高校智能書柜機電一體化的系統(tǒng)設計

智能書柜的總體方案設計2.1智能書柜的軟件系統(tǒng)整體分析2.1.1智能書柜系統(tǒng)分析圖2.1.2總系統(tǒng)設計任務的確定介紹了智能圖書架的工作流程，給出了具體的系統(tǒng)設計和實現(xiàn)方法。首先，在設計圖書外借系統(tǒng)時，應把上、下計算機的工作區(qū)別出來：前者是作為書籍的仿真接口，后者是用來寫PLC的。其次，完成了主、副機的相關信息收集與查詢。例如，在設計仿真接口時，可以將書籍的書皮進行外包裝。在程序設計中，要合理配置PLC的輸入、輸出接觸，在配置時要確定上、下兩個界面，然后對上、下兩個程序進行編程，并把兩者有機地融合起來。通常，以仿真界面為對象，采用PLC作為智能貨架的仿真界面。另外，在仿真接口中，采用了指令式的方式來完成智慧的架子。這是一個完整的仿真體系中各關鍵部分的內(nèi)部聯(lián)系。2.1.3程序設計部分這一節(jié)是一個非常關鍵的部分，它是整個智慧的架子。在需要做的工作中，著重于對系統(tǒng)的上、下兩個部分分別進行了編程。即，以仿真程序為基礎的圖書還書和掃描還圖書，達到了智能化的擴展、便于管理、有針對性的系統(tǒng)控制。2.1.4智能書柜程序設計的步驟(1)詳細地分解整個產(chǎn)品的結構，并分析硬件的操作。在完成了流程圖的總體控制。(2)按照對應的階梯圖形來設計書架的各個部件。(3)按每個部件的控制而設計的梯形圖，編寫一份程序表；(4)將程序編程器輸入到plc的用戶內(nèi)存，以確認程序的輸入。(5)逐字調(diào)試該程序，直到符合要求；(6)當控制臺和現(xiàn)場工程完工后，可以進行在線調(diào)試。如果請求不能被滿足，可以對程序進行重新修改或者查看連接，直至符合條件。2.2硬件產(chǎn)品的概述2.2.1PLC的概述PLC被譽為一種專用于工業(yè)環(huán)境和數(shù)字電子系統(tǒng)的可編程控制器。2.2.2PLC的系統(tǒng)結構現(xiàn)在，可編程控制器已經(jīng)研制出了多種不同的功能。不過，大多數(shù)都用于工業(yè)上，與PLC的工作方式相同，都是以單片機或微處理機為主導，然后進行工業(yè)的管理，所以PLC與PLC的工作方式與計算機相同。2.2.3PLC各部分的作用(1)中央處理器PLC與計算機相似，其CPU的主要部件為處理器和控制器?？刂破魇荘LC對各部分進行協(xié)調(diào)的控制，其最主要的功能是對某一特殊內(nèi)存的指令進行抽取和處理。所以，CPU在PLC中的主要功能是：圖2-1PLC硬件結構圖(2)存儲器PLC的存儲器分為兩大部分：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。(3)輸入輸出接口電路PLC與外部的硬件設備之間的連接是由PLC控制的。本設計采用PLC中央處理器對輸入的控制信號進行檢測。并把它的輸出轉換成可供PLC的CPU所接受和加工的數(shù)字信號。（4）輸入/輸出擴展界面當一個主控制位址的I/O點數(shù)無法達到要求時，可以使用該出線將主控制位址與通過有線相連的I/O擴展位址與主控位址相連。(5)PLC的基本工作原理PLC的工作模式是環(huán)形的。對于每一個CPU，從一條指令起，一個周期的周期的掃描，一個沒有被忽略的指令，一個接一個地被發(fā)送給一個用戶，一個又一個的重復，一個又一個的周期。PLC的整個掃描流程見附圖2-2。