【導(dǎo)讀】監(jiān)控等現(xiàn)代化技術(shù)的生產(chǎn)設(shè)備。為配合卓越工程師試點工作中的課程改革，結(jié)合教學研究任務(wù)，本設(shè)計針。對學校實驗室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉庫環(huán)節(jié)進行實驗前期準備工作。本設(shè)計主要由三層12倉位的立體倉庫和四自由度碼垛機械手兩部分組成。組態(tài)軟件制作監(jiān)控仿真界面。

　　

【正文】 ，直至電機停止。 參數(shù) Speed 決定 RUN 啟用時的速度。速度限制為啟動 /停 止速度或本范圍以外的Speed 參數(shù)的最大值。速度是一個每秒多少個脈沖的雙整型（ DINT）值。電機運行時可以修改該速度參數(shù)。 圖 將 PTO輸出置為手動模式 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 34 圖 為 PTO 輸出執(zhí)行運動操作梯形圖 。 接通 EN 位，使能該子程序。確保 EN位保持接通，直至 Done 位指示該子程序已完成。 其 各 引腳的功能如下： 接通參數(shù) Abort，命令位控模塊停止當前的包絡(luò)并減速直至電機停下。 模塊完成該指令時，參數(shù) Done 接通。參數(shù) Error 包含指令的執(zhí)行結(jié)果。 參數(shù) C_Profile 包含位控模塊當前正在執(zhí)行的包絡(luò)。參數(shù) C_Step 包含當前正在執(zhí)行的包絡(luò)的步。 圖 對 PTO輸出 執(zhí)行運動操作 圖 為 EM253 位控模塊的使能和初始化梯形圖 ，該 指令在 S7200 每次轉(zhuǎn)換為 RUN 模式時自動向位控模塊發(fā)出命令，裝載組態(tài) /包絡(luò)表。 MOD_EN 參數(shù)必須為接通狀態(tài)以確保其它位控指令發(fā)送命令給位控模塊。如果MOD_EN 參數(shù)為斷開狀態(tài)。位控模塊放棄所有正在進行當中的命令。 圖 對 EM253 位控模塊的使能和初始化 圖 是 將 EM253 位控模塊置于手動模式。這種模式下，電機可以以不同的速度運轉(zhuǎn)或者沿正向或反向點動。 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 35 使能 RUN（ Run/Stop）參數(shù)則命令位控模塊按指定方向（參數(shù) Dir）加速到指定速度（參數(shù) Speed）。您可以在電機運行時改變速度值，但參數(shù) Dir 必須保持恒定。禁止參數(shù) RUN 則命令位控模塊減速至電機停止。 使能參數(shù) JOG_P（點動正轉(zhuǎn)）或 JOG_N（點動反轉(zhuǎn)）命令位控模塊沿正向或反向點動。如果 JOG_P 或 JOG_N 有效的時間短于 秒，位控模塊則輸出脈沖運動到JOG_INCREMENT 所指定的距離。如果 JOG_P 或 JOG_N 的有效時間等于或長于 秒，位控模塊則開始加速到 JOG_SPEED 所指定的速度 。 圖 將 EM253 位控模塊置于手動模式 圖 為利用 EM253 位控模塊指令走到指定位置 。接通 EN 位使能該指令。確保 EN 位始終保持接通直到 Done 位指示指令完成。 接通參數(shù) START 發(fā)送一個 RUN 命令給位控模塊。每一循環(huán)周期，只要 START參數(shù)接通且位控模塊不忙，該指令發(fā)送一個 RUN 命令給位控模塊，要保證該命令只發(fā)一次，使用邊沿檢測指令以脈沖觸發(fā) START 參數(shù)接通。 參數(shù) Pos 包含一個表示運動位置（對于絕對運動）或運動距離（對于相對運動）的值?；谒x的測量單位，該值可以是一個脈沖數(shù)（雙整數(shù) ）或工程單位數(shù)（實數(shù)）。 參數(shù) Speed 決定了運動的最大速度?；跍y量單位，該值可以是一個每秒脈沖數(shù)（雙整數(shù)）或是每秒工程單位（實數(shù)）。 參數(shù) Mode 可選擇運動類型： 0 為 絕對位置 ； 1 為 相對位置 ； 2 為 單速連續(xù)正向轉(zhuǎn)動 ； 3 為 單速連續(xù)負向轉(zhuǎn)動 。 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 36 圖 用 EM253 位控模塊指令走到指定位置 圖 為倉位的選擇，立體倉庫共有三層 12 倉位， 控制第一層倉格的選擇， 控制第二層倉格的選擇， 控制第三層倉格的選擇。當?shù)谝粚颖贿x中了，第二、三層將不能選擇，同樣當?shù)诙颖?