機器人plc畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　選題背景 </b></p><p>　　20世紀(jì)后半期，隨著計算機、材料、自動控制等技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)也獲得了蓬勃的發(fā)展，新的加工、制造概念和方法層出不窮，如CNC、CAD、CAM、FMS、CIMS、ERP、并行工程、敏捷制造等等。這些先進制造技術(shù)改變了傳統(tǒng)的制造模式，大

2、大提高了企業(yè)的競爭能力。先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)與基礎(chǔ)科學(xué)、管理學(xué)和工程技術(shù)等領(lǐng)域的最新成果、理論、方法有機結(jié)合產(chǎn)生的適應(yīng)未來制造的前沿技術(shù)的總稱，具有綜合性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性、可持續(xù)性等特征，成為集機械、電子、信息、材料和管理等學(xué)科于一體的新興交叉學(xué)科。</p><p>　　可編程控制技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀</p><p>　　在先進制造技術(shù)日益發(fā)展的情況下，可編程控制技術(shù)（PLC）已經(jīng)成為先進自

3、動化制造系統(tǒng)中一項非常重要的技術(shù)。因此，可編程控制技術(shù)也已成為機械制造專業(yè)方向非常重要的專業(yè)課。同濟大學(xué)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院機械工程及其自動化專業(yè)也開設(shè)了相關(guān)的課程。</p><p>　　然而，可編程控制器的特點決定了這些課程技術(shù)實踐性非常強，其程序的驗證只有結(jié)合被控制對象才能實現(xiàn)，因此，在教學(xué)過程中，實驗環(huán)節(jié)非常重要。而實物被控對象一般都有體積大、價格昂貴、維護困難的特點，所以大部分學(xué)校都因為受資金、場地、設(shè)備等因

4、素的制約，只購買一些簡單的實驗箱或者功能單一的可編程控制器，或者只配備一套實驗系統(tǒng)。為了克服這些困難，目前國內(nèi)外部分學(xué)校已經(jīng)開始嘗試采用一種基于計算機仿真技術(shù)的實驗方法，通過計算機仿真軟件模擬其自動控制過程。</p><p>　　基于教學(xué)現(xiàn)狀的課題研究目的</p><p>　　基于上述我們在相關(guān)專業(yè)課程里遇到的實際操作困難，本課題利用德國SL公司開發(fā)的MSM-2102軟件，在計算機上構(gòu)建一

5、套由高架立體倉庫和三軸運動機械手等組成的毛坯零件搬運單元。在了解柔性制造系統(tǒng)（FMS）中毛坯零件的倉儲、搬運的特點的基礎(chǔ)上，采用德國西門子S7可編程控制器進行控制，編制出相應(yīng)的PLC程序，然后進行仿真模擬，從而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)過程的模擬仿真。</p><p>　　一方面，通過這種模擬仿真不僅可以在教學(xué)過程中讓學(xué)生非常直觀地查看控制過程，更容易地理解編程的方法，而且還可以提高學(xué)生編程和調(diào)試的能力，以培養(yǎng)我們的工程研究

6、與開發(fā)的能力。另一方面，對于我們職教師資項目的學(xué)生來說，還可以深入地體會到用項目教學(xué)法與模擬仿真方法相結(jié)合，構(gòu)建復(fù)雜工作環(huán)境的教學(xué)方法帶來的優(yōu)勢。綜合上述因素提出了本課題。</p><p><b>　　研究內(nèi)容和研究方法</b></p><p>　　1.4.1 課題構(gòu)思 </p><p>　　本課題要求在了解柔性制造系統(tǒng)（FMS）中毛坯零件

7、的倉儲、搬運的特點的基礎(chǔ)上，利用德國SL公司開發(fā)的MSM-2102軟件在計算機上仿真構(gòu)建一套由高架立體倉庫和三軸運動機械手等組成的毛坯零件搬運單元，采用德國西門子S7可編程控制器進行控制，編制出相應(yīng)的PLC程序，然后對編制的程序進行調(diào)試、模擬運行。這樣一來，通過對實際項目的仿真模擬，操作者簡單形象地了解了PLC控制過程，掌握編程方法，培養(yǎng)了工程研究與開發(fā)能力。</p><p>　　1.4.2 研究內(nèi)容</p

8、><p>　?。?）熟悉并掌握德國SL公司提供的MSM-2102軟件和可編程控制器編程語言STEP7。</p><p>　　（2）了解柔性制造系統(tǒng)（FMS）中毛坯零件的倉儲、搬運的特點。</p><p>　?。?）利用德國SL公司提供的MSM-2102軟件搭建一個能存放20個毛坯零件的高架立體倉庫，一個能三軸運動的機械手、一個帶緊停按鈕的操作面板、若干個毛坯零件等組成的

9、毛坯零件搬運系統(tǒng)，連接輸入、輸出信號線，并設(shè)計控制流程圖。如圖所示：</p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)搭建界面</p><p>　?。?）用編程語言STEP7編制相應(yīng)的PLC控制程序，并利用仿真手段對該系統(tǒng)進行調(diào)試，以得出最終控制程序。</p><p>　　1.4.3 研究方法</p><p>　　本課題的研究主要采用系統(tǒng)研究和實驗研究等方

10、法。 </p><p><b>　?。?）系統(tǒng)研究</b></p><p>　　利用系統(tǒng)研究的方法了解柔性制造系統(tǒng)（FMS）中毛坯零件的倉儲、搬運的特點，分析研究零件在倉儲、搬運中將要碰到的技術(shù)問題，以幫助設(shè)計控制流程圖和編制PLC控制程序。</p><p><b>　?。?）實驗研究</b></p><

11、;p>　　利用德國SL公司提供的MSM-2102軟件，搭建上述的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備并連接輸入、輸出信號。用可編程控制器編程語言STEP7編制相應(yīng)的PLC控制程序，并利用仿真手段對該系統(tǒng)進行調(diào)試并最終得出控制程序。此過程即實驗研究過程。</p><p><b>　　2 可編程控制技術(shù)</b></p><p>　　1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC），研制出世上第一

12、臺PLC，并在GM汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。國際電工委員會（LEC）于1982年11月和1985年1月對PLC定義為：可編程序控制器（Programmable Logical Controller，簡稱PLC）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。</p&g

13、t;<p>　　多年來，可編程序控制器從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實現(xiàn)了從接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，功能由弱到強，實現(xiàn)了從邏輯控制到數(shù)字控制的進步。在半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)高速發(fā)展的今天，PLC在模擬量的處理、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡(luò)等各方面的能力都已大幅度提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備并且應(yīng)用的越來越廣泛，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。</p><p>　　2.1 由繼電器到PLC的變革&l

