【正文】 每4ms的頻率增量，：（） 式中 a1—水平加速度（mm/s2）。水平運(yùn)動數(shù)學(xué)建模與豎直運(yùn)動數(shù)學(xué)建模類似，下面詳細(xì)說明水平運(yùn)動的數(shù)學(xué)建模。同理，當(dāng)微降按鈕接通時，3YA得電，缸4活塞先向右運(yùn)動，當(dāng)活塞上的擋塊壓下SQ4后，微降停止，當(dāng)貨叉微抬按鈕接通時，4YA得電，缸4活塞退回，當(dāng)活塞上的擋塊壓下SQ3，微抬停止。圖 PLC與觸摸屏的連接 PLC與伺服驅(qū)動器的連接 堆垛機(jī)的水平運(yùn)動和豎直運(yùn)動都是由伺服電動機(jī)驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)的，伺服驅(qū)動器與PLC連接高速脈沖輸出端接口是固定的，本課題需要兩個伺服電動機(jī)來控制，即需要兩個伺服驅(qū)動器，,；,。 CP1H系列PLC的輸入、輸出繼電器的數(shù)量類型類型名稱電源電壓型號通用內(nèi)置輸入通用內(nèi)置輸出X型基本型AC100240VCP1HX40DRADC輸入24點(diǎn)繼電器輸出16點(diǎn)DC24VCP1HX40DTA晶體管（漏型）輸出16點(diǎn)CP1HX40DT1A晶體管（源型）輸出16點(diǎn)XA型帶內(nèi)置模擬輸入輸出端子型AC100240VCP1HXA40DRA繼電器輸出16點(diǎn)DC24VCP1HXA40DTD晶體管（漏型）輸出16點(diǎn)CP1HXA40DT1D晶體管（源型）輸出16點(diǎn)Y型帶脈沖輸入輸出專用端子型DC24VCP1HY20DTDDC輸入12點(diǎn)晶體管（漏型）輸出8點(diǎn) CPM1A 擴(kuò)展單元的連接占有通道數(shù)拓展I/O單元單元名稱單元型號消耗電流（mA）占有CH數(shù)DC5VDC24V輸入輸出輸入輸出40點(diǎn)單元CPM1A40EDR80902CH2CHCPM1A40EDT160CPM1A40EDT1160輸入輸出20點(diǎn)單元CPM1A20EDR103441CH1CHCPM1A2EDT130CPM1A20EDT1130輸出16點(diǎn)單元CMP1A16ER42902CH輸入8點(diǎn)單元CMP1A8ED181CH輸出8點(diǎn)單元CMP1A8ER26441CHCMP1A8ET75CMP1A8ETI75 伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)的選型由于伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)必須要配合使用，不同的工況條件下，所選擇的伺服驅(qū)動器型號和伺服電機(jī)型號都不一樣。開環(huán)控制系統(tǒng)沒有檢測裝置，其驅(qū)動電機(jī)一般為步進(jìn)電機(jī)，閉環(huán)控制系統(tǒng)多采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動，兩種系統(tǒng)都有各自的特點(diǎn)。歐姆龍公司的PLC產(chǎn)品分為大、中和小型機(jī)，大、中型機(jī)采用模塊式結(jié)構(gòu)，小型機(jī)采用整體式結(jié)構(gòu)。 工控計算機(jī)IPC(Industry personal puter)簡稱工控機(jī)，伴隨著PC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工控機(jī)得到了長足的發(fā)展。本控制系統(tǒng)的核心控制器采用歐姆龍PLC，相關(guān)參數(shù)由觸摸屏傳送給PLC，各伺服系統(tǒng)均由一個伺服驅(qū)動器和一個伺服電機(jī)組成，其中水平進(jìn)給和豎直進(jìn)給運(yùn)動都帶有一個減速裝置，且PLC向驅(qū)動器發(fā)出脈沖和方向信號，經(jīng)由伺服控制系統(tǒng)控制伺服電機(jī)，驅(qū)動齒輪帶動堆垛機(jī)運(yùn)動，把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為堆垛機(jī)的往返移動，分別帶動堆垛機(jī)水平前進(jìn)、返回和豎直前進(jìn)、返回，貨叉的旋轉(zhuǎn)是采用普通電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。