選中了，第一、三層 將不能選擇，當?shù)谌龑颖贿x中了，第一、二層將不能選擇。 當?shù)谝粚颖贿x中時， 閉合得電，此時根據(jù)梯形圖由上到下的順序進行判斷倉位，當?shù)谝粚?1 倉位無貨物時， 閉合得電，第一層 1 倉位將被選中，此時梯形圖繼續(xù)往下進行時，其他倉位將不能再被選取；當?shù)谝粚?1 倉位有貨物時，梯形圖將繼續(xù)往下判斷第一層 2 倉位，其他倉位同理。 圖 倉位的選擇 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 37 圖 為報警梯形圖，當碼垛機開始運行使 得電后報警 ；當立體倉庫倉滿、急停按鈕按下和碼垛機運行結(jié)束后時報警會出現(xiàn)報警。 圖 報警梯 形圖 本章小結(jié) 在這一章節(jié)中，首先簡單介紹了西門子 S 系列 PLC 軟件的使用；根據(jù)第二章、第三章中確定的碼垛機控制方案和 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 以及 I/O 合理的分配，制定碼垛機的工作流程圖， 完成整個 碼垛機的軟件 程序的設(shè)計。 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 38 第 5章 組態(tài)王 仿真 畫面的設(shè)計 組態(tài)王監(jiān)控軟件 介紹 工業(yè)組態(tài)軟件是一種集數(shù)據(jù)采集與過程控制為一體的專用軟件，它能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。目前國內(nèi)廣泛使用的工業(yè)組態(tài)軟件有以 INTOUCH、 WinCC 為代表的進口高端產(chǎn)品和以北京亞 控組態(tài)王 KingView 為代表的在國內(nèi)工控界比較有影響的民族品牌，國產(chǎn)組態(tài)軟件同樣提供了資源管理器式的操作主界面，具有豐富的圖形、圖表功能和很強的網(wǎng)絡(luò)功能，由于這些卓越的性能，甚至也被國外的廠商所采用。 組態(tài)王組態(tài)軟件的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常是一種柔性結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)立專門的 I/O 服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、報警服務(wù)器、登錄服務(wù)器和 WEB 服務(wù)器等。它完全基于網(wǎng)絡(luò)的概念，是一種真正的客戶 \服務(wù)器模式，支持分布式歷史數(shù)據(jù)庫和分布式報警系統(tǒng)，可運行在基于 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)上，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)上、下位機互連以及更 高層次的廠級連網(wǎng)。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域，它主要與 PLC 直接連接或通過網(wǎng)絡(luò)成為網(wǎng)絡(luò)中的一個控制節(jié)點，可以直接讀寫 PLC 內(nèi)部的寄存器狀態(tài)。利用觸摸屏組態(tài)設(shè)計軟件（不同的品牌具有不同的設(shè)計軟件），制作對應(yīng)的組態(tài)畫面。當系統(tǒng)運行時，即可通過 PLC 采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)（如 PROFIBUS、 MODBUS 等）傳遞至觸摸屏。通過它我們可以及時查看現(xiàn)場信息；同 時，各類狀態(tài)信息、報警信息、控制信號等都能以文字、圖像、音樂、解說、動畫、錄像等多種形式，直觀、形象地展示在用戶面前。 組態(tài)王監(jiān)控軟件 仿真 設(shè)計 組態(tài)監(jiān)控的設(shè)計是 為了方便我們能夠?qū)崟r監(jiān)控現(xiàn)場的生產(chǎn)狀態(tài)，了解設(shè)備狀況和生產(chǎn)進度。 工程瀏覽器是組態(tài)王的集成開發(fā)環(huán)境 ， 使用和 Windows 的資源管理器類似，如圖 所示 。 在這里您可以看到工程的各個組成部分包括 Web、文件、數(shù)據(jù)庫、設(shè)備、系統(tǒng)配置、 SQL 訪問管理器，它們以樹形結(jié)構(gòu)顯示在工程瀏覽器窗口的左側(cè)。 