畢業(yè)論文-基于PLC的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

HUNANUNIVERSITY畢業(yè)論文論文題目基于PLC自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)專(zhuān)業(yè)班級(jí)自動(dòng)化1103班學(xué)院名稱(chēng)電氣與信息工程學(xué)院指導(dǎo)老師學(xué)院院長(zhǎng)2015年5月17日湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第I頁(yè)摘要現(xiàn)代工業(yè)由于對(duì)生產(chǎn)效率要求的不斷提高，工業(yè)自動(dòng)化已經(jīng)成為其核心議題之一。對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)的管理，由于其環(huán)境不確定性：高溫、高壓、腐蝕性；物件大小的可變性：巨大或微小以及物件數(shù)量的龐大，使得其的自動(dòng)化進(jìn)程顯得十分重要。如何有效的利用工業(yè)自動(dòng)化手段實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)管理的自動(dòng)化、機(jī)械化成為本文的核心議題?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammableLogicController，以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）在初期的設(shè)計(jì)目的僅僅是替代繼電器來(lái)完成邏輯控制，以減少和縮小控制器的數(shù)量及整體體積，因而其提供及定義的功能多為邏輯控制、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC被賦予了更多更完善的功能例如：模擬量控制、通信和PID運(yùn)算等。在這種功能背景下，PLC相對(duì)于PC具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和環(huán)境耐性，相對(duì)于單片機(jī)具備更強(qiáng)大的性能和適應(yīng)本議題的順序控制和運(yùn)動(dòng)控制等組件，因而本文選用PLC作為核心的控制器來(lái)構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)時(shí)主要考慮解決的問(wèn)題有：1.倉(cāng)儲(chǔ)情況的記錄；2.多種的管理模式：成批存入/取出、定點(diǎn)存入/取出；3.基于倉(cāng)儲(chǔ)情況的動(dòng)作判定（例：倉(cāng)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在存入物件時(shí)是否已經(jīng)存在物件，再存入會(huì)導(dǎo)致重復(fù)存入乃至無(wú)法存入）；4.基于不同應(yīng)用場(chǎng)景的動(dòng)作模式：直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)；5.用于試教和調(diào)試的其他輔助功能：更改運(yùn)行速度、執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)歸等。本文分別就自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)的工作原理、PLC配置、人機(jī)交互界面（HumanMachineInterface，以下簡(jiǎn)稱(chēng)HMI）設(shè)計(jì)、倉(cāng)庫(kù)平臺(tái)模擬等方面進(jìn)行系統(tǒng)闡釋?zhuān)罱K搭建實(shí)物測(cè)試平臺(tái)。設(shè)計(jì)后的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、動(dòng)作模式優(yōu)化、應(yīng)用場(chǎng)景湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第II頁(yè)廣泛、工作效率高等優(yōu)勢(shì)，適用于多類(lèi)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)尤其是IC芯片存儲(chǔ)此類(lèi)對(duì)抖動(dòng)和速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。關(guān)鍵詞：PLC，HMI，順序控制，運(yùn)動(dòng)控制湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第III頁(yè)TheDesignofAutomaticStorageControllingSystemBasedonProgrammableLogicControllerAbstractBecauseoftherequirementofproductionefficiencyhasbeenfrequentlyraisedduetothedevelopmentofmodernindustry,Industrialautomationhasbecomethemajordiscussionandfocuswithinthisarea.Themanagementofstorage,duetoitsenvironmentaluncertainty:hightemperature,highpressureor\t"C:/Users/King/AppData/Local/Youdao/Dict/Application/117/resultui/"corrosivityandtheflexibilityofcontainingarticles,hasputfactoryautomationtoahigherandmorecenterposition.Howtosufficientlyengagefactoryautomationstrategiestoachievingtheautomaticandmechanizedstoragemanagementisgoingtobethemaindiscussionwithinthisarticle.ProgrammableLogicController(PLC)wasdesignedonlytoreplacerelaystocompletelogiccontrollingmoreefficientlyandlessentheamountofcontrollerwhileshorteningthecontrollingcenter’svolume.Tothisinstance,PLC,atfirst,onlyprovidesanddefinedwithfewcapacitiessuchaslogiccontrolling,timerandrelay.Withthehighspeeddevelopmentofmicroelectronicandcomputertechnologies,PLChasbeenengagedwithmoreperfectfunctions,forexample:analogcontrolling,communicationandPIDcalculating.Underthiscircumstanceandbecauseofitsmorereliablestabilityandhighersevereenvironmentresistance(comparedtopersonalcomputer);strongerfunctionsandcorrespondingcapacity--motioncontrollingandlogiccontrolling(comparedtoSCM),IwouldliketochoosePLCasthecontrolcentertobuildupthewholesystem.Themainconsiderationsofdesigningthisautomaticstoragecontrollingsystemsarelistedasfollowing:1.Recordingsituationsofthestorage;2.Presentingdifferent湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第IV頁(yè)managingmodes:puttinginordrawingoutasawhole,puttinginordrawingoutfromaorseveralpositions;3.Basedonthestoragesituation’smovementjudgment(forinstance:ifcertainpositionshavebeenfilledwitharticles,stillputtingwillcausereputingoreventhearticlescannotbeputinagain.);4.Dividedmotionmodesbasedondifferentapplications:straightorcircleinterpolation;5.Otherfunctionsintheusageofteachinganddebugging:changingoperatingspeed,operatingORGmovement,etc.Thisarticleisorganizedwiththeoperatingprinciplesofexhibitingautomaticstoragecontrollingsystem,PLCconfiguration,HumanMachineInterface(HMI)designingandstorageplatformsimulation.Thefinalgoalistobuilduprealtestingplatform.Thissystemisengagedwithadvancessuchasfastresponding,optimizedmotionmodes,multipleapplicationsandhighworkingefficiency,whichcansuitdifferentindustrialapplications,particularlyICchipsstorageandotherhighspeed,lowtremblescenes.KeyWords：ProgrammableLogicController,sequentialcontrolling,movementcontrollingandHumanMachineInterface.湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第V頁(yè)目錄1. 緒論 11.1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的背景及目的 11.2. 國(guó)內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的成果 21.3. 設(shè)計(jì)和研究方法 31.4. 設(shè)計(jì)過(guò)程及研究?jī)?nèi)容 32. PLC基本原理及選型 42.1. PLC概述 42.1.1. PLC的定義和發(fā)展 42.1.2. PLC的功能和應(yīng)用 52.2. PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 52.2.1. PLC的基本結(jié)構(gòu) 52.3. PLC選型 142.3.1. PLC選型的關(guān)注點(diǎn) 142.3.2. 本文選用PLC簡(jiǎn)介 143. HMI基本功能及選型 143.1. HMI定義 113.2. HMI的功能 143.3. 本文采用HMI簡(jiǎn)介 144. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 144.1. 方案選擇 144.1.1. 方案1：內(nèi)置定位運(yùn)動(dòng)控制 144.1.2. 方案二：利用KV-MC40V定位模塊 16湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第VI頁(yè)4.2. 方案設(shè)計(jì)及編程實(shí)現(xiàn) 174.2.1. 方案設(shè)計(jì)思路與流程圖 174.2.2. 方案設(shè)計(jì)的編程實(shí)現(xiàn) 205. 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 275.1. HMI與PLC的通訊 275.2. 人機(jī)交互界面布局及與PLC的關(guān)聯(lián) 286. 模擬機(jī)測(cè)試 297. 結(jié)論 148. 致謝 149. 參考文獻(xiàn) 1410. 附錄1 1410.1. 表10.1 3310.2. 表10.2 36湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第1頁(yè)緒論畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的背景及目的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)又稱(chēng)自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)SA/RS(AutomaticStorage&RetrievalSystem),它是一種利用托盤(pán)系統(tǒng)存儲(chǔ)物資，用電子計(jì)算機(jī)或其他控制器實(shí)現(xiàn)控制管理并利用碼垛機(jī)（堆垛機(jī)）實(shí)現(xiàn)存取操作的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)從單純的物件存儲(chǔ)，發(fā)展到肩負(fù)物資的接收、分揀配送和存檔等多種功能。這類(lèi)自動(dòng)化的應(yīng)用有利于提升物流和大容量倉(cāng)儲(chǔ)的效率。自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)作為供應(yīng)鏈的重要環(huán)節(jié)，其首要關(guān)注點(diǎn)在于控制倉(cāng)庫(kù)中物件的空間移動(dòng)和倉(cāng)儲(chǔ)情況。自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)同時(shí)也基于實(shí)時(shí)的信息指導(dǎo)和優(yōu)化了庫(kù)存存儲(chǔ)。合理利用自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)能產(chǎn)生巨大的社會(huì)效率和經(jīng)濟(jì)效率，相較于傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理，其具有以下優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)也是本文研究的目的所在：自動(dòng)存取使用機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)行和處理速度快，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了勞動(dòng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度并且節(jié)省了人力成本。同時(shí)，自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)能被合理、便捷的納入到現(xiàn)代企業(yè)的物流、工業(yè)流程中，使得企業(yè)的生產(chǎn)和物流更趨合理化。計(jì)算機(jī)控制能夠精確、實(shí)時(shí)地對(duì)各種倉(cāng)儲(chǔ)信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，能有效避免由于人為因素而導(dǎo)致的倉(cāng)儲(chǔ)錯(cuò)誤，減少甚至避免貨物處理和信息處理過(guò)程可能產(chǎn)生的差錯(cuò)。同時(shí)借助計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力能夠快速的實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的整理盤(pán)點(diǎn)，利于分析和減少庫(kù)存。自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)的信息可通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的操作和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了信息管理的自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化。自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)的實(shí)時(shí)性有利于企業(yè)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)隨時(shí)掌握倉(cāng)儲(chǔ)情況，根據(jù)生產(chǎn)需湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第2頁(yè)求及時(shí)有效的調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。國(guó)內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的成果美國(guó)于1959年開(kāi)發(fā)了世界上最早的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，并在1963年最早使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)的控制管理。后來(lái)德國(guó)和日本也相繼開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)在各國(guó)迅猛發(fā)展，其應(yīng)用范圍也逐漸涉及近乎所有行業(yè)。我國(guó)在這一領(lǐng)域發(fā)展較為緩慢，在1974年才在鄭州紡織機(jī)械廠建成了全國(guó)第一座自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。