自動(dòng)堆垛機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)課件

1、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)堆垛機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)摘 要自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)是在不直接進(jìn)行人工處理的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)或取出物料的系統(tǒng)。它功能強(qiáng)大、存取效率高、準(zhǔn)確率高，廣泛地運(yùn)用于機(jī)械制造、食品、服裝、化工、制藥、冶金和其他行業(yè)的物流系統(tǒng)中5。本次設(shè)計(jì)要求分析和研究自動(dòng)堆垛機(jī)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。其中硬件系統(tǒng)包括倉(cāng)儲(chǔ)貨架、驅(qū)動(dòng)器、控制卡和現(xiàn)場(chǎng)通訊總線等，軟件系統(tǒng)包括主程序、通訊程序、各軸運(yùn)動(dòng)程序、控制程序和保護(hù)程序等。在此基礎(chǔ)上合理地對(duì)自動(dòng)堆垛機(jī)的人機(jī)控制界面進(jìn)行設(shè)計(jì)和布局，主要是利用C語言編程進(jìn)行漢字的顯示驅(qū)動(dòng)和庫(kù)位狀態(tài)顯示區(qū)、設(shè)備狀態(tài)和工作狀態(tài)顯示區(qū)以及系統(tǒng)時(shí)間顯示區(qū)等的設(shè)計(jì)。從而得到

2、一個(gè)能直觀反映自動(dòng)堆垛機(jī)的庫(kù)位狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)和工作狀態(tài)等的友好界面，以方便工作人員控制操作。并通過初步調(diào)試實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的要求。關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù),人機(jī)界面，控制。The design of the Automatic stacker man-machine interfaceABSTRACTAS/RS(Automated Storage and Retrieval system shorted for AS/RS) is a system that can automatically store or remove the material without directly manual proc

3、essing. It has powerful function , high efficiency of storage and retrieval, high accuracy, and widely used in the logistics system of machinery manufacturing, food, clothing, chemicals, pharmaceuticals, metallurgy and other industries5 . The design requires analysis and study the hardware system an

4、d software system of the automatic stacker 。And the hardware system consists of storage shelves, drive, controller card and on-site communication bus, the software system consists of main program, the communication program, movement program of each axis, control program and protection program. One t

5、he basis of that, this design using the C programming language to design the man-machine interface for automatic stacker reasonably ,and the design includes Chinese characters display, the design of library-bit status display area、the design of device situation area and working conditions area, and

6、the design of system time display area .And the final Result is a friendly interface witch directly reflect the automatic stacking machine library status, device situation and working conditions, and witch will make operators easer to control the machine. After the initial debugging realize the corr

7、esponding requirements.Keywords：ASRS；Man-machine interface；Control；自動(dòng)堆垛機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)0 引言自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)是物流技術(shù)目的一個(gè)劃時(shí)代的革新。它不僅徹底改變了倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)勞動(dòng)密集、效率低下的落后面貌，而且大大拓展了倉(cāng)庫(kù)功能，使之從單純的保管型向綜臺(tái)的流通型方向發(fā)展。堆垛機(jī)是自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的一種自動(dòng)裝運(yùn)設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)高效、安全、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備6。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是自動(dòng)化生產(chǎn)的重要組成部分,用于存儲(chǔ)配件、半成品、產(chǎn)品、工具、夾具和模具等。在CIMS 中,對(duì)原材料、設(shè)備及半成品的存儲(chǔ)及運(yùn)輸占產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)周期的大部分

