【正文】 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。 高速 利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國最大的電力設備生產(chǎn)商 RWE承諾，運用他們的電力線上網(wǎng)技術，其速度要比 ISDN 撥號上網(wǎng)快 30 多倍，比 ADSL 更快 ！ 足以支持現(xiàn)在網(wǎng)絡上各種應用。更高速率的 PLC產(chǎn)品正在研制之中 。 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)絡享受！ 永遠在線 PLC 屬于“即插即用”不用繁瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡。 結構靈活 通過 PLC 技術實現(xiàn) Inter 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，因此，電力線通信設備都是集中在 220V線路變壓器的用戶端。 家庭數(shù)字化 PLC 技術能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡聯(lián)為一體，在室內(nèi)的設備之間構筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡來控制自己家里的電器設備 。 2. 3 自動化立體倉庫的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國 在 自 動化立體倉庫的研究和應用方面起步較早。 1963 年，北京起重運輸機研究所設計了第一臺 橋式堆垛機，并由大連起重機廠完成試制。 1974 年，鄭州紡織機械廠建成了我國第一座立體倉庫，這座倉庫是利用原有鋸齒形廠房改建而成的，用 7 于存放模具。 1977年，北京起重運輸機研究所等單位研究制造出北京汽車制造廠自動化倉庫，這座自動化倉庫屬于整體式結構，采用計算機進行控制和數(shù)據(jù)處理。從此以后，自動化立體倉庫在我國得到迅速發(fā)展。我國目前己經(jīng)建成數(shù)百座各種類型的自動化倉庫，多數(shù)是中小型自動倉庫。目前 ， 自 動化立體倉庫在發(fā)達國家己相當普遍，日本是自動化倉庫發(fā)展最快、建造數(shù)量最多的國家。此外，美國、德國、瑞士、意大利、英國和法國等國家也建造了許多自動化倉庫。 發(fā)展至今，自動化倉庫在設計、制造、自動化控制和計算機管理方面的技術也日趨成熟。近些年我國自動化倉庫技術發(fā)展很快，己實現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，至今在我國已建成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多，我國的自動化立體倉庫與國外發(fā)達國家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設水平上都有著比較大的差距 .由于自動化立體倉庫在當今物流和制造業(yè)中的廣泛應用、計算機技術和網(wǎng)絡技術的推波助瀾，使得立體倉庫的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展趨勢主要有 ： 1 倉儲作業(yè)管理自動化水平逐步提高。隨著生產(chǎn)的進一步發(fā)展，對物流的 要求將更加嚴格。具體來說，就是在要求的時間內(nèi)、在準確的地點、按準確的順 序與方法、提供準確的品種和數(shù)量的貨物。 2. 智能技術將會獲得應用。人工智能技術的發(fā)展，推動了自動化技術向其 高級階段一智能化方向發(fā)展，已經(jīng)在倉庫的設計、搬運系統(tǒng)的控制和儲運設備的 選用等方面應用了專家系統(tǒng)。 3. 倉庫作業(yè)向柔性化發(fā)展。