倉庫機械手plc畢業(yè)設(shè)計

1、倉庫機械手plc畢業(yè)設(shè)計1導(dǎo)言所選主題的背景20世紀(jì)下半葉，隨著計算機、材料、自動控制等技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)也獲得了蓬勃發(fā)展，新的加工制造理念和方法層出不窮，如CNC、CAD、CAM、FMS、CIMS、ERP、并行工程、敏捷制造等。這些先進制造技術(shù)改變了傳統(tǒng)的制造模式，大大提高了企業(yè)的競爭力。先進制造技術(shù)是適應(yīng)未來制造業(yè)的前沿技術(shù)的總稱，是基礎(chǔ)科學(xué)、管理和工程技術(shù)等領(lǐng)域的最新成果、理論和方法的有機結(jié)合。它具有綜合性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性和可持續(xù)性的特點，已成為集機械、電子、信息、材料、管理于一體的新興交叉學(xué)科。可編程控制技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展，可編程控制技術(shù)(PLC)已經(jīng)成為先進自動化制造

2、系統(tǒng)中一項非常重要的技術(shù)。因此，可編程控制技術(shù)也成為機械制造專業(yè)一門非常重要的專業(yè)課程。同濟職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院也為機械工程及其自動化專業(yè)開設(shè)相關(guān)課程。但可編程控制器的特點決定了這些課程的實踐性很強，對其程序的驗證只能結(jié)合被控對象來實現(xiàn)。因此，實驗環(huán)節(jié)在教學(xué)過程中非常重要。而物理被控對象一般都具有體積大、價格高、維護困難的特點，所以大多數(shù)學(xué)校由于資金、場地、設(shè)備等因素的制約，只購買一些簡單的實驗箱或單功能可編程控制器，或者只有一套實驗系統(tǒng)。為了克服這些困難，目前國外一些學(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?；诮虒W(xué)現(xiàn)狀的研究目的本課題基于我們在

3、相關(guān)專業(yè)課程中遇到的實際操作困難，利用德國SL公司開發(fā)的MSM-2102軟件，在計算機上搭建了一套粗加工零件處理單元，由高架倉庫和三軸運動機械手組成。在了解柔性制造系統(tǒng)(FMS)中毛坯件的存儲和搬運特點的基礎(chǔ)上，采用西門子S7可編程控制器進行控制，編制相應(yīng)的PLC程序，然后進行仿真，從而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)過程的仿真。一方面，通過這種仿真，學(xué)生不僅可以在教學(xué)過程中直觀地查看控制過程，更容易理解編程方法，還可以提高學(xué)生的編程和調(diào)試能力，從而培養(yǎng)我們的工程研發(fā)能力。另一方面，對于我們職教師資項目的學(xué)生來說，也能深刻體會到項目教學(xué)法與模擬法相結(jié)合構(gòu)建復(fù)雜工作環(huán)境的教學(xué)方法的優(yōu)勢。以上因素提出了這個話題。研

4、究能力和研究方法1.4.1項目概念本課題在了解柔性制造系統(tǒng)(FMS)中毛坯件存儲和搬運特點的基礎(chǔ)上，要求利用德國SL公司開發(fā)的MSM-2102軟件，模擬構(gòu)建由高架倉庫和三軸機械手組成的毛坯件搬運單元，由德國西門子S7可編程控制器控制，并編制相應(yīng)的PLC程序，然后對編制的程序進行調(diào)試和仿真。這樣，通過對實際工程的模擬，操作人員可以簡單、形象地了解PLC控制過程，掌握編程方法，培養(yǎng)工程研發(fā)能力。1.4.2研究能力(1)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。(2)了解FMS中毛坯零件的存儲和搬運特點。(3)使用德國SL公司提供的MSM-2102軟件，一個可

5、存放20個毛坯件的高架立體倉庫，一個由可三軸移動的機械手、帶停止按鈕的操作面板、若干毛坯件等組成的毛坯件搬運系統(tǒng)。搭建了輸入輸出信號線，設(shè)計了控制流程圖。(4)利用編程語言STEP7編寫相應(yīng)的PLC控制程序，通過仿真的方式對系統(tǒng)進行調(diào)試，得到最終的控制程序。1.4.3研究方法本課題的研究主要采用系統(tǒng)研究和實驗研究的方法。(1)系統(tǒng)研究運用系統(tǒng)研究的方法，可以了解FMS中毛坯零件入庫和搬運的特點，分析零件入庫和搬運中會遇到的技術(shù)問題，從而幫助設(shè)計控制流程圖和編寫PLC控制程序。(2)實驗研究利用德國SL公司提供的MSM-2102軟件，搭建上述控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備，并與輸入輸出信號連接。利用可編程控

6、制器編程語言STEP7編寫相應(yīng)的PLC控制程序，并通過仿真的方式對系統(tǒng)進行調(diào)試，最終得到控制程序。這個過程就是實驗研究過程。2可編程控制技術(shù)1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺PLC，并成功應(yīng)用于通用汽車生產(chǎn)線。1982年11月和1985年1月，國際電工委員會(LEC)對PLC的定義是:可編程邏輯控制器(PLC)是一種以數(shù)字操作方式運行的電子系統(tǒng)，是專門為工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用而設(shè)計的。它采用可編程存儲器，用于存儲其部件中執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算的命令，并通過數(shù)字模擬輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。多年來，可編程控制器實現(xiàn)了從接線邏輯到存儲邏輯、從弱到

7、強、從邏輯控制到數(shù)字控制的飛躍。在半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，PLC在模擬處理、數(shù)字運算、人機界面和網(wǎng)絡(luò)等方面的能力有了很大的提高，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，應(yīng)用越來越廣泛，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用。2.1從繼電器到PLC的轉(zhuǎn)換在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備和自動化項目中，我們會遇到大量的開關(guān)、脈沖、模擬等控制設(shè)備。如電機的啟動和停止，電磁閥的開啟和關(guān)閉；位置、速度、加速度等的測量。工件的尺寸；產(chǎn)品的計數(shù)與溫度、壓力和流量等物理量的設(shè)置和控制有關(guān)。早期的控制系統(tǒng)是由各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按照系統(tǒng)要求的邏輯關(guān)系用導(dǎo)線連接而成。這就是60年代以前工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛使