20世紀(jì)70年代，以發(fā)達(dá)國(guó)家為主導(dǎo)大力推廣了商品物流和工業(yè)制造的自動(dòng)化、高速化、信息化。其控制方式也從手動(dòng)控制轉(zhuǎn)向了自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)管理。緊接著自動(dòng)化移動(dòng)式機(jī)械手或機(jī)器人自動(dòng)揀貨、自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)和碼垛機(jī)的應(yīng)用進(jìn)一步提升了倉(cāng)儲(chǔ)的效率、自動(dòng)化和智能性。隨著現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步，柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem），工廠自動(dòng)化（FactoryAutomation）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystems）對(duì)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)提出了更高的要求，搬運(yùn)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)要具有更可靠更及時(shí)的數(shù)據(jù)反饋，工廠和倉(cāng)庫(kù)中的物流信息必須伴隨著并行的信息流。掃碼技術(shù)等技術(shù)采集和追溯系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用于這一領(lǐng)域。在經(jīng)歷了以上的發(fā)展過(guò)程后，自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)進(jìn)入到智能運(yùn)輸?shù)碾A段。自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)快速發(fā)展，其內(nèi)容涉及到智能控制下的倉(cāng)儲(chǔ)管理。利用專(zhuān)家系統(tǒng)控制自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)等。為了設(shè)計(jì)更智能化的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，必須深入研究物件處理和倉(cāng)儲(chǔ)大系統(tǒng)技術(shù)。設(shè)計(jì)和研究方法PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制中具有關(guān)鍵的控制地位，上文所提到的計(jì)算機(jī)控制在應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有著很多不同的表現(xiàn)形式，例如：工控機(jī)、PLC和單片機(jī)等。本文選用PLC作為自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)的主控制器。在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，倉(cāng)儲(chǔ)的命令往往是通過(guò)數(shù)字信號(hào)的途徑進(jìn)行傳輸。PLC在接收到對(duì)應(yīng)的控制信息需要經(jīng)過(guò)編譯、掃描和執(zhí)行來(lái)將控制動(dòng)作的信息傳遞給外圍的碼垛機(jī)等機(jī)械湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第3頁(yè)設(shè)備。外部的機(jī)械設(shè)備在完成控制動(dòng)作后將完成信號(hào)反饋給PLC，PLC經(jīng)過(guò)輸入響應(yīng)和處理后將更新后的倉(cāng)儲(chǔ)信息重新反饋給上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)控制過(guò)程。該設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于控制信息的處理：1.對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)序的把握；2.對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)情況的實(shí)時(shí)分析。本文將通過(guò)梯形圖編程來(lái)實(shí)現(xiàn)此算法，并以模擬的方法通過(guò)測(cè)試平臺(tái)將這一控制系統(tǒng)展示出來(lái)。設(shè)計(jì)過(guò)程及研究?jī)?nèi)容倉(cāng)儲(chǔ)管理的核心控制在于對(duì)外圍設(shè)備的動(dòng)作控制——利用PLC的運(yùn)動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。基于這樣的考量，本設(shè)計(jì)在研究過(guò)程中對(duì)PLC具有的各類(lèi)運(yùn)動(dòng)控制方法進(jìn)行了綜合分析：一體式PLC的內(nèi)置定位功能。這種運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)在于編程簡(jiǎn)單，各個(gè)動(dòng)作之間不需要執(zhí)行握手動(dòng)作。優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是對(duì)運(yùn)動(dòng)的監(jiān)控不精確，不能實(shí)現(xiàn)完整的閉環(huán)控制。模塊式PLC的運(yùn)動(dòng)定位模塊的基本模式。這種外置模塊的特點(diǎn)是功能強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)不同的控制模式：定位控制、轉(zhuǎn)矩控制和速度控制等。利用其基本模式可通過(guò)梯形圖來(lái)完成對(duì)多種控制模式的切換，并可以利用時(shí)序圖對(duì)不同階段的輸入進(jìn)行正確響應(yīng)。同時(shí)系統(tǒng)的每次動(dòng)作都需要進(jìn)行握手，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。模塊式PLC的運(yùn)動(dòng)定位模塊利用運(yùn)動(dòng)流程圖。這種控制方法具備上一點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)：多種模式切換、閉環(huán)控制。在此基礎(chǔ)上，這種方法更加直觀易懂，易于理解和后期修改，編程也十分簡(jiǎn)單。但是，在實(shí)際的倉(cāng)儲(chǔ)控制中，需要很多的控制位來(lái)指導(dǎo)外圍設(shè)備的動(dòng)作，并由控制位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備接收數(shù)據(jù)的響應(yīng)，這種控制方法在這一點(diǎn)上較難實(shí)現(xiàn)。分析完控制方法的選取問(wèn)題，另一個(gè)需要研究的方面是—這個(gè)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)的構(gòu)成。從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的角度來(lái)講，自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)不僅僅是運(yùn)算和動(dòng)作控制，其還應(yīng)涉及到數(shù)據(jù)的傳輸、輸入輸出信號(hào)以及人機(jī)交互。確定好這四個(gè)方向后，整個(gè)系湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第4頁(yè)統(tǒng)就有了明晰的架構(gòu)：1.PLC主體（及定位控制模塊）；2.擴(kuò)展IO模塊；3.以太網(wǎng)或者串行（并行）通信模塊；4.人機(jī)交互界面（觸摸屏）。通過(guò)對(duì)具體的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行列項(xiàng)分析并明確設(shè)計(jì)過(guò)程。本論文便形成了具體的架構(gòu)和方向，具體的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)也伴隨著這些問(wèn)題和方向展開(kāi)。PLC基本原理及選型PLC概述PLC的定義和發(fā)展制造業(yè)中采用的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的控制，一般都需要通過(guò)工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、原動(dòng)機(jī)以及控制系統(tǒng)等部件來(lái)完成。