许多稳定和可变状态信号。
• 触发准备电路检查下游触发电路信号，以确保它们在释放物体之前能正常工作。
• 启动状态电路将起动位置信号与其它稳态和可变信号进行了总结。
• 端位电路检查停止移动对象或机制所需的少量高优先级可变状态信号。
• 一个清晰的电路检查必须不改变状态的稳态信号，以避免过早停止移动的对象或机构。
• 一种自动使能电路允许命令电路在清除或操作模式信号过早停止对象或机构的运动后重新启用输出。
• 指令电路集成工作模式信号与开始位置，结束位置，安全和自动使能电路之前激活或停用输出电路。
• 输出电路集成命令电路信号和具有使能外部电路的输出信号的相反运动信号。

在审查了可能的控制电路数量之后，许多控制系统设计者得出结论，他们的设计风格更有效。大多数持这种观点的人认为，具有较少电路的样式是优越的，特别是如果应用程序任务是可重复的。更少的电路总是更有效率，但是这些效率如何提高支持人员理解和与应用程序交互的能力呢?一个应用程序的可重复性是否胜过支持人员理解所有设计的能力?这两个问题的答案都是否定的。

任何在任何编程环境中编写应用程序的人都知道，代码效率会生成较少结构化的代码。更少的结构意味着应用程序更难以理解。难以理解的应用程序会造成混乱，并使其更难以得到支持。

虽然本文的系统设计策略提出了10种控制运动的电路，但设计师经常使用直接、反向和密封电路替代技术来减少它们的数量。这是实现设计效率的一种方法。这有时意味着他们可以将控制电路的数量减少到一个或两个大电路。这些电路通常模糊了功能控制角色，因为在电路触点和分支之间没有明确的分界线。另一方面，如果设计者使用许多电路，每个电路都有一个单一的目的。

单一用途的电路使支持人员能够界定他们的个人角色，同时允许他们对自己识别、理解和修改这些角色的能力获得信心。当制造商推广这种类型的设计策略时，他们可以期望获得许多制造优势，因为它极大地增强了支持人员理解控制应用程序并与之交互的能力。

提高设计的可保障性对人员的安全至关重要。制造商是否会继续在许多不同风格的应用程序上培训支持人员?应用程序风格背后的基本原理更多地与外观问题有关，或者与单个设计人员如何使用替代来组合或压缩控制电路有关。

一些控制系统供应商长期以来一直使用标准电路，他们无法对其压缩设计进行逆向工程。相反，他们鼓吹更快的代码执行速度、更小的控制器内存大小和单一用途的培训需求的好处。他们从未说明他们的高效设计策略将如何提高支持人员与所有控制应用程序安全交互的能力。“安全”一词意味着与设计交互的人员将识别可预测的机器行为。

开发位置准备电路

开发位置准备电路是系统设计一套控制电路的第一步。该电路在物体或机械移动之前识别其位置。例如，如果一个机构伸展和收缩，有两个独立的位置准备电路。一个电路在其移动之前识别收缩位置，而另一个电路在其移动之后识别扩展位置。每个电路验证预移动位置传感器是否开启，后移动传感器是否关闭。许多设计使用生成的电路信号使报信逻辑能够打开智能面板上的灯或指示灯。灯光或指示器使人们能够识别物体或机械的位置。

当设计人员使用这些电路进行报信时，他们迫使控制应用程序重现所有位置状态条件。当控制应用用生成的位置就绪电路信号代替每组可检测的输入条件时，有一个显著的好处。在大多数情况下，直接替换使设计人员能够用一个就绪信号替换两个输入条件。替代策略减少了每个电路可检测元件的数量，进一步提高了替代能力，最大限度地减少了控制器内存的使用，并缩短了电路的物理长度。缩短电路的长度提高了支持人员看到显示的控制逻辑的能力，而不必缩小或滚动屏幕。因此，支持人员能够迅速看到电路的整体，并专注于问题元素。

