機(jī)器人plc畢業(yè)論文

1、 .PAGE30 / NUMPAGES301 緒論選題背景 20世紀(jì)后半期，隨著計(jì)算機(jī)、材料、自動(dòng)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(jìn)制造技術(shù)改變了傳統(tǒng)的制造模式，大大提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。先進(jìn)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(jī)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(jī)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?？删幊炭刂萍夹g(shù)教學(xué)現(xiàn)狀在先進(jìn)制造技術(shù)日益發(fā)展的情況下

2、，可編程控制技術(shù)（PLC）已經(jīng)成為先進(jìn)自動(dòng)化制造系統(tǒng)中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。因此，可編程控制技術(shù)也已成為機(jī)械制造專業(yè)方向非常重要的專業(yè)課。同濟(jì)大學(xué)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院機(jī)械工程與其自動(dòng)化專業(yè)也開設(shè)了相關(guān)的課程。然而，可編程控制器的特點(diǎn)決定了這些課程技術(shù)實(shí)踐性非常強(qiáng)，其程序的驗(yàn)證只有結(jié)合被控制對(duì)象才能實(shí)現(xiàn)，因此，在教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)非常重要。而實(shí)物被控對(duì)象一般都有體積大、價(jià)格昂貴、維護(hù)困難的特點(diǎn)，所以大部分學(xué)校都因?yàn)槭苜Y金、場(chǎng)地、設(shè)備等因素的制約，只購買一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)箱或者功能單一的可編程控制器，或者只配備一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。為了克服這些困難，目前國(guó)外部分學(xué)校已經(jīng)開始嘗試采用一種基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)方法

3、，通過計(jì)算機(jī)仿真軟件模擬其自動(dòng)控制過程?；诮虒W(xué)現(xiàn)狀的課題研究目的基于上述我們?cè)谙嚓P(guān)專業(yè)課程里遇到的實(shí)際操作困難，本課題利用德國(guó)SL公司開發(fā)的MSM-2102軟件，在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建一套由高架立體倉庫和三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手等組成的毛坯零件搬運(yùn)單元。在了解柔性制造系統(tǒng)（FMS）中毛坯零件的倉儲(chǔ)、搬運(yùn)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用德國(guó)西門子S7可編程控制器進(jìn)行控制，編制出相應(yīng)的PLC程序，然后進(jìn)行仿真模擬，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)過程的模擬仿真。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)我們的工程研究與開發(fā)的能力。另一方面，對(duì)

4、于我們職教師資項(xiàng)目的學(xué)生來說，還可以深入地體會(huì)到用項(xiàng)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(shì)。綜合上述因素提出了本課題。研究容和研究方法 1.4.1 課題構(gòu)思 本課題要求在了解柔性制造系統(tǒng)（FMS）中毛坯零件的倉儲(chǔ)、搬運(yùn)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用德國(guó)SL公司開發(fā)的MSM-2102軟件在計(jì)算機(jī)上仿真構(gòu)建一套由高架立體倉庫和三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手等組成的毛坯零件搬運(yùn)單元，采用德國(guó)西門子S7可編程控制器進(jìn)行控制，編制出相應(yīng)的PLC程序，然后對(duì)編制的程序進(jìn)行調(diào)試、模擬運(yùn)行。這樣一來，通過對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的仿真模擬，操作者簡(jiǎn)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。 1

5、.4.2 研究容 （1）熟悉并掌握德國(guó)SL公司提供的MSM-2102軟件和可編程控制器編程語言STEP7。 （2）了解柔性制造系統(tǒng)（FMS）中毛坯零件的倉儲(chǔ)、搬運(yùn)的特點(diǎn)。 （3）利用德國(guó)SL公司提供的MSM-2102軟件搭建一個(gè)能存放20個(gè)毛坯零件的高架立體倉庫，一個(gè)能三軸運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手、一個(gè)帶緊停按鈕的操作面板、若干個(gè)毛坯零件等組成的毛坯零件搬運(yùn)系統(tǒng)，連接輸入、輸出信號(hào)線，并設(shè)計(jì)控制流程圖。如圖所示：圖1.1 系統(tǒng)搭建界面 （4）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(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以得出最終控制程序。 1.4.3 研究方法 本課題的研究主要采用系統(tǒng)研究和實(shí)驗(yàn)研究等方法

6、。 （1）系統(tǒng)研究 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(chǔ)、搬運(yùn)的特點(diǎn)，分析研究零件在倉儲(chǔ)、搬運(yùn)中將要碰到的技術(shù)問題，以幫助設(shè)計(jì)控制流程圖和編制PLC控制程序。（2）實(shí)驗(yàn)研究利用德國(guó)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(hào)。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(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試并最終得出控制程序。此過程即實(shí)驗(yàn)研究過程。 2 可編程控制技術(shù) 1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC），研制出世上第一臺(tái)PLC，并在GM汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。國(guó)際電工委員會(huì)（LEC）于1982年11月和1985年1月對(duì)PLC

7、定義為：可編程序控制器（Programmable Logical Controller，簡(jiǎn)稱PLC）是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。多年來，可編程序控制器從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了從接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，功能由弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了從邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步。在半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(yùn)算、人機(jī)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

8、的越來越廣泛，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。2.1 由繼電器到PLC的變革在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備與自動(dòng)化項(xiàng)目中，我們會(huì)遇到大量的開關(guān)量、脈沖量以與模擬量等控制裝置。如電機(jī)的啟動(dòng)與停止，電磁閥的開閉；工件的位置、速度、加速度等的測(cè)定；產(chǎn)品的計(jì)數(shù)以與溫度、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(shí)器、接觸器與其觸點(diǎn)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于掌握，價(jià)格便宜。繼電接觸器控制系統(tǒng)基本上能夠滿足一些工作模式簡(jiǎn)單而固定的工業(yè)場(chǎng)合的控制要求。圖2.1 三相異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)繼電器控制原理圖但