尤其當(dāng)原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)時(shí)，還需要對(duì)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和定位等進(jìn)行控制。生產(chǎn)中的電氣操作和控制部分，稱(chēng)為電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代，產(chǎn)生了一種設(shè)想：能否將計(jì)算機(jī)通用靈活且功能完善的特點(diǎn)和“繼電器—接觸器系統(tǒng)”的簡(jiǎn)單易懂、使用方便的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，從而制作出一種面向生產(chǎn)過(guò)程順序控制、利用簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的控制。美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司在1969年研究出第一臺(tái)“可編程邏輯控制器”，該控制機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛的認(rèn)可。此后PLC得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，早期的PLC硬件主要由分立元件和小規(guī)模的集成電路構(gòu)成，其雖然采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，但指令系統(tǒng)、軟件和功能相對(duì)簡(jiǎn)單。早期的PLC一般僅能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，同時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和改進(jìn)可靠性等措施。1980年，美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)對(duì)可編程邏輯控制器進(jìn)行了如下定義：“可編程邏輯控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器，數(shù)字或模擬輸入輸出接口；以位運(yùn)算為主；能完成邏輯、順序、定時(shí)、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能；面向生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制裝置?！倍鴩?guó)際電工協(xié)會(huì)也在1987年頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)其進(jìn)行了定義：“PLC是一種專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子設(shè)備。它采用可以編制程序的存湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第5頁(yè)儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)器進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或者模擬式的輸入輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。通過(guò)以上定義可以了解到：相對(duì)于一般意義上的計(jì)算機(jī)，PLC并不僅僅擁有計(jì)算機(jī)的內(nèi)核，其還配置了許多令其能夠適用于多種工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的器件。它實(shí)質(zhì)上市經(jīng)過(guò)了再開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)。PLC的功能和應(yīng)用各類(lèi)PLC之間的性能和價(jià)位具有較大的區(qū)別，但大體上的功能較為一致，可分為以下兩種。基本功能：邏輯控制是PLC必備的基本功能。本質(zhì)上說(shuō)，這是一種以計(jì)算機(jī)位運(yùn)算為單位的，按照程序要求，通過(guò)對(duì)來(lái)自外圍設(shè)備的輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理并控制外部設(shè)備通斷的功能。此外，邏輯控制中常用的代碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)比較與處理等，也是PLC的基本功能。特殊控制功能：PLC的特殊控制功能包括AD/DA轉(zhuǎn)換、溫度調(diào)節(jié)與控制、位置控制和通訊等。這種功能的實(shí)現(xiàn)一般需要特殊模塊的存在。PLC的應(yīng)用十分廣泛。目前在國(guó)內(nèi)外，PLC已經(jīng)被應(yīng)用在鋼鐵、采礦、水泥、電子、石油、化工、機(jī)械制造、汽車(chē)、船舶、裝卸、環(huán)保等不同領(lǐng)域。這些不同領(lǐng)域的應(yīng)用從功能上化可劃分為開(kāi)關(guān)控制、順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、信號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖系統(tǒng)等方面。PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PLC的基本結(jié)構(gòu)雖然市面上存在的PLC從規(guī)格、性能、價(jià)位上存在很大區(qū)別，但從構(gòu)成上其大致湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第6頁(yè)可以分為兩類(lèi)：模塊式PLC（圖2.1）和一體式PLC（圖2.2）圖2.1模塊式PLC的基本結(jié)構(gòu)圖2.2一體式PLC的基本結(jié)構(gòu)湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第7頁(yè)結(jié)合以上的結(jié)構(gòu)圖，具體介紹各部分的功能：中央處理單元(CPU)。一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路相連接。與一般計(jì)算機(jī)一樣，CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作。用戶程序和數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中，當(dāng)PLC處于運(yùn)行方式時(shí)，CPU按循環(huán)掃描方式執(zhí)行用戶程序。CPU的主要任務(wù)有：控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ)；用掃描的方式通過(guò)I/O部件接收現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)。并存人輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等；PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通訊等功能。不同型號(hào)的PLC其CPU芯片是不同的，有采用通用CPU芯片的，有采用廠家自行設(shè)計(jì)的專(zhuān)用CPU芯片的。CPU芯片的性能關(guān)系到PLC處理控制信號(hào)的能力與速度，CPU位數(shù)越高，系統(tǒng)處理的信息量越大，運(yùn)算速度也越快。PLC的功能是隨著CPU芯片技術(shù)的發(fā)展而提高和增強(qiáng)的。存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來(lái)存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器具有兩種：1.RAM，可以隨時(shí)由CPU對(duì)其進(jìn)行讀取、寫(xiě)入；2.ROM，CPU只能讀取不能寫(xiě)入。一般來(lái)說(shuō)，RAM中多存入用戶程序等，而ROM則多載入系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。輸入輸出電路。一般說(shuō)來(lái)PLC的輸入輸出電路分為兩種：開(kāi)關(guān)量和模擬量。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，一體式的PLC多內(nèi)置10至幾十點(diǎn)的內(nèi)置開(kāi)關(guān)量輸入輸出電路，而模塊式PLC大多不內(nèi)置開(kāi)關(guān)量或模擬量的輸入輸出電路，需要添加模塊實(shí)現(xiàn)該功能?，F(xiàn)僅對(duì)內(nèi)置的開(kāi)關(guān)量輸入輸出電路進(jìn)行探討：開(kāi)關(guān)量輸入模塊（圖2.3），開(kāi)關(guān)量輸出模塊（圖2.4）。