8、時(shí)間,對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)相關(guān)技術(shù)的研究,將會(huì)極大地提高CIMS 系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、傳感器和自動(dòng)控制等多種技術(shù)為一體,以搬運(yùn)機(jī)械化、控制自動(dòng)化、管理微機(jī)化、信息網(wǎng)絡(luò)化為特征的現(xiàn)代化物流系統(tǒng)中產(chǎn)品生產(chǎn)與儲(chǔ)存的樞紐。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)主要由高層貨架、巷道堆垛機(jī)、出入庫(kù)系統(tǒng)等硬件設(shè)備以及計(jì)算機(jī)管理與控制系統(tǒng)等軟件設(shè)備組成。自動(dòng)堆垛機(jī)是倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化的核心設(shè)備之一，它對(duì)于提高空間利用率、提高工作效率、降低勞動(dòng)成本、促進(jìn)物流自動(dòng)化等方面具有重要意義。本次設(shè)計(jì)開發(fā)新的人機(jī)界面，提高原來系統(tǒng)的人機(jī)交互性能。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中最重要設(shè)備就是巷道堆垛機(jī),巷道堆垛機(jī)是實(shí)

9、現(xiàn)整個(gè)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)“自動(dòng)”功能的關(guān)鍵設(shè)備。對(duì)其控制系統(tǒng)的研究具有廣闊的應(yīng)用前景。1 緒論11 現(xiàn)代物流與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)代物流是以現(xiàn)代化物流信息技術(shù)為基礎(chǔ)，整合運(yùn)輸、包裝、裝卸、搬運(yùn)、發(fā)貨、倉(cāng)儲(chǔ)、加工、配送及信息處理等各種功能而形成的綜合性物流活動(dòng)，其發(fā)展速度非常迅猛，引起了人們的高度重視?，F(xiàn)代物流的主要特點(diǎn)包括：(1)電子商務(wù)與物流的緊密結(jié)合；(2)現(xiàn)代物流是物流、信息流、資金流和人才流的統(tǒng)一；(3)電子商務(wù)物流是信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化的結(jié)合；(4)物流設(shè)施、商品包裝的標(biāo)準(zhǔn)化，物流的社會(huì)化、共同化。目前一些大型企業(yè)和一些專業(yè)的第三方現(xiàn)代物流企業(yè)的倉(cāng)庫(kù)都以自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)為主，采用自

10、動(dòng)存儲(chǔ)、輸送設(shè)備，常用的包括：輸送機(jī)、堆垛機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)引車、升降式移載輸送機(jī)等輸送設(shè)備，機(jī)器人也作為一種用于碼盤、拆垛的柔性物流應(yīng)用在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，并且發(fā)揮著重要作用。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)是在不直接進(jìn)行人工處理的情況下能自動(dòng)存儲(chǔ)和取出物料的系統(tǒng)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)按照不同的分類原則可以有如下幾種不同的分類：(1)按貨架形式分類可分為單元式貨架倉(cāng)庫(kù)，貫通式貨架倉(cāng)庫(kù)和循環(huán)貨架倉(cāng)庫(kù)。(2)按建筑形式可以分為整體式和分離式。整體式指貨架除了存儲(chǔ)貨物之外，還可以作為建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，庫(kù)房與貨架形成一體化結(jié)構(gòu)。分離式是指儲(chǔ)存貨物的貨架獨(dú)立存在，建在建筑物內(nèi)部。(3)按照作業(yè)方式分可以分為單元貨架式、移動(dòng)貨架式

11、和揀選貨架式三種立體倉(cāng)庫(kù)。單元貨架式是貨物先放在托盤或者集裝箱內(nèi)，再裝入單元貨架的貨格中移動(dòng)貨架式的貨架可以在軌道上行走，由控制裝置控制貨架的合攏和分離。分揀機(jī)構(gòu)是揀選貨架式倉(cāng)庫(kù)的核心組成部分。它有巷道內(nèi)分揀和巷道外分揀兩種方式。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：(1)占地面積小、倉(cāng)儲(chǔ)容量大；(2)采用立體貨架存儲(chǔ)方式提高保管質(zhì)量；(3)可方便、迅速地進(jìn)行貨物的入/出庫(kù)作業(yè)，提高入/出庫(kù)作業(yè)率和倉(cāng)庫(kù)周轉(zhuǎn)能力；(4)能提高存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的含意包括倉(cāng)庫(kù)管理自動(dòng)化和出入庫(kù)作業(yè)自動(dòng)化。倉(cāng)庫(kù)管理自動(dòng)化，包括對(duì)貨箱、賬目、貨格及其他信息管理的自動(dòng)化。入庫(kù)出庫(kù)的作業(yè)自動(dòng)化，包括貨箱零件的自動(dòng)識(shí)別、