隨 著柔性化的普及，自動化倉庫的儲運作業(yè)也 將向柔性化發(fā)展。國外已經(jīng)開始出現(xiàn)一批可拆卸的或移動式的倉庫結構。 本文立體倉庫模型與工作方式的設定 本文設定倉庫類型為單元貨格式自動化立體倉庫 。倉庫規(guī)模設定為 4 巷道 8 排 20 列10 層共計 1600 個貨位 :倉庫中相關設備主要有巷道式堆垛機、出入庫臺 (位于貨架同側 )、輥道輸送系統(tǒng)等設備，以上設備均通過 S7— 200PLC 進行控制 。工作方式為單元出入庫作業(yè)和揀選出入庫作業(yè)。同時設定管理級與監(jiān)控級位于同一臺計算機上，因此不需要進行遠程訪問，現(xiàn)場 PC 一 PLC 之間通信距離較短時 ，采用簡單的 PC 用 PI 電纜來進行點對點的連結，三臺 PLC之間采用現(xiàn)場總線 PROFIBUS一 DP 網(wǎng)組成網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與實時控制。 系統(tǒng)設計的基本步驟 立體倉庫系統(tǒng)設計與調(diào)試的主要步驟，如下圖 2－ 1所示： 在立體倉庫控制系統(tǒng)的設計過程中主要考慮以下幾點： 深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求。 確定 I/O 設備。根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸 8 出設備。 根據(jù) I/O點數(shù)選擇合適的 PLC類型。 分配 I/O 點，分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線 圖。 設計立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖，根據(jù)工作要求設計出周密完整的梯形圖程序，這是整個立體倉庫系統(tǒng)設計的核心工作。 將程序輸入 PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 立體倉庫整體調(diào)試，在 PLC 軟硬件設計和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。 9 確定課題 研究課內(nèi)容 確定方案 查找資料 設計電氣原理圖 根據(jù)控制要求確定硬件配置 根據(jù)要求編寫程序 系統(tǒng)結構的設計 調(diào)試程序 記錄運行結果并分析 總結 錯誤 圖 2— 1 立體倉庫控制系統(tǒng)設計步驟 10 PLC 控制系統(tǒng)的硬件功能設計與實現(xiàn) 相關硬件簡介 相關硬件簡介 1. 輥道輸送機 本系統(tǒng)中共設有二臺輥道輸送 機，進貨與出貨可根據(jù)需要來設計程序進行自由控制。每臺輥道輸送機的前后均裝有光電傳感器，其作用是確認控制對象 (以小實心物塊代替 )的所在位置。當有物體通過時，傳感器所連接的繼電器瞬間收到脈沖信號，從而確認其位置 .為了真實的模擬物流搬運工序，輥道皮帶設計為既可正轉也可反轉，速度也分為高速及低速兩檔。 2. 四自由度機械手 四自由度機械手為圓柱坐標型，可實現(xiàn) X 軸伸縮、 Y 軸升降、底盤旋轉、臂、腕旋轉功能。機械手用于輥道、出入庫臺之間的貨物傳遞。 3. 全自動立體倉庫 一臺全自動堆垛機、一個巷道、二排貨架 (4 層 6 列 )和二個出入庫臺構成一個全自動立體倉庫。全自動堆垛機其實質為一臺三自由度機械手，有三個運行機構 ： 升降運行機構、行走運行機構和貨叉伸縮機構。 4. 電子標簽系統(tǒng) 電子標簽系統(tǒng)主要由讀寫器和電子標簽組成。電子標簽芯片采用了 INTERMEC 公司的 915MHz芯片，通信數(shù)據(jù)速率為 9600bps，具備防沖突機制，具備數(shù)據(jù)完整性及數(shù)據(jù)安全性。讀寫器采用美國Intermec 公司的 2100 915M 讀寫器。