8、用的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價格低廉。繼電器接觸器控制系統(tǒng)基本可以滿足一些工作模式簡單固定的工業(yè)場合的控制要求。圖2.1三相異步電動機正反轉(zhuǎn)繼電器控制原理圖然而，繼電器接觸器控制系統(tǒng)的通用性和靈活性不夠。如果控制系統(tǒng)中的一個繼電器出現(xiàn)故障，可能會導(dǎo)致控制系統(tǒng)運行異常，檢修不便。為了克服這些缺點，世界各國都開發(fā)了可編程控制器來代替繼電器控制，其可靠性、抗干擾等因素都是繼電器無法比擬的。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，給工業(yè)自動化帶來了革命性的變化。這種變化是從繼電器控制到計算機控制的飛躍。圖2.2三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制梯形圖2.2 PLC的特點PLC的特點是:可靠性高，抗干

9、擾能力強；設(shè)施齊全，功能完善，適用性強；操作簡單，易學(xué)易用，受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)工作量小，維護方便，易于改造；體積小，重量輕，功耗低。2.3國外PLC的發(fā)展雖然PLC問世的時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以及數(shù)據(jù)通信技術(shù)的不斷進步，PLC也得到了飛速的發(fā)展。它的發(fā)展過程大致可以分為三個階段:(1)早期的PLC(從60年代末到70年代中期)一般稱為可編程邏輯控制器。此時，PLC在某種程度上是繼電器控制裝置的替代品。其主要功能一般只用于單一過程的自動控制。在硬件上以準(zhǔn)計算機的形式出現(xiàn)，并對I/O接口電路進行了改進，以滿足工業(yè)控制領(lǐng)域的要求。裝置

10、中的器件主要采用分立元件和中小型集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。此外，還采取了一些措施來提高其抗干擾能力。在軟件編程中，采用了電氣工程技術(shù)人員熟悉的梯形圖。所以早期PLC的性能比繼電器控制裝置好。其優(yōu)點包括簡單易懂，安裝方便，體積小，能耗低，故障指示，可重復(fù)使用。(2)中期PLC(70年代中期到80年代中后期)微處理器的出現(xiàn)給PLC帶來了巨大的變化。美國、日本、德國等的一些制造商。已經(jīng)開始使用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)。這樣，PLC的功能就大大增強了。軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理與傳輸、通信、自診斷等功能。硬件方面，除了保持

11、其原有的開關(guān)模塊外，增加了模擬模塊、遠程I/O模塊和各種特殊功能模塊，并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，并提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，從而擴大了PLC的應(yīng)用范圍。(3)近期PLC(80年代中后期至今)進入80年代中后期。由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅下降，使得各類PLC使用的微處理器水平普遍提高。而且為了進一步提高PLC的處理速度，各個廠商還開發(fā)了專用的邏輯處理芯片，使得PLC的硬件和軟件的功能都有了很大的改變。進入21世紀(jì)后，從整體上看，無論是硬件還是系統(tǒng)軟件(專用操作系統(tǒng)、編程語言)，甚至是聯(lián)網(wǎng)通訊，PLC都在向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，以求在ERP、MES

12、、PCS三層架構(gòu)中立于不敗之地，更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)。借助管理體系，不斷追求降低成本、快速反應(yīng)、全面和整體效率的要求，從而提升產(chǎn)品競爭力。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、開發(fā)和生產(chǎn)是從改革開放開始的。起初，可編程控制器用于進口設(shè)備的數(shù)量。接下來，PLC在各企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品中的應(yīng)用不斷擴大。目前，我國可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。吳尚電氣生產(chǎn)的CF系列，杭機床電器廠生產(chǎn)的DKK和D系列，組合機床研究所生產(chǎn)的S系列，電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等。已達到一定規(guī)模，并在工業(yè)產(chǎn)品中得到應(yīng)用。此外，中外合資企業(yè)如華光公司、祥道公司和嘉華公司也是中國著名的PLC制造商。雖然我國在PLC生產(chǎn)方面還很薄弱，但我國在

13、PLC應(yīng)用方面非?；钴S。近年來，每年新增PLC產(chǎn)品約10萬套，年銷售額30億元，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)?？梢灶A(yù)見，隨著我國現(xiàn)代化的不斷深入，PLC在我國將會有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。2.4 PLC的應(yīng)用2.4.1根據(jù)IO點分類PLC系統(tǒng)可分為大型、中型、小型和微型。大型PLC系統(tǒng)具有不少于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個帶有IO點的巨型PLC系統(tǒng)在電廠中使用。中型PLC系統(tǒng)有2561 023個IO點，主要應(yīng)用于冶金、電力、造紙、化工、加工/裝配生產(chǎn)線、包裝線等領(lǐng)域。小型PLC系統(tǒng)有64 255個IO點，主要用于設(shè)備控制，部分用作小型系統(tǒng)控制器。微型PLC系統(tǒng)的I

14、O點少于64個，主要用于監(jiān)控單臺設(shè)備，如紡織機械、數(shù)控機床、塑料加工機械、小型包裝機械等。2.4.2根據(jù)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域分類PLC是基于自動控制技術(shù)、微機技術(shù)和通信技術(shù)的新一代工業(yè)控制設(shè)備。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，PLC得到了迅速的發(fā)展，在社會的各個領(lǐng)域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、機床和工具、汽車制造、立體倉庫、過程控制、控制和儀器儀表、控制設(shè)備制造、環(huán)境保護、文化娛樂等行業(yè)。而且還延伸到其他領(lǐng)域。用法和分類如下。(1)開關(guān)邏輯量控制這是PLC最基本也是最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器電路實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它既可用于單機控制，也可用于多機群控和自

15、動化生產(chǎn)線。如注塑機、印刷機、訂書機、組合機床、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，有一些連續(xù)變化的量(即模擬量)如溫度、壓力、流量、液位、速度等。利用PLC相應(yīng)的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊和各種控制算法程序?qū)δM信號進行處理，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一種廣泛應(yīng)用于一般閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法。過程控制廣泛應(yīng)用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合。(3)運動控制PLC可用于控制圓周運動或直線運動。從控制機構(gòu)的配置來看，早期是直接用于開關(guān)I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行器?，F(xiàn)在，一般使用特殊的運動控制模塊。例如可以驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界各大PL

16、C廠商的產(chǎn)品幾乎都具有運動控制功能，廣泛應(yīng)用于各種機器、機床、機器人、電梯等場合。(4)數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算(包括矩陣運算、函數(shù)運算和邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能。它可以完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲器中存儲的參考值進行比較，完成一定的控制操作，也可以通過通訊功能傳輸?shù)狡渌悄茉O(shè)備，或者打印成表格。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人駕駛?cè)嵝灾圃煜到y(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品等行業(yè)的一些大型控制系統(tǒng)。(5)通信和聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括PLC之間的通信和PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速。