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第8頁(yè)圖2.3開(kāi)關(guān)量輸入模塊圖2.4開(kāi)關(guān)量輸出模塊擴(kuò)展單元。PLC的擴(kuò)展單元為模塊式PLC的概念，從具體功能進(jìn)行分類(lèi)，可分為：模擬量單元、擴(kuò)展IO單元、定位控制單元、遠(yuǎn)程IO單元、網(wǎng)絡(luò)與通訊單元等。模塊式PLC可擴(kuò)展多種不同的擴(kuò)展單元，從而實(shí)現(xiàn)用戶自定義的功能和應(yīng)用場(chǎng)景需求，靈活并能節(jié)省成本。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第9頁(yè)圖2.4擴(kuò)展單元（基恩士KV系列）湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第10頁(yè)P(yáng)LC選型PLC選型的關(guān)注點(diǎn)基于不同的應(yīng)用和客戶需求，市場(chǎng)上有著多種不同類(lèi)別不同定位的PLC可供選擇。在這種情況下，通過(guò)哪些方面確定該如何選取指定型號(hào)的PLC是一大要點(diǎn)。一般說(shuō)來(lái)，PLC選型時(shí)的關(guān)注點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：程序容量。目前市面上的PLC主要可分為三類(lèi)：歐美系、日系、國(guó)產(chǎn)。不同系派關(guān)于程序容量的定義并不同。以西門(mén)子為代表的歐美系用數(shù)據(jù)量兆（MB），為單位來(lái)定義程序容量，多為幾至幾十兆。以三菱為代表的日系和國(guó)產(chǎn)PLC多采用指令步數(shù)來(lái)定義程序容量，一體式PLC的程序容量在幾至幾十千步不等；模塊式PLC的程序容量在幾十至一千多千步不等。通過(guò)對(duì)程序大小的簡(jiǎn)要評(píng)估來(lái)選擇對(duì)應(yīng)容量的PLC是選型的重要部分。指令處理速度。由于PLC邏輯控制的特點(diǎn)，其不能像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)那樣邊運(yùn)算邊存儲(chǔ)運(yùn)算并輸出。PLC在掃描梯形圖時(shí)需要將整個(gè)梯形圖從上至下從左到右掃描完畢再處理后統(tǒng)一輸出狀態(tài)。這樣的程序執(zhí)行方式使得PLC的CPU對(duì)指令的處理速度顯得十分關(guān)鍵。目前市面上的PLC的單一指令處理速度在零點(diǎn)幾個(gè)微秒級(jí)別，各廠家的旗艦機(jī)型多能達(dá)到短至幾十納秒的指令處理速度，而基恩士KV-7000系列和歐姆龍CW系列等的指令處理速度則在1納秒以下。一般說(shuō)來(lái)，PLC的指令處理速度和價(jià)位呈正相關(guān)，在選型的時(shí)候需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求來(lái)選擇對(duì)應(yīng)處理速度的PLC?？蓴U(kuò)展性。PLC選型時(shí)其本身的性能并不完全是唯一的絕對(duì)因素，其硬件的可擴(kuò)展性及其對(duì)特定外圍設(shè)備的可支持性也是選型的一大關(guān)注點(diǎn)。舉例而言：客戶的外圍設(shè)備機(jī)械臂可支持PROFIBUS的通訊協(xié)議，則實(shí)際選用的PLC及其擴(kuò)展模塊必須支持此協(xié)議，從而排除了很多廠商的PLC。除了可支持的通訊協(xié)議之外，可選的遠(yuǎn)程IO主站、遠(yuǎn)程IO從站；可同步控制或最大控制的外部電機(jī)軸數(shù)；可擴(kuò)展的最大IO點(diǎn)數(shù)等都能作為影響PLC選型的決定性因素。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第11頁(yè)本文選用PLC簡(jiǎn)介本文采用基恩士KV-5500PLC作為核心控制器。此款PLC的特點(diǎn)是容量大、指令執(zhí)行速度快，在倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，這樣的優(yōu)勢(shì)有利于在外圍機(jī)構(gòu)滿足條件的情況下提升生產(chǎn)效率。該款產(chǎn)品的配置參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)附錄1（表1.1）。相對(duì)其他競(jìng)爭(zhēng)PLC，KV-5500具有一個(gè)顯著的不同：豐富的內(nèi)置功能。其內(nèi)置了兩軸的高速計(jì)數(shù)器、兩軸的高速脈沖輸出、24個(gè)內(nèi)置IO點(diǎn)、視窗、以太網(wǎng)接口以及SD卡卡槽。其中的高速計(jì)數(shù)器在本次的設(shè)計(jì)可作為外圍電機(jī)的定位反饋脈沖的接收端口；高速脈沖輸出在初始的設(shè)計(jì)方案中直接擔(dān)任了運(yùn)動(dòng)控制的控制脈沖發(fā)出段（后此方案被否決）；以太網(wǎng)接口可用來(lái)接收上位機(jī)的控制信息，在本設(shè)計(jì)中擔(dān)任了觸摸屏的通訊端口。從這些方面可看出，基恩士KV-5500PLC能很好的適應(yīng)本次設(shè)計(jì)的要求。HMI基本功能及選型HMI定義人機(jī)界面是一種嵌入式系統(tǒng)。廣義的人機(jī)交互界面是人與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息傳遞,交換的重要媒介和對(duì)話接口。人機(jī)界面可以將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信息代碼轉(zhuǎn)成人能識(shí)別的信息，例如聲音、圖像等。只要人類(lèi)和計(jì)算機(jī)有信息的交流，就必然存在人機(jī)交互界面。特定行業(yè)中的人機(jī)交互界面具有特定的定義和分類(lèi)方式。在本設(shè)計(jì)中介紹的是專(zhuān)用的工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)備，如基恩士VT3系列工業(yè)人機(jī)交互界面產(chǎn)品（圖3.1）湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第12頁(yè)圖3.1基恩士VT5系列人機(jī)界面在工業(yè)中，人們常把就用輸入觸摸功能的人機(jī)界面稱(chēng)為觸摸屏。實(shí)際上，觸摸屏僅僅是人機(jī)界面的一種硬件體現(xiàn)形式。安裝在顯示屏前端的輸入設(shè)備，而人機(jī)界面產(chǎn)品則是一種包含硬件和軟件的人機(jī)交互設(shè)備。HMI的功能目前市面上的HMI產(chǎn)品，一般都具有以下功能：控制功能?？梢詫?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和監(jiān)控，將數(shù)據(jù)以矩形圖、趨勢(shì)圖等方式進(jìn)行直觀的顯示，用于監(jiān)控PLC內(nèi)部的繼電器狀態(tài)和存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，直觀的反映了工業(yè)控制系統(tǒng)的流程。用戶可以通過(guò)HMI改變PLC內(nèi)部的狀態(tài)為、存儲(chǔ)器數(shù)值，用戶可以直接參與到實(shí)際的控制過(guò)程。顯示功能。HMI所支持的色彩從單色到256真色甚至1800萬(wàn)色。豐富的色彩、多種圖片格式化的支持，使得制作出來(lái)的畫(huà)面生動(dòng)形象。HMI含有一定容量的程序存儲(chǔ)，使得用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和畫(huà)面的存儲(chǔ)更加便捷。通訊功能。人機(jī)界面具有多種通訊模式，包括：232/485，USB和以太網(wǎng)等。通過(guò)這些通訊模式可與多種設(shè)備直接連接，并可以通過(guò)以太網(wǎng)簡(jiǎn)歷強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。配方功能（數(shù)據(jù)文件夾）。在工控領(lǐng)域，數(shù)據(jù)文件夾就是生產(chǎn)一件產(chǎn)品所采湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第13頁(yè)用的不同配料之間的比例關(guān)系。通過(guò)配方，可以對(duì)PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)位和數(shù)據(jù)進(jìn)行批處理以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景或不同的配方需求。本文采用HMI簡(jiǎn)介本文采用基恩士VT3-V10人機(jī)交互界面，選型的主要原因在于適配基恩士KV-5500PLC。同時(shí)，VT3-V10支持以太網(wǎng)拓展模塊，滿足了本設(shè)計(jì)中的以太網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求。