【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)備驅(qū)動程序是由 VB 程序設(shè)計語言編寫的 DLL（動態(tài)連接庫）文件，設(shè)備驅(qū)動程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來或發(fā)送出去。MCGS 負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中各個部分，完成整個系統(tǒng)的通訊過程。每個驅(qū)動程序獨占一個線程，達(dá)到互不干擾的目的。MCGS 如何產(chǎn)生動畫效果：MCGS 為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，如：一個長方形的動畫屬性有可見度，大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產(chǎn)生一定的動畫效果。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。我們在組態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，在工程運(yùn)行中產(chǎn)生動畫效果的方法是：圖形的每一種動畫屬性中都有一個“表達(dá)式”設(shè)定欄，在該欄中設(shè)定一個與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實時數(shù)據(jù)庫中，以此建立相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，MCGS 稱之為動畫連接。MCGS 如何實施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控：MCGS 提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可通過TCP/IP 網(wǎng)、Modem 網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺計算機(jī)連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實時數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。同時，可利用MCGS 提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。分布式網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的每一臺計算機(jī)都要安裝一套 MCGS 工控組態(tài)軟件。MCGS 把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置?！斑\(yùn)行策略”窗口，建立用戶運(yùn)行策略。MCGS 提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略” ） ，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹碑厴I(yè)設(shè)計（論文）10觀方式，避免了煩瑣的編程工作。第 3 章 硬件部分 立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)該立體倉庫主體由底盤、二層四倉位庫體、運(yùn)動機(jī)械及電氣控制等四部分組成。機(jī)械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機(jī)械元件組成，采用步進(jìn)電機(jī)作為拖動元件。自動化立體倉庫系統(tǒng)主要有三部分組成： (1)倉庫庫體 倉庫本體分為兩個區(qū)，分別為轉(zhuǎn)貨區(qū)和存貨區(qū)。轉(zhuǎn)貨區(qū)主要是由載貨臺組成的，用來周轉(zhuǎn)貨物，當(dāng)貨物入庫以及貨物出庫時，都是通過轉(zhuǎn)貨區(qū)來完成的。儲貨區(qū)由 4 個倉位組成，分為 2 行 2 列，主要用于存儲不同的貨物。在轉(zhuǎn)貨區(qū)、儲貨區(qū)都分別安裝了檢測傳感器，用于檢測對貨物的定位。 (2)巷道起重機(jī) 巷道起重機(jī)由二軸行走機(jī)構(gòu)、貨臺、驅(qū)動器等組成。巷道起重機(jī)總共具有 3 個自由度，能實現(xiàn)水平移動、垂直移動、前后移動等操作，貨物的轉(zhuǎn)移主要是由它完成的。：復(fù)位到初始位置 水平移動到載貨臺位置 取貨 水平、垂直移動指定倉位 放貨 復(fù)位到初始位。：復(fù)位到初始位置 水平垂直移動指定倉位 取貨 水平、垂直移到載貨臺 放貨 復(fù)位到初始位。 (3)PLC 控制單元 PLC 控制單元采用西門子公司生產(chǎn)的 S7200 CPU226 型 PLC,型號為 CPU226CN DC/DC/DC,所有操作控制指令都是由 PLC 發(fā)出的。 立體倉庫的主要硬件原理 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成和工作原理及應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機(jī)時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動機(jī)畢業(yè)設(shè)計（論文）11轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制，實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。為了驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)，必須由一個決定電動機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用 PLC 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制） 、一個使電動機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 傳感器的工作原理和應(yīng)用（1）反射式傳感器的工作原理：當(dāng)物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號與原先的信號相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物的檢測裝置。