該讀寫器支持串口及標準網(wǎng)口通信。讀取距離可達 5 米，寫入距離為讀取距離的 70%。 在開發(fā)的管理信息系統(tǒng)中，貨品編碼模擬 EPC(Elceortn Prodctuino Cdoe)編碼方式，對商品信息編碼采用 12 個字節(jié)編碼方式。第一個三位編碼為生產(chǎn)廠商編號，第二個三位編碼為客戶編號，第三個三位編碼為種類編號，最后一個三位編碼為流水號。 5. 傳感器件 本系統(tǒng)選用有光電傳感器、顏色識別傳感器、稱重變送器、鐵 (金屬 )/非鐵 (非金屬 )識別傳感器等。 6 步進電機 步進電機是美國 SHAPHON 公司與北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司 98 年初聯(lián)合推出的 SH 系列步進電機驅動器，型號是 SH 一 2H057M。它把計算機控制系統(tǒng)提供的弱電信號放 大為步進電機能夠接受的強電信號?？刂葡到y(tǒng)提供給驅動器兩相重要的信號，一相為 CP 信號 ： 每接受一個脈沖信號就驅動步進電機旋轉一步距角， CP 脈沖的個數(shù)決定了步進電機旋轉的角度，這樣控制系統(tǒng)通過脈沖信號 CP 就可以達到電機調(diào)速和定位的目的 。另一相為方向電平信號 DIR： 它決定了電機的旋轉方向。 PLC 具有高速計數(shù)以及脈沖輸出的功能，通過特定的指令和特殊數(shù)據(jù)存儲器可以產(chǎn)生驅動步進電機的脈沖信號，實現(xiàn)位置控制。 7 通信處理器 EM277 EM 27 7 是連接 SIMATIC 現(xiàn)場總線 PROFIBUS 一 DP 從站的通信模塊，通過 EM277 可以將 S7— 200CPU 作為現(xiàn)場總線 PROFIBUS 一 DP 的從站連接到網(wǎng)絡中。 EM277 經(jīng)過串行 I/0 總線連接到S7— 200CPU。 PROFIBUS 網(wǎng)絡經(jīng)過其 DP 通信端口，連接到 EM277PROFIBUS 一 DP 模塊。作為DP 從站， EM27 模塊接收從主站傳來的多種不同的 1/0 配置，向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。與許多 DP 站不同的是， EM277 模塊不僅僅是傳輸 FO 數(shù)據(jù)， EMZ277 還能讀寫 S7— 200CPU 中定義的變量數(shù)據(jù)塊。 為了將 EM 277 作為一個 DP 從站使用，用戶必須設定與主站組態(tài)中的地 址相匹配的 DP 端口地址。從站地址是使用 EM277 模塊上的旋轉開關設定的。在變動旋轉開關后，用戶必須重新啟動 CPU 電源，以便使新的從站地址起作用。 一旦 EM 277PROFBIUS 一 DP 模塊己用一個 DP 主站成功地進行了組態(tài)， EM277 和 DP 主站就 11 進入數(shù)據(jù)交換模式。在數(shù)據(jù)交換模式中，主站將輸出數(shù)據(jù)寫入到 EM277PROFIBUS 一 DP 模塊，然后， EM277 模塊響應最新的 S7— 200CPU 輸入數(shù)據(jù)。 EM277 模塊不斷地更新其從 S7— 200CPU 傳來的輸入，以便向 DP 主站提供最新的輸入數(shù)據(jù)。然后，該模塊將輸 出數(shù)據(jù)傳送給 S7— 200CPU。從主站傳送過來的輸出數(shù)據(jù)存放在 V 存儲器中 (輸出緩沖區(qū) )由某地址開始的區(qū)域內(nèi)，自動化立體倉庫PLC 控制與貨位分配研究而該地址是在初始化期間，由 DP 主站提供的。傳送到主站的輸入數(shù)據(jù)取自 V 存儲器存儲單元 (輸入緩沖區(qū) )，其地址是緊隨輸出緩沖區(qū)的。 控制系統(tǒng)簡介 實驗平臺上的控制對象可分為三個控制區(qū)域，即輸送帶、機械手及立體倉庫。