圖2-2PLC的掃描全過程2.2.4PLC的特點(1)高的抗干擾性和高的穩(wěn)定性(2)該控制體系具有結構簡便、通用的特點(3)易于編制和易于操作(4)功能完備(5)縮短設計，建設和調(diào)試周期(6)小巧、便于維修和使用(7)網(wǎng)絡的容易獲得(8)三個電氣集成可以被執(zhí)行2.3SYMBOLLS-7808激光條形碼掃描器symbolls7808是由symbol開發(fā)的小型、多功能、長掃描距離、更快的條形碼掃描設備。這一特性大大縮短了人們等候的時間，使整個圖書館實現(xiàn)了智能化、自動化，加快了圖書的流轉，如圖2-3所示。symbolls-7808作為掃描器的安裝和先進的功能:(1)出色的條形碼讀取器-對對比度低，模糊或破損條形碼的迅速掃描.(2)全面的條形碼掃描儀——能快速準確地識別條形碼，提高掃瞄效率，提高用戶對條形碼的滿意度。(3)防刮鏡-防止劃傷，提高條形碼讀取的精確度，并能提高其使用年限。(4)獨特的標識“智能電纜”-一根可以通過一根改變的電線與其他主設備相連。(5)掃描儀的省電能力-條形碼可以瞬間節(jié)約能源，節(jié)約能源，延長掃描設備的壽命。(6)可以對蜂鳴機的聲響和頻率進行調(diào)節(jié)。SymbolLS-7808掃描器性能參數(shù)如下表2.1：表2.1掃描器性能參數(shù)表掃描模式：6個掃描角度，18行連鎖掃描線掃描頻率：每秒1,800條掃描線掃描光源：675nm可視激光二極管電機速度：5,500RPM掃描景深：0至6英寸/0至15圖2-3LS-7808激光條形碼掃描器2.4永磁同步齒輪減速電動機在圖書館的借出和還書過程中，不僅要有系統(tǒng)的監(jiān)控，還要有相應的硬件運行，還要有電機的動力，所以在綜合考慮之后，選用了以下幾種電機。圖2-4永磁同步齒輪減速電動機在智能圖書柜的硬件系統(tǒng)中，電動機的運轉是整個系統(tǒng)的關鍵部分，而電動機的選用尤為重要。選用永磁同步齒形減速裝置，其特點是：電動機轉速與電網(wǎng)的穩(wěn)定程度之間存在著一定的相關性。本系統(tǒng)適用于不同轉速的齒輪箱，此款智能書架的回路要求不同轉速、轉動方式，因此很好的解決了以上問題。3書柜的硬件結構設計3.1書架的尺寸設計根據(jù)文獻的整理和整理，我們看到大多數(shù)的書架都是相同的，所以我們就以下的書架的大小作一個簡略的表格：30公分，20公分，50公分厚。透視圖如圖1所示，而該構造的三視圖如圖3至1所示。圖3-1書架三維視圖圖3-2書架結構三視圖3.1.1此設計產(chǎn)品的整體外觀圖圖3-33.2書架結構擺放方式為了方便操作架子的構造，合理地使用小架子的面積，并按照規(guī)則排列，在相同平面內(nèi)的布局圖如圖3-4所示：1號書架6號書架5號書架4號書架3號書架空2號書架7號書架圖3-4書架排列示意圖從這個角度可以看到，這個區(qū)域的布局是：三個小型的書架，四個小型的書架，上方的架子是存放書籍的地方，這個架子的高度是60cm，幾乎和一個小型的辦公桌一樣，充分利用了這個空間。從以上的布局中可以看到，有一個小的書架是閑置的，這種設計的目的是讓7個小的書架在移動時更加的便利，同時也便于師生的閱覽。例如：一個老老師從6個架子上取一本書。接著馬達被控制的訊息處理，7號的書架往上走，4、5、6的架子往右邊挪，這是6個架子的書。3.3書架的傳動方式該書柜采用電動牽引驅動；為防止噪聲，通過引導裝置使架子運動；PLC對其進行了控制。下面的圖表3-5是馬達牽引的圖解。