（2）對射式傳感器的工作原理：當(dāng) 24V 電壓加到發(fā)光二極管 LED1 時，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管 LED2，LED2 接收到光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，輸出為 ON；當(dāng)發(fā)光二極管 LED1 發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管 LED2 接收不到時，LED2 不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為 OFF。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，采用 8 個對射式傳感器作為限位控制。 PLC 的選擇 PLC I/O 點的選擇根據(jù)控制要求，將各輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)列表，準(zhǔn)確的統(tǒng)計出被控設(shè)備對數(shù)需求量，然后在實際統(tǒng)計的 I/O 點數(shù)的基礎(chǔ)上增加 15%～20%的備用量，以便以后調(diào)整和擴(kuò)充。同時要充分利用好輸入和輸出擴(kuò)展單元，提高主機(jī)的利用率，例如S7200 CPU224 分為 14 輸入、10 輸出，S7200 CPU226 分為 24 輸入、16 輸出，還有各種輸入和輸出擴(kuò)展單元，這樣在增加 I/O 點數(shù)時，不必改變機(jī)型，可以通過擴(kuò)展模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。在確定好 I/O 點數(shù)后，還要注意它的性質(zhì)，類型和參數(shù)。畢業(yè)設(shè)計（論文）12根據(jù)本次設(shè)計的立體倉庫系統(tǒng)的輸入、輸出信號，其中外部輸入元件包括：檢測元件、按鈕、取、存、急停、限位開關(guān)等；輸出有三個電機(jī)的正反向、動作指示等。 PLC 型號的選擇本課題根據(jù) I/O 的信號數(shù)量，類型及控制要求，同時考慮到維護(hù)和保養(yǎng)，改造和經(jīng)濟(jì)等諸多因素，根據(jù)以上分析已知應(yīng)選用 S7200 CPU226。其中 PLC 選擇的一般原則為：? PLC 機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機(jī)型。 ? 在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。 ? 對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求。 ? 而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn) PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等） ，可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。 S7200 PLC 的介紹西門子公司的SIMATIC S7200系列屬于小型PLC,用于代替繼電器的簡單控制場合，也可用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它具有強(qiáng)大的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮器作用。 S7200 的可靠性高，可以用梯形圖、語句表和功能圖三種語言來編程。它的指令豐富，指令功能強(qiáng)，易于掌握，操作方便，內(nèi)置有高速計數(shù)器，高速輸出，PID控制器，RS485 通信/編程接口、PPI 通信協(xié)議、MPI 通信協(xié)議和自由端口模式通信功能，最大可以擴(kuò)展到 248 點數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O，最多有 30 多 KB 程序和數(shù)據(jù)存儲空間。畢業(yè)設(shè)計（論文）13第 4 章 軟件部分 STEP7Micro/WIN 編程軟件STEP7Micro/WIN是專門為S7200設(shè)計的，在個人計算機(jī)Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行的編程軟件，它的功能強(qiáng)大，使用方便，簡單易學(xué)。CPU通過PC/PPI電纜或插在計算機(jī)中的CP551CP5611通訊卡通訊。通過PC/PPI電纜，可以在Windows下實現(xiàn)多主站通信方式。STEP7Micro/WIN的用戶程序結(jié)構(gòu)簡單清晰，即通過一個主程序調(diào)用主程序，在中斷事件出現(xiàn)時調(diào)用中斷程序，還可以通過數(shù)據(jù)塊進(jìn)行變量的初始化設(shè)置。用戶可以用語句表、梯形圖和功能塊圖編程，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換，可以用符號表來定義程序中使用變量地址對應(yīng)的符號，例如指定符號啟動按鈕對應(yīng)，使程序便于設(shè)計和理解。STEP7Micro/WIN可以為用戶提供兩套指令集，即SIMATIC指令集（S7200）和國際標(biāo)準(zhǔn)指令集（IEC611313方式）。通過調(diào)制解調(diào)器可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程編程，可以用單次掃描和強(qiáng)制輸出等方式來調(diào)試程序和進(jìn)行故障。畢業(yè)設(shè)計（論文）14 PLC編程界面的構(gòu)成 編程規(guī)則如下：（1）外部輸入/輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器等器件的接點可多次重復(fù)使用，無需用復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少接點的使用次數(shù)。