工程瀏覽器由菜單欄、工具條、工程目錄顯示區(qū)、目錄內(nèi)容顯示區(qū)、狀態(tài)條組成。“工程目錄顯示區(qū)”以樹形結(jié)構(gòu)圖顯示大綱項節(jié)點，用戶可以擴展或收縮工程瀏覽器中所列的大綱項。 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 39 圖 北京亞控組態(tài)王 工程瀏覽器 本設(shè)計的 組態(tài)開發(fā) 軟件選擇了北京亞控的組態(tài)王軟件，設(shè)計該軟件主要解決 以下兩個問題： 建立組態(tài)軟件與 PLC之間的通訊連接 圖 設(shè)置串口參數(shù) 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 40 組態(tài)軟件與 PLC 之間建立通訊連接需要按如下步驟進行： (1) 在組態(tài)軟件中設(shè)置串口參數(shù)，具體設(shè)置如圖 所示。 (2) 選擇連接的 PLC 及通訊電纜，在這里選擇使用 MPI 電纜連接 PC 與 PLC，參考圖 ： 圖 設(shè)備設(shè)置向?qū)? 再按下一步繼續(xù)完成相關(guān)設(shè)置，根據(jù)提示輸入設(shè)備的邏輯名稱（自定義一個名稱，方便我們知道連接的是哪一站）、選擇 COM 口（如上所使用的為 COM1 口，則選擇COM1 即可，這里需要根據(jù)實際情況設(shè)置，如 COM1 已被其他設(shè)備占用，需選擇其他 COM 口）、填寫 PLC 的地址、連續(xù)按下一步選擇默認屬性即可。通過以上幾個步驟的設(shè)置，就能順利建立起組態(tài)軟件與 PLC 之間的通訊連接，為我們后續(xù)的監(jiān)控和管理作好鋪墊。 組態(tài)畫面及監(jiān)控元素的設(shè)計 組態(tài)監(jiān)控畫面的設(shè)計主要明確監(jiān)控對象是什么。在 FMS 柔性制造系統(tǒng)中，很多環(huán)節(jié)需要我們能夠?qū)崟r掌握其運行狀態(tài)，了解生產(chǎn)需求。所以在設(shè)計畫面上，需要先了解哪些要素是需要我們能隨時掌控的，包括設(shè)備動作流程、報警信息采集、數(shù) 據(jù)接收顯示、歷史數(shù)據(jù)處理等。 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 41 本設(shè)計 針對 自動化立體倉庫的碼垛機 ，主要設(shè)計了以下監(jiān)控 仿真 畫面： 圖 立體倉庫碼垛機組態(tài)監(jiān)控仿真畫面 具體實現(xiàn)過程參照如下步驟： (1) 定義外部設(shè)備變量； 數(shù)據(jù)詞典中存放的是應(yīng)用工程中定義的變量以及系統(tǒng)變量。變量可以分為基本類型和特殊類型兩大類，基本類型的變量又分為內(nèi)存變量和 I/O 變量兩種。 “I/O 變量 ”指的是組態(tài)王與外部設(shè)備或其它應(yīng)用程序交換的變量。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(tài)的，就是說在組態(tài)王系統(tǒng)運行過程中，每當 I/O 變量的值改變時，該值就會自動寫入外部設(shè)備或遠程 應(yīng)用程序；每當外部設(shè)備或遠程應(yīng)用程序中的值改變時，組態(tài)王系統(tǒng)中的變量值也會自動改變。所以，那些從下位機采集來的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機的指令，都需要設(shè)置成 “I/O 變量 ”。那些不需要和外部設(shè)備或其它應(yīng)用程序交換，只在組態(tài)王內(nèi)使用的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設(shè)置成 “內(nèi)存變量 ”， 在工程瀏覽器樹型目錄中選擇 “數(shù)據(jù)詞典 ”，在右側(cè)雙擊 “新建 ”圖標，彈出 “定義 變量 ”對話框，如圖 所示 。 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 42 圖 定義變量 (2) 創(chuàng)建組態(tài)畫面； 在工程瀏覽器左側(cè)的 “工程目錄顯示區(qū) ”中選擇 “畫面 ”選項，在右側(cè)視圖中雙擊 “新建 ”圖標，彈出新建畫面對話框 ，如圖 所示 。 圖 組態(tài)王新建畫面 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 43 接下來在此畫面中繪制各種圖素，繪制圖素的主要工具放置在圖形編輯工具箱內(nèi)。