14、t;/p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備及自動化項目中，我們會遇到大量的開關(guān)量、脈沖量以及模擬量等控制裝置。如電機的啟動與停止，電磁閥的開閉；工件的位置、速度、加速度等的測定；產(chǎn)品的計數(shù)以及溫度、壓力、流量等物理量的設(shè)定和控制等。早期的控制系統(tǒng)是用導(dǎo)線將各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按照系統(tǒng)要求的邏輯關(guān)系連結(jié)起來組成的，這就是60年代以前在工業(yè)控制領(lǐng)域廣為應(yīng)用的繼電接觸器控制系統(tǒng)。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于掌握，價格便

15、宜。繼電接觸器控制系統(tǒng)基本上能夠滿足一些工作模式簡單而固定的工業(yè)場合的控制要求。</p><p>　　圖2.1 三相異步電機正反轉(zhuǎn)繼電器控制原理圖</p><p>　　但是繼電器接觸器控制系統(tǒng)通用性和靈活性不夠，如果控制系統(tǒng)中某個繼電器出現(xiàn)故障，可能會造成個控制系統(tǒng)運行不正常，檢修起來也很不方便。為了克服這些弊端，世界上各國研制出了可編程序控制器取代繼電器控制，其可靠性、抗干擾性等諸因素是

16、繼電器無法比擬的。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，它給工業(yè)自動化帶來了革命性的變革。這個變革是由繼電器控制到計算機控制的飛躍。</p><p>　　圖2.2 三相異步電機正反轉(zhuǎn)控制梯形圖</p><p>　　2.2 PLC的特點</p><p>　　PLC的特點是：①可靠性高，抗干擾能力強；②配套齊全，功能完善，適用性強；③操作簡單，易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；④系

17、統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便、易于改造；⑤體積小、質(zhì)量輕、功耗低。</p><p>　　2.3 PLC國內(nèi)外發(fā)展</p><p>　　雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進步，PLC也迅速發(fā)。其發(fā)展過程大致可分三個階段：</p><p>　?。?）早期的PLC(20世紀(jì)60年代末一70年代中期

18、)一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義。其主要功能一般只用于單一工序的自動控制。它在硬件上以準(zhǔn)計算機的形式出現(xiàn)，在I，O接口電路上作了改進以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式——梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置。

19、其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。</p><p>　　（2）中期的PLC(20世紀(jì)70年代中期一80年代中后期)微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國、日本、德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)。這樣，使PLC功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。

20、在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I／O模塊、各種特殊功能模塊，并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC應(yīng)用范圍得以擴大。 </p><p>　?。?）近期的PLC(20世紀(jì)80年代中后期至今)進入20世紀(jì)80年代中后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提

21、高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，這樣使得PLC軟硬件功能發(fā)生了巨大變化?？缛?1世紀(jì)后，就整體而言，不論是硬件還是系統(tǒng)軟件(專用操作系統(tǒng)、編程語言)，以至于聯(lián)網(wǎng)通信，PLC正在向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，以謀求在ERP、MES和PCS的3層體系結(jié)構(gòu)中立于不敗之地，更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)。管理及經(jīng)營系統(tǒng)不斷追求降低成本，快速響應(yīng)，綜合和整體高效，從而增強產(chǎn)品競爭力的要求。</p>&l

22、t;p>　　我國可編程控制器的引進，應(yīng)用，研制，生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列，杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列，大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列，蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模，并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海

23、鄉(xiāng)島公司、南京嘉華公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。雖然我國在PLC生產(chǎn)方面還比較弱，但在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的。近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品，年銷售額30億元人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣?？梢灶A(yù)期，隨著我圍現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。</p><p>　　2.4 PLC的應(yīng)用</p><p>　　2.4.1根據(jù)IO點數(shù)分類</

24、p><p>　　PLC系統(tǒng)可以分為大型、中型、小型和微型。大型PLC系統(tǒng)不少于1 024個IO點，主要用于冶金自動化生產(chǎn)線和電廠。目前有超過8 000個IO點的巨型PLC系統(tǒng)在電廠運用。中型PLC系統(tǒng)有256—1 023個IO點，主要用于冶金、電力、造紙、化工、加工/組裝生產(chǎn)流水線、包裝流水線等領(lǐng)域。小型PLC系統(tǒng)有64～255個IO點，主要用于設(shè)備控制，也有用作小型系統(tǒng)控制器的。微型PLC系統(tǒng)的IO點少于64個，它

25、主要用于單臺設(shè)備的監(jiān)控，在紡織機械、數(shù)控機床、塑料加工機械、小型包裝機械上。</p><p>　　2.4.2 根據(jù)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域分類</p><p>　　PLC是以自動控制技術(shù)，微計算機技術(shù)，和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，PLC得到了迅速的發(fā)展，也在社會各領(lǐng)域的生產(chǎn)中得到了越來越多的應(yīng)用。目前，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域包括：通用和專用機械，機床與工具，汽車

26、制造，立體倉庫，過程控制，控制與裝置儀表，控制設(shè)備制造，環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。并且還在向其它領(lǐng)域延伸。使用情況及分類如下。</p><p>　?。?）開關(guān)邏輯量控制</p><p>　　這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機，印刷機，訂書機械，組合機床，磨床，包裝生產(chǎn)線，電鍍流水線

27、等。</p><p><b>　?。?）工業(yè)過程控制</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中．存在一些連續(xù)變化的量(即模擬量)如：溫度，壓力，流量，液位，速度等。PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有廣泛的應(yīng)用。&l

28、t;/p><p><b>　?。?）運動控制</b></p><p>　　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I／O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。<

29、/p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算(含矩陣運算，函數(shù)運算．邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)．如無人控制的柔性制造

30、系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙，冶金，食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）通信及聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。<

31、;/p><p>　　2.5 PLC的應(yīng)用前景</p><p>　　PLC未來的應(yīng)用前景分為以下幾個方面：</p><p>　　（1）人機界面將更加友好</p><p>　　PLC制造商通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時，為用戶的開發(fā)和

32、維護降低了成本，使更易形人機友好的控制系統(tǒng)，目前，PLC+網(wǎng)絡(luò)+IPC+CRT的模式被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　（2）網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強</p><p>　　PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232／422／485接口的基礎(chǔ)上．逐漸增加了各種通訊接口．而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對開放性要求很強烈，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。例如：羅克