（2）梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈接在右邊。接點不能放在線圈的右邊，在繼電器控制的原理圖中，熱繼電器的接點可以加在線圈的右邊，而 PLC 的梯形圖是不允許的。（3）線圈不能直接與左母線相連。如果需要，可以通過一個沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉接點或者特殊內(nèi)部繼電器的常開接點來連接。（4）同一編號的線圈在一個程序中使用兩次稱為雙線圈輸出。雙線圈輸出容易引起誤操作，應(yīng)盡量避免線圈重復(fù)使用。（5）梯形圖程序必須符合順序執(zhí)行的原則，即從左到右，從上到下地執(zhí)行，如不符合順序執(zhí)行的電路就不能直接編程。（6）在梯形圖中串聯(lián)接點使用的次數(shù)是沒有限制，可無限次地使用。（7）兩個或兩個以上的線圈可以并聯(lián)輸出。 S7200 的通信 S7200 的通信協(xié)議S7200支持多種通信協(xié)議，例如點對點接口（PPI）、多點接口（MPI）和畢業(yè)設(shè)計（論文）15PROFIBUS。這些協(xié)議基于7層開放系統(tǒng)互連模型（OSI），通過一個令牌環(huán)網(wǎng)來實現(xiàn)，令牌環(huán)網(wǎng)遵循標(biāo)準(zhǔn)（IEC61185）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170），它們都是基于字符的異步通信協(xié)議，帶有起始位、8位數(shù)據(jù)、偶校驗和1個停止位。S7200的通信接口是RS485，計算機(jī)可以使用RS232或USB通信接口，多主站PPI電纜用于計算機(jī)和S7200之間的通信，有RS232/PPI和USB/PPI兩種電纜。 在編程軟件中設(shè)置通信接口的參數(shù) 在STEP7Micro/WIN中選擇菜單命令“檢視”→“元件”→“設(shè)置PG/PC接口”或雙擊瀏覽或指令數(shù)中的“設(shè)置PG/PC接口”圖標(biāo)，都可以進(jìn)入設(shè)置接口對話框如下圖。圖 PC/PPI 協(xié)議 在“設(shè)置 PG/PC 接口”對話框中設(shè)置的是計算機(jī)通信接口的參數(shù)。此外還應(yīng)該為 S7200 設(shè)置波特率和站地址，在 STEP7Micro/WIN 中選擇菜單命令“檢視”→“元件”→“系統(tǒng)塊”或雙擊指令樹中的系統(tǒng)塊文件夾下面的“通信端口”圖標(biāo)，將打開設(shè)置的通信參數(shù)的選項卡如圖 。設(shè)置好參數(shù)后把系統(tǒng)塊下載到中才會起作用。畢業(yè)設(shè)計（論文）16 PC/PPI的通訊 在STEP7Micro/WIN中雙擊瀏覽欄或指令樹中的 “通信”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命令“檢視”→“元件”→“通信”，將出現(xiàn)“通信”的對話框。在將新的設(shè)置下載到S7200之前，應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)程站即的地址，使它與的地址相同。 雙擊上圖中“雙擊刷新”旁邊的藍(lán)色箭頭組成的圖標(biāo)，編程軟件將會自動搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的 S7200，并用圖標(biāo)顯示搜索到的 S7200。選中“通信”對話框左下角的“搜索所有波特率”復(fù)選框，可以實現(xiàn)全波特率的搜索。下圖顯示計算機(jī)連接到 S7200。圖 畢業(yè)設(shè)計（論文）17 I/O 地址分配 根據(jù)立體倉庫的控制要求，對 PLC 控制系統(tǒng)的輸入點分配如下表。表 PLC 輸入輸出 I/O 分配輸入與輸出 選擇庫位1按鈕 X軸限位 選擇庫位2按鈕 X軸原點 選擇庫位3按鈕 Y軸限位 選擇庫位4按鈕 Y軸原點 啟動按鈕 Z軸原點 停止按鈕 Z軸限位 取貨按鈕 X軸CP 存貨按鈕 Y軸CP 庫位1傳感器 X軸方向 庫位2傳感器 Y軸方向 庫位3傳感器 Z軸前伸 庫位4傳感器 Z軸回縮 手動控制開關(guān) 步進(jìn)電機(jī)的控制與交直流電動機(jī)不同，僅僅接上供電電源，步進(jìn)電機(jī)不會運(yùn)行的。為了驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)，必須由一個決定電動機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用 PLC 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制） 、一個使電動機(jī)繞組，電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng)，如下圖所示。畢業(yè)設(shè)計（論文）18圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成 將 PLC 的輸出端口 和 接在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的 X 軸和 Y 軸脈沖端口，用于給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送高速脈沖，通過改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大小，將 PLC 的 和 接在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 X 軸和 Y 軸方向端口，通過改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。接線圖如下： 步進(jìn)電機(jī)接線部分 堆垛機(jī)三維位置定位 本系統(tǒng)中堆垛機(jī)由水平、垂直及伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成。水平、垂直部分運(yùn)動分別由X軸、Y軸步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動絲杠完成，伸叉機(jī)構(gòu)由上層的鏟叉和底層的絲杠傳動畢業(yè)設(shè)計