12、自動(dòng)認(rèn)址、自動(dòng)定位、貨格狀態(tài)的自動(dòng)檢測(cè)以及堆垛機(jī)各種動(dòng)作的自動(dòng)控制9。12 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1959年世界上第一座立體倉(cāng)庫(kù)在美國(guó)阿爾巴爾州建成。之后，美國(guó)于1963年建成了世界上第一座計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展到現(xiàn)在大致經(jīng)歷了以下四個(gè)階段，并逐步向第五階段過渡。第一階段：機(jī)械式立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代在美國(guó)首先產(chǎn)生了機(jī)械式立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)(Mechanical High-rise Warehouse System)，在該倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中，操作人員可通過一些電器按鈕和開關(guān)來控制一些機(jī)械設(shè)備進(jìn)行入出庫(kù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了搬運(yùn)的機(jī)械化。第二階段：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。到20世紀(jì)7

13、0年代末，隨著可編程控制器PLC、自動(dòng)存取ASRS(Automatic Storage and Retrieval System)、自動(dòng)導(dǎo)引小車AGVS(Automatic Guided Vehicles)、條形碼閱讀器(Bar-Code Scanner)等設(shè)備在立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用，出現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)(Automated High-rise Warehouse System)，實(shí)現(xiàn)了控制自動(dòng)化。第三階段：集成化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。到本世紀(jì)80年代末，計(jì)算機(jī)技術(shù)的異軍突起及其在自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，導(dǎo)致了第三代集成化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的誕生，實(shí)現(xiàn)管理微機(jī)化。第四階段：智能型立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。進(jìn)入90年

14、代，出現(xiàn)了智能型立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)(Intelligent High-rise Warehouse System)，該倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)入，出庫(kù)作業(yè)和倉(cāng)庫(kù)信息的全自動(dòng)處理，而且還可根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃報(bào)表分析、制定出所需材料與勞動(dòng)力，并依據(jù)物資的現(xiàn)有庫(kù)存量提出外購(gòu)建議。第五階段：3I立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。目前隨著電子數(shù)據(jù)交換EDI技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)逐步3I(Intelligent, Integrated，Information)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)過渡。目前，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用最多、發(fā)展速度最快的國(guó)家是日本，近年來每年約有上千個(gè)各種類型的自動(dòng)化物流系統(tǒng)投入使用。例如，日本名古屋附近的三菱汽車裝配總廠的自動(dòng)化

15、立體倉(cāng)庫(kù)，其自動(dòng)化程度非常高，這座裝配廠每天生產(chǎn)11520輛汽車，在長(zhǎng)達(dá)兩公里的巨大輸送帶上，能同時(shí)裝配5種完全不同車型的汽車，除車體在生產(chǎn)線上進(jìn)行焊接外，半成品裝配件完全來自于立體倉(cāng)庫(kù)。在定位系統(tǒng)方面，德國(guó)樂易電子于2005年推出了一項(xiàng)具有創(chuàng)新性的新技術(shù)條形碼定位系統(tǒng)(BPS)。這種新型條形碼定位系統(tǒng)(BPS)通過讀取行進(jìn)路線上的條形碼確定準(zhǔn)確方位，可有效實(shí)現(xiàn)曲線定位并且測(cè)距范圍可達(dá)到10000米，為用戶實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化管理提供了必要前提。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是內(nèi)置了速度控制功能，幫助客戶對(duì)傳送系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，提高了系統(tǒng)效率并進(jìn)一步降低了成本。這套系統(tǒng)采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的Profibus與SSI接口，可