图1显示了控制在两个工位之间移动的物体和两个工位之间的机构所需的位置准备电路。每个指令的回路数量因输送机和机器设计而异。机器设计通常有一个位置准备电路，表示机构在移动之前的位置。输送机设计使用两个电路来表示两个不同站点的传感器状态。确定位置准备电路所需的可检查条件的规则在每种应用类型之间略有不同。对于输送机应用，设计人员可以使用分配给传感器激活条的属性字段数据系统地从应用模型中提取所有设计信息。对于机器应用程序，设计人员可以使用运动条分配的属性从应用程序模型中提取设计信息。

联锁既可以是稳定状态信号，也可以是可变状态信号，这取决于应用程序的角度。对于输送机应用，站清晰联锁始终是由机器应用设置的稳态信号。对于机器应用，一个停止的，在位置联锁是一个可检查的，由输送机应用设置的稳态信号。另一方面，机器应用程序设置一个周期完成联锁信号。传送带应用程序将此联锁视为可变状态信号，而机器应用程序将其视为稳态信号。

图2显示了设计人员从应用程序模型中提取棒属性信息后生成的输送机和机器清除电路。顺序控制电路确保不同的控制电路组迫使物理运动以固定的顺序发生。对于一些制造商来说，仅仅处于有效状态是不足以让机构移动的。当制造商强加严格的排序规则时，他们迫使控制系统设计人员为机器应用开发顺序控制电路。

这些电路使机械运动和模板活动只有在机器按照正常顺序到达起始位置状态时才会发生。这些设计有一个顺序控制，指针电路的每一个动作。每个电路都有指针锁存和解锁指令。一旦机器处于正确的状态，电路同时禁用当前状态的指针信号并启用下一状态的指针信号。对于这些设计，当机器跳过一个状态时，它将不运行。为简化起见，将序列控制信号集成到命令电路中不在本文讨论之列。

设计过程的下一步包括创建一个对象或机制清晰的电路。该电路将物体或机械运动时不能改变状态的所有稳态信号汇总在一起。大多数设计都是通过在启动、定位和命令电路之前编写一个清晰的电路来开始的。该电路上的所有信号先决条件都是由起始位置电路检查的那些条件的子集。传统的处理方法是将该电路放在首位，并使用由此产生的使能清晰信号作为起动位置电路中的可检测条件。

对于传送带设计，清晰的电路必须检查所有的联锁，以确保机器控制的机构处于允许物体畅通无阻的位置。当物体进入或离开车站时，电路必须保持开启状态。当进入车站时，电路检查出口传感器的未激活状态，以确保前一个对象已成功地离开车站。如果清除电路使用常闭输出传感器触点，则设计必须包括输入信号上的传感器电源。这个上电信号保证传感器是活动的，并且传感器输入的非激活状态是有效的。对于机器设计，清除电路必须检查物体在位置联锁和其他机构的选定传感器状态。这些检查确保物体和工位机构在机构改变位置时保持静止。

启动位置、触发器就绪和启动状态电路具有独特的用途。启动位置电路检查启动物体或机构运动所需的所有物体和机构传感器信号。触发准备电路验证下游触发电路被设置为触发。启动状态电路将启动位置、触发器就绪与其他稳态或可变状态信号结合起来。对于输送机应用，启动位置电路检查两个站的物体位置传感器。目标位置信号包括下一下游站传感器的停用状态和所有当前站传感器的执行器编码的站内状态。触发器准备电路验证所有触发电路的状态。相关的启动状态电路将启动位置和触发准备信号与其他必须在物体开始移动之前为真的信号结合起来。对于机器应用，启动位置电路检查机构位置信号和关键的基于模板的过程联锁。关联的启动状态电路将启动位置电路信号与周期完成信号的有效状态相结合。

图3显示了如何将建模的应用程序信息转换为可检查的启动位置和启动状态电路条件。机器设计的起位电路表示在“扩展定位器”运动杆开始时机构传感器和过程联锁的状态。对于输送机设计，触发器准备电路检查下游站触发器的发射能力。该特性可靠地支持触发优先设计策略。