33、韋爾A—B公司主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即EtherNet，ContmlNet，DeviceNet。西門子公司在Pm脅us—DP及Pmfibus—FMS網(wǎng)絡(luò)等。</p><p>　?。?）開放性和互操作性有很大發(fā)展</p><p>　　PLC在發(fā)展過程中，各PLC制造商為了壟斷和擴大各自市場，處于群雄割據(jù)的局面。各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)，兼容性很差，這給用戶使用帶來不便，并增加了維護成本。開放是發(fā)

34、展的趨勢，這已被各廠商所認(rèn)識，形成了長時期妥協(xié)與競爭的過程，并且這一過程還在繼續(xù)。雖然PLC開發(fā)上各種工具仍不兼容，但基于這些標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)系統(tǒng)，使用戶在應(yīng)用過程中，可以較方便地適應(yīng)不同品牌的產(chǎn)品。OPC基金會推出了0PC(OLE for Process Contml)標(biāo)準(zhǔn)，這進一步增強了軟硬件的互操作性，通過OPC一致性測試的產(chǎn)品，可以實現(xiàn)方便的和無縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù)PLC軟件產(chǎn)品和相當(dāng)一部分儀表、執(zhí)行機構(gòu)及其它設(shè)備具有了OPC功能

35、。OPC與現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合，是未來控制系統(tǒng)向FCS技術(shù)發(fā)展的趨勢。為了使PLC更具開放性和執(zhí)行多任務(wù)，可以在一個PLC系統(tǒng)中同時裝幾個CPU模塊，每個CPU模塊都執(zhí)行某一種任務(wù)。例如：三菱電機公司的小Q系列PLC可以在一個機架上插4個CPU模塊。</p><p>　?。?）功能的進一步增強</p><p>　　隨著應(yīng)用范圍越來越廣泛，PLC的網(wǎng)絡(luò)能力，模擬量處理能力，運算速度，內(nèi)存，復(fù)雜

36、運算能力均大大增強，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來越多地應(yīng)用于過程控制方面。有人統(tǒng)計，除石化過程等個別領(lǐng)域，PLC均有成功地應(yīng)用。PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的DCS，從而使原來PLC(順序控制)+DCS(過程控制)的模式變成PLC+IPC模式。</p><p>　　綜合以上所述，PLC以其結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、功能強、速度快、價格低等優(yōu)點不管在現(xiàn)在還是在未來的工業(yè)自動化領(lǐng)域中都將發(fā)揮其不可替代的作用。它將推動

37、整個工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，為再次科技革命的到來奠定堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　3 基于PLC的高架立體倉庫</p><p>　　在自動化制造系統(tǒng)中，物料流的自動化是非常重要的一個組成部分。如何對毛坯零件和成品零件進行分類管理和倉儲已成為大家熱點研究的內(nèi)容之一。</p><p>　　高架立體倉庫作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的一個重要組成部分，是一種多層次存放貨物的倉儲系統(tǒng)。它是

38、把計算機與信息管理和設(shè)備控制集成起來，能按照控制指令要求自動完成貨物的存取作業(yè)，并能對庫存的貨物進行自動管理，達到倉儲技術(shù)的全面自動化。因此，高架立體倉庫也是企業(yè)管理現(xiàn)代化的重要手段之一。近年來，自動化倉庫在我國得到快速發(fā)展，高架立體倉庫的需求越來越大。</p><p>　　3.1 高架立體倉庫介紹</p><p>　　高層貨架倉庫簡稱高架倉庫，一般是指采用幾層，幾十層乃至幾十層高的貨架存

39、儲單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運設(shè)備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間存儲貨物，故形象的將其稱為“立體倉庫”。</p><p>　　立體倉庫是由立體貨架、有軌巷道堆垛機、出入庫托盤輸送機系統(tǒng)、尺寸檢測條碼閱讀系統(tǒng)、通訊徐、自動控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、計算機管理以及其他如無線電纜橋架配電柜、托盤、調(diào)節(jié)平臺、鋼結(jié)構(gòu)平臺等輔助設(shè)備組成的復(fù)雜的自動化系統(tǒng)，運用一流的集成化物流理念，采用先進的控制、總線

40、、通訊和信息技術(shù)，通過以上設(shè)備的協(xié)調(diào)運作，按照用戶的需要完成貨物的自動有序、快速精準(zhǔn)、高效的入庫出庫作業(yè)。</p><p>　　自動化高架立體倉庫技術(shù)的特點： (1)高速化。高架立體倉庫的主體設(shè)備的運行速度每年都在提升，目前其水平運行速度最大可達400米／分，垂直速度達100米／分；復(fù)合作業(yè)循環(huán)時間由1522次／時，提高到50～70次／時。(2)準(zhǔn)確化。由認(rèn)址片加旋轉(zhuǎn)編碼器定位，到部分采用旋轉(zhuǎn)編碼器加激光定位，使

41、定位精度從+10毫米，提高到+3毫米。驅(qū)動由傳統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)發(fā)展為內(nèi)置嵌入式計算機的矢量變頻調(diào)速技術(shù)，從而獲得更佳啟動停止曲線罔，減少循環(huán)時間，獲得更佳啟動扭矩。</p><p>　　通信方式從有線、電磁感應(yīng)已過渡到紅外無線通信技術(shù)，未來藍牙技術(shù)有可能成為新的熱點。貨位虛實探測技術(shù)已開始應(yīng)用無線攝像傳輸技術(shù)。機上控制技術(shù)已開始采用現(xiàn)場總線技術(shù)代替專用硬軟件，便于與上位機兼容聯(lián)網(wǎng)。</p><p&

42、gt;　　3.2 高架立體倉庫的發(fā)展及功能</p><p>　　立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫，1963年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一座計算機控制的立體倉庫，此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代初期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，稱為當(dāng)今世界上擁有自動化立體倉

43、庫最多的國家之一。</p><p>　　表3.1 日本1989-2004年高架庫銷售概況</p><p>　　表3.2 1989-2004年日本高架庫建設(shè)概況</p><p>　　我國對自動化立體倉庫及其物料搬運設(shè)備的研制并不晚，1963年研制成第一胎橋式堆垛起重機（機械部北京起重運輸機械研究所），1973年開始演示我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫（高15米，

44、機械起重所負(fù)責(zé)），該庫1980年投入使用。到2003年為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由于其很高的空間利用率，很強的入出庫能力，采用計算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理特點，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可或缺的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。</p><p>　　與傳統(tǒng)的貨物倉庫相比，自動化倉庫具有許多突出的功能，主要包括以下四個大方面：大大提高空間利用率，應(yīng)用先進物流系統(tǒng)優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理