16、以很容易的被集成到相應(yīng)的總線上，具有很好的兼容性。此外，BPS所用的條形碼帶具有極強(qiáng)的抗腐蝕性，可以抗紫外線、化學(xué)溶劑和工業(yè)清洗劑，因此可適應(yīng)各種工業(yè)場(chǎng)合，提高了系統(tǒng)的兼容性。該技術(shù)不但填補(bǔ)了現(xiàn)存定位系統(tǒng)在曲線定位技術(shù)上的空白，而且為自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、汽車生產(chǎn)線、全自動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)線、醫(yī)藥物流中心等行業(yè)提供了一套精確率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、成本可控的全面解決方案。我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的研究與應(yīng)用經(jīng)歷了4個(gè)主要階段: 19731985年，屬于起步階段，已經(jīng)完成系統(tǒng)的研制與應(yīng)用，但限于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制，應(yīng)用非常有限。 19861998年，屬于初步發(fā)展階段，通過引進(jìn)吸收，研制了屬于第二代技術(shù)、基于PLC控制的立體倉(cāng)庫(kù)

17、系統(tǒng)。應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)展到醫(yī)藥、化工、機(jī)械、煙草等行業(yè)，市場(chǎng)應(yīng)用超過了200套。 19992005年，屬于高速發(fā)展階段，以聯(lián)想電腦公司自動(dòng)化物流系統(tǒng)為起點(diǎn)，基于激光測(cè)距的第三代技術(shù)得到全面應(yīng)用。這一時(shí)期立體倉(cāng)庫(kù)得到了廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)保有量每年平均以40套左右的快速增長(zhǎng)，達(dá)到約500套左右。（此時(shí)1990年前建設(shè)的項(xiàng)目已經(jīng)基本拆除） 20062010年，已經(jīng)進(jìn)入成熟應(yīng)用階段，每年市場(chǎng)需求平均達(dá)到90套左右，到2010年底市場(chǎng)保有量超過了1000套。1980年由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所等單位研制建成我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此以后，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展。我國(guó)

18、的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)技術(shù)己實(shí)現(xiàn)了與其他信息決策系統(tǒng)的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。1995年建成的儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸長(zhǎng)絲自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是目前國(guó)內(nèi)獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造的綜合自動(dòng)化程度最高的立體倉(cāng)庫(kù)。這些立體倉(cāng)庫(kù)廣泛使用在機(jī)器制造業(yè)、電器制造業(yè)、航空港、輕工和化工企業(yè)、商儲(chǔ)業(yè)、軍需部門等各行各業(yè)。1. 3我國(guó)立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展前景 我國(guó)立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展主要要集中在一下四個(gè)方面(1) 傳統(tǒng)產(chǎn)品升級(jí)我國(guó)在過去的30年間，經(jīng)過幾代人的努力，物流技術(shù)與產(chǎn)品取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是從總體來看，產(chǎn)品還存在規(guī)格單一，工藝水平落后，標(biāo)準(zhǔn)化落后，生產(chǎn)規(guī)模不足等明顯的劣勢(shì)。這一方面將影響我國(guó)自動(dòng)化物流裝備產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力

19、，更為重要的是影響我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，提高傳統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)含量，發(fā)展產(chǎn)業(yè)化水平是未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間的發(fā)展方向。(2) 關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展立體倉(cāng)庫(kù)主要應(yīng)用現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備，自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)主要表現(xiàn)在高速度、高效率和高可靠性等方面，這是我國(guó)物流今后的主要發(fā)展方向。高速度則主要集中體現(xiàn)在堆垛機(jī)、輸送機(jī)、分揀機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備方面。如開發(fā)速度超過300m/分的托盤式堆垛機(jī)，超過400m/分的穿梭車，超過150m/分的分揀機(jī)等。我國(guó)在這面的技術(shù)水平與國(guó)際水平還有一定的差距。盡管在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)試驗(yàn)成功，但距離實(shí)際應(yīng)用還需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離。高效率則主要體現(xiàn)物流處理能力方面，包括分揀超過20000件的高速分揀機(jī)，綜合輸