其具體參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)附錄1（表10.2）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇鑒于本設(shè)計(jì)選用的PLC為基恩士KV-5500，其內(nèi)置兩軸的高速脈沖輸出，本設(shè)計(jì)在初期階段有三種編程方法及方案可供選擇。現(xiàn)就各方案進(jìn)行分析并說(shuō)明選擇結(jié)果及選擇原因。方案1：內(nèi)置定位運(yùn)動(dòng)控制KV-5500內(nèi)置兩軸高速脈沖輸出，最大輸出脈沖為100Khz（集電極開(kāi)路）。在實(shí)際的應(yīng)用中，需求的脈沖數(shù)如超過(guò)此范圍可用脈沖齒輪比來(lái)補(bǔ)償。本方案的基本思路是（見(jiàn)流程圖4.1）：利用內(nèi)置定位配置窗口，選取定位點(diǎn)控制模式（見(jiàn)圖4.2），選取16個(gè)點(diǎn)（對(duì)應(yīng)模擬倉(cāng)庫(kù)的16個(gè)存儲(chǔ)點(diǎn)），設(shè)置對(duì)應(yīng)的點(diǎn)參數(shù)（定位坐標(biāo)）用于X軸的定位參數(shù)設(shè)定；同樣的方法設(shè)定好Y軸的定位參數(shù)。配置好原點(diǎn)傳感器、正負(fù)限位開(kāi)關(guān)輸入，脈沖輸出方式等系統(tǒng)參數(shù)。在定位開(kāi)始前清零所有可能相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)域數(shù)據(jù)。執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)歸，使得外置的XY軸步進(jìn)電機(jī)在限位開(kāi)關(guān)和原點(diǎn)傳感器的作用下回到原點(diǎn)。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第14頁(yè)將X軸執(zhí)行點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)域置1，執(zhí)行X軸第一點(diǎn)的定位，利用X軸定位完成信號(hào)的上升沿觸發(fā)Y軸第一點(diǎn)的定位，同時(shí)將X軸定位點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)域數(shù)值加一；利用Y軸定位完成信號(hào)的上升沿觸發(fā)X軸第二點(diǎn)的定位，同時(shí)將Y軸定位點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)域數(shù)據(jù)加一。由此循環(huán)直到完成16點(diǎn)的定位。配置系統(tǒng)參數(shù)清零存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)歸執(zhí)行X軸定位配置系統(tǒng)參數(shù)清零存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)歸執(zhí)行X軸定位X軸定位完成存儲(chǔ)區(qū)數(shù)值>=16?X軸存儲(chǔ)區(qū)域數(shù)據(jù)加一，執(zhí)行Y軸定位否是結(jié)束定位并輸出信號(hào)Y軸定位完成Y軸存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)加一湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第15頁(yè)圖4.1圖4.2此方案具有編程簡(jiǎn)單，不用對(duì)定位等指令進(jìn)行置位再?gòu)?fù)位的握手動(dòng)作。但是這個(gè)方案也具有以下缺點(diǎn)：無(wú)法很好的得到反饋信息。PLC內(nèi)部的定位等指令發(fā)出后沒(méi)有對(duì)應(yīng)的內(nèi)部指示位或外部指示位來(lái)確認(rèn)其已動(dòng)作完畢。只能采用X軸先完成定位，Y軸再執(zhí)行定位的直角動(dòng)作模式，在定位中可湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第16頁(yè)能會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。對(duì)于任意點(diǎn)的存入取出較難實(shí)現(xiàn)。方案二：利用KV-MC40V定位模塊圖4.3相對(duì)于內(nèi)置定位，KV-5500適配的MC-40V定位模塊（圖4.3）功能更為強(qiáng)大和全面。MC40V可同時(shí)控制4軸電機(jī)，最大輸出脈沖為4兆赫茲（差分驅(qū)動(dòng)）?？梢酝瓿桑和娇刂啤⑼馆喦€、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等動(dòng)作模式。同時(shí)，MC40V可外接手動(dòng)脈沖發(fā)生器（KV-MX1），從而實(shí)現(xiàn)示教、手搖輪等功能。圖4.3MC40V的設(shè)定數(shù)據(jù)（圖4.4）等不是存儲(chǔ)在內(nèi)置的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)而是存儲(chǔ)在模塊的緩存中，與此同時(shí)，為了使得模塊的控制動(dòng)作受到CPU控制，CPU發(fā)給MC40V的動(dòng)作指令一般都要經(jīng)過(guò)握手。這樣的握手動(dòng)作很大程度上提升了動(dòng)作的可控性和精確性。方案二的設(shè)計(jì)思路是設(shè)定32個(gè)定位點(diǎn)（16個(gè)有效點(diǎn)，16個(gè)無(wú)動(dòng)作點(diǎn)）。通過(guò)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)情況的判定，來(lái)決定執(zhí)行的是有效定位點(diǎn)或無(wú)動(dòng)作點(diǎn)。同時(shí)利用MC40V的直線插補(bǔ)模式，使X軸與Y軸協(xié)同動(dòng)作。具體的設(shè)計(jì)方案流程圖、編程實(shí)現(xiàn)等將在下一節(jié)體現(xiàn)。圖4.4湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第17頁(yè)相較于方案一，方案二具有以下優(yōu)點(diǎn)：有多種動(dòng)作模式可供選擇，例如用直線插補(bǔ)避免抖動(dòng)，利用圓弧插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)避障，利用凸輪曲線和同步功能完成多軸的協(xié)同動(dòng)作。這樣的動(dòng)作模式也減少了編程量。動(dòng)作多具備信號(hào)位。MC40V擴(kuò)展模塊的特點(diǎn)使得其的動(dòng)作執(zhí)行會(huì)有對(duì)應(yīng)的信號(hào)位來(lái)表征時(shí)序，這樣的信號(hào)位可以用來(lái)確認(rèn)動(dòng)作的執(zhí)行到位與否，也可以用來(lái)控制外圍的設(shè)備如機(jī)械臂等進(jìn)行對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。擁有獨(dú)立的緩存區(qū)，在運(yùn)行期間，如果系統(tǒng)參數(shù)如運(yùn)行速度、定位坐標(biāo)等要進(jìn)行臨時(shí)修改，可通過(guò)向緩存區(qū)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的更改數(shù)值或位，從而使得運(yùn)行過(guò)程更加的柔性化。不易產(chǎn)生時(shí)序上的混亂，可通過(guò)各個(gè)控制位、標(biāo)志位來(lái)保證不出現(xiàn)時(shí)序錯(cuò)誤。在對(duì)比兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)并進(jìn)行實(shí)際的操作測(cè)試后，本設(shè)計(jì)采用方案二來(lái)完成控制系統(tǒng)的編程。方案設(shè)計(jì)及編程實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)思路與流程圖本設(shè)計(jì)主要分8大模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)這一自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它們分別是：1.原點(diǎn)復(fù)歸與就緒；2.直線插補(bǔ)模式點(diǎn)編號(hào)判定；3.圓弧插補(bǔ)模式點(diǎn)編號(hào)判定；4.成批讀寫(xiě)；5.基本定位；6.速度倍率控制；7.當(dāng)前坐標(biāo)顯示；8.點(diǎn)狀態(tài)判定。設(shè)計(jì)的思路是：動(dòng)作就緒—判定倉(cāng)儲(chǔ)情況—判定指令—選擇控制模式—執(zhí)行定位—附加功能（速度控制及坐標(biāo)監(jiān)控）。