45、，加快貨物存取，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率，減少庫存資金積壓。</p><p>　　使用立體倉庫還可以產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。它通過高層貨架存儲，使得存儲區(qū)大幅度向高空發(fā)展，提高了空間利用率。自動化立體倉庫采用層級式存放，結(jié)合計算機管理，可以很容易實現(xiàn)先入先出，防止貨物的自然老化，變質(zhì)和損壞。通過自動化存儲系統(tǒng)，加快了運行和處理速度，提高了勞動生產(chǎn)率，減低操作人員的勞動強度。采用自動化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)

46、黑暗，低溫，污染，有毒和易爆等特殊場合的物品存儲需要。計算機控制能夠始終確保無誤的對各種信息進行存儲和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯。同時借助于計算機管理還能有效地利用倉庫存儲能力，便于清點和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動資金，從而提高倉庫的管理水平。自動化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，實現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動化。同時，由于使用自動化倉庫，促進企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費，保證均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員

47、素質(zhì)和管理人員水平。</p><p>　　圖3.1 立體倉庫控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3 高架立體倉庫的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　3.3.1自動化倉庫的自動尋址</p><p>　　立體倉庫的自動尋址就是尋找存放、提取貨物的位置。計算機控制的自動化倉庫都具有自動尋址的功能。在同一巷道內(nèi)的貨位地址由三個參數(shù)組成：第幾排貨架

48、，第幾層貨格，左側(cè)或者右側(cè)，當(dāng)自動化倉庫接受到上級管理機的存取指令和存取地址后，即向指定貨位的方向運行，運行中，安裝在堆垛機（或機械手）上的傳感器不斷檢測位置信息，計算判斷是否到位。</p><p>　　3.3.2 自動識別系統(tǒng)</p><p>　　AS/RS的貨物管理基本是技術(shù)是對貨物進行自動識別和跟蹤，自動識別是指在沒有人工干預(yù)的情況下對物料流動過程中的某一活動關(guān)鍵特性的確定，每一關(guān)鍵

49、特性都與生產(chǎn)活動有關(guān)，這些關(guān)鍵特性包括產(chǎn)品的名稱，數(shù)量，設(shè)計，質(zhì)量，物料來源，目的地，體積，重量和運輸路線。這些數(shù)據(jù)被采集處理后，能用來確定產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃，運輸路線，路程，庫存，存儲地址，銷售生產(chǎn)，庫存控制，運輸文件，單據(jù)和記賬等，貨物信息可以通過聲，光，磁，電子等多種介質(zhì)獲取，具體實現(xiàn)時，是在生產(chǎn)的關(guān)鍵部位配備自動識別裝置，將每一處所獲取的信息經(jīng)過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸，并經(jīng)行統(tǒng)一處理，從而實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程中對物料的信息跟蹤?，F(xiàn)代生產(chǎn)物流

50、系統(tǒng)中，廣泛采用條形碼自動識別技術(shù)，這是因為條形碼具有讀取快，精度高，使用方便，成本低，適應(yīng)性好等優(yōu)點。</p><p>　　3.3.3 控制系統(tǒng)</p><p>　　控制系統(tǒng)是自動化倉庫運行成功的關(guān)鍵，沒有好的控制，系統(tǒng)運行成本就會很高，而效率很低，為了實現(xiàn)自動運轉(zhuǎn)，自動化倉庫內(nèi)使用的各種存取設(shè)備和輸送設(shè)備本身必須配備各種控制裝置。這些控制裝置種類較多，從普通開關(guān)和繼電器，到微處理器，單

51、片機和可編程控制器，根據(jù)各自的設(shè)定功能，速度控制，貨叉控制以及方向控制等。所有這些控制器都不許通過各種控制裝置去實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)對搬運設(shè)備,運輸設(shè)備進行自動控制，他是自動化倉庫的核心部分之一，直接關(guān)系到倉庫作業(yè)的正常經(jīng)行，因此，控制系統(tǒng)中所采用的材料，設(shè)備，傳感器和元件都應(yīng)該采用可靠性高，壽命長，易于維護和更換的產(chǎn)品，否則將存在安全隱患。堆垛機的控制現(xiàn)多采用模塊化控制方式，驅(qū)動系統(tǒng)議案為交流電機，無級調(diào)速。這種方式技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，既能

52、實現(xiàn)堆垛機的高速運行，又能平穩(wěn)進行停車對位。在控制系統(tǒng)中，還應(yīng)采取一系列自檢和連鎖保護措施，確保在工作人員操作錯誤時不發(fā)生事故。對機械及電器故障進行判斷，報警和向主機系統(tǒng)傳遞故障信息?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)多種操作方式需要。</p><p>　　3.3.4監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)</p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)是自動化倉庫的信息樞紐，是實現(xiàn)自動化倉庫實時控制的重要組成部分。它在整個系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，負(fù)

53、責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各個部分的運行。自動化倉庫系統(tǒng)使用了很多運行設(shè)備，各設(shè)備的運行任務(wù)，運行路徑，運行方向都需要由監(jiān)控系統(tǒng)來統(tǒng)一調(diào)度，監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)主機系統(tǒng)的作業(yè)命令，按運行時間最短，作業(yè)間的合理配合等原則對作業(yè)的先后順序進行優(yōu)化組合排隊，并將優(yōu)化后的作業(yè)命令發(fā)送給各個控制系統(tǒng)，對作業(yè)進程，作業(yè)信息及運行設(shè)備進行實時監(jiān)控。</p><p>　　3.3.5計算機管理系統(tǒng)</p><p>　　計算機

54、管理系統(tǒng)是自動化倉庫的指揮中心，相當(dāng)于人的大腦，它指揮著倉庫中各個設(shè)備的運行，它主要完成整個倉庫的作業(yè)管理和賬目，并負(fù)擔(dān)著與上級系統(tǒng)的通信和企業(yè)信息管理系統(tǒng)部分任務(wù)，自動化倉庫的信息管理是基于現(xiàn)代信息管理理論和現(xiàn)代控制理論而創(chuàng)立的一個分支，對于一個自動化倉庫來說，它可以是獨立的，但對于一個企業(yè)，它又是其管理信息系統(tǒng)（MIS）的一個子系統(tǒng)。它不僅對信息進行處理，也對物流進行管理，集信息流和物流于一體，是現(xiàn)代化企業(yè)的核心。自動化倉庫管理系統(tǒng)

55、的主要功能是對倉庫所有入，出庫活動進行最佳登錄和控制，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以便能使決策者及早發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)的措施，最大限度地降低存量，加快貨物流通，創(chuàng)造經(jīng)濟和社會效益。</p><p>　　3.4 基于PLC的高架立體倉庫</p><p>　　由PLC控制的高架立體倉庫工作流程的全過程，充分體現(xiàn)了PLC的優(yōu)點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)越來越多地應(yīng)用到各種實際生產(chǎn)領(lǐng)域。在集成化、