當畫面打開時，工具箱自動顯示，如圖 所示。 圖 畫面工具箱 使用圖庫管理器降低了工程人員設(shè)計界面的難度，縮短開發(fā)周期；同時用圖庫開發(fā)的軟件將具有統(tǒng)一的外觀，方便工程人員學習和掌握；另外利用圖庫的開放性，工程人員可以生成自己的圖庫元素。 選擇 “圖庫 ”菜單中 “打開圖庫 ”命令或按 F2 鍵打開圖庫管理器，如圖 所示。 圖 圖庫管理器 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 44 根據(jù)碼垛機 的結(jié)構(gòu)， 繪制的 組態(tài)王 碼垛機畫面如圖 所示。 圖 畫面的繪制 (3) 動畫連接 所謂 “動畫連接 ”就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系。 打開畫面，在畫面上雙擊需要動作的圖形，彈出該圖庫的動畫連接對話框，如圖 所示。 圖 動畫連接 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 45 (4) 命令語言 命令語言的格式類似 C 語言的格式，工程人員可以利用其來增強應(yīng)用程序的靈活性。組態(tài)王的命令語言編輯環(huán)境已經(jīng)編好，用戶只要按規(guī)范編寫程序段即可，它包括：應(yīng)用程序命令語言、熱鍵命令語言、事件命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言、自定義函數(shù)命令語言和 畫面命令語言等。 命令語言的句法和 C 語言非常類似，可以說是 C 的一個簡化子集，具有完備的詞法語法查錯功能和豐富的運算符、數(shù)學函數(shù)、字符串函數(shù)、控件函數(shù)、 SQL 函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)。各種命令語言通過 “命令語言編輯器 ”編輯輸入并進行語法檢查，在運行系統(tǒng)中進行編譯執(zhí)行。 其程序如圖 所示。 圖 組態(tài)王 KingView 程序編寫 本章小結(jié) 本章主要對組態(tài)監(jiān)控仿真軟件進行了一些簡單的介紹，本設(shè)計 使用的是北京亞控組態(tài)王 KingView，對 使用 北京亞控組態(tài)王 KingView 的 設(shè)計過程 簡單講解了一些 ， 最后成功 的完成了碼垛機的組態(tài)畫面仿真。 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 46 結(jié) 論 本設(shè)計是以西門子 PLC 中的 S7200 為主要控制核心設(shè)計 柔性制造系統(tǒng) 碼垛機的各個動作流程，然后應(yīng)用組態(tài)王的監(jiān)控仿真軟件對碼垛機入庫動作的模擬。 在設(shè)計中， 完成的主要工作如下 ： 對碼垛機的外部接線 圖的 設(shè)計 ； 對 PLC 的 I/O 分配 ，以及 PLC 梯形圖的編寫 ； 制作組態(tài)王界面，完成碼垛機的 模擬 仿真 畫面 。 此外，可從以下方面對 碼垛機的 設(shè)計進行改進和深化： 碼垛機 在運行過程中難免會產(chǎn)生各種故障，在接下 來 的工作中， 可以 使系統(tǒng)能夠?qū)收虾蛨缶M行分析和處理。能方便 維修人員及時發(fā)現(xiàn)故障原因并獲取解決方案，進一步提高設(shè)備的利用率和產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。 可以 進行碼垛機 PLC 的實物連接，利用組態(tài)王 KingView 軟件，對碼垛機的工作情況進行監(jiān)控仿真調(diào)試。 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 47 參考文獻 [1]張萬忠 .可編程控制器入門與應(yīng)用實例 (西門子 S7200系列 )[M].北京 :中國電力出版社 ,2021 [2]傅桂榮 ,蘇紅娟 ,俞春輝 .自動立體倉庫實驗裝置的研制 [J].實驗室研究與探索 , 2021,23(9):2931. [3]王惠 .基于 PLC 的巷道式堆垛機控制設(shè)計 [J].長治學院學報 ,2021,28(2):6869. [4]裘為章 .物料搬運自動化 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,1992 [5]萬雄杰 .我國碼垛機的發(fā)展概況 [J].