接下來(lái)將從這8大模塊來(lái)詳細(xì)闡述系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，并將適當(dāng)?shù)哪K以流程圖的形式描繪出來(lái)。原點(diǎn)復(fù)歸與就緒。由于外部所采用的模擬碼垛機(jī)為兩軸的步進(jìn)電機(jī)，其作為控制電機(jī)的一大特點(diǎn)是開(kāi)環(huán)控制，因而在所有的動(dòng)作指令之前需要進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)歸湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第18頁(yè)以確保電機(jī)處在初始位置。MC40V作為擴(kuò)展模塊在啟用的時(shí)候需要進(jìn)行使能，同時(shí)可能會(huì)用到的點(diǎn)參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)等都需要在上電之前對(duì)其進(jìn)行清零以避免誤操作，這些統(tǒng)稱(chēng)為就緒動(dòng)作。除此之外，如果外部接入的是伺服電機(jī)則還需將伺服ON信號(hào)輸出置位。直線/圓弧插補(bǔ)模式點(diǎn)編號(hào)判定。本設(shè)計(jì)為碼垛機(jī)設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)動(dòng)模式即直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，這兩種模式都需要處理的一大問(wèn)題是基于倉(cāng)儲(chǔ)情況的定位控制，此問(wèn)題也是本控制系統(tǒng)的關(guān)鍵算法之一。在設(shè)計(jì)時(shí)，采用兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域分別來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前的指令情況和實(shí)際的倉(cāng)儲(chǔ)情況。將其具象成下圖兩個(gè)4X4點(diǎn)陣（表4.1）：1314151613141516910111291011125678567812341234表4.1左側(cè)為控制信息（按鍵）右側(cè)為倉(cāng)儲(chǔ)信息（庫(kù)存）需要進(jìn)行判定的場(chǎng)景舉例說(shuō)明：1.按鍵1ON而存儲(chǔ)槽1內(nèi)沒(méi)有物件，則執(zhí)行存入動(dòng)作；2.按鈕1ON而存儲(chǔ)槽內(nèi)有物件則不執(zhí)行存入動(dòng)作；3.按鈕1OFF而槽內(nèi)無(wú)物件，不執(zhí)行取出動(dòng)作；4.按鍵1OFF而槽內(nèi)有物件，則執(zhí)行取出動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)方式：對(duì)于1、4場(chǎng)景利用異或門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)需要對(duì)存入或者取出動(dòng)作進(jìn)行判定，若條件導(dǎo)通則執(zhí)行對(duì)應(yīng)的實(shí)際定位點(diǎn)。對(duì)于2、3場(chǎng)景利用同或門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)，若條件導(dǎo)通則執(zhí)行對(duì)應(yīng)的無(wú)運(yùn)動(dòng)定位點(diǎn)。在進(jìn)行對(duì)于圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)模式的切換，需要有一個(gè)常閉的繼電器來(lái)進(jìn)行區(qū)分。若處于直線插補(bǔ)，則執(zhí)行直線插補(bǔ)的定位點(diǎn)判定；若執(zhí)行圓弧插補(bǔ)則需湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第19頁(yè)另外執(zhí)行圓弧插補(bǔ)的定位點(diǎn)。成批讀寫(xiě)。成批讀寫(xiě)的功能十分簡(jiǎn)單，即批量的將按鍵置ON或者置OFF從而實(shí)現(xiàn)批量的讀寫(xiě)功能?；径ㄎ弧；径ㄎ皇菍?duì)任意單點(diǎn)或者多點(diǎn)存儲(chǔ)的動(dòng)作判定和實(shí)際指令執(zhí)行。在進(jìn)行多點(diǎn)存取時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下場(chǎng)景：1.槽1槽2都執(zhí)行動(dòng)作，則在槽1的定位動(dòng)作完成后執(zhí)行槽2的定位動(dòng)作；2.槽1無(wú)需動(dòng)作而槽2需要執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，槽1執(zhí)行無(wú)動(dòng)作定位點(diǎn)，然后槽2定位。實(shí)現(xiàn)方法：當(dāng)定位開(kāi)始請(qǐng)求發(fā)出后對(duì)槽一的動(dòng)作為無(wú)動(dòng)作定位或?qū)嶋H動(dòng)作定位進(jìn)行判定，判定完畢后再將定位控制開(kāi)始繼電器置ON；利用定位完成信號(hào)來(lái)觸發(fā)下一點(diǎn)的定位，同樣對(duì)其實(shí)際的定位與否進(jìn)行判定并執(zhí)行對(duì)應(yīng)的定位點(diǎn)。在一個(gè)控制周期中只完成1個(gè)點(diǎn)的定位控制，而16個(gè)槽點(diǎn)不管是否需要?jiǎng)幼鞫家獔?zhí)行定位開(kāi)始指令，其區(qū)別在于執(zhí)行的到底為實(shí)際定位點(diǎn)還是無(wú)動(dòng)作定位點(diǎn)。點(diǎn)狀態(tài)判定。在執(zhí)行完定位后要對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行刷新，例如向槽1存入物件后則需要將其狀態(tài)改為有物件，從而防止重復(fù)存入。由于本設(shè)計(jì)無(wú)論是否進(jìn)行存取動(dòng)作，每個(gè)槽點(diǎn)都要執(zhí)行定位開(kāi)始指令，因而倉(cāng)儲(chǔ)狀態(tài)的刷新不能簡(jiǎn)單的通過(guò)定位完成信號(hào)來(lái)判定，需要結(jié)合執(zhí)行的到底為無(wú)動(dòng)作點(diǎn)還是實(shí)際動(dòng)作點(diǎn)以及采取的是存動(dòng)作還是取動(dòng)作進(jìn)行綜合判定。具體實(shí)現(xiàn)方法見(jiàn)圖4.5湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第20頁(yè)點(diǎn)1定位完成點(diǎn)1定位完成點(diǎn)1按鍵ON點(diǎn)1按鍵OFF執(zhí)行實(shí)際定位點(diǎn)執(zhí)行實(shí)際定位點(diǎn)執(zhí)行無(wú)運(yùn)動(dòng)定位點(diǎn)復(fù)位點(diǎn)1狀態(tài)置位點(diǎn)1狀態(tài)復(fù)位點(diǎn)1狀態(tài)圖4.5速度倍率。應(yīng)對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，其對(duì)速度的要求可能不一致。同時(shí)，在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行中可能需要進(jìn)行速度調(diào)整和示教調(diào)整。因而本系統(tǒng)加入了運(yùn)動(dòng)中更改速度的功能，使得運(yùn)行速度可以在正常速度的0%~200%范圍能調(diào)整，調(diào)整選項(xiàng)將在HMI上顯示。實(shí)現(xiàn)方法是利用速度倍率指令結(jié)合區(qū)間限制完成。當(dāng)前坐標(biāo)顯示。方便用戶對(duì)目前的動(dòng)作進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)方法是將XY軸當(dāng)前坐標(biāo)在每個(gè)掃描周期移動(dòng)到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)。