56、智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)理念下，自動化高架立體倉庫的貨物存儲全面使用PLC技術(shù)，使運行加速、操作準(zhǔn)確，從而全面提升了企業(yè)的綜合競爭能力。提高了企業(yè)總體效益。</p><p>　　3.4.1 采用PLC控制立體倉庫的優(yōu)點</p><p>　　(1)低成本 利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點就是成本低。由于利用電力線上網(wǎng)，直接使用現(xiàn)有電力網(wǎng)就可以實現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)電話線、光電纜等，大大地減少了在基礎(chǔ)

57、網(wǎng)絡(luò)上的投資。</p><p>　　(2)范圍廣 無所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。因為家家都有電力線，由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一個家庭.因此，這一技術(shù)一旦進入商業(yè)化階段，將會促進電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。 </p><p>　　(3)高速 利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳

58、輸。德國最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商RWE承諾，運用他們的電力線上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比ISDN拔號上網(wǎng)快30多倍, 比ADSL更快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的PLC產(chǎn)品正在研制之中。 </p><p>　　(4)便捷 不管在家里的哪個角落,只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有PLC帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受！</p><p>　　(5)永遠在線 PLC屬于"即插即用&q

59、uot;，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！</p><p>　　(6)結(jié)構(gòu)靈活 通過PLC技術(shù)實現(xiàn)Internet接入，可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率。目前還未有效解決電力線信號通過變壓器的技術(shù)，因此，電力線通信設(shè)備都是集中在220V線路變壓器的用戶端。</p><p>　　(7)家庭數(shù)字化 PLC技術(shù)能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室內(nèi)的

60、設(shè)備之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡(luò)來控制自己家里的電器設(shè)備。</p><p>　　3.4.2 PLC機械手</p><p>　　同時，在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域中，機械手是近幾十年發(fā)展起來的。其特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點，無論是進行時間控制還是行程控

61、制或混合控制，都可通過設(shè)定PLC程序來實現(xiàn)，可以根據(jù)機械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。此外，PLC機械手能滿足機械手的手動、半自動自動等操作方式所需的大量按扭、開關(guān)、位置檢測點的要求。在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，是企業(yè)自動化設(shè)備的重要標(biāo)志之一。</p><p>　　圖3.2 正在運行的機械手</p><p>　　目前，由于微電子技術(shù)和計算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，

62、使機械手技術(shù)快速發(fā)展，其中氣動機械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡便以及不污染環(huán)境、組件價格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點．已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。氣動機械手基本由氣控機械手、XY軸絲杠組、轉(zhuǎn)盤機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機械部分組成。主要作用是完成機械部件的搬運工作，能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中，使零件搬運、貨物運輸更快捷、便利。</p><p>　　本課題構(gòu)建的三軸運動機械手安裝在一個四

63、層高架立體倉庫上，其X、Z軸方向的運動采用電機控制，Y軸和手爪的運動采用氣動控制，用于對毛坯零件的定位、抓取和搬運工作。</p><p><b>　　4 MSM軟件介紹</b></p><p>　　4.1 SL系統(tǒng)概論</p><p>　　機電一體化系統(tǒng)“SL-MSK 2100”的思想建立在自動化技術(shù)領(lǐng)域多年的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，并引入了最新的BIBB

64、發(fā)展方向以滿足機電一體化工程師的需要。SL“機電一體化系統(tǒng)21xx”特性是模塊化，所應(yīng)用的是集成的組件：SL硬件模塊、SL聯(lián)接模塊和SL軟件模塊。尤其在教學(xué)和培訓(xùn)領(lǐng)域中可演示自動化技術(shù)的相互關(guān)系，具有很高的應(yīng)用價值。</p><p>　　圖4.1 SL系統(tǒng)一覽表</p><p>　　SL系統(tǒng)可以通過仿真的教學(xué)過程來演示復(fù)雜的系統(tǒng)，對自動化技術(shù)/控制技術(shù)/機電一體化的教學(xué)極有幫助。目前SL

65、系統(tǒng)已進行連續(xù)的、多學(xué)科的改進，已極大豐富了職業(yè)培訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容，其涉及到機電一體化的關(guān)鍵組件，如自動化技術(shù)領(lǐng)域、計算機技術(shù)領(lǐng)域和生產(chǎn)過程組織領(lǐng)域，被特別得到關(guān)注。</p><p>　　4.2 MSM軟件模塊簡介</p><p>　　使用機電一體化系統(tǒng)“SL-MSK 2100”中MSM軟件模塊“SL?MSM21xx”進行工作，既可在屏幕上仿真構(gòu)造簡單的部件，也可構(gòu)建復(fù)雜的、PC支撐的自動化裝

66、置。軟件可將涉及各領(lǐng)域的元部件真實地進行仿真，使用者可方便、有效地建立、測試、控制任意仿真的自動化過程，并進行工程開發(fā)程序的設(shè)計。在模擬時，也可對在真實硬件環(huán)境運行時會產(chǎn)生干擾的過程情況進行評價。</p><p>　　軟件有三個不同的部分：</p><p>　?。?）MSM2100</p><p>　　軟件包括帶功能部件的模塊庫，其可在機電一體化基本系統(tǒng)TMS-20

67、00-B01(機電一體化基本配置)。所有屬于該培訓(xùn)系統(tǒng)的執(zhí)行元件和傳感器均可從庫中進行調(diào)用，以解決自動化、控制技術(shù)和機電一體化的任務(wù)。</p><p>　?。?）MSM2101</p><p>　　該軟件的效率尤可體現(xiàn)為，幾乎每一個自動化技術(shù)裝置均可從現(xiàn)有的模型庫中調(diào)用后建立。相對于基本配置(SL?MSM2100)，其擴展配置包括6軸關(guān)節(jié)機器人、6軸門式機器人、6軸Scara機器人，不同的

68、機器人手爪、輸送帶、存儲、刀庫、機床、擴展傳感器、信號燈和開關(guān)元件等元件。</p><p>　　（3）MSM2102</p><p>　　該軟件相對于有效的“SL?MSM2101”模塊，包括了所有的模型庫，以產(chǎn)生典型的自動化過程。該軟件的典型特征是使用幾何的準(zhǔn)確描述和使用原始語言進行編程，來結(jié)合工業(yè)機器人。為了進行有效的編程，可使用原始操作端作為軟件示教。</p><p