化工起重運輸設(shè)計 ,1995,(1):25. [6]劉晉浩 ,魏占國 .PLC 在模擬立體倉庫堆垛機裝置控制上的應(yīng)用 [J].森林工程 , 2021,23,(5):3335. [7]王紹勝 ,程俊廷 .基于柔性制造系統(tǒng)自動化立體倉庫的過程控制研究 [J].組合與自動化加工技術(shù) ,2021(8):5760. [8]周天沛 ,代洪 .基于 PLC 的自動化立體倉庫控制系統(tǒng) [J].起重運輸機械 ,2021 (2):4346. [9]沈治 .基于 S7200PLC 的堆垛機自動控制系統(tǒng)的設(shè)計 [J].工礦自動化 ,2021(3): 130132. [10]譚益智 .柔性制造系統(tǒng) [M].北京 :兵器工業(yè)出版社 ,1996:511. [11]Talavage J, Hannam R manufacturing systems in practice/ applications, design, and simulation [J]. Marcel Dekker Inc., New York and Basel,1988,23(7):1618. [12]MALEKI R A. Flexible manufacturing system [J].the technology and management. Prentice Hall Inc.,2021,22(5):3436. [13]Andel, Automated Palletizing Work in Distribution[J].Material Handling amp。 Logistics,2021,66(10):2831. [14]Mans, Jack. Robotic palletizer has many benefits[J]. Packaging Digest, 2021,41(6):4849. [15]王伯雄 .測試技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京 :清華大學出版社 ,2021:180279 [16]孫寶元 ,楊寶清主編 .傳感器及其應(yīng)用手冊 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021 [17]楊后川 ,祖先鋒 ,張冬冬 ,周森 .西門子 S72OOPLC 編程速學與快速應(yīng)用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 48 [18]李成偉 ,朱秀麗 ,負超 .碼垛機器 人機構(gòu)設(shè)計與控制系統(tǒng)研究 [J].機電工程 ,2021, (12):8185. [19]張超群 ,蔡鶴皋 ,李清源 .PLC 在碼垛生產(chǎn)線中的應(yīng)用 [J].電氣自動化 ,1998(1). [20]史建平 .PLC 在控制模塊式立體車庫中的應(yīng)用 [J].常州工學院學報 ,2021. [21]西門子 (中國 )有限公司 .S7200 可編程控制器系統(tǒng) 手冊 [S].西門子 (中國 )有限公司 ,2021 [22]柴瑞娟 ,陳海霞 .西門子 PLC 編程技術(shù)及工程應(yīng)用 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021:6985. [23]西門子 (中國 )有限公司自動化驅(qū) 動集團 .深入淺出西門子 S7200PLC(第 3版 )[M].北京 :北京航空航天大學出版社 ,2021 [24]李成偉 ,負超 .碼垛機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 ,2021, (5):910 [25]楊后川 ,張瑞 ,高建設(shè) ,曾勁松 .西門子 S7200PLC 應(yīng)用 100 例 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021 [26]陳志文 .組態(tài)控制實用技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,2021:165186. [27]王寧 ,吳利濤 .深入淺出西門子人機界面 [M].北京 :北京航空航天大學出版社 ,2021:120132. [28]北京亞控科技發(fā)展有限公司 ,組態(tài)王 手冊 [S].北京亞控科技發(fā)展有限公司 ,2021 [29]北京亞控科技發(fā)展有限公司 ,組態(tài)王 初級培訓(xùn)教程 [M].北京亞控科技發(fā)展有限公司 ,2021 哈爾濱工程大學 本科生畢業(yè)設(shè)計 49 致 謝 本課題的設(shè)計艱辛而又富有挑戰(zhàn)