20、送達(dá)到2000件的輸送機(jī)，效率達(dá)到10000件的輸送合流技術(shù)，以及效率大于100托盤/小時(shí)的高速堆垛機(jī)等。除此之外，開發(fā)自主研發(fā)的AGV、機(jī)械手等，這都是今后的主要發(fā)展方向?？傊?，高、新、尖技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用將是未來發(fā)展的主流。(3) 信息識(shí)別技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)是高新技術(shù)。其中自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)控制以及傳動(dòng)技術(shù)是它的關(guān)鍵和核心。遺憾的是，在這方面我國(guó)主要采用進(jìn)口，一方面說明這是一個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，另一方面也說明這是我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)方面的一個(gè)缺口，要想填補(bǔ)這個(gè)缺口，可能將會(huì)需要幾代的努力。(4) 系統(tǒng)集成化技術(shù)發(fā)展我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展還體現(xiàn)在系統(tǒng)集成化方面。今天的物流正朝著規(guī)

21、?；?、自動(dòng)化等方面發(fā)展。尤其是近年來，超大物流配送中心的建設(shè)迅猛。僅2010年，建設(shè)成功和開啟項(xiàng)目超過5萬平方米的配送中心不低于20項(xiàng)。如北京高等出版社物流中心、北京物美商業(yè)集團(tuán)物流中心、上海農(nóng)工商新物流中心等企業(yè)的建設(shè)。超大物流配送中心的建設(shè)給系統(tǒng)集成化技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)，提出了新的要求。系統(tǒng)集成化技術(shù)涵蓋面十分廣泛，包括了各行各業(yè)，如系統(tǒng)規(guī)劃、流程設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、土建配合、項(xiàng)目管理、系統(tǒng)接口等各種學(xué)科，各種專業(yè)的復(fù)雜的系統(tǒng)工程。14 現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:(1)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，使倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展進(jìn)入了智能儲(chǔ)運(yùn)階段。這樣必須深入研究物流處理

22、的基本理論和復(fù)雜的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)技術(shù)。(2)倉(cāng)儲(chǔ)物品的多樣化，必然產(chǎn)生倉(cāng)庫(kù)形式、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備的多樣化。為使倉(cāng)庫(kù)具有較大的柔性，有必要開發(fā)高效、柔性的出入庫(kù)輸送設(shè)備和庫(kù)內(nèi)作業(yè)機(jī)械。(3)現(xiàn)代物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)是集物流、信息流和價(jià)值流為一體的綜合服務(wù)系統(tǒng)。(4)現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜系統(tǒng)，因此倉(cāng)庫(kù)管理軟件、物料采購(gòu)軟件、運(yùn)輸管理軟件和綜合性的企業(yè)制造資源計(jì)劃(MPPID、企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)軟件將有較大的發(fā)展。(5)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、昂貴的物流系統(tǒng)，只有組成系統(tǒng)的設(shè)備成套、匹配合理，系統(tǒng)才是最高效、最經(jīng)濟(jì)和最可靠的。因此，當(dāng)今開發(fā)和利用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)不僅要在硬件上進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和提

23、高，更要對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)有更大的突破忉，才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的要求，開發(fā)出更有效的控制系統(tǒng)來滿足立體倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化的要求4。堆垛機(jī)的機(jī)械部分由運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、伸叉機(jī)構(gòu)及載貨臺(tái)和機(jī)架組成。它是在所謂高層、高速、高密度儲(chǔ)藏的概念下的產(chǎn)物。盡管各廠家各有獨(dú)創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說大同小異，所有的堆垛機(jī)都不外乎由機(jī)架、載貨臺(tái)、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的堆垛機(jī)日益增加，最新的開發(fā)包括提高電子和控制技術(shù)，在使堆垛機(jī)具有更高定位精度的同時(shí)，提高搜索能力和運(yùn)行速度。而且，堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)也有了較大的改變，不斷推出具有新的物理外形和更高