69、>　　圖4.2 MSM2102工作界面</p><p>　　4.3 MSM軟件操作步驟</p><p>　　用MSM軟件仿真模擬一項操作任務(wù)時，一般的操作步驟如下：</p><p><b>　　(1)新建一個計劃</b></p><p>　　打開軟件后，使用界面上下拉菜單“計劃(Z)”下的子項“新建...”可新建

70、一個計劃。它打開一個選擇窗口，可選擇驅(qū)動器和路徑，輸入名稱。類似地，可使用該菜單子項打開一個已有的計劃。但在一個外部目錄上新建一個計劃有一個限制，不在該目錄的對象必須使用按鈕“對象接受”導(dǎo)入到主目錄中。計劃的擴展名必須為“.BCI”(自動添加)。使用按鈕確認(rèn)將打開模擬窗口(此時所有為黑色 )，在右邊打開對象工作的對話窗口和視區(qū)窗口。使用視區(qū)窗口可優(yōu)化調(diào)整裝入對象的視圖。</p><p>　　(2)硬件的選擇和搭建

71、</p><p>　　對象編輯的窗口由三部分組成：對象列表、坐標(biāo)系統(tǒng)和對象定位。使用按鈕“對象(O)”可在模擬窗口中展開下拉菜單“對象(O)”：</p><p>　　圖4.3 下拉菜單“對象(O)”</p><p><b>　　菜單包括下列子項：</b></p><p>　　接受：從展開的列表中添加對象。</p&g

72、t;<p>　　參數(shù)化...：添加對象大小和屬性(修改長度、寬度、高度、顏色和屬性)的參數(shù)化。</p><p>　　清除...：從計劃中清除添加的對象。</p><p>　　復(fù)制...：復(fù)制所選對象(在列表中以亮色顯示)，將出現(xiàn)一個輸入復(fù)制后的名稱和偏置的窗口。在對象復(fù)制前，必須選擇一個已存在的對象，以免產(chǎn)生對象垃圾(即相同的對象多次放置在相同的地方)。</p>

73、<p>　　信息...：打開對象輸入和輸出的窗口。</p><p>　　刪除...：從所有軟件中刪除對象，而不是僅從計劃中刪除！</p><p>　　使用子項“接受”將打開一個下拉菜單，其包含所有可裝入的對象組。可使用下列選項進行接受：</p><p>　　單元：不同的空間、分割空間的墻和方便定位的網(wǎng)格；</p><p>　　倉儲

74、：工作臺、料箱、容器、支架、刀夾；</p><p>　　可編程控制器：各種帶可變的輸入/輸出地址的自動化裝置；</p><p>　　工作站：所有部件、功能單元和制造站的對象庫，它們可作為硬件組件使用，因此可直接使用機電一體化聯(lián)接模塊進行控制；</p><p>　　附件：操作元件、顯示元件和“電氣”固定板的對象庫；</p><p>　　工件：不

75、同的工件組，可用作運輸和運送裝置的材料流；</p><p>　　橫向軸：不同的機器人橫向軸(在軟件“SL-MSM2101”或以上版本)；</p><p>　　機器人：不同的機器人類型(在軟件“SL-MSM 2101”或以上版本，取決于軟件的擴充程度)； </p><p>　　傳感器：不同的傳感器；</p><p><b>　　其

76、它等等。</b></p><p>　　(3)在對象間建立信號聯(lián)接</p><p>　　在接受了模擬所需的所有對象后，必須在可編程控制器與執(zhí)行元件和傳感器的輸入和輸出間建立聯(lián)接。在實際中可將之與可編程控制器的聯(lián)線相比較。打開信號聯(lián)接窗口后，使用回車健或使用菜單“聯(lián)接”下的子項“新建...”可新建一個聯(lián)接。這些端口的編址或信號聯(lián)接的結(jié)構(gòu)見下列步驟：</p><p

77、>　　步驟1：選擇需聯(lián)接輸出的對象；</p><p>　　步驟2：選擇需聯(lián)接的輸出；</p><p>　　步驟3：選擇需聯(lián)接輸入的對象；</p><p>　　步驟4：選擇需聯(lián)接的輸入；</p><p>　　步驟5：輸入描述釋放動作的備注。</p><p>　　圖4.3 一個信號聯(lián)接結(jié)構(gòu)的空對話框</p>

78、;<p>　　(4)硬件信號連線的調(diào)試</p><p>　　在完成計劃的結(jié)構(gòu)和形式，產(chǎn)生信號聯(lián)接列表后，為了檢查連線和硬件結(jié)構(gòu)，以免發(fā)生接錯線、硬件移動時碰撞等問題，可不用可編程控制器程序開始模擬調(diào)試。使用者通過“手動”、“信號”將可編程控制器設(shè)置為“停機”狀態(tài)。通過直接給輸入、輸出端信號，檢查各硬件之間運動及連線。如果發(fā)現(xiàn)問題，可以對其進行修改和調(diào)試。</p><p>　　

79、為清晰顯示模擬，建議同時打開模擬窗口、帶視區(qū)控制的可編程控制器的信號窗口?？墒褂孟吕藛巍笆謩印毕碌淖禹棥靶盘?..”中的可編程控制器欄上調(diào)用所裝入PLC的信號窗口。</p><p>　　(5)產(chǎn)生可編程控制器程序</p><p>　　在完成了硬件搭建，建立信號和PLC的聯(lián)接列表后，可在PLC編輯器中編寫PLC程序，隨后使用模擬進行測試。可使用下拉菜單“手動(M)”下子項“編輯器...”來

80、調(diào)用編輯器。PLC程序必須包含一個結(jié)構(gòu)模塊Ob_1，也可對功能模塊Fc_1進行調(diào)用。</p><p><b>　　(6)軟、硬件調(diào)試</b></p><p>　　在完成了上述操作之后，可對所編的PLC程序進行模擬運行，最后對系統(tǒng)進行改進。通過模擬運行，操作者可以檢查與調(diào)試所編寫的程序，并對各硬件再次進行檢查與調(diào)試。</p><p>　　5 零件

81、搬運系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　本課題以研究如何對毛坯零件和成品零件進行自動化搬運和倉儲為出發(fā)點，現(xiàn)使用上述介紹的MSM-2102軟件仿真構(gòu)建一套由高架立體倉庫和三軸運動機械手等組成的毛坯零件搬運系統(tǒng)。該搬運系統(tǒng)采用德國西門子S7可編程控制器進行控制。</p><p>　　該研究過程按照之前介紹的MSM軟件操作步驟，依次進行新建計劃、搭建硬件、信號聯(lián)接、硬件信號調(diào)試、編程和軟、硬件調(diào)試，