17、各PLC廠商都非常重視PLC的通信功能，紛紛推出自己的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新生產(chǎn)的PLC都有通訊接口，通訊非常方便。2.5 PLC的應(yīng)用前景PLC的未來應(yīng)用前景分為以下幾個方面:(1)人機界面會更加友好。PLC廠商通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了軟件水平。大多數(shù)PLC品牌都有相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟硬件結(jié)合提高了系統(tǒng)的性能。同時降低了用戶開發(fā)和維護的成本，更容易形成人機友好的控制系統(tǒng)。目前廣泛采用的是PLC+網(wǎng)絡(luò)+IPC+CRT的模式。(2)網(wǎng)絡(luò)通信能力大大增強。PLC廠商在原有CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了各種通信接口，提供了完整的通信網(wǎng)絡(luò)

18、。近年來，隨著數(shù)據(jù)通信技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對開放性有著強烈的需求，現(xiàn)場總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)也在同步發(fā)展。例如，羅克韋爾A-B公司主推三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即以太網(wǎng)、控制網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)。西門子參與PMU US-DP和Pmfibus-FMS網(wǎng)絡(luò)等。(3)開放性和互操作性有了很大發(fā)展。在PLC的發(fā)展過程中，各PLC廠商為了壟斷和擴大各自的市場，都處于各自為政的局面。開發(fā)自己的標(biāo)準(zhǔn)兼容性差，給用戶帶來不便，增加維護成本。是開放的趨勢，得到了各個廠商的認可，形成了一個長期的妥協(xié)和競爭的過程，這個過程還在繼續(xù)。雖然PLC開發(fā)中的各種工具仍然互不兼容，但是基于這些標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)系統(tǒng)使得用戶在應(yīng)用過程中可以很容易地適應(yīng)不

19、同品牌的產(chǎn)品。OPC基金會推出了0PC(OLE for Process Contml)標(biāo)準(zhǔn)，進一步增強了軟件和硬件之間的互操作性。通過OPC一致性測試的產(chǎn)品可以實現(xiàn)便捷無縫的數(shù)據(jù)交換。目前，大多數(shù)PLC軟件產(chǎn)品和相當(dāng)一部分儀表、執(zhí)行器等設(shè)備都具有OPC功能。OPC技術(shù)與現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合是未來FCS技術(shù)的發(fā)展趨勢。為了使PLC更具開放性和多任務(wù)性，一個PLC系統(tǒng)中可以同時安裝多個CPU模塊，每個CPU模塊執(zhí)行一定的任務(wù)。比如三菱電機的小Q系列PLC，一個機架可以插四個CPU模塊。(4)功能的進一步增強。隨著應(yīng)用范圍的擴大，PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬處理能力、運算速度、內(nèi)存和復(fù)雜運算能力大大增強，不

20、再局限于邏輯控制的應(yīng)用，越來越多地應(yīng)用于過程控制。據(jù)統(tǒng)計，除了在石油化工過程等一些領(lǐng)域，PLC已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用。PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用中取代了價格昂貴的DCS，以至于原來的PLC(順序控制)+DCS(過程控制)模式變成了PLC+IPC模式。綜上所述，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，在現(xiàn)在和未來的工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)l(fā)揮不可替代的作用。它將推動整個工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，為新一輪科技革命的到來打下堅實的基礎(chǔ)。3基于PLC的高架倉庫在自動化制造系統(tǒng)中，物流的自動化是一個非常重要的組成部分。如何對毛坯件和成品件進行分類、管理和存儲已成為熱門話題之一。高架倉庫作為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組

21、成部分，是一種多層次的貨物存儲系統(tǒng)。它集計算機、信息管理和設(shè)備控制于一體，能根據(jù)控制指令的要求自動完成貨物的存取，并能自動管理庫存貨物，從而實現(xiàn)倉儲技術(shù)的全自動化。因此，高架倉庫也是企業(yè)管理現(xiàn)代化的重要手段之一。近年來，自動化倉庫在我國發(fā)展迅速，高架倉庫的需求量越來越大。3.1高架立體倉庫介紹高層貨架倉庫簡稱高架倉庫，一般是指利用幾層、幾十層甚至幾十層來存放貨物，并使用相應(yīng)的物料搬運設(shè)備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。因為這種倉庫可以充分利用空間存儲貨物，所以被形象地稱為“立體倉庫”。立體倉庫是由立體貨架、軌道巷道堆垛機、裝卸用托盤輸送系統(tǒng)、尺寸檢測條形碼讀取系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、計算機

22、監(jiān)控系統(tǒng)、計算機管理以及無線電纜橋架配電柜、托盤、調(diào)節(jié)平臺、鋼結(jié)構(gòu)平臺等其他輔助設(shè)備組成的復(fù)雜自動化系統(tǒng)。運用一流的綜合物流理念，先進的控制、總線、通信和信息技術(shù)，通過上述設(shè)備的協(xié)調(diào)運作，根據(jù)用戶的要求。自動化立體倉庫技術(shù)的特點:(1)速度快。高架倉庫主要設(shè)備的運行速度每年都在提高。目前其水平運行速度可達400 m/min，垂直運行速度可達100 m/min。復(fù)合周期時間從1522次/小時增加到50 70次/小時。(2)準(zhǔn)確性。通過在定位中加入旋轉(zhuǎn)編碼器，并在某些部位使用旋轉(zhuǎn)編碼器和激光，定位精度從+10mm提高到+3mm。將傳統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)發(fā)展為嵌入式計算機的矢量變頻調(diào)速技術(shù)，以獲得更好的啟停

23、曲線，減少周期時間，獲得更好的起動轉(zhuǎn)矩。通信方式從有線、電磁感應(yīng)向紅外無線通信技術(shù)轉(zhuǎn)變，藍牙技術(shù)可能成為未來新的熱點。虛實貨艙探測技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用無線攝像傳輸技術(shù)。車載控制技術(shù)已經(jīng)開始采用現(xiàn)場總線技術(shù)代替專用的軟硬件，便于與上位機兼容組網(wǎng)。3.2高架倉庫的發(fā)展及功能立體倉庫的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。20世紀(jì)50年代初，美國出現(xiàn)了橋式堆垛機立體倉庫。1963年，美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術(shù)，建立了第一個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迅速發(fā)展，并形成了一門專門學(xué)科。20世紀(jì)60年代初，日本開始建設(shè)立體倉庫，發(fā)展速度越來越快，因此被稱為當(dāng)今