方案設(shè)計(jì)的編程實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)將方案的八大模塊分作8個(gè)每次掃描執(zhí)行模塊來(lái)編程實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)將每個(gè)具體模塊的核心梯形圖羅列如下：湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第21頁(yè)原點(diǎn)復(fù)歸及就緒：直線/圓弧插補(bǔ)模式點(diǎn)編號(hào)判定：湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第22頁(yè)成批讀寫(xiě)：基本定位：在編寫(xiě)基本定位梯形圖之前，首先要對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行配置，包括直線插補(bǔ)下的定位點(diǎn)參數(shù)、無(wú)運(yùn)動(dòng)的定位點(diǎn)參數(shù)以及圓弧插補(bǔ)下的定位點(diǎn)參數(shù)（見(jiàn)圖4.7，4.8，4.9）：圖4.7無(wú)運(yùn)動(dòng)定位點(diǎn)參數(shù)設(shè)定湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第23頁(yè)圖4.8圓弧插補(bǔ)模式圖4.9圓弧插補(bǔ)模式時(shí)的半徑設(shè)定湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第24頁(yè)湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第25頁(yè)湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第26頁(yè)點(diǎn)狀態(tài)判定：速度倍率湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第27頁(yè)當(dāng)前坐標(biāo)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)HMI與PLC的通訊本設(shè)計(jì)所選用的HMIVT3-V10具有三種通訊模式：PORT2PLC鏈接端口（基于RS232協(xié)議），PORT3通用9針RS232通訊口，以太網(wǎng)接口。RS232協(xié)議的特點(diǎn)是一對(duì)一的通訊，相對(duì)于以太網(wǎng)來(lái)言，其不能構(gòu)建起有效的通訊網(wǎng)路，因此本設(shè)計(jì)選用以太網(wǎng)接口，并將KV-5500的以太網(wǎng)端口配置為KVstudio模式—與電腦及VT3系列的連接模式。湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第28頁(yè)人機(jī)交互界面布局及與PLC的關(guān)聯(lián)在上一章中已經(jīng)系統(tǒng)闡述了自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的功能。這些功能的控制及顯示需要通過(guò)人機(jī)交互界面來(lái)顯示，其具備的功能是：4X4按鍵，4X4倉(cāng)儲(chǔ)狀態(tài)指示燈，原點(diǎn)復(fù)歸請(qǐng)求按鍵，執(zhí)行定位按鍵，直線插補(bǔ)模式按鍵，圓弧插補(bǔ)模式按鍵，速度倍率控制及當(dāng)前速度顯示。這些功能對(duì)應(yīng)的指示燈、數(shù)值顯示、按鍵等要和PLC內(nèi)部對(duì)應(yīng)的繼電器狀態(tài)、存儲(chǔ)區(qū)數(shù)值相關(guān)聯(lián)。基于這樣的要求，人機(jī)交互界面可繪制如圖5.1圖5.1圖中的按鍵控制區(qū)域各點(diǎn)與實(shí)際的PLC內(nèi)部繼電器相關(guān)聯(lián)，余量顯示的指示燈則與PLC內(nèi)部每個(gè)物件槽點(diǎn)存儲(chǔ)狀態(tài)繼電器相關(guān)聯(lián)。速度倍率通過(guò)兩個(gè)按鍵進(jìn)行上下調(diào)湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第29頁(yè)整并在右側(cè)的數(shù)值顯示中進(jìn)行顯示。最后，不同控制模式的切換以及動(dòng)作的執(zhí)行都以左下角的按鍵形式具象的顯示出來(lái)，方便用戶操作，整個(gè)畫(huà)面以PLC內(nèi)部繼電器寄存器的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行顯示的情況如下圖（圖5.2）圖5.2模擬機(jī)測(cè)試按照設(shè)計(jì)方案，搭建了模擬測(cè)試平臺(tái)。平臺(tái)由一臺(tái)基恩士KV-5500PLC，一臺(tái)KV-MC40V定位控制模塊，一臺(tái)VT3-V10人機(jī)交互界面以及兩軸步進(jìn)電機(jī)（模擬碼垛機(jī)）構(gòu)成（圖6.1）。測(cè)試的流程是：1.執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)歸動(dòng)作；2.執(zhí)行批量寫(xiě)入動(dòng)作，檢測(cè)16個(gè)槽點(diǎn)的指示燈是否按順序點(diǎn)亮以及步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行路徑；3.執(zhí)行批量取出動(dòng)作，檢測(cè)16個(gè)槽點(diǎn)的指示燈是否按順序熄滅以及步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行路徑；4.執(zhí)行任意多點(diǎn)的取出湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第30頁(yè)動(dòng)作，檢測(cè)對(duì)應(yīng)動(dòng)作時(shí)的電機(jī)運(yùn)行路徑、是否全部執(zhí)行到位及是否干擾到其他點(diǎn)的倉(cāng)儲(chǔ)情況；5.切換至圓弧插補(bǔ)模式，執(zhí)行任意多點(diǎn)的存入，檢測(cè)電機(jī)路徑是否為相應(yīng)圓弧，檢測(cè)本已有庫(kù)存的點(diǎn)是否存在重復(fù)存入現(xiàn)象；6.在執(zhí)行定位的過(guò)程中增大速度倍率，觀測(cè)是否有速度變化，減小速度倍率至0，觀測(cè)電機(jī)是否停止動(dòng)作。圖6.11.VT3-V10觸摸屏2.KV-5500PLC3.XY平臺(tái)4.MC40V定位控制模塊實(shí)機(jī)測(cè)試的結(jié)果完全滿足以上流程的檢測(cè)要求，并形成操作視頻，個(gè)點(diǎn)之間的執(zhí)行間隔在毫秒級(jí)別，能很好的應(yīng)對(duì)多種應(yīng)用場(chǎng)景。結(jié)論經(jīng)過(guò)思路規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)以及實(shí)機(jī)測(cè)試。本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)利用PLC的邏輯控制功能，具有應(yīng)用場(chǎng)景廣泛、延遲少、響應(yīng)時(shí)間快、柔性控制等特點(diǎn)。在后期的拓展中，可將步進(jìn)電機(jī)換做伺服電機(jī)從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)的精度。本系統(tǒng)特有的倉(cāng)儲(chǔ)情況/點(diǎn)狀態(tài)判定、直線插補(bǔ)去抖動(dòng)和圓弧插補(bǔ)避障等功能在滿足基本定位的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了更多基于實(shí)際應(yīng)用的功能提升。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)采用工業(yè)用PLC以湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第31頁(yè)及工業(yè)用HMI，穩(wěn)定性好、環(huán)境抗性高。總體而言本設(shè)計(jì)具有實(shí)際應(yīng)用的導(dǎo)向性，能應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)本設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)了PLC的邏輯控制功能和定位控制功能，在設(shè)計(jì)的工程中遇到的多種問(wèn)題：時(shí)序混亂、狀態(tài)判定錯(cuò)誤等問(wèn)題也使得我對(duì)于數(shù)電的相關(guān)知識(shí)有了更加深入的了解。實(shí)機(jī)的接線和測(cè)試提升了我的現(xiàn)場(chǎng)排錯(cuò)能力，例如：原點(diǎn)復(fù)歸錯(cuò)誤時(shí)檢測(cè)正反向限位開(kāi)關(guān)以及原點(diǎn)傳感器是否正常動(dòng)作等。這些實(shí)際的操作也是必不可少的，因?yàn)槔碚撔枰c實(shí)際相結(jié)合。于此同時(shí)，在設(shè)計(jì)中我也意識(shí)到學(xué)習(xí)是永無(wú)止境的。從小的方面而言，對(duì)PLC的應(yīng)用上尚有很大一部分的功能可以涉獵例如MODBUS通訊、模擬量控制等。從大的方面而言，整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著無(wú)盡的知識(shí)等待我們?nèi)ゼ橙?。致謝本設(shè)計(jì)是在張小剛老師的指導(dǎo)下完成的，在此向他表示真心的感謝。張老師在整體設(shè)計(jì)上為我指明了方向，對(duì)于