24、性能的設(shè)備。隨著大、中、小型立體倉(cāng)庫(kù)不斷的建立，堆垛機(jī)也由貨架支撐式改變?yōu)榈孛嬷问?，從而出現(xiàn)了形態(tài)各異的堆垛機(jī)。單立柱堆垛機(jī)應(yīng)用日益廣泛，不斷體現(xiàn)出優(yōu)越性。2 硬件系統(tǒng) 堆垛機(jī)的機(jī)械部分由運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、伸叉機(jī)構(gòu)及載貨臺(tái)和機(jī)架組成。自動(dòng)堆垛機(jī)的硬件主要包括：倉(cāng)儲(chǔ)貨架、驅(qū)動(dòng)器（伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)）、現(xiàn)場(chǎng)總線通信、控制卡等。其中貨架選用的是橫梁式貨架，伺服電機(jī)選的是松下MCDDT3520003伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)選用的是Q2HB68MC等角度恒力矩驅(qū)動(dòng)器，現(xiàn)場(chǎng)通信選用Profibus-DP，控制卡選用固高科技的GT系列。21 倉(cāng)儲(chǔ)貨架圖21 倉(cāng)儲(chǔ)貨架圖21倉(cāng)儲(chǔ)貨架普遍應(yīng)用于工業(yè)倉(cāng)庫(kù)，更著

25、重于向上發(fā)展，充分利用存儲(chǔ)空間，最大高度可達(dá)到40米以上，大型物流中心的設(shè)計(jì)可以是庫(kù)架一體式結(jié)構(gòu)，即先建造貨架部分，以貨架為建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，后建建筑結(jié)構(gòu)，如圍墻，屋頂?shù)?。重點(diǎn)在于存儲(chǔ)、充分利用空間和另一重要功能快速處理貨物流通的存儲(chǔ)貨架形式。倉(cāng)儲(chǔ)與包裝、運(yùn)輸、裝卸、分揀、信息管理是物流的六大基本功能。而貨架是倉(cāng)儲(chǔ)的主要設(shè)施之一，可以說，貨架是現(xiàn)代工業(yè)倉(cāng)庫(kù)、物流中心、配送中心必不可少的組成部分。 211 倉(cāng)儲(chǔ)貨架的優(yōu)點(diǎn)1、滿足大批量貨物、品種繁多的存儲(chǔ)與集中管理需要，配合機(jī)械搬運(yùn)工具，同樣能做到存儲(chǔ)與搬運(yùn)工作秩序井然； 2、立體結(jié)構(gòu)，可充分利用倉(cāng)庫(kù)空間，提高倉(cāng)庫(kù)容量利用率，擴(kuò)大倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存能力；

26、3、 倉(cāng)庫(kù)貨架中的貨物，一目了然，便于清點(diǎn)、劃分、計(jì)量等十分重要的管理工作； 4、貨物存取方便，可做到先進(jìn)先出，百分之百的挑選能力，流暢的庫(kù)存周轉(zhuǎn)； 5、 存入貨架中的貨物，互不擠壓，物資損耗小，可完整保證物資本身的功能，減免貨物在儲(chǔ)存環(huán)節(jié)中可能的損失； 6、 保證存儲(chǔ)貨物的質(zhì)量，可以采取防潮、防塵、防盜、防破壞等措施，以提高物資存儲(chǔ)質(zhì)量； 7、承重力大、不易變形、連接可靠、拆裝容易，多樣化。 所以說倉(cāng)儲(chǔ)貨架對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展起到巨大的作用，隨著現(xiàn)代工業(yè)文明的發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)貨架的結(jié)構(gòu)與功能也在不斷的提高。212 倉(cāng)儲(chǔ)貨架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在設(shè)計(jì)選用倉(cāng)儲(chǔ)貨架時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：1、廠房架構(gòu)儲(chǔ)存設(shè)備的選用貨架