24、世界上自動化立體倉庫最多的國家之一。表3.1 1989-2004年日本高架倉庫銷售概況表3.2 1989-2004年日本高架圖書館建設(shè)概況我國發(fā)展自動化倉庫及其物料搬運設(shè)備還為時不晚。1963年研制成第一臺輪胎橋式堆垛機(機械部起重運輸機械研究所)。1973年開始演示中國第一個由計算機控制的自動化倉庫(高15米，負責(zé)機械升降)。該倉庫于1980年投入使用。到2003年，中國自動化立體倉庫的數(shù)量已經(jīng)超過200個。立體倉庫因其空間利用率高、倉儲能力強、計算機控制和管理，有利于企業(yè)實施現(xiàn)代化管理，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。與傳統(tǒng)倉庫相比，自動化倉庫具有許多突出

25、的功能，主要包括以下四個方面:大大提高空間利用率，應(yīng)用先進的物流系統(tǒng)優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)管理，加快貨物的存取速度，降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率，減少庫存資金的積壓。立體倉庫的使用還可以產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。通過高位貨架存儲，使存儲區(qū)域向高空發(fā)展，提高空間利用率。自動化倉庫采用分級存儲，結(jié)合計算機管理，可以輕松實現(xiàn)先進先出，防止貨物自然老化、變質(zhì)、損壞。通過自動化倉儲系統(tǒng)，加快了操作加工速度，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了操作人員的勞動強度。采用自動化技術(shù)后，也能更好地滿足黑暗、低溫、污染、有毒、爆炸等特殊場合物品的存儲需求。計算機控制總能保證各種信息的正確存儲和管理，減少了商品加工和信息處理過程中的

26、差錯。同時，借助計算機管理，可以有效利用倉庫的儲存能力，方便檢查盤點，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，由于自動化倉庫的使用，促進了企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費，保證了均衡生產(chǎn)，也提高了操作人員的素質(zhì)和管理人員的水平。圖3.1立體倉庫控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖3.3高架立體倉庫的關(guān)鍵技術(shù)3.3.1自動化倉庫的自動尋址立體倉庫的自動尋址就是找到存放和取貨的位置。由計算機控制的自動化倉庫具有自動尋址的功能。同一巷道的位置地址由三個參數(shù)組成:貨架的哪一排，貨物的哪一層，左邊還是右邊。當(dāng)自動化倉庫收

27、到上級管理機的存取指令和地址時，向指定位置方向運行。在作業(yè)過程中，安裝在堆垛機(或機械手)上的傳感器不斷檢測位置信息，計算是否到位。3.3.2自動識別系統(tǒng)自動化立體倉庫的貨物管理是以貨物的自動識別和跟蹤技術(shù)為基礎(chǔ)的。自動識別是指在沒有人工干預(yù)的情況下，確定物料流動過程中某項活動的關(guān)鍵特性。每個關(guān)鍵特性都與生產(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、材料來源、目的地、體積、重量和運輸路線。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過收集和處理后，可用于確定生產(chǎn)計劃、運輸路線、距離、庫存、存儲地址、銷售和生產(chǎn)、庫存控制、運輸單據(jù)、票據(jù)和記賬等。商品信息可以通過聲、光、磁、電等各種媒介獲得。在具體實施中，在生產(chǎn)的關(guān)

28、鍵部位配備自動識別裝置，將各個地方獲得的信息通過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸，統(tǒng)一處理。在現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)中，條形碼自動識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用，因為條形碼具有讀取速度快、精度高、使用方便、成本低、適應(yīng)性好等優(yōu)點?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)是自動化倉庫運作成功的關(guān)鍵。沒有好的控制，系統(tǒng)的運行成本會很高，效率會很低。為了實現(xiàn)自動化操作，自動化倉庫中使用的各種存取設(shè)備和輸送設(shè)備必須配備各種控制裝置。這些控制裝置有很多種，從普通的開關(guān)、繼電器到微處理器、單片機、可編程控制器，根據(jù)各自設(shè)定的功能，有速度控制、撥叉控制、方向控制等。所有這些控制器都不允許由各種控制裝置來實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)自動控制裝卸設(shè)備和運輸設(shè)備，是自動化倉庫的核心

29、部分之一，直接關(guān)系到倉庫的正常運行。因此，控制系統(tǒng)所用的材料、設(shè)備、傳感器和元器件應(yīng)是可靠性高、壽命長、易于維護和更換的產(chǎn)品，否則會存在安全隱患。目前堆垛機的控制多采用模塊化控制方式，驅(qū)動系統(tǒng)為交流電機無級調(diào)速。這種方法技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，既能實現(xiàn)堆垛機的高速運行，又能順利進行停車對位。在控制系統(tǒng)中，還應(yīng)采取一系列自檢和聯(lián)鎖保護措施，以確保工人出錯時不會發(fā)生事故。判斷機械和電氣故障，發(fā)出警報，并將故障信息傳送到主機系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)能滿足各種運行模式的需要。3.3.4監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)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)中起著重要的作用，負責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部

30、分的運行。自動化倉庫系統(tǒng)使用大量運行設(shè)備，每臺設(shè)備的運行任務(wù)、運行路徑、運行方向都需要監(jiān)控系統(tǒng)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)指令，按照作業(yè)間運行時間最短、合理協(xié)調(diào)的原則，對作業(yè)序列進行優(yōu)化、組合和排隊，并將優(yōu)化后的作業(yè)指令發(fā)送到各個控制系統(tǒng)，實時監(jiān)控作業(yè)過程、作業(yè)信息和運行設(shè)備。3.3.5計算機管理系統(tǒng)計算機管理系統(tǒng)是自動化倉庫的指揮中心，相當(dāng)于人腦。指揮倉庫內(nèi)各設(shè)備的運行，主要完成整個倉庫的運行管理和賬務(wù)，承擔(dān)與上級系統(tǒng)的通信和企業(yè)信息管理系統(tǒng)的部分任務(wù)。自動化倉庫信息管理是基于現(xiàn)代信息管理理論和現(xiàn)代控制理論的一個分支。對于一個自動化倉庫來說，它可以是獨立的，但是對于一個企業(yè)來說，