圖3-5電機拖動書架運動示意圖其中1、2、3、7號書架的運動軌跡為上下運動，通過PLC控制馬達的正反兩種方式實現(xiàn)書架的上下運動。與此類似，4、5、6號書架在控制對應書架的電動機的正反方向時，是左右移動，由滑輪來完成，由同一電機來完成，如上圖5號書架，右卷筒卷線向右移動，左側卷筒退線，電動機正向旋轉，而左側卷筒卷線、右側卷筒退線、電動機反轉。4圖書館智能書架軟件系統(tǒng)設計4.1智能書柜借閱的系統(tǒng)設計4.1.1智能書柜的仿真實驗假設因為涉及到智能貨架的一些控制程序必須在上部進行模擬，所以相關的硬件操作還需通過計算機進行計算機模擬。例如，挑選一本書，在選定書籍時，顯示屏上的裝置會將脈沖訊號發(fā)送給PLC，并將其發(fā)送給PLC，而在書柜的傳動裝置中，則由計算機進行對應的模擬，既不會對實際的運行造成任何的干擾，還能模仿真正的書柜。一.試驗程序的假定因為是在電腦上進行仿真操作，所以測試中存在與現(xiàn)實不同的假定。(1)只有20個微型的書架，(2)本機可同時在20個貨架上，實現(xiàn)多種條形碼的自動標識。(3)一種具有LCD顯示器的智能機柜。(4)在此測試中，除了各種故障和書籍缺失等問題外，還存在著本發(fā)明的書柜機排。(5)對一部著作的抽取進行了研究。(6)為了方便進行分析，示出了實例。(7)電子化的標記是一種在熒光屏上顯示的特殊圖像，使得用戶無法從圖書館借閱。(8)挑選書籍。按下“選書”按鈕，即可查看“選書”的功能；點擊所選書籍，以顯示其余書籍。若仍然有選擇的書籍，該選擇會更改，表示能否借到。(9)獲得一本書。按下“選書”按鈕，選擇的圖書將由plc控制器自動旋轉至可觸及的地方。同時，屏幕上的圖書數(shù)量也會相應地改變。一旦您歸還書籍，頁面將會重新回到您的主頁上。(10)如此，將圖書從智慧書柜中全部取出來的過程便已結束。4.1.2智能書柜PLC程序設計將一次圖書的閱讀與存取分為如下階段：一是開始圖書的初期圖書的內(nèi)部傳遞；(1)使用內(nèi)部傳送程序來執(zhí)行最初的圖書目錄的資訊在初始運行仿真系統(tǒng)時，可以將所存儲的仿真圖像用plc傳輸?shù)较鄳獙ο?，使其能夠在重啟?nèi)存時進行重置。程序設計時，需要使用16比特數(shù)據(jù)傳輸命令F0和鎖定中繼，并設置相應的變量。已定義的變量在表4.1中列出：表4.1相應變量的定義表說明上機位FORCECONTROL變量對應PLC地址點擊屏幕顯示選取書籍顯示書籍剩余數(shù)量顯示01書籍02書籍03書籍04書籍05書籍06書籍07書籍08書籍POITROO1.PVPOITROO2.PVPOITROO3.PVJGO1.PVJGO2.PVJGO3.PVJGO4.PVJGO5.PVJGO6.PVJGO7.PVJGO8.PVWR1WR2WR3WR4WR5WR6WR7WR8WR9WR10WR11根據(jù)表4-1編制PLC程序如圖4-1所示：圖4-1PLC程序圖在梯形圖4-2中，在第一次進行系統(tǒng)的初始化時，通過運行提前關斷繼電器R9013將書籍的數(shù)量傳輸?shù)街鳈C。給WR1-WR11和SV0-SV4分別使用FO指令進行分配。WR13、WR15、WR17、WR19、WR20、WR20等的理由，將會在以后的規(guī)劃中加以闡述。（2）選擇圖書過程如果在模擬屏幕上的書顯示要挑選的書還有空閑時間，那么點擊“選擇”鍵，就會在存取欄中顯示這本書的數(shù)量，并給出后面的讀者的建議。