三個部分的自動控制采用的可編程控制器均為西門子 57 一 20 系列 PLC。三個部分可獨立作為一個課題來進行實驗開發(fā)研究，也可以將三個部分綜合 起來作為一個完整控制系統(tǒng)進行實驗開發(fā)。 1. 輥道輸送機控制 本系統(tǒng)中共有二臺輥道輸送帶，其傳動采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)控制，可進行速度調(diào)節(jié)設定及正、反轉控制。每臺輸送機可由安裝在其上面的光電開關根據(jù)程序設計自動控制啟 /停及正 /反轉，完成貨物送入、取出動作。在實驗臺的按鈕板上有一些轉換開關和按鈕，用于手動控制操作。 2. 四自由度機械手控制 四自由度機械手的 X 軸伸縮、 Y 軸升降、底盤旋轉驅動均采用步進電機，臂腕旋轉采用直流電機驅動，夾爪采用氣動方式。主要完成從二臺輥道輸送機到立體倉庫出入庫臺之間的貨物傳遞。在實驗 臺的按鈕板上有一些轉換開關和按鈕，用于手動控制操作。在發(fā)生緊急情況時，可按下緊停按鈕，用以切斷步進電 機控制模塊的電源。 3. 立體倉庫及自動堆垛機控制 在立體貨庫中配有一臺全自動堆垛機，由二臺步進電機和一臺直流電機控制，可進行行走、升降及叉貨控制。主要根據(jù)設計程序，進行立體倉庫進貨的自動存儲及出貨的自動提取。堆垛機在行走方向共有三個限位開關 ： 左 /右極限限位開關和行走認址限位開關，行走的位置靠碰到限位開關計數(shù)來完成。堆垛機在升降方向共有四個限位開關 ： 上 /下極限限位開關、一個入庫認址限位開關和一個出庫認址限位 開關，升降的位置靠碰到限位開關計數(shù)來完成。在實驗臺的按鈕板上有一些轉換開關和按鈕，用于手動控制操作。在發(fā)生緊急情況時，可按下緊停按鈕，用以切斷步進電機控制模塊的電源。 4 DP 網(wǎng)主站 在一臺計算機中裝有一塊 CSP161網(wǎng)卡和三塊 EM277DP網(wǎng)卡一起構成一個 PROFIBUS一 DP網(wǎng)。CP5611 作 DP 網(wǎng)主站，其余三臺作 DP 網(wǎng)從站。在主站計算機上帶有西門子組態(tài)軟件 WinCC，用來監(jiān)控整個 DP 網(wǎng)的運行，組網(wǎng)的具體方法將在 軟件設計部分 詳細介紹。 S7— 200 系列 PLC 與 PC 機的硬件連接 本自動化立體倉庫 模型整個整個下位控制系統(tǒng)三大組成部分：輥道、機械手、堆垛機的自動控制實現(xiàn)用到的可編程控制器均是 S7－ 200 系列 PLC。同其它的 PLC 一樣基本組成也是由單元加編程器，在需要進行系統(tǒng)擴展時，系統(tǒng)組成中還包括：數(shù)字擴展單元模塊、模擬量擴展單元模塊、通信模塊、網(wǎng)絡、人機界面 HMI 等。 采用 PC/PPT 電纜建立個人計算機與 S7－ 200CPU 的連接。具體實現(xiàn)過程如下： 設置 PC/PPI 電纜開關（下＝ 0，上＝ 1）； 在 DIP 開關上：選擇計算機所支持的波特率： 9600（ 123 設置為 010） 選擇 11 位（ 4 設置為 0） 選擇 DCE（ 5 設置為 0） PC/PPI 電纜的 RS－ 232 端（標有 PC）連接到 PC 的通信口： COM１或 COM2。 12 PC/PPI 電纜的 RS－ 485 端（標有 PPI）連接到 CPU 的通信口。 圖３－１連接 PC/PPI 電纜 ３．３自動化立體倉庫控制系統(tǒng)的總 體設計 本文研究的實驗室規(guī)模的自動化立體倉庫是一個集硬件、軟件、通信、建模、仿真于一體的控制系統(tǒng)。在畢業(yè)論文的完成過程中，首先從對可編程邏輯控制器的學習入手，了解和熟悉了整個系統(tǒng)的的結構和電氣連接圖，完全領會本系統(tǒng)要完成的任務，掌握各電氣設備的工作原理，以便更好地分析和處理工作中出現(xiàn)的問題。制定畢業(yè)論文的方案，即控制系統(tǒng)的流程分析和工作中要完成的任務。統(tǒng)計出用 PLC 控制整個系統(tǒng)所需要的模塊