31、它也是它的管理信息系統(tǒng)(MIS)。它不僅處理信息，還管理物流，集信息流和物流于一體，是現(xiàn)代企業(yè)的核心。自動化倉庫管理系統(tǒng)的主要功能是對倉庫的所有出入庫活動進行優(yōu)化登錄和控制，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以便決策者及早發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)措施，最大限度地減少庫存，加快貨物流通，創(chuàng)造經(jīng)濟效益和社會效益。3.4基于PLC的高架倉庫PLC控制高架倉庫工作流程的全過程，充分體現(xiàn)了PLC的優(yōu)勢。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。在生產(chǎn)系統(tǒng)集成化、智能化的理念下，自動化立體倉庫的貨物存儲充分運用了PLC技術(shù)，加快了作業(yè)速度，使作業(yè)更加精準(zhǔn)，全面提升了企業(yè)的綜合競爭力。提高企業(yè)的整體效益

32、。3.4.1利用PLC控制立體倉庫的優(yōu)勢(1)低成本通過電力線接入互聯(lián)網(wǎng)最大的優(yōu)勢是成本低。由于利用電力線接入互聯(lián)網(wǎng)，可以直接利用現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信，不需要鋪設(shè)額外的線路、光纜等。，大大降低了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的投資。(2)無處不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這項技術(shù)的優(yōu)勢。電力線是最基本的網(wǎng)絡(luò)，其規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)都無法比擬的。因為每個家庭都有一條電力線，因此，運營商可以很容易地將這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每個家庭。因此，這項技術(shù)一旦進入商業(yè)化階段，將推動電信市場的變革，為互聯(lián)網(wǎng)普及帶來巨大的發(fā)展空間。(3)高速電力線接入可以提供高速傳輸。德國最大的電力設(shè)備制造商RWE公司承諾，使用他們的電力線技術(shù)，其速度將比I

33、SDN撥號快30倍以上，比ADSL還快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速的PLC產(chǎn)品正在開發(fā)中。(4)便利性無論你在家里的哪個地方，只要接上你房間里的任何一個電源插座，就能立刻享受到PLC帶來的高速網(wǎng)絡(luò)！(5)常通PLC屬于“即插即用”。沒有了繁瑣的撥號過程，接通電源就等于接通了網(wǎng)絡(luò)！(6)結(jié)構(gòu)靈活。通過PLC技術(shù)可以實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入，可以靈活擴展接入端口的數(shù)量，保持較高的資源利用率。目前，電力線信號通過變壓器的技術(shù)尚未得到有效解決。因此，電力線通信設(shè)備集中在220V線路變壓器用戶端。(7)家庭數(shù)字PLC技術(shù)可以通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)連接起來，構(gòu)建一個可以在房間內(nèi)的設(shè)備之間自由交換

34、信息的局域網(wǎng)，使人們可以通過網(wǎng)絡(luò)控制自己的電器。PLC機械手與此同時，在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域，機械手也在近幾十年得到了發(fā)展。其特點是能通過編程完成各種預(yù)期任務(wù)，在結(jié)構(gòu)和性能上兼具人和機器的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。PLC控制具有可靠性高、程序變化靈活等優(yōu)點。無論是時間控制、行程控制還是混合控制，都可以通過設(shè)置PLC程序來實現(xiàn)，并且可以根據(jù)機械手的動作順序來修改程序，使機械手的功能更加多樣。另外，PLC機械手可以滿足機械手手動、半自動和自動操作模式所需的大量按鈕、開關(guān)和位置檢測點的要求。廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，是企業(yè)自動化設(shè)備的重要標(biāo)志之一。圖3.2操作中的機械手目前，由于微電子技術(shù)、計算軟硬件技術(shù)的

35、飛速發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，機械手技術(shù)發(fā)展迅速。其中，氣動機械手系統(tǒng)以其介質(zhì)來源簡單、部件成本低、維護方便、系統(tǒng)安全可靠等優(yōu)點，已經(jīng)滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個部門，在工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。氣動機械手基本由氣動機械手、XY軸螺旋組、轉(zhuǎn)臺機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)底座等機械部分組成。主要功能是完成機械零件的搬運，可以放置在各種生產(chǎn)線或物流線上，使零件搬運和貨物運輸更加快捷方便。本文構(gòu)造的三軸機械手安裝在四層高架倉庫內(nèi)，其X、Z軸的運動由電機控制，Y軸和手爪的運動由氣動控制，用于定位、抓取和輸送毛坯件。MSM軟件介紹4.1 SL系統(tǒng)介紹機電一體化系統(tǒng)“SL-MSK 2100”的理念是基于多年自動化技術(shù)經(jīng)驗，引進

36、BIBB最新發(fā)展方向，滿足機電一體化工程師的需求。SL“機電一體化系統(tǒng)21xx”的特點是模塊化，它采用了集成組件:SL硬件模塊、SL連接模塊、SL軟件模塊。特別是在教學(xué)和培訓(xùn)領(lǐng)域，可以演示自動化技術(shù)之間的關(guān)系，具有很高的應(yīng)用價值。圖4.1 SL系統(tǒng)列表SL系統(tǒng)可以通過模擬教學(xué)過程演示復(fù)雜系統(tǒng)，對自動化技術(shù)/控制技術(shù)/機電一體化的教學(xué)很有幫助。目前，SL體系不斷得到多學(xué)科的完善，極大地豐富了職業(yè)培訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容。涉及自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、生產(chǎn)過程組織等機電一體化的關(guān)鍵組成部分，受到了特別的關(guān)注。4.2 MSM軟件模塊介紹使用機電一體化系統(tǒng)“SL-MSK 2100”中的MSM軟件模塊“SLMSM2

37、1xx”工作，不僅可以在屏幕上模擬簡單的元件，還可以構(gòu)建由PC支持的復(fù)雜自動化裝置。該軟件能夠真實地模擬涉及各個領(lǐng)域的組件，用戶可以方便有效地建立、測試和控制任何模擬自動化過程，并設(shè)計工程開發(fā)程序。在模擬期間，還可以評估將在真實硬件環(huán)境中引起干擾的過程。該軟件有三個不同的部分:(1)MSM2100軟件包括一個帶有功能組件的模塊庫，可以在機電一體化基礎(chǔ)系統(tǒng)TMS-2000-B01(機電一體化基礎(chǔ)配置)中找到。所有屬于訓(xùn)練系統(tǒng)的執(zhí)行器和傳感器都可以從庫中調(diào)用，解決自動化、控制技術(shù)和機電一體化的任務(wù)。(2)MSM2101軟件的效率可以體現(xiàn)在幾乎每一個自動化設(shè)備都可以從已有的模型庫中調(diào)用然后建立。與基