82、并最終得出符合要求的硬件系統(tǒng)和PLC程序。</p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬件的選擇和搭建</p><p>　　5.1.1 硬件搭建要求</p><p>　　本課題的具體要求是：搭建一個能存放20個毛坯零件的高架立體倉庫，一個能三軸運動的機械手，一個帶緊停按鈕的操作面板，一個毛坯零件等組成的毛坯零件搬運系統(tǒng)。需要指出的是，在實際工作環(huán)境中高架立體倉庫上所需要搬運的

83、毛坯零件不只一個，而相關(guān)的控制流程和PLC程序?qū)訌?fù)雜，所以本課題可以作為進一步研究、完善毛坯零件搬運系統(tǒng)的初探。</p><p>　　圖5.1 毛坯零件搬運系統(tǒng)</p><p>　　5.1.2 系統(tǒng)硬件的選擇和搭建</p><p>　　在軟件界面上選擇“計劃”、“對象編輯”，可以進行系統(tǒng)各硬件的選擇和搭建。</p><p>　　圖5.2

84、 本課題對象編輯窗口</p><p><b>　?。?）柵格</b></p><p>　　首先，需要搭建一個空間系統(tǒng)容納其它硬件設(shè)備，即搭建一個三維坐標(biāo)系——柵格。估算系統(tǒng)所需尺寸，選擇一個大小為2*2m的柵格。</p><p>　　（2）SL-參數(shù)工作臺</p><p>　　以2*2m的柵格為坐標(biāo)系，搭建一個支承高架立

85、體倉庫和聯(lián)接平臺的工作臺。根據(jù)課題具體要求，選擇尺寸可調(diào)節(jié)的SL-參數(shù)工作臺。</p><p><b>　?。?）PLC的選用</b></p><p>　　西門子S7系列的可編程控制器包括S7-200，S7-300和S7-400，它們的控制點數(shù)由小到大遞增。由于本課題研究的立體倉庫控制系統(tǒng)中需控制的設(shè)備及其輸入、輸出接口不多，PLC所需的輸入輸出點數(shù)不多，并且考慮到經(jīng)

86、濟性因素，故選用西門子S7-200的PLC足夠。因此以SL-參數(shù)工作臺作為參考坐標(biāo)系，選取所需型號的PLC16IO放置在工作臺上。</p><p>　　（4）高層貨架倉庫工藝站（高架立體倉庫）</p><p>　　系統(tǒng)擁有仿真的高架立體倉庫，即高層貨架倉庫工藝站。該工藝站結(jié)構(gòu)為四層，每層可放置五個工件，共可以存放20個毛坯、成品零件。同樣選取該工藝站放置在工作臺上。</p>

87、<p><b>　?。?）機械手</b></p><p>　　該軟件構(gòu)建的四層高架立體倉庫上自帶一個三軸運動機械手，搭建工藝站時即已搭建好機械手。該機械手X、Z軸方向的運動采用電機控制，Y軸和手爪的運動采用氣動控制，用于機械手的移動和對毛坯零件的抓取、搬運工作。此外，機械手X、Y、Z軸的運動必須有超限位保護，在機械手X、Z軸的中間位置，以及手爪的開合也都設(shè)有傳感器，用于機械手的定位

88、。機械手前進（或后退）運動和上（或下）運動可同時進行，各軸的運動速度也可通過設(shè)置參數(shù)進行調(diào)節(jié)。</p><p><b>　?。?）工件</b></p><p>　　從工件庫里選擇一個直徑30mm，高度適當(dāng)?shù)膱A形工件，放置在高架倉庫上。</p><p><b>　?。?）連接平臺 </b></p><p&

89、gt;　　從倉儲里選擇一個結(jié)構(gòu)合適的連接平臺，放置在工作臺上。并調(diào)節(jié)其高度，使機械手在Z軸往下的極限位置松開手爪時可以安全將工件放置在連接平臺上。</p><p><b>　?。?）操作面板</b></p><p>　　控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外。選擇帶緊停、開始和停止按鈕的操作面板，放置在工作臺前方便于操作的位置。</p><p>

90、;　　本課題選用的立體倉庫、機械手和連接平臺等主要技術(shù)參數(shù)見下表：</p><p>　　表5.1 硬件主要參數(shù)</p><p><b>　　5.2 信號連接</b></p><p>　　搭建好硬件后，必須對它們進行信號連接，即把各執(zhí)行元件和傳感器的輸入或輸出接口與PLC的I/O接口相連。</p><p>　　按照之前介紹

91、的連線步驟，首先選擇操作面板的輸出端，依次連接到PLC的輸入端，使按動綠色按鈕時，PLC接到指令，系統(tǒng)運動開始；按動紅色按鈕使之停止；按動緊停按鈕，系統(tǒng)急停。選擇高架立體倉庫的八個輸出端，依次連接到PLC的輸入端，它們分別代表機械手X、Y、Z軸的極限位置，X、Z軸的中間位置，以及手爪的開合的傳感器，用于機械手工作時的定位。選擇PLC的輸出端，依次與控制面板的各輸入端相連，使工作信號通過PLC的輸出傳遞到控制面板并以各色顯示燈顯示出來。再

92、次選擇PLC的輸出端，依次與高架立體倉庫的各輸入端相連，使</p><p>　　控制信號通過PLC傳輸給機械手，機械手根據(jù)控制信號沿X、Y、Z軸運動，手爪進行開合動作。根據(jù)上述PLC輸入輸出的控制要求，得出PLC輸入輸出I/O分配，如表5.2所示：</p><p>　　表5.2 PLC輸入輸出I/O分配表</p><p>　　信號聯(lián)接操作完成之后，在軟件界面中顯示出

93、最終的信號聯(lián)接表：</p><p>　　表5.3 該系統(tǒng)最終的信號聯(lián)接列表</p><p><b>　　5.3 控制流程圖</b></p><p>　　5.3.1 控制要求分析</p><p>　　本課題要求：搭建一個能存放20個毛坯零件的高架立體倉庫，一個能三軸運動的機械手，一個帶緊停按鈕的操作面板，一個毛坯零件等組成

94、的毛坯零件搬運系統(tǒng)。通過分析毛坯零件搬運過程的步驟、所要解決的技術(shù)問題，可得出如下具體控制要求：</p><p><b>　?。?）操作面板</b></p><p>　　操作面板各按鈕用于控制整個系統(tǒng)的起停。綠色按鈕用于系統(tǒng)的啟動，紅色按鈕用于暫停系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，緊急按鈕用于發(fā)生故障時緊急停止整個系統(tǒng)。操作面板的綠色燈在搬運系統(tǒng)啟動后常亮，輸送系統(tǒng)暫停或緊急停止后綠燈滅。