9、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(gè)繼電器出現(xiàn)故障，可能會(huì)造成個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)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(guó)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繼電器無法比擬的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，它給工業(yè)自動(dòng)化帶來了革命性的變革。這個(gè)變革是由繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的飛躍。圖2.2 三相異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制梯形圖2.2 PLC的特點(diǎn) PLC的特點(diǎn)是：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便、易于改造；體積小、質(zhì)量輕、功耗低。2.3 PLC國(guó)

10、外發(fā)展雖然PLC問世時(shí)間不長(zhǎng)，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(jìn)步，PLC也迅速發(fā)。其發(fā)展過程大致可分三個(gè)階段：（1）早期的PLC(20世紀(jì)60年代末一70年代中期)一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC多少有點(diǎn)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(dòng)控制。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I，O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)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

11、圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置。其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)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。（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(guó)、日本、德國(guó)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(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。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(yuǎn)程IO模塊、各種特殊功能模塊，并擴(kuò)大了存儲(chǔ)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)

12、量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC應(yīng)用圍得以擴(kuò)大。 （3）近期的PLC(20世紀(jì)80年代中后期至今)進(jìn)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(chǎng)價(jià)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高。而且，為了進(jìn)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)。管理與經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)不斷追求降低成本，快速響應(yīng)

13、，綜合和整體高效，從而增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的要求。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)，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(jìn)設(shè)備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)備與產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上屋電氣生產(chǎn)的CF系列，機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK與D系列，組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列，電子計(jì)算機(jī)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，華光公司、鄉(xiāng)島公司、嘉華公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。雖然我國(guó)在PLC生產(chǎn)方面還比較弱，但在PLC應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的。近年來每年約新投入10萬臺(tái)套PLC

14、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(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。2.4 PLC的應(yīng)用 2.4.1根據(jù)IO點(diǎn)數(shù)分類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(gè)IO點(diǎn)，主要用于冶金自動(dòng)化生產(chǎn)線和電廠。目前有超過8 000個(gè)IO點(diǎn)的巨型PLC系統(tǒng)在電廠運(yùn)用。中型PLC系統(tǒng)有2561 023個(gè)IO點(diǎn)，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64255個(gè)IO點(diǎn)，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(diǎn)少于64個(gè)，它主要用于單臺(tái)設(shè)備的監(jiān)控，在紡織機(jī)械

15、、數(shù)控機(jī)床、塑料加工機(jī)械、小型包裝機(jī)械上。 2.4.2 根據(jù)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域分類PLC是以自動(dòng)控制技術(shù)，微計(jì)算機(jī)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(huì)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(jī)械，機(jī)床與工具，汽車制造，立體倉庫，過程控制，控制與裝置儀表，控制設(shè)備制造，環(huán)保與文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。并且還在向其它領(lǐng)域延伸。使用情況與分類如下。（1）開關(guān)邏輯量控制這是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(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備控制，也可用于多機(jī)群控與自動(dòng)化流水線。如

16、注塑機(jī)，印刷機(jī)，訂書機(jī)械，組合機(jī)床，磨床，包裝生產(chǎn)線，電鍍流水線等。（2）工業(yè)過程控制 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)換模塊與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(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。（3）運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量IO模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠

17、家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。（4）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算，函數(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)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、分析與處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)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)。（5）通信與聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信與PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分

18、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。2.5 PLC的應(yīng)用前景PLC未來的應(yīng)用前景分為以下幾個(gè)方面： （1）人機(jī)界面將更加友好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(tái)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(shí)，為用戶的開發(fā)和維護(hù)降低了成本，使更易形人機(jī)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。 （2）網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強(qiáng)PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232422485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

19、于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對(duì)開放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。例如：羅克韋爾AB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usDP與PmfibusFMS網(wǎng)絡(luò)等。 （3）開放性和互操作性有很大發(fā)展PLC在發(fā)展過程中，各PLC制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場(chǎng)，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(hù)成本。開放是發(fā)展的趨勢(shì)，這已被各廠商所認(rèn)識(shí)，形成了長(zhǎng)時(shí)期妥協(xié)與競(jìng)爭(zhēng)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

20、中，可以較方便地適應(yīng)不同品牌的產(chǎn)品。OPC基金會(huì)推出了0PC(OLE for Process Contml)標(biāo)準(zhǔn)，這進(jìn)一步增強(qiáng)了軟硬件的互操作性，通過OPC一致性測(cè)試的產(chǎn)品，可以實(shí)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(jī)構(gòu)與其它設(shè)備具有了OPC功能。OPC與現(xiàn)場(chǎng)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(shì)。為了使PLC更具開放性和執(zhí)行多任務(wù)，可以在一個(gè)PLC系統(tǒng)中同時(shí)裝幾個(gè)CPU模塊，每個(gè)CPU模塊都執(zhí)行某一種任務(wù)。例如：三菱電機(jī)公司的小Q系列PLC可以在一個(gè)機(jī)架上插4個(gè)CPU模塊。 （4）功能的進(jìn)一步增強(qiáng)隨著應(yīng)用圍越來越廣泛，PLC的網(wǎng)絡(luò)能力，模擬量

21、處理能力，運(yùn)算速度，存，復(fù)雜運(yùn)算能力均大大增強(qiáng)，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(jì)，除石化過程等個(gè)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。 綜合以上所述，PLC以其結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、功能強(qiáng)、速度快、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)不管在現(xiàn)在還是在未來的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中都將發(fā)揮其不可替代的作用。它將推動(dòng)整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，為再次科技革命的到來奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 3 基于PLC的高架立體倉庫在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中，物料流的自動(dòng)化是非常重要的一個(gè)組成部分。如何對(duì)毛坯零件和成品零件進(jìn)行分