38、本配置(SLMSM2100)相比，其擴展配置包括6軸關(guān)節(jié)機器人、6軸龍門機器人、6軸Scara機器人、不同的機器人抓手、傳送帶、存儲、刀庫、機床、擴展傳感器、信號燈和開關(guān)元件。(3)MSM2102與有效的“SLMSM2101”模塊相比，該軟件包括產(chǎn)生典型自動化過程的所有模型庫。這個軟件的典型特點是利用幾何的精確描述和編程的原始語言來組合工業(yè)機器人。為了有效編程，可以使用原始操作終端作為軟件示教。圖4.2 MSM2102工作界面4.3 MSM軟件操作步驟使用MSM軟件模擬操作任務(wù)時，一般操作步驟如下:(1)創(chuàng)建新計劃。打開軟件后，使用子項“新建.”在界面上的下拉菜單計劃(Z)下創(chuàng)建一個新的計劃。

39、它會打開一個選擇窗口，您可以在其中選擇驅(qū)動器和路徑，并輸入名稱。同樣，您可以使用該菜單項打開一個現(xiàn)有的計劃。但是，在外部目錄中創(chuàng)建新計劃有一個限制。不在目錄中的對象必須使用“對象接受”按鈕導(dǎo)入到主目錄中。計劃的延期必須是”。BCI”(自動添加)。用按鈕確認打開模擬窗口(此時全為黑色)，并在右邊打開對象工作的對話框窗口和視口窗口。使用視口窗口優(yōu)化和調(diào)整加載對象的視圖。(2)硬件的選擇和構(gòu)造編輯對象的窗口由三部分組成:對象列表、坐標(biāo)系和對象定位。使用按鈕對象(O)展開模擬窗口中的下拉菜單對象(O ):圖4.3下拉菜單“對象(O)”該菜單包括以下子項:接受:從展開的列表中添加對象。參數(shù)化.:添加對象

40、大小和屬性的參數(shù)化(修改長度、寬度、高度、顏色和屬性)。清楚的.:從計劃中清除添加的對象。復(fù)制.:復(fù)制選中的對象(在列表中以亮色顯示)，會出現(xiàn)一個窗口，輸入復(fù)制的名稱和偏移量。在復(fù)制對象之前，必須選擇一個現(xiàn)有的對象，以避免對象垃圾(即同一對象被多次放置在同一位置)。信息.:打開對象輸入和輸出窗口。刪除.:從所有軟件中刪除對象，而不僅僅是從計劃中刪除！使用子項“接受”將打開一個包含所有可加載對象組的下拉菜單。以下選項可供接受:單位:不同的空間，劃分空間的墻，便于定位的網(wǎng)格；收納:工作臺、料箱、容器、支架、刀架；可編程控制器:各種輸入/輸出地址可變的自動化設(shè)備；工作站:所有部件、功能單元和制造工位

41、的對象庫，可以作為硬件部件，所以可以直接由機電一體化連接模塊控制；附件:操作元件、顯示元件和“電氣”固定板的對象庫；工件:不同組的工件，可作為運輸和輸送裝置的物流；橫軸:不同的機器人橫軸(在軟件“SL-MSM2101”或以上)；機器人:不同的機器人類型(在軟件“SL-MSM 2101”或以上，視軟件擴展程度而定)；傳感器:不同的傳感器；諸如此類。(3)建立對象之間的信號連接接受模擬所需的所有對象后，必須建立可編程控制器與執(zhí)行器和傳感器的輸入和輸出之間的連接。在實際應(yīng)用中，可以與可編程控制器的線路連接進行比較。打開信號連接窗口后，您可以使用回車鍵或子項“新建.”來創(chuàng)建新的連接在“連接”菜單下。有

42、關(guān)這些端口的尋址或信號連接結(jié)構(gòu)，請參見以下步驟:第一步:選擇要連接和輸出的對象；第二步:選擇要連接的輸出；第三步:選擇要連接的對象并輸入；第四步:選擇要連接的輸入；步驟5:輸入描述發(fā)布操作的注釋。圖4.3信號連接結(jié)構(gòu)的空對話框(4)硬件信號連接的調(diào)試完成方案的結(jié)構(gòu)和形式，生成信號連接表后，為了檢查接線和硬件結(jié)構(gòu)，避免硬件移動時出現(xiàn)接線錯誤、碰撞等問題，可以不使用可編程控制器程序開始模擬調(diào)試。用戶通過“手動”和“信號”將可編程控制器設(shè)置為“停止”。通過直接向輸入和輸出端子發(fā)送信號來檢查硬件之間的運動和連接。如果發(fā)現(xiàn)問題，可以修改調(diào)試。為了清楚地顯示仿真，建議同時打開帶可視區(qū)域控制的可編程控制器的

43、仿真窗口和信號窗口。您可以在子項“信號.”中調(diào)用可編程控制器欄上已加載PLC的信號窗口下拉菜單“手動”下。(5)生成可編程控制器程序硬件搭建完成，信號和PLC的連接列表建立后，就可以在PLC編輯器中編寫PLC程序，然后就可以用仿真進行測試了。您可以使用子項“編輯器.”在下拉菜單“手動(M)”下調(diào)用編輯器。PLC程序必須包含一個結(jié)構(gòu)模塊Ob_1，也可以調(diào)用功能模塊Fc_1。(6)軟硬件調(diào)試以上操作完成后，可以對編制的PLC程序進行仿真，最終可以對系統(tǒng)進行改進。通過模擬操作，操作人員可以對編寫的程序進行檢查和調(diào)試，并對各個硬件進行再次檢查和調(diào)試。5零件處理系統(tǒng)的設(shè)計本課題在研究如何自動搬運和存儲毛