取貨或存貨結(jié)束后，堆垛機(jī)先豎直返回，然后水平返回。圖 自動化立體倉庫總體布局圖通過對本課題的分析，堆垛機(jī)需要水平運(yùn)動、垂直運(yùn)動，而且均要求位置控制和速度控制，所以采用兩個伺服驅(qū)動器分別控制兩個伺服電動機(jī)實(shí)現(xiàn)；貨叉的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)用普通電動機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)來控制；貨叉的伸出、縮回和微抬、微降用液壓系統(tǒng)來控制。此課題的控制系統(tǒng)主要由PLC來控制，目前PLC生產(chǎn)廠商較多，易于購買，且使用壽命長和低故障率是世人所公認(rèn)的。自動化立體倉庫正處于不斷發(fā)展和完善的階段，大型自動化立體倉庫已經(jīng)不是發(fā)展方向，而規(guī)模小、反應(yīng)速度更快、用途更廣泛的自動化倉庫是未來的發(fā)展方向。近年來我國自動化倉庫技術(shù)【3】發(fā)展很快，已實(shí)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。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。目前，這類倉庫最大高度達(dá)到40多米，最大庫存可大至數(shù)萬甚至十多萬個貨物單位，可以做到無人操作，按計劃入庫和出庫的全自動控制，并且可以實(shí)現(xiàn)倉庫的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理。倉庫一般由高層貨架、倉儲機(jī)械設(shè)備、建筑物及控制和管理設(shè)施等部分組成。發(fā)展至今，自動化倉庫在設(shè)計、制造、自動化控制和計算機(jī)管理方面的技術(shù)也日趨成熟。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發(fā)達(dá)國家相比，無論從數(shù)量上還是建設(shè)水平上都有比較大的差距。它結(jié)合先進(jìn)的控制技術(shù)，應(yīng)用到分段輸送和按預(yù)定線路輸送方面，保持了高度的柔性和高生產(chǎn)率，滿足了工業(yè)庫存搬運(yùn)的需要。又因PLC控制程序能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化，降低物流系統(tǒng)的故障率，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。貨格的長度、高度，以及堆垛機(jī)的水平速度、豎直速度、水平加速度、豎直加速度，還有存取貨物的行、列等信息的輸入和顯示都由人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)共設(shè)計了兩種工作模式：自動運(yùn)行模式、手動運(yùn)行模式。在實(shí)際操作中，堆垛機(jī)的運(yùn)動控制可通過人機(jī)界面向PLC傳送數(shù)據(jù)，PLC對其輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后向各個伺服驅(qū)動器發(fā)出脈沖控制信號讓伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，再通過各電機(jī)軸自帶的光電編碼器進(jìn)行采樣，將位置與速度反饋給伺服驅(qū)動器。圖 自動化立體倉庫控制系統(tǒng)原理圖MINASA4系列驅(qū)動器有三種基本的控制方式：位置控制模式、速度控制模式、扭矩控制模式。工控機(jī)多在惡劣的環(huán)境下使用，易維護(hù)、散熱、防塵性能好，尺寸限制嚴(yán)格。小型機(jī)：我國早期使用較多的歐姆龍小型PLC主要有CPM1A、CPM2A系列，其性價比高、社會擁有量大，現(xiàn)在已逐漸被功能更為強(qiáng)大的的升級產(chǎn)品CP1H、CP1L系列小型PLC取代。