22、類管理和倉儲(chǔ)已成為大家熱點(diǎn)研究的容之一。高架立體倉庫作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，是一種多層次存放貨物的倉儲(chǔ)系統(tǒng)。它是把計(jì)算機(jī)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(dòng)完成貨物的存取作業(yè)，并能對(duì)庫存的貨物進(jìn)行自動(dòng)管理，達(dá)到倉儲(chǔ)技術(shù)的全面自動(dòng)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(dòng)化倉庫在我國(guó)得到快速發(fā)展，高架立體倉庫的需求越來越大。3.1 高架立體倉庫介紹高層貨架倉庫簡(jiǎn)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儲(chǔ)單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)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(chǔ)貨物，故形象的將其稱為“立體倉庫”

23、。立體倉庫是由立體貨架、有軌巷道堆垛機(jī)、出入庫托盤輸送機(jī)系統(tǒng)、尺寸檢測(cè)條碼閱讀系統(tǒng)、通訊徐、自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)管理以與其他如無線電纜橋架配電柜、托盤、調(diào)節(jié)平臺(tái)、鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)等輔助設(shè)備組成的復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)，運(yùn)用一流的集成化物流理念，采用先進(jìn)的控制、總線、通訊和信息技術(shù)，通過以上設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)作，按照用戶的需要完成貨物的自動(dòng)有序、快速精準(zhǔn)、高效的入庫出庫作業(yè)。自動(dòng)化高架立體倉庫技術(shù)的特點(diǎn)： (1)高速化。高架立體倉庫的主體設(shè)備的運(yùn)行速度每年都在提升，目前其水平運(yùn)行速度最大可達(dá)400米分，垂直速度達(dá)100米分；復(fù)合作業(yè)循環(huán)時(shí)間由1522次時(shí)，提高到5070次時(shí)。(2)準(zhǔn)確化。由認(rèn)址片

24、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，使定位精度從+10毫米，提高到+3毫米。驅(qū)動(dòng)由傳統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)發(fā)展為置嵌入式計(jì)算機(jī)的矢量變頻調(diào)速技術(shù)，從而獲得更佳啟動(dòng)停止曲線罔，減少循環(huán)時(shí)間，獲得更佳啟動(dòng)扭矩。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(lán)牙技術(shù)有可能成為新的熱點(diǎn)。貨位虛實(shí)探測(cè)技術(shù)已開始應(yīng)用無線攝像傳輸技術(shù)。機(jī)上控制技術(shù)已開始采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)代替專用硬軟件，便于與上位機(jī)兼容聯(lián)網(wǎng)。3.2 高架立體倉庫的發(fā)展與功能立體倉庫的產(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(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫，1963年美國(guó)率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技

25、術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫，此后，自動(dòng)化立體倉庫在美國(guó)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(dòng)化立體倉庫最多的國(guó)家之一。表3.1 日本1989-2004年高架庫銷售概況表3.2 1989-2004年日本高架庫建設(shè)概況 我國(guó)對(duì)自動(dòng)化立體倉庫與其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制并不晚，1963年研制成第一胎橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部起重運(yùn)輸機(jī)械研究所），1973年開始演示我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉庫（高15米，機(jī)械起重所負(fù)責(zé)），該庫1980年投入使用。到2003年為止，我國(guó)自動(dòng)化立體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由

26、于其很高的空間利用率，很強(qiáng)的入出庫能力，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理特點(diǎn)，已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可或缺的倉儲(chǔ)技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。 與傳統(tǒng)的貨物倉庫相比，自動(dòng)化倉庫具有許多突出的功能，主要包括以下四個(gè)大方面：大大提高空間利用率，應(yīng)用先進(jìn)物流系統(tǒng)優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理，加快貨物存取，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，減少庫存資金積壓。使用立體倉庫還可以產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。它通過高層貨架存儲(chǔ)，使得存儲(chǔ)區(qū)大幅度向高空發(fā)展，提高了空間利用率。自動(dòng)化立體倉庫采用層級(jí)式存放，結(jié)合計(jì)算機(jī)管理，可以很容易實(shí)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(dòng)化存儲(chǔ)系統(tǒng)，加快了運(yùn)行和處

27、理速度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用自動(dòng)化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗，低溫，污染，有毒和易爆等特殊場(chǎng)合的物品存儲(chǔ)需要。計(jì)算機(jī)控制能夠始終確保無誤的對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯(cuò)。同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉庫存儲(chǔ)能力，便于清點(diǎn)和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動(dòng)資金，從而提高倉庫的管理水平。自動(dòng)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(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動(dòng)化。同時(shí)，由于使用自動(dòng)化倉庫，促進(jìn)企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費(fèi)，保證均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員水平。圖3.1 立體倉庫控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖3.3 高架立體倉庫的

28、關(guān)鍵技術(shù) 3.3.1自動(dòng)化倉庫的自動(dòng)尋址立體倉庫的自動(dòng)尋址就是尋找存放、提取貨物的位置。計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化倉庫都具有自動(dòng)尋址的功能。在同一巷道的貨位地址由三個(gè)參數(shù)組成：第幾排貨架，第幾層貨格，左側(cè)或者右側(cè)，當(dāng)自動(dòng)化倉庫接受到上級(jí)管理機(jī)的存取指令和存取地址后，即向指定貨位的方向運(yùn)行，運(yùn)行中，安裝在堆垛機(jī)（或機(jī)械手）上的傳感器不斷檢測(cè)位置信息，計(jì)算判斷是否到位。 3.3.2 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AS/RS的貨物管理基本是技術(shù)是對(duì)貨物進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和跟蹤，自動(dòng)識(shí)別是指在沒有人工干預(yù)的情況下對(duì)物料流動(dòng)過程中的某一活動(dòng)關(guān)鍵特性的確定，每一關(guān)鍵特性都與生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)，這些關(guān)鍵特性包括產(chǎn)品的名稱，數(shù)量，設(shè)計(jì)，質(zhì)量，物料