44、坯件和成品件的基礎(chǔ)上，利用前面介紹的MSM-2102軟件模擬構(gòu)建了一個由高架倉庫和三軸機械手組成的毛坯件搬運系統(tǒng)。輸送系統(tǒng)由西門子S7可編程控制器控制。根據(jù)前面介紹的MSM軟件操作步驟，研究過程包括搭建新方案、搭建硬件、信號連接、硬件信號調(diào)試、編程和軟硬件調(diào)試，最終得到滿足要求的硬件系統(tǒng)和PLC程序。5.1系統(tǒng)硬件的選擇和構(gòu)建硬件建設(shè)要求本課題的具體目的是建造一個可以存放20個毛坯件的高架立體倉庫，一個可以三軸移動的機械手，一個帶有緊停按鈕的操作面板，一個毛坯件處理系統(tǒng)。需要指出的是，在實際工作環(huán)境中，需要在高架倉庫中運送的毛坯件不止一個，相關(guān)的控制流程和PLC程序會更加復(fù)雜，因此本課題可以作

45、為毛坯件搬運系統(tǒng)進一步研究和改進的前期研究。5.1.2系統(tǒng)硬件的選擇和構(gòu)建在軟件界面上選擇“計劃”和“編輯對象”來選擇和構(gòu)建系統(tǒng)的硬件。圖5.2該主題對象的編輯窗口(1)網(wǎng)格首先需要建立一個空間系統(tǒng)來容納其他硬件設(shè)備，也就是建立一個三維坐標(biāo)系網(wǎng)格。估計系統(tǒng)所需的大小，選擇2*2m大小的網(wǎng)格。(2)SL-參數(shù)工作臺以2*2m網(wǎng)格為坐標(biāo)系，搭建支撐高架立體倉庫和連接平臺的工作臺。根據(jù)項目的具體要求，選擇尺寸可調(diào)的SL- parameter工作臺。(3)3)PLC的選擇S7系列可編程控制器包括S7-200、S7-300和S7-400，控制點由小到大。由于本課題所研究的立體倉庫的控制系統(tǒng)中需要控制的設(shè)

46、備及其輸入輸出接口并不多，而且PLC需要的輸入輸出點數(shù)也不多，考慮到經(jīng)濟因素，選擇西門子S7-200 PLC就足夠了。所以以SL- parameter工作臺為參考坐標(biāo)系，選擇需要的型號PLC16IO放在工作臺上。(4)高層貨架倉庫工藝站(高架立體倉庫)該系統(tǒng)有一個模擬高架立體倉庫，即高層貨架倉庫工藝站。工藝站共四層，每層可放置五個工件，共可存放20個毛坯和成品零件。選擇相同的處理站并將其放置在工作臺上。(5)機械手軟件搭建的四層高架倉庫，有一個三軸運動機械手，工藝工位搭建時機械手已經(jīng)搭建好了。機械手在X軸和Z軸的運動由電機控制，Y軸和手爪的運動由氣動控制，用于移動機械手，抓取和運輸毛坯件。此外

47、，必須防止機械手的X、Y和Z軸的移動超過極限位置。在機械手的X軸和Z軸的中間位置，還提供了用于打開和關(guān)閉夾持器以定位機械手的傳感器。機器人可以同時向前(或向后)和向上(或向下)移動，各軸的速度可以通過設(shè)置參數(shù)來調(diào)節(jié)。(6)工件從工件倉庫中選擇一個直徑為30mm、高度合適的圓形工件，放在高架倉庫上。(7)連接平臺從倉庫中選擇一個合適結(jié)構(gòu)的連接平臺，放在工作臺上。并調(diào)整其高度，使機械手在Z軸向下極限位置松開手爪時，能安全地將工件放在連接平臺上。(8)操作面板(8)操作面板控制系統(tǒng)必須配備緊急停止按鈕，以防止事故發(fā)生。選擇帶有緊停、啟動和停止按鈕的操作面板，放置在工作臺前方，便于操作。本課題選用的立

48、體倉庫、機械手和連接平臺的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示:表5.1硬件主要參數(shù)可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)模型PLC16IO高架倉庫層數(shù)四每層的工件數(shù)量五操作者X/Z軸滑塊-傳感器-重疊2MMx軸速度z軸速度y軸活塞沖程3CMy軸活塞-傳感器-重疊2MMy軸活塞速度30毫米/秒工件直徑30毫米高度連接平臺高度42厘米5.2信號連接硬件設(shè)置好后，它們必須通過信號連接，即執(zhí)行機構(gòu)和傳感器的輸入或輸出接口與PLC的I/O接口連接。按照前面介紹的連接步驟，先選擇操作面板的輸出，依次連接到PLC的輸入，這樣當(dāng)綠色按鈕按下時，PLC接收指令，系統(tǒng)運動開始；按紅色按

49、鈕停止；按下緊急停止按鈕停止系統(tǒng)。選擇高架倉庫的8個輸出端子，依次連接到PLC的輸入端子。它們分別表示操縱器X、Y和Z軸的極限位置，以及X和Z軸的中間位置。它們是用于打開和關(guān)閉夾持器的傳感器，用于在工作時定位機械手。所選的PLC輸出端依次與控制面板的各個輸入端相連，使工作信號通過PLC的輸出傳到控制面板，并由各種顏色的顯示燈顯示。再次選擇PLC的輸出，依次連接高架倉庫的各個輸入，這樣控制信號通過PLC傳遞給機械手，機械手根據(jù)控制信號沿X、Y、Z軸運動，手爪開合。根據(jù)上述PLC輸入輸出的控制要求，得到PLC輸入輸出的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PL

50、C地址名字PLC地址名字E4.0控制面板紅色按鈕A8.0操縱器向左移動E4.1控制面板的綠色按鈕A8.1操縱器向右移動E4.2控制面板操作模式1A8.2機械手向下移動E4.3控制面板操作模式2A8.3機械手向上移動E4.4控制面板緊急停止按鈕A8.4機械手退出動作E32.0左側(cè)傳感器A8.5爪閉合動作E32.1右側(cè)傳感器A9.0操作面板紅燈E32.2機械手的上部傳感器A9.1操作面板綠燈E32.3機械手的下部傳感器A9.2操作面板黃燈E32.4機械手已脫離傳感器。A9.3操作面板白光燈E32.5機器人夾子關(guān)閉傳感器E32.6x軸工件位置傳感器E32.7z軸工件位置傳感器信號連接操作完成后，最終