在被拿走之前，這本書會一直處于顯示的狀態(tài)，如果你按下相應的按鈕，就說明這本書被拿走了。在表格4.2中列出了已建立的可變列表。圖4-2中顯示了相應的階梯圖形編程。表4.2選擇書籍過程變量表在梯形圖4-2中，一是要將書籍放到出庫，二是要記錄下書籍的數(shù)量。比如，在第一步，單擊“01”，相當于為R205添加了一個（只接受一次的信號，所以采用DF差分指令），并在YO開啟時（01本的燈泡已開啟）時，將會出現(xiàn)01本。由于讀取01書R230是常開的，因此，Y8的輸出代表01書籍在出貨箱子中的展示，即已順利借書。在“拿書01”之后，R230被切斷，Y8不能被傳送出去，說明01已經(jīng)被取走了。用F20命令做加，用F25做減。圖4-24.2書架的控制系統(tǒng)在PLC的遙控下，書架上的微型書架可以隨著書本的選用而移動。例如7個書架的牽引，包括7個小型電機，其工作過程參見4-3。圖4-3工作流程圖對其中的一臺電機PLC控制圖如圖4-4所示。其余電機的控制系統(tǒng)均與此圖類似。主電路圖PC外部接線圖梯形圖圖4-4PLC控制圖將七臺電機按照特定順序連接起來，并在搜索時進行決策，從而確定牽引路徑；整體的控制是由PLC完成的。在智能書柜上，有相應的書皮和圖形，只要被觸動，就會被單片機啟動，在相應的圖書的封面和圖畫中顯示出來，讓人可以隨時查閱。4.3智能書柜還書系統(tǒng)設計4.3.1智能書柜還書系統(tǒng)設計的流程圖4.3.2智能書柜輸入/輸出設備及地址(1)一種輸入設備：一種屏幕顯示設備、傳感器等。(2)輸出設備：中繼、電機、屏幕外殼等.(3)根據(jù)智能貨架的要求和特性，根據(jù)其對輸入點的要求，PLC的輸入和輸出端的特定的地址分配：表4.3：表4.3輸入、輸出具體地址分配表輸入信號：輸出信號：0.00：還書信號10.00：開門電機正轉0.01書本檢測信號10.01：開門電機反轉0.02：掃描成功信號10.02：翻板電機0.03：掃描成功信號10.03：旋轉書箱電機0.04:復位信號10.04:顯示器清零0.05:書箱限位信號10.05:掃描失敗語音提示4.3.3I/O接線圖的設計在實際的電路圖表中，COM是公共的，各種PLC的型號，有各種輸入和輸出的控制點數(shù)。COM的輸入/輸出終端數(shù)量不同。COM的各個終端彼此分離，可以單獨地進行操作。如果功率一樣，COM端子可以被采用。I/O電路如附圖4-3所示。圖4-3I/O電氣接線圖4.3.4還書系統(tǒng)梯形圖程序的設計針對智能貨架上圖書歸還的需要，制定了圖書歸還的相關程序，以方便讀者對圖書的存取與管理。還書的過程中，會有一種開啟和關上的感覺，先將書籍的條形碼掃描到上面，再將上面的條形碼放在上面，讓它處于一定的掃描距離之內(nèi)，當它接近書籍的位置，它就會在上面掃過。一旦確定正確，就可以按照要求，在里面打上指令，再由內(nèi)部控制器進行指令，同時，電機轉動，待還書完成時，書柜將會重新回到原來的位置，直至離開。當沒有完成時，會有一句話出現(xiàn)在顯示屏上：“重新設置一本書。具體流程如圖4-4圖4-4在編程中，通用的電路圖被稱為“梯形圖”。該程序采用了一種從繼電器等控制技術發(fā)展而來的梯形圖形程序設計，是一種以繼電器為基礎的繼電器控制程序，具有直觀和實用的特點，是電氣工程師們最喜愛的plc程序設計語言。根據(jù)圖書存取過程和程序編制的方式，繪制了一張階梯狀的圖形。圖4-5給出了該方案的一部分。