29、來源，目的地，體積，重量和運(yùn)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(jì)劃，運(yùn)輸路線，路程，庫存，存儲(chǔ)地址，銷售生產(chǎn)，庫存控制，運(yùn)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(shí)現(xiàn)時(shí)，是在生產(chǎn)的關(guān)鍵部位配備自動(dòng)識(shí)別裝置，將每一處所獲取的信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸，并經(jīng)行統(tǒng)一處理，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程中對(duì)物料的信息跟蹤?，F(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)中，廣泛采用條形碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，這是因?yàn)闂l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(diǎn)。 3.3.3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化倉庫運(yùn)行成功的關(guān)鍵，沒有好的控制，系統(tǒng)運(yùn)行成本就會(huì)很高，而效率很低，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)

30、化倉庫使用的各種存取設(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，單片機(jī)和可編程控制器，根據(jù)各自的設(shè)定功能，速度控制，貨叉控制以與方向控制等。所有這些控制器都不許通過各種控制裝置去實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)對(duì)搬運(yùn)設(shè)備,運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，他是自動(dòng)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(zhǎng)，易于維護(hù)和更換的產(chǎn)品，否則將存在安全隱患。堆垛機(jī)的控制現(xiàn)多采用模塊化控制方式，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)議案為交流電機(jī)，無級(jí)調(diào)速。這種方式技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，既能實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的高速運(yùn)行，又能平穩(wěn)進(jìn)行停車對(duì)位。

31、在控制系統(tǒng)中，還應(yīng)采取一系列自檢和連鎖保護(hù)措施，確保在工作人員操作錯(cuò)誤時(shí)不發(fā)生事故。對(duì)機(jī)械與電器故障進(jìn)行判斷，報(bào)警和向主機(jī)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。 3.3.4監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)是自動(dòng)化倉庫的信息樞紐，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化倉庫實(shí)時(shí)控制的重要組成部分。它在整個(gè)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各個(gè)部分的運(yùn)行。自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)使用了很多運(yùn)行設(shè)備，各設(shè)備的運(yùn)行任務(wù)，運(yùn)行路徑，運(yùn)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(jī)系統(tǒng)的作業(yè)命令，按運(yùn)行時(shí)間最短，作業(yè)間的合理配合等原則對(duì)作業(yè)的先后順序進(jìn)行優(yōu)化組合排隊(duì)，并將優(yōu)化后的作業(yè)命令發(fā)送給各個(gè)控制系統(tǒng)，對(duì)作業(yè)進(jìn)程，作業(yè)信息

32、與運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 3.3.5計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)是自動(dòng)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(gè)設(shè)備的運(yùn)行，它主要完成整個(gè)倉庫的作業(yè)管理和賬目，并負(fù)擔(dān)著與上級(jí)系統(tǒng)的通信和企業(yè)信息管理系統(tǒng)部分任務(wù)，自動(dòng)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(gè)分支，對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化倉庫來說，它可以是獨(dú)立的，但對(duì)于一個(gè)企業(yè)，它又是其管理信息系統(tǒng)（MIS）的一個(gè)子系統(tǒng)。它不僅對(duì)信息進(jìn)行處理，也對(duì)物流進(jìn)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(dòng)化倉庫管理系統(tǒng)的主要功能是對(duì)倉庫所有入，出庫活動(dòng)進(jìn)行最佳登錄和控制，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便能使決策者與早發(fā)現(xiàn)問題

33、，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(jì)和社會(huì)效益。3.4 基于PLC的高架立體倉庫由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(diǎn)。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(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域。在集成化、智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)理念下，自動(dòng)化高架立體倉庫的貨物存儲(chǔ)全面使用PLC技術(shù)，使運(yùn)行加速、操作準(zhǔn)確，從而全面提升了企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。提高了企業(yè)總體效益。 3.4.1 采用PLC控制立體倉庫的優(yōu)點(diǎn)(1)低成本 利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)線、光電纜等，大減少了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的投資。

34、(2)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(shì)。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?yàn)榧壹叶加须娏€，由此，運(yùn)營(yíng)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(gè)家庭.因此，這一技術(shù)一旦進(jìn)入商業(yè)化階段，將會(huì)促進(jìn)電信市場(chǎng)的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普與帶來極大的發(fā)展空間。 (3)高速 利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國(guó)最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商RWE承諾，運(yùn)用他們的電力線上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比ISDN拔號(hào)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。 (4)便捷 不管在家里的哪個(gè)角落,只要連接到房間的任何電源插座上，就可立即擁有PLC

35、帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受！(5)永遠(yuǎn)在線 PLC屬于即插即用，不用煩瑣的撥號(hào)過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！(6)結(jié)構(gòu)靈活 通過PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)Internet接入，可以靈活擴(kuò)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(hào)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。(7)家庭數(shù)字化 PLC技術(shù)能夠通過電力線將整個(gè)家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室的設(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。 3.4.2 PLC機(jī)械手同時(shí)，在自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域中，機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的。其特點(diǎn)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

36、和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)，無論是進(jìn)行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定PLC程序來實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。此外，PLC機(jī)械手能滿足機(jī)械手的手動(dòng)、半自動(dòng)自動(dòng)等操作方式所需的大量按扭、開關(guān)、位置檢測(cè)點(diǎn)的要求。在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，是企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的重要標(biāo)志之一。圖3.2 正在運(yùn)行的機(jī)械手目前，由于微電子技術(shù)和計(jì)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，使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展，其中氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡(jiǎn)便以與不污染環(huán)境、組件價(jià)格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特