51、的信號連接表顯示在軟件界面中:表5.3系統(tǒng)最終信號連接列表5.3控制流程圖控制要求的分析本課題要求:搭建一個可以存放20個毛坯件的高架立體倉庫，一個可以三軸移動的機械手，一個帶停止按鈕的操作面板，一個毛坯件處理系統(tǒng)。通過分析毛坯件處理過程的步驟和需要解決的技術(shù)問題，可以得出以下具體的控制要求:(1)操作面板操作面板上的每個按鈕用來控制整個系統(tǒng)的啟動和停止。綠色按鈕用于啟動系統(tǒng)，紅色按鈕用于暫停系統(tǒng)運行，緊急按鈕用于在出現(xiàn)故障時停止整個系統(tǒng)。操作面板的綠燈在搬運系統(tǒng)啟動后一直亮著，在輸送系統(tǒng)暫停或緊急停止后綠燈熄滅。當(dāng)輸送系統(tǒng)暫停時，紅燈一直亮，當(dāng)輸送系統(tǒng)未啟動、運行或停止時，紅燈熄滅。(2)機

52、械手當(dāng)綠色按鈕被按下時，PLC得到啟動信號，通知機械手開始工作。首先，機械手同時沿X軸和Z軸移動。當(dāng)X軸傳感器收到信號1時，它停止在X軸方向上移動。同樣，當(dāng)Z軸傳感器收到信號1時，它停止在Z軸方向上移動。此時，機械手在XOZ平面上對準(zhǔn)待傳送的工件。當(dāng)XOZ平面被定位時，操縱器沿著Y軸前進以接近工件。當(dāng)Y軸到達極限位置時，傳感器信號為1，同時Y軸方向的運動停止，機械手的手爪從原來的張開狀態(tài)閉合，抓取工件。為了確保工件被安全夾緊，Y軸在夾緊步驟后開始后退，使用定時器T1計時2S。當(dāng)Y軸退回到極限位置時，傳感器信號為1，Y軸停止移動。當(dāng)Y方向開始后退時，為了防止拿著工件的機械手與上方的倉庫發(fā)生碰撞，

53、在計時器T2計數(shù)2S后，X和Z方向同時開始后退。在X軸和Z軸后退的過程中，當(dāng)Z軸到達中間等待位置時，Z軸的移動會暫停。當(dāng)X軸到達右極限位置并停止向右移動時，Z軸將繼續(xù)移動，直到傳感器信號在下限位置為1，不再下移。當(dāng)X軸和Z軸到達極限位置并停止時，機械手的手爪松開，工件放置在連接平臺上。工件放置后，機械手從Z軸和X軸移回中間等待位置，完成輸送毛坯件的操作。需要指出的是，如上所述，在實際工作環(huán)境中，高架倉庫中需要運輸?shù)拿骷恢挂粋€，相關(guān)的控制流程會更加復(fù)雜。所以如果要進一步研究這個課題，可以在機械手完成這個操作過程，回到等待位置后，繼續(xù)運送其他高架倉庫的毛坯件，完善毛坯件搬運系統(tǒng)。5.3.2繪制

54、控制流程圖?？刂屏鞒虉D是PLC程序設(shè)計的基礎(chǔ)。只有設(shè)計好流程圖，才有可能流暢方便地寫出語句表或梯形圖，最終完成程序設(shè)計。所以寫流程圖是關(guān)鍵，是編程的首要任務(wù)。根據(jù)上面列出的三軸機械手搬運系統(tǒng)的控制要求，繪制控制流程圖，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)三軸機械手搬運系統(tǒng)的控制要求和繪制的控制流程圖，用STEP7語言編寫了程序。該程序由組織模塊OB1和功能模塊FC1組成。5.4.1組織模塊OB1調(diào)用1/用于調(diào)用功能模塊。功能模塊FC1NETZWERK 1:u 32.1/在x軸的右端u 32.3/在Z軸的上端u 4.1/按綠色按鈕M2.1/設(shè)置中

55、間標(biāo)記m 2.1。M2.5/設(shè)置中間標(biāo)記m 2.5。a 9.1/綠燈亮了M2.1/中間標(biāo)記m 2.1有信號。s 8.0/沿X軸向左移動s 8.2/沿Z軸向下移動e 32.1/不在X軸的右端e 32.3/不在Z軸的上端M2.1/重置中間標(biāo)記m 2.1。NETZWERK 2:u 32.6/x軸方向傳感器信號為1。/U A 8.0R8.0/x軸向左移動停止。U32.7/z軸方向傳感器信號為1。/U A 8.2R8.2/z軸向向下運動停止。NETZWERK 3:u 32.6/x軸方向傳感器信號為1。U32.7/z軸方向傳感器信號為1。a 8.5/打開爪子/UN A 8.0/UN A 8.2M2.5/中

56、間標(biāo)記m 2.5有信號。/U Z1a 8.4/夾具沿Y軸向前移動。/R M 2.5NETZWERK 4:u 32.4/夾持器已駛出。s 8.5/關(guān)閉夾具NETZWERK 5:u 32.5/夾持器已關(guān)閉。L S5T#2S /負載延遲開啟定時器，計數(shù)值2SSE T0 / T0開始計數(shù)2S。U T0 /定時器T0信號為1a 8.4/夾具沿Y軸向后移動NETZWERK 6:e 32.4/夾爪不在Y軸退出位置。a 8.4/爪子不驅(qū)動。u 32.6/x軸方向傳感器信號為1。U32.7/z軸方向傳感器信號為1。M2.2/設(shè)置中間標(biāo)記m 2.2。M2.2/中間標(biāo)記m 2.2有信號。L S5T#2S /負載延遲

57、開啟定時器，計數(shù)值2SSE T1 / T1開始計數(shù)2S。/SS T1U T1 /定時器T1信號為1/U Z1/R M 2.2R8.0/x向左移動復(fù)位R8.2/z向下移動復(fù)位s 8.1/沿X軸向右移動s 8.2/沿Z軸向下移動NETZWERK 7:U32.7/z軸方向傳感器信號為1。Z1/計數(shù)器Z1減1u 8.2/正沿著z軸向下移動。信用證#2Z1/加載計數(shù)器，Z1設(shè)置為2。UN Z1M2.3/當(dāng)計數(shù)器值為0時，設(shè)置中間標(biāo)記m 2.3。M2.3/中間標(biāo)記m 2.3有信號。u 8.2/正沿著z軸向下移動。e 32.1/未到達X軸的右端R8.2/z向下移動復(fù)位A8.2/Z不再向下移動M2.3/重置中間標(biāo)記m 2.3。網(wǎng)絡(luò)8:U32.1/x到達右極限位置。/U A 8.1歐洲聯(lián)盟32.7UN Z1 / Z至等待位置。E32.2/Z方向未到達下限位置。/R A 8.1S8.2/z繼續(xù)下移。NETZWERK 9:U32.