许多制造商没有意识到，他们的机器供应商提供的控制应用程序在移动物体之前不检查武装信号的状态。结果，许多人都遭受了触发装置无法发射的不利操作后果。一些程序员认为，使用一个单一的信号，表明所有的武装信号都已设置，足以让下一个物体进入车站。这就好比说，既然他们有武器，他们现在仍然有武器。

那么控制系统设计师如何解决无意触发的问题呢?为什么许多设计允许车站接受新物体，如果车站的触发器不会在它们到达时触发?这些都是造成混乱局面，导致巨大生产损失的事件的例子。对于许多制造商来说，这些问题的答案是“谁知道呢!”为了避免这种情况，制造商必须指定一个标准的方法来重新启动触发器，并随后使下一个物体进入一个站点。

当物体或机构到达其目的位置后停止运动时，端位电路使能发出信号。对于输送机和机器设计，这意味着检查下游站的最小数量的停止位置传感器。

图4显示了每种设计类型使用的末端位置电路，但并非所有末端位置电路条件都像本例中描述的电路那样简单。如果设计需要其他停止条件，个别酒吧的财产信息可以提供额外的标准。设计人员集成了清晰，开始状态和结束位置电路信号，以产生自动使能电路。这个电路能使物体或机械从其启动状态自动运动。然而，当中断发生提前停止运动时，电路要么重新启用，要么禁用进一步的运动。在大多数情况下，外部电路的可停或不可停性质决定了设计者如何配置自动使能电路。如果输出信号启用不可停止电路，该设计使用锁存电路来确保输出的自动重新启用。如果输出信号启用可停止电路，则该设计使用密封电路信号关闭输出，以防止自动重新启用运动。

图5显示了当编程条件为真时，自动使能密封电路使能信号。当任何停止、清除或模式条件改变状态以禁用自动启用信号时，密封被破坏。对于机器设计，锁存指令保证自动使能信号被启用并保持启用状态，直到定位器到达其扩展位置。当定位器扩展时，解锁电路禁用自动使能信号。

大多数设计人员在看到自动启用信号与命令电路集成时，都清楚地了解它们的作用。命令电路使用起始位置、结束位置、清除、模式和自动使能电路使能输出电路。然后，设计人员使用生成的命令信号使能输出电路。

图6显示了两个示例命令电路。设计人员使用简单的规则配置这些电路。第一条规则要求输出分支包含用于对立运动的正常闭合触点。下一条规则要求电路具有一组独特的模式特定输入支路，或者每个互斥的工作模式都有一个输入支路。每个支路包括一个常开模式触点。特定于bar的属性定义了适用的操作模式。

自动和半自动模式分支必须具有相邻的自动使能和清除信号触点。手动和无限制模式分支必须有相邻的按钮触点。除了具有按钮触点外，手动模式分支还必须具有清晰的电路信号触点。根据定义，不受限制模式分支没有明确的或自动启用的信号触点。

最后，设计人员使用命令电路信号来产生输出电路。这些输出电路产生的信号使外部电路能够工作。这些电路背后的主要配置规则主要来自于设备连接电路的可停止或不可停止的性质。次要但同样重要的电路配置规则来自设计师指定的棒属性的应用。

丹尼尔·卡迪纳尔作为Insyte公司的工程顾问，在汽车行业实施集成调度和零件识别应用。克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程，cvavra@cfemedia.com。

更多的建议

关键概念

设计师使用命令电路信号产生输出电路，输出电路产生使能外部电路的信号。

分配控制电路需要一个通用的和系统的方法。

主要配置这些电路背后的规则主要来自于设备连接电路的可停止或不可停止的性质。

考虑一下这个

什么应用程序会从指挥控制电路中获益最多吗?

在线额外

请参阅下面链接的丹尼尔·卡迪纳尔的系列文章。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。