37、點(diǎn)已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。氣動(dòng)機(jī)械手基本由氣控機(jī)械手、XY軸絲杠組、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機(jī)械部分組成。主要作用是完成機(jī)械部件的搬運(yùn)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(yùn)、貨物運(yùn)輸更快捷、便利。本課題構(gòu)建的三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手安裝在一個(gè)四層高架立體倉庫上，其X、Z軸方向的運(yùn)動(dòng)采用電機(jī)控制，Y軸和手爪的運(yùn)動(dòng)采用氣動(dòng)控制，用于對(duì)毛坯零件的定位、抓取和搬運(yùn)工作。 4 MSM軟件介紹4.1 SL系統(tǒng)概論 機(jī)電一體化系統(tǒng)“SL-MSK 2100”的思想建立在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域多年的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，并引入了最新的BIBB發(fā)展方向以滿足機(jī)電一體化工程師的需要。SL“機(jī)電一體化

38、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(dòng)化技術(shù)的相互關(guān)系，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。圖4.1 SL系統(tǒng)一覽表 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(duì)自動(dòng)化技術(shù)/控制技術(shù)/機(jī)電一體化的教學(xué)極有幫助。目前SL系統(tǒng)已進(jìn)行連續(xù)的、多學(xué)科的改進(jìn)，已極大豐富了職業(yè)培訓(xùn)的教學(xué)容，其涉與到機(jī)電一體化的關(guān)鍵組件，如自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)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。4.2 MSM軟件模塊簡(jiǎn)介使用機(jī)電一體化系統(tǒng)“SL-MSK 2100”中MSM軟件模塊“SLMSM21xx”進(jìn)行工作，既可在屏幕上仿真構(gòu)造簡(jiǎn)單的部

39、件，也可構(gòu)建復(fù)雜的、PC支撐的自動(dòng)化裝置。軟件可將涉與各領(lǐng)域的元部件真實(shí)地進(jìn)行仿真，使用者可方便、有效地建立、測(cè)試、控制任意仿真的自動(dòng)化過程，并進(jìn)行工程開發(fā)程序的設(shè)計(jì)。在模擬時(shí)，也可對(duì)在真實(shí)硬件環(huán)境運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾的過程情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。軟件有三個(gè)不同的部分： （1）MSM2100 軟件包括帶功能部件的模塊庫，其可在機(jī)電一體化基本系統(tǒng)TMS-2000-B01(機(jī)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(jìn)行調(diào)用，以解決自動(dòng)化、控制技術(shù)和機(jī)電一體化的任務(wù)。 （2）MSM2101 該軟件的效率尤可體現(xiàn)為，幾乎每一個(gè)自動(dòng)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(duì)于基本配置(S

40、LMSM2100)，其擴(kuò)展配置包括6軸關(guān)節(jié)機(jī)器人、6軸門式機(jī)器人、6軸Scara機(jī)器人，不同的機(jī)器人手爪、輸送帶、存儲(chǔ)、刀庫、機(jī)床、擴(kuò)展傳感器、信號(hào)燈和開關(guān)元件等元件。 （3）MSM2102該軟件相對(duì)于有效的“SLMSM2101”模塊，包括了所有的模型庫，以產(chǎn)生典型的自動(dòng)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(jìn)行編程，來結(jié)合工業(yè)機(jī)器人。為了進(jìn)行有效的編程，可使用原始操作端作為軟件示教。圖4.2 MSM2102工作界面4.3 MSM軟件操作步驟 用MSM軟件仿真模擬一項(xiàng)操作任務(wù)時(shí)，一般的操作步驟如下：(1)新建一個(gè)計(jì)劃打開軟件后，使用界面上下拉菜單“計(jì)劃(Z)”下的子項(xiàng)“新建

41、.”可新建一個(gè)計(jì)劃。它打開一個(gè)選擇窗口，可選擇驅(qū)動(dòng)器和路徑，輸入名稱。類似地，可使用該菜單子項(xiàng)打開一個(gè)已有的計(jì)劃。但在一個(gè)外部目錄上新建一個(gè)計(jì)劃有一個(gè)限制，不在該目錄的對(duì)象必須使用按鈕“對(duì)象接受”導(dǎo)入到主目錄中。計(jì)劃的擴(kuò)展名必須為“.BCI”(自動(dòng)添加)。使用按鈕確認(rèn)將打開模擬窗口(此時(shí)所有為黑色 )，在右邊打開對(duì)象工作的對(duì)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(duì)象的視圖。(2)硬件的選擇和搭建對(duì)象編輯的窗口由三部分組成：對(duì)象列表、坐標(biāo)系統(tǒng)和對(duì)象定位。使用按鈕“對(duì)象(O)”可在模擬窗口中展開下拉菜單“對(duì)象(O)”：圖4.3 下拉菜單“對(duì)象(O)”菜單包括下列子項(xiàng)：接受：從展開的列表中添加

42、對(duì)象。參數(shù)化.：添加對(duì)象大小和屬性(修改長(zhǎng)度、寬度、高度、顏色和屬性)的參數(shù)化。清除.：從計(jì)劃中清除添加的對(duì)象。復(fù)制.：復(fù)制所選對(duì)象(在列表中以亮色顯示)，將出現(xiàn)一個(gè)輸入復(fù)制后的名稱和偏置的窗口。在對(duì)象復(fù)制前，必須選擇一個(gè)已存在的對(duì)象，以免產(chǎn)生對(duì)象垃圾(即一樣的對(duì)象多次放置在一樣的地方)。信息.：打開對(duì)象輸入和輸出的窗口。刪除.：從所有軟件中刪除對(duì)象，而不是僅從計(jì)劃中刪除！使用子項(xiàng)“接受”將打開一個(gè)下拉菜單，其包含所有可裝入的對(duì)象組?？墒褂孟铝羞x項(xiàng)進(jìn)行接受：?jiǎn)卧翰煌目臻g、分割空間的墻和方便定位的網(wǎng)格；倉儲(chǔ)：工作臺(tái)、料箱、容器、支架、刀夾；可編程控制器：各種帶可變的輸入/輸出地址的自動(dòng)化裝置