95、紅色燈在輸送系統(tǒng)暫停時常亮，搬運系統(tǒng)未開始、運行及緊停狀態(tài)下燈滅。</p><p><b>　　（2）機械手</b></p><p>　　當(dāng)按動綠色按鈕，PLC得到啟動信號，通知機械手開始工作。首先，機械手沿X、Z軸方向同時前進，當(dāng)X軸傳感器得到信號1時，即停止X軸方向的運動，同理，當(dāng)Z軸傳感器得到信號1時，停止Z軸方向的運動。這時機械手在XOZ平面對準(zhǔn)所要搬運的工件

96、。當(dāng)XOZ平面定好位置后，機械手沿Y軸方向前進以靠近工件。當(dāng)Y軸到達極限位置時，傳感器信號為1，同時Y軸方向運動停止，機械手手爪由原來的打開狀態(tài)閉合，抓住工件。為了確保工件被安全地夾取，在夾取步驟后使用計時器T1計時2S，Y軸才開始退回。當(dāng)Y軸退回到極限位置時，傳感器信號為1，并停止Y軸的運動。當(dāng)Y方向開始退回動作后，為了防止夾取住工件的機械手與高架立體倉庫發(fā)生碰撞，使用計時器T2計時2S后，X、Z軸方向才開始同時退回。在X、Z軸退回的

97、過程中，當(dāng)Z軸到達一個中間等待位置時，Z軸方向的運動暫停，等到X軸方向到達右極限位置并停止往右運動時，Z軸方向才開始繼續(xù)運動，直至下方極限位置時傳感器信號為1，不再往下運動。當(dāng)X、Z軸方向到達極限位置并停止時，機械手手爪松開，放置工件在連接平臺上。放好工件后，機械手先后由Z、X軸方向退回到中間等待位置，完成此次毛坯零件搬運的操</p><p>　　需要指出的是，正如前面所提到在實際工作環(huán)境中高架立體倉庫上所需搬運

98、的毛坯零件不只一個，而相關(guān)的控制流程將會更加復(fù)雜，所以本課題如果要作為進一步的研究，可以在機械手完成此次操作過程并回到等待位置后繼續(xù)搬運其它高架倉庫上的毛坯零件，以完善毛坯零件搬運系統(tǒng)。</p><p>　　5.3.2 繪制控制流程圖</p><p>　　控制流程圖是PLC程序設(shè)計的基礎(chǔ)。只有設(shè)計出流程圖，才可能順利而便捷地編寫出語句表或梯形圖，最終完成程序的設(shè)計。所以，寫出流程圖是非常關(guān)

99、鍵也是程序設(shè)計首先要完成的任務(wù)。依據(jù)上面所列該三軸運動機械手搬運系統(tǒng)的控制要求，繪制出控制流程圖，如圖5.4所示。</p><p>　　圖5.4 該任務(wù)控制流程圖</p><p>　　圖5.4 該任務(wù)控制流程圖</p><p><b>　　5.4 PLC程序</b></p><p>　　根據(jù)該三軸運動機械手搬運系統(tǒng)的控制

100、要求和所繪控制流程圖，用STEP7語言編制程序。該程序由一個組織模塊OB1和一個功能模塊FC1組成。</p><p>　　5.4.1 組織模塊OB1</p><p>　　CALL FC1 // 用于調(diào)用功能模塊</p><p>　　5.4.2 功能模塊FC1</p><p>　　NETZWERK 1:</p><p>

101、;　　U E 32.1 // 在X軸右端</p><p>　　U E 32.3 // 在Z軸上端</p><p>　　U E 4.1 // 按動綠色按鈕</p><p>　　S M 2.1 // 置位中間標(biāo)志器M2.1</p><p>　　S M 2.5 // 置位中間標(biāo)志器M2.5</p><p>　

102、　S A 9.1 // 綠燈亮</p><p>　　U M 2.1 // 中間標(biāo)志器M2.1有信號</p><p>　　S A 8.0 // 沿X軸向左運動</p><p>　　S A 8.2 // 沿Z軸向下運動</p><p>　　UN E 32.1 // 不在X軸右端</p><p>　　UN E

103、 32.3 // 不在Z軸上端</p><p>　　R M 2.1 // 復(fù)位中間標(biāo)志器M2.1</p><p>　　NETZWERK 2:</p><p>　　U E 32.6 // X軸方向傳感器信號為1</p><p><b>　　//U A 8.0</b></p><p>　　R

104、 A 8.0 // X軸向左運動停止</p><p>　　U E 32.7 // Z軸方向傳感器信號為1</p><p><b>　　//U A 8.2</b></p><p>　　R A 8.2 // Z軸向下運動停止</p><p>　　NETZWERK 3:</p><p>　　U E

105、 32.6 // X軸方向傳感器信號為1</p><p>　　U E 32.7 // Z軸方向傳感器信號為1</p><p>　　UN A 8.5 // 手爪打開</p><p>　　//UN A 8.0</p><p>　　//UN A 8.2</p><p>　　U M 2.5 // 中間標(biāo)志器M2.5有信

106、號</p><p><b>　　//U Z1</b></p><p>　　S A 8.4 // 手爪沿Y軸向前駛出</p><p><b>　　//R M 2.5</b></p><p>　　NETZWERK 4:</p><p>　　U E 32.4 // 手爪已經(jīng)駛出

107、</p><p>　　S A 8.5 // 閉合手爪</p><p>　　NETZWERK 5:</p><p>　　U E 32.5 // 手爪已經(jīng)閉合</p><p>　　L S5T#2S // 裝載延遲接通計時器，計時值2S</p><p>　　SE T0 // T0開始計時2S</p>

108、<p>　　U T0 // 計時器T0信號為1</p><p>　　R A 8.4 // 手爪沿Y軸退回</p><p>　　NETZWERK 6:</p><p>　　UN E 32.4 // 手爪不在Y軸駛出位置</p><p>　　UN A 8.4 // 未駛出手爪</p><p&

109、gt;　　U E 32.6 // X軸方向傳感器信號為1</p><p>　　U E 32.7 // Z軸方向傳感器信號為1</p><p>　　S M 2.2 // 置位中間標(biāo)志器M2.2</p><p>　　U M 2.2 // 中間標(biāo)志器M2.2有信號</p><p>　　L S5T#2S // 裝載延遲接通計時器，計