指令表是類似于編譯器的一種輔助存儲方法，由一組指令表表示，然后由編程編程器向plc傳送。在歐姆龍編程時，可以把梯形圖和命令式表達式轉換成不同的形式。命令表格的過程如圖4-6所示。圖4-5自助還書部分梯形圖圖4-6自助還書部分指令語句5結論與展望5.1總結與展望此次的智能貨架的整體結構設計，全部由PLC完成。在多次的運用中，本人對PLC有了更深的了解和了解，并為以后的工作做了充足的準備。在創(chuàng)作的過程中，我們可以更好地了解自己的創(chuàng)作習慣。干的更好，更迅速。本PLC控制軟件為初學者所用，其操作簡單，易用，便于初學者學習，這次的設計主要是由于PLC的工作原理。在我剛開始做這個智能書柜的時候，就已經(jīng)翻閱了許多書籍，其中有許多我已經(jīng)遺忘了的知識，而在這個過程中，由于存在著許多問題，我需要一步一步的去改進。盡管這一次的嘗試有些困難，但收獲卻是巨大的。在我做完這些事情后，發(fā)現(xiàn)自己還是有很多不足，這一次我做出來的東西并沒有什么特別的地方，比起動輒數(shù)百元的配件來說，我的書柜就顯得有點簡陋了，不過，這是我的一次嘗試，我覺得，等有了更多的時間，我就能做出更好的作品來。時光飛逝，三年一千零九十五天很快就到了。三年時間的最終使命，就是要讓三年內(nèi)的事情全部實現(xiàn)，同時也是一種反思，一種是在補償自己三年前的疏忽。這也是一個很大的挑戰(zhàn)。一種由學院賦予的認識。很多年過去了，現(xiàn)在回想起來，都是對學校的一種鼓舞。這是一條非常珍貴的命。由于種種因素，整個工程都是不完善的，而這次，他僅僅只是操控了一個架子，并未形成一個成品。只要有時間，只要有機會，我就得好好干。參考文獻馬建勛，梅占馨．筒倉在地震作用下的計算理論[J]．土木工程學報，1997，30（1）：25-30．程周·可編程序控制器原理與應用·北京：高等教育出版社。王永華·現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術.·北京：北京航空航天大學出版社。周美蘭，周封，忘岳宇·PLC電氣控制與組態(tài)設計·北京：科學出版社。吳建強，姜三勇·可編程控制器原理及應用·哈爾濱工業(yè)大學出版社。吳中俊，黃永紅·可編程序控制器原理及應用·北京：機械工業(yè)出版社。王兆義·可編程序控制器教程·北京：機械工業(yè)出版社。張萬忠，劉明芹·電器與PLC控制技術·北京：化學工業(yè)出版社。MohamedT.A.,IanD.M.,TarekT.A.Anumericalinvestigationintothebehaviorofground-supportedconcretesilos?lledwithsaturatedsolids[J].InternationalJournalofSolidsandStructures,2006,43(13):3723–3738.NagaiT.,KurataM.,NakamuraT.,ItoT.,FujikiK.,NakaoM.,etal.PropertiesofmyofibrillarproteinfromJapanesestingfish(Sebastesinermis)dorsalmuscle.FoodResearchInternational,1999,32(6),401–405.姚伯英，侯忠良．構筑物抗震[M]．第四版，北京：測繪出版社，1990．SkolinkMI.Radarhandbook［M］.2nd，NewYork:McGraw-Hill,1990.