43、；工作站：所有部件、功能單元和制造站的對(duì)象庫，它們可作為硬件組件使用，因此可直接使用機(jī)電一體化聯(lián)接模塊進(jìn)行控制；附件：操作元件、顯示元件和“電氣”固定板的對(duì)象庫；工件：不同的工件組，可用作運(yùn)輸和運(yùn)送裝置的材料流；橫向軸：不同的機(jī)器人橫向軸(在軟件“SL-MSM2101”或以上版本)；機(jī)器人：不同的機(jī)器人類型(在軟件“SL-MSM 2101”或以上版本，取決于軟件的擴(kuò)充程度)； 傳感器：不同的傳感器；其它等等。(3)在對(duì)象間建立信號(hào)聯(lián)接 在接受了模擬所需的所有對(duì)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(shí)際中可將之與可編程控制器的聯(lián)線相比較。打開信號(hào)聯(lián)接窗口后，使用回車

44、健或使用菜單“聯(lián)接”下的子項(xiàng)“新建.”可新建一個(gè)聯(lián)接。這些端口的編址或信號(hào)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)見下列步驟： 步驟1：選擇需聯(lián)接輸出的對(duì)象； 步驟2：選擇需聯(lián)接的輸出； 步驟3：選擇需聯(lián)接輸入的對(duì)象； 步驟4：選擇需聯(lián)接的輸入； 步驟5：輸入描述釋放動(dòng)作的備注。圖4.3 一個(gè)信號(hào)聯(lián)接結(jié)構(gòu)的空對(duì)話框(4)硬件信號(hào)連線的調(diào)試在完成計(jì)劃的結(jié)構(gòu)和形式，產(chǎn)生信號(hào)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(cuò)線、硬件移動(dòng)時(shí)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(dòng)”、“信號(hào)”將可編程控制器設(shè)置為“停機(jī)”狀態(tài)。通過直接給輸入、輸出端信號(hào)，檢查各硬件之間運(yùn)動(dòng)與連線。如果發(fā)現(xiàn)問題，可以對(duì)其進(jìn)行修改和

45、調(diào)試。為清晰顯示模擬，建議同時(shí)打開模擬窗口、帶視區(qū)控制的可編程控制器的信號(hào)窗口?？墒褂孟吕藛巍笆謩?dòng)”下的子項(xiàng)“信號(hào).”中的可編程控制器欄上調(diào)用所裝入PLC的信號(hào)窗口。(5)產(chǎn)生可編程控制器程序在完成了硬件搭建，建立信號(hào)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(jìn)行測(cè)試?？墒褂孟吕藛巍笆謩?dòng)(M)”下子項(xiàng)“編輯器.”來調(diào)用編輯器。PLC程序必須包含一個(gè)結(jié)構(gòu)模塊Ob_1，也可對(duì)功能模塊Fc_1進(jìn)行調(diào)用。(6)軟、硬件調(diào)試在完成了上述操作之后，可對(duì)所編的PLC程序進(jìn)行模擬運(yùn)行，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。通過模擬運(yùn)行，操作者可以檢查與調(diào)試所編寫的程序，并對(duì)各硬件再次進(jìn)行檢查與調(diào)試

46、。5 零件搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課題以研究如何對(duì)毛坯零件和成品零件進(jìn)行自動(dòng)化搬運(yùn)和倉儲(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)，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(yùn)動(dòng)機(jī)械手等組成的毛坯零件搬運(yùn)系統(tǒng)。該搬運(yùn)系統(tǒng)采用德國(guó)西門子S7可編程控制器進(jìn)行控制。該研究過程按照之前介紹的MSM軟件操作步驟，依次進(jìn)行新建計(jì)劃、搭建硬件、信號(hào)聯(lián)接、硬件信號(hào)調(diào)試、編程和軟、硬件調(diào)試，并最終得出符合要求的硬件系統(tǒng)和PLC程序。5.1 系統(tǒng)硬件的選擇和搭建 5.1.1 硬件搭建要求本課題的具體要：搭建一個(gè)能存放20個(gè)毛坯零件的高架立體倉庫，一個(gè)能三軸運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，一個(gè)帶緊停按鈕的操作面板，一個(gè)毛坯零件等組成的毛坯零件搬運(yùn)系統(tǒng)

47、。需要指出的是，在實(shí)際工作環(huán)境中高架立體倉庫上所需要搬運(yùn)的毛坯零件不只一個(gè)，而相關(guān)的控制流程和PLC程序?qū)?huì)更加復(fù)雜，所以本課題可以作為進(jìn)一步研究、完善毛坯零件搬運(yùn)系統(tǒng)的初探。圖5.1 毛坯零件搬運(yùn)系統(tǒng) 5.1.2 系統(tǒng)硬件的選擇和搭建在軟件界面上選擇“計(jì)劃”、“對(duì)象編輯”，可以進(jìn)行系統(tǒng)各硬件的選擇和搭建。 圖5.2 本課題對(duì)象編輯窗口 （1）柵格首先，需要搭建一個(gè)空間系統(tǒng)容納其它硬件設(shè)備，即搭建一個(gè)三維坐標(biāo)系柵格。估算系統(tǒng)所需尺寸，選擇一個(gè)大小為2*2m的柵格。 （2）SL-參數(shù)工作臺(tái)以2*2m的柵格為坐標(biāo)系，搭建一個(gè)支承高架立體倉庫和聯(lián)接平臺(tái)的工作臺(tái)。根據(jù)課題具體要求，選擇尺寸可調(diào)節(jié)的SL

48、-參數(shù)工作臺(tái)。 （3）PLC的選用 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(diǎn)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)備與其輸入、輸出接口不多，PLC所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)不多，并且考慮到經(jīng)濟(jì)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(tái)作為參考坐標(biāo)系，選取所需型號(hào)的PLC16IO放置在工作臺(tái)上。 （4）高層貨架倉庫工藝站（高架立體倉庫）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(gè)工件，共可以存放20個(gè)毛坯、成品零件。同樣選取該工藝站放置在工作臺(tái)上。 （5）機(jī)械手該軟件構(gòu)建