綜合比較，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。為了滿足本課題的要求，選擇驅(qū)動器型號為C型三相220V(MCDDT3520)，因?yàn)樗欧姍C(jī)1和伺服電機(jī)2分別控制堆垛機(jī)的水平運(yùn)動和豎直運(yùn)動，這兩個運(yùn)動均需要有減速裝置，所以均選擇型號MSMDO42S1*。圖 PLC與伺服驅(qū)動器1的連接 貨叉的控制 貨叉的液壓控制由實(shí)際分析可知，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)動到指定貨格位置時，貨叉需要微抬、微降，伸出、縮回實(shí)現(xiàn)貨物的進(jìn)出，在本課題中，由液壓系統(tǒng)【11】實(shí)現(xiàn)這些過程。 貨叉的轉(zhuǎn)動控制立體倉庫需要控制貨叉的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行取貨和存貨。，當(dāng)程序調(diào)用水平子程序時，堆垛機(jī)開始水平運(yùn)動，OA為水平加速階段，AB為水平勻速階段，BC為減速階段，BD為低速階段，DE為運(yùn)動停止階段。因?yàn)樗綄?shí)時位移等于累計脈沖與脈沖當(dāng)量的乘積，即L=Q1Pm1 （）式中 Q1—伺服電動機(jī)1累計脈沖個數(shù)。相對的，HMI也可以直接控制PC的行為表現(xiàn)，例如要求PC儲存HMI或PLC上的數(shù)據(jù)。, , 。圖 存貨界面 圖 取貨界面圖 存貨界面參數(shù)設(shè)置后 手動參數(shù)界面設(shè)置，由于在水平界面和豎直界面中，兩個伺服電動機(jī)和齒輪參數(shù)已經(jīng)設(shè)置了地址，在手動程序中可以直接利用，而手動速度要求比較低，不能利用水平界面和豎直界面中的速度，所以在手動界面中只需設(shè)置手動速度就可以，手動速度地址為D450，當(dāng)按下返回主菜單時返回主界面。其中取貨子程序、存貨子程序、手動子程序是主程序里的子程序，其余的五個子程序是取貨和存貨程序中的子程序。在子程序中在調(diào)用其他的子程序稱為嵌套，子程序調(diào)用指令的嵌套最多為16層0 ~ 255（十進(jìn)制）子程序進(jìn)入SBN NSBNN 開始編號為N的子程序0 ~ 255（十進(jìn)制）子程序返回RETRET 子程序結(jié)束，并返回調(diào)用指令的下一條指令無操作數(shù) 數(shù)據(jù)傳送（MOV）指令指令名稱、 格式與符號功能說明操作數(shù)使用舉例SD傳送MOV S DMOVSD將S通道中的16位數(shù)據(jù)送入D通道CIO、W、H、A、T、C、D、D、*D、DR和常數(shù)CIO、W、H、A、T、C、D、D、*D、DR 1000CHMOVD100 S D，MOV指令執(zhí)行，將1000CH中的數(shù)據(jù)送入D100中 數(shù)據(jù)移位指令（SFT）指令名稱、格式與符號功能說明操作數(shù)DD2移位寄存器SFT D1 D2移位信號輸入數(shù)據(jù)輸入SFT復(fù)位輸入D1D2 當(dāng)移位信號輸入上升沿時，D1到D2所有通道中的數(shù)據(jù)都往左移一位（即低位往高位移一位），數(shù)據(jù)輸送端送來的數(shù)據(jù)移入D1通道的最低位，D2通道的最高位數(shù)據(jù)被移出而刪除，具體如下圖所示： 當(dāng)復(fù)位輸入為ON時，將D1到D2所有通道位復(fù)位清零。操作數(shù)說明C1：端口指定 0000 Hex:脈沖輸出0 0001 Hex:脈沖輸出1 0002 Hex:脈沖輸出2 0003 Hex:脈沖輸出3C2：模式指定 S:設(shè)定表低位CH編號 （PRV)指令名稱、格式與符號操作數(shù)功能說明PRVC1C2D C1：端口設(shè)定 C2：控制數(shù)據(jù) D:當(dāng)前值保存低位CH編號 在C1指定的端口讀取由C2指定的數(shù)據(jù)。當(dāng)轉(zhuǎn)換自動開關(guān)時，判斷取貨還是存貨，如果轉(zhuǎn)換手動開關(guān)時，進(jìn)入手動子程序。