49、的四層高架立體倉庫上自帶一個(gè)三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手，搭建工藝站時(shí)即已搭建好機(jī)械手。該機(jī)械手X、Z軸方向的運(yùn)動(dòng)采用電機(jī)控制，Y軸和手爪的運(yùn)動(dòng)采用氣動(dòng)控制，用于機(jī)械手的移動(dòng)和對(duì)毛坯零件的抓取、搬運(yùn)工作。此外，機(jī)械手X、Y、Z軸的運(yùn)動(dòng)必須有超限位保護(hù)，在機(jī)械手X、Z軸的中間位置，以與手爪的開合也都設(shè)有傳感器，用于機(jī)械手的定位。機(jī)械手前進(jìn)（或后退）運(yùn)動(dòng)和上（或下）運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行，各軸的運(yùn)動(dòng)速度也可通過設(shè)置參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。（6）工件從工件庫里選擇一個(gè)直徑30mm，高度適當(dāng)?shù)膱A形工件，放置在高架倉庫上。（7）連接平臺(tái) 從倉儲(chǔ)里選擇一個(gè)結(jié)構(gòu)合適的連接平臺(tái)，放置在工作臺(tái)上。并調(diào)節(jié)其高度，使機(jī)械手在Z軸往下的極限位置松開

50、手爪時(shí)可以安全將工件放置在連接平臺(tái)上。 （8）操作面板控制系統(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(tái)前方便于操作的位置。本課題選用的立體倉庫、機(jī)械手和連接平臺(tái)等主要技術(shù)參數(shù)見下表：表5.1 硬件主要參數(shù)PLC型號(hào)PLC16IO高架立體倉庫層數(shù)4每層可放工件數(shù)5機(jī)械手X/Z軸滑塊-傳感器-重疊2MMX軸速度Z軸速度Y軸活塞行程3CMY軸活塞-傳感器-重疊2MMY軸活塞速度30MM/S工件直徑30MM高度連接平臺(tái)高度42CM5.2 信號(hào)連接搭建好硬件后，必須對(duì)它們進(jìn)行信號(hào)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。按照之前介紹的

51、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(dòng)綠色按鈕時(shí)，PLC接到指令，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)開始；按動(dòng)紅色按鈕使之停止；按動(dòng)緊停按鈕，系統(tǒng)急停。選擇高架立體倉庫的八個(gè)輸出端，依次連接到PLC的輸入端，它們分別代表機(jī)械手X、Y、Z軸的極限位置，X、Z軸的中間位置，以與手爪的開合的傳感器，用于機(jī)械手工作時(shí)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(hào)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，使控制信號(hào)通過PLC傳輸給機(jī)械手，機(jī)械手根據(jù)控制信號(hào)沿X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)，手爪進(jìn)行開合動(dòng)作。根據(jù)上述PLC輸

52、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：表5.2 PLC輸入輸出I/O分配表輸入端輸出端PLC地址名稱PLC地址名稱E4.0控制面板紅色按鈕A8.0機(jī)械手左移E4.1控制面板綠色按鈕A8.1機(jī)械手右移E4.2控制面板運(yùn)行模式1A8.2機(jī)械手下移E4.3控制面板運(yùn)行模式2A8.3機(jī)械手上移E4.4控制面板緊停按鈕A8.4機(jī)械手駛出動(dòng)作E32.0機(jī)械手左端傳感器A8.5手爪閉合動(dòng)作E32.1機(jī)械手右端傳感器A9.0操作面板紅燈E32.2機(jī)械手上端傳感器A9.1操作面板綠燈E32.3機(jī)械手下端傳感器A9.2操作面板黃燈E32.4機(jī)械手已駛出傳感器A9.3操作面板白燈E32.5

53、機(jī)械手手爪已閉合傳感器E32.6X軸工件位置傳感器E32.7Z軸工件位置傳感器信號(hào)聯(lián)接操作完成之后，在軟件界面中顯示出最終的信號(hào)聯(lián)接表：表5.3 該系統(tǒng)最終的信號(hào)聯(lián)接列表5.3 控制流程圖 5.3.1 控制要求分析本課題要求：搭建一個(gè)能存放20個(gè)毛坯零件的高架立體倉庫，一個(gè)能三軸運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，一個(gè)帶緊停按鈕的操作面板，一個(gè)毛坯零件等組成的毛坯零件搬運(yùn)系統(tǒng)。通過分析毛坯零件搬運(yùn)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：（1）操作面板操作面板各按鈕用于控制整個(gè)系統(tǒng)的起停。綠色按鈕用于系統(tǒng)的啟動(dòng)，紅色按鈕用于暫停系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，緊急按鈕用于發(fā)生故障時(shí)緊急停止整個(gè)系統(tǒng)。操作面板的綠色燈在搬運(yùn)

54、系統(tǒng)啟動(dòng)后常亮，輸送系統(tǒng)暫?；蚓o急停止后綠燈滅。紅色燈在輸送系統(tǒng)暫停時(shí)常亮，搬運(yùn)系統(tǒng)未開始、運(yùn)行與緊停狀態(tài)下燈滅。（2）機(jī)械手當(dāng)按動(dòng)綠色按鈕，PLC得到啟動(dòng)信號(hào)，通知機(jī)械手開始工作。首先，機(jī)械手沿X、Z軸方向同時(shí)前進(jìn)，當(dāng)X軸傳感器得到信號(hào)1時(shí)，即停止X軸方向的運(yùn)動(dòng)，同理，當(dāng)Z軸傳感器得到信號(hào)1時(shí)，停止Z軸方向的運(yùn)動(dòng)。這時(shí)機(jī)械手在XOZ平面對(duì)準(zhǔn)所要搬運(yùn)的工件。當(dāng)XOZ平面定好位置后，機(jī)械手沿Y軸方向前進(jìn)以靠近工件。當(dāng)Y軸到達(dá)極限位置時(shí)，傳感器信號(hào)為1，同時(shí)Y軸方向運(yùn)動(dòng)停止，機(jī)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(jì)時(shí)器T1計(jì)時(shí)2S，Y軸才開始退回。當(dāng)Y