（伺服1 ON）置1且保持,當(dāng)伺服停止（）按鈕接通時，（伺服1 ON）被復(fù)位，伺服1 ON 斷開。圖中計算運(yùn)動參數(shù)有水平運(yùn)動位移和豎直運(yùn)動位移。再將取反后地址D501與觸摸屏上貨物指示燈地址W300進(jìn)行與運(yùn)算，就可以將取出貨物的小燈位變?yōu)?，其余位不變，指示燈熄滅，表示無貨。 水平子程序、返回水平子程序流程圖 根據(jù)水平子程序、返回水平子程序流程圖畫出相應(yīng)的順序功能圖，水平子程序順序功能圖（左),返回水平子程序順序功能圖（右)，減速點(diǎn)位移存放在D7028，水平運(yùn)動實(shí)時位移1放到D7016，水平計算位移存放在D5028，水平運(yùn)動實(shí)時位移2放到D7124，當(dāng)水平實(shí)時位移1等于計算減速點(diǎn)位移時（D7028=D7016），ACC減速進(jìn)給，當(dāng)水平實(shí)時位移2等于計算位移時（D5028=D7124），水平運(yùn)動停止返回程序。在程序初始階段，當(dāng)計數(shù)器到達(dá)計數(shù)次數(shù)時，移位停止，移位次數(shù)即為計數(shù)器次數(shù)。當(dāng)按下左行按鈕時，開始勻速運(yùn)動，由頻率指定(SPED)實(shí)現(xiàn)，下降沿（DIFU）的作用是當(dāng)出現(xiàn)一個下降沿時接通，在本程序中，從而動作控制模式（INI）指令執(zhí)行，使左行運(yùn)動停止，同理右行和上升下降過程也是如此，此處程序沒有體現(xiàn)，具體程序見程序清單。主要完成了以下幾方面內(nèi)容： 完成了自動化立體倉庫的總體方案設(shè)計，庫體為4行4列共16個貨格，堆垛機(jī)的運(yùn)動包括左行、右行、上升、下降，貨叉的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、伸出、縮回、微抬、微降，其中堆垛機(jī)的左行、右行、上升、下降要求伺服控制，其余為開關(guān)量控制，控制器選用PLC，人機(jī)交互采用觸摸屏； 完成了自動化立體倉庫的詳細(xì)設(shè)計，包括PLC外電路連接設(shè)計、相關(guān)數(shù)學(xué)建模建立、人機(jī)交互界面各種功能和頁面設(shè)計以及控制程序設(shè)計。在此，我再次感謝我的指導(dǎo)教師。 2011 Published by Elsevier Ltd. Selection and/or peerreview under responsibility of [CEIS 2011]Keywords：electromechanical control, workintegrated learning, training, teaching。因時間倉促，本設(shè)計有許多不足之處： 立體倉庫的動作只有取、存動作，而沒有換（從這個倉位直接換到另一個倉位）； 在取和存兩個動作之間，貨叉必須返回原點(diǎn)處，才可以執(zhí)行下一動作，在這過程中控制系統(tǒng)沒有記憶功能，這就使得系統(tǒng)在執(zhí)行動作時運(yùn)行時間較長，程序上編寫不太合理等； 本設(shè)計觸摸屏界面設(shè)計的不太美觀。 手動子程序 重復(fù)輸出程序在程序的編程中，比如說取貨、存貨中都有貨叉的伸出、縮回、微抬、微降、堆垛機(jī)的左行、右行、上升、下降等等都不止一次出現(xiàn)，所以需要將這些重復(fù)輸出編寫到一起，否則會出現(xiàn)程序編譯錯誤。從而實(shí)現(xiàn)了判斷該貨格有無貨的目的。程序中FIX指令是把運(yùn)算后的浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化為BIN數(shù)；頻率加減速控制ACC表示水平運(yùn)動加速階段，第一個0000表示脈沖輸出0，第二個0000表示CW/CWW輸出方向CW，D7062表示加速比率，目標(biāo)比率放到D7063地址中。 取貨子程序同理，存貨程序與取貨程序類似，但存貨位置1是用邏輯或ORW來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)取貨子程序的順序功能圖編寫出取貨PLC程序。 主程序 取貨子程序設(shè)計根據(jù)本課題。上電第一次運(yùn)行程序時候執(zhí)行