55、軸退回到極限位置時(shí)，傳感器信號(hào)為1，并停止Y軸的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)Y方向開始退回動(dòng)作后，為了防止夾取住工件的機(jī)械手與高架立體倉庫發(fā)生碰撞，使用計(jì)時(shí)器T2計(jì)時(shí)2S后，X、Z軸方向才開始同時(shí)退回。在X、Z軸退回的過程中，當(dāng)Z軸到達(dá)一個(gè)中間等待位置時(shí)，Z軸方向的運(yùn)動(dòng)暫停，等到X軸方向到達(dá)右極限位置并停止往右運(yùn)動(dòng)時(shí)，Z軸方向才開始繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直至下方極限位置時(shí)傳感器信號(hào)為1，不再往下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)X、Z軸方向到達(dá)極限位置并停止時(shí)，機(jī)械手手爪松開，放置工件在連接平臺(tái)上。放好工件后，機(jī)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(yùn)的操作。 需要指出的是，正如前面所提到在實(shí)際工作環(huán)境中高架立體倉庫上所需搬運(yùn)的

56、毛坯零件不只一個(gè)，而相關(guān)的控制流程將會(huì)更加復(fù)雜，所以本課題如果要作為進(jìn)一步的研究，可以在機(jī)械手完成此次操作過程并回到等待位置后繼續(xù)搬運(yùn)其它高架倉庫上的毛坯零件，以完善毛坯零件搬運(yùn)系統(tǒng)。 5.3.2 繪制控制流程圖控制流程圖是PLC程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。只有設(shè)計(jì)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(jì)。所以，寫出流程圖是非常關(guān)鍵也是程序設(shè)計(jì)首先要完成的任務(wù)。依據(jù)上面所列該三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的控制要求，繪制出控制流程圖，如圖5.4所示。圖5.4 該任務(wù)控制流程圖圖5.4 該任務(wù)控制流程圖5.4 PLC程序 根據(jù)該三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)的控制要求和所繪控制流程圖，用STEP

57、7語言編制程序。該程序由一個(gè)組織模塊OB1和一個(gè)功能模塊FC1組成。5.4.1 組織模塊OB1CALL FC1 / 用于調(diào)用功能模塊5.4.2 功能模塊FC1 NETZWERK 1: U E 32.1 / 在X軸右端 U E 32.3 / 在Z軸上端 U E 4.1 / 按動(dòng)綠色按鈕 S M 2.1 / 置位中間標(biāo)志器M2.1 S M 2.5 / 置位中間標(biāo)志器M2.5 S A 9.1 / 綠燈亮 U M 2.1 / 中間標(biāo)志器M2.1有信號(hào) S A 8.0 / 沿X軸向左運(yùn)動(dòng) S A 8.2 / 沿Z軸向下運(yùn)動(dòng) UN E 32.1 / 不在X軸右端 UN E 32.3 / 不在Z軸上端 R

58、M 2.1 / 復(fù)位中間標(biāo)志器M2.1 NETZWERK 2: U E 32.6 / X軸方向傳感器信號(hào)為1 /U A 8.0 R A 8.0 / X軸向左運(yùn)動(dòng)停止 U E 32.7 / Z軸方向傳感器信號(hào)為1 /U A 8.2 R A 8.2 / Z軸向下運(yùn)動(dòng)停止 NETZWERK 3: U E 32.6 / X軸方向傳感器信號(hào)為1 U E 32.7 / Z軸方向傳感器信號(hào)為1 UN A 8.5 / 手爪打開 /UN A 8.0 /UN A 8.2 U M 2.5 / 中間標(biāo)志器M2.5有信號(hào) /U Z1 S A 8.4 / 手爪沿Y軸向前駛出 /R M 2.5 NETZWERK 4: U

59、E 32.4 / 手爪已經(jīng)駛出 S A 8.5 / 閉合手爪 NETZWERK 5: U E 32.5 / 手爪已經(jīng)閉合 L S5T#2S / 裝載延遲接通計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)值2S SE T0 / T0開始計(jì)時(shí)2S U T0 / 計(jì)時(shí)器T0信號(hào)為1 R A 8.4 / 手爪沿Y軸退回 NETZWERK 6: UN E 32.4 / 手爪不在Y軸駛出位置 UN A 8.4 / 未駛出手爪 U E 32.6 / X軸方向傳感器信號(hào)為1 U E 32.7 / Z軸方向傳感器信號(hào)為1 S M 2.2 / 置位中間標(biāo)志器M2.2 U M 2.2 / 中間標(biāo)志器M2.2有信號(hào) L S5T#2S / 裝載延遲接通

60、計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)值2S SE T1 / T1開始計(jì)時(shí)2S /SS T1 U T1 / 計(jì)時(shí)器T1信號(hào)為1 /U Z1 /R M 2.2 R A 8.0 / X向左動(dòng)作復(fù)位 R A 8.2 / Z向下動(dòng)作復(fù)位 S A 8.1 / 沿X軸向右運(yùn)動(dòng) S A 8.2 / 沿Z軸向下運(yùn)動(dòng) NETZWERK 7: U E 32.7 / Z軸方向傳感器信號(hào)為1 ZR Z1 / 計(jì)數(shù)器Z1減1 U A 8.2 / 正沿Z軸向下運(yùn)動(dòng) L C#2 S Z1 / 裝載計(jì)數(shù)器，Z1置數(shù)2 UN Z1 S M 2.3 / 當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)值為0，則置位中間標(biāo)志器M2.3 U M 2.3 / 中間標(biāo)志器M2.3有信號(hào) U A 8.