27、時(shí)須考慮梁下有效高度，以決定貨架高度。而梁柱位置則會(huì)影響貨架的配置。地板承受的強(qiáng)度，地面平整度也與貨架的設(shè)計(jì)及安裝有關(guān)。另外尚須考慮防火設(shè)施和照明設(shè)施的安裝位置。2、物品特性儲(chǔ)存物品的外形及尺寸，直接關(guān)系到貨架規(guī)格的選定，儲(chǔ)存物品的重量則直接影響到選用何種強(qiáng)度的貨架。而儲(chǔ)存的單位，是以何種單位來儲(chǔ)存，托盤或是倉(cāng)儲(chǔ)籠又或單品均有不同的貨架選用類型。另外預(yù)估總儲(chǔ)位數(shù)之?dāng)?shù)量，必須考慮到未來的成長(zhǎng)需求。3、存取性一般存取性與儲(chǔ)存密度是相對(duì)的。也就是說，為了得到較高的儲(chǔ)存密度，則必須相對(duì)犧牲物品的存取性。雖然有些型式的貨架可得到較佳之儲(chǔ)存密度，但相對(duì)其儲(chǔ)位管理較為復(fù)雜，也常無法做到先進(jìn)先出之管制。最好的

28、當(dāng)然立體自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)可往上發(fā)展，存取性與儲(chǔ)存密度俱佳，但相對(duì)投資成本較為昂貴。因此選用何種型式的儲(chǔ)存設(shè)備，可說是各種因素的折衷，也是一種策略的應(yīng)用。4、搬運(yùn)設(shè)備儲(chǔ)存設(shè)備的存取作業(yè)是以搬運(yùn)設(shè)備來完成。因此選用儲(chǔ)存設(shè)備需一并考慮搬運(yùn)設(shè)備。堆高機(jī)是一般通用之搬運(yùn)設(shè)備，而貨架通道寬度，會(huì)直接影響到堆高機(jī)的選用型式，是配重式或窄道式。5、出入庫(kù)量某些型式的貨架雖有很好的儲(chǔ)存密度，但入出庫(kù)量卻不高，適合于低頻率的作業(yè)。入出庫(kù)量高是非常重要的數(shù)據(jù)，其為貨架形式選用的考慮要項(xiàng)。213 橫梁式貨架橫梁式貨架是最流行、最經(jīng)濟(jì)的一種貨架形式、安全方便，適合各種倉(cāng)庫(kù)，直接存取貨物。是最簡(jiǎn)單也是最廣泛使用的貨架。可充分地利

29、用空間。采用方便的托盤存取方式，有效配合叉車裝卸，極大提高作業(yè)效率。機(jī)械設(shè)備要求：反平衡式叉車或堆高機(jī)。堆高機(jī)可提高地面空間使用率30%，操作高度達(dá)16米多。橫梁式貨架的特點(diǎn)：流暢的庫(kù)存周轉(zhuǎn)。可提供百分之百的挑選能力。提高平均的取貨率。提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品保護(hù)。因?yàn)闄M梁式貨架適用于品種多、批量大的貨物倉(cāng)儲(chǔ)，為了存取方便，設(shè)計(jì)的巷道會(huì)比較多，所以地面使用率相對(duì)偏低。圖22橫梁式貨架是以存取托盤貨物為目的的專業(yè)倉(cāng)庫(kù)貨架(每個(gè)托盤為一個(gè)貨位，因此又被稱為貨位式貨架)；橫梁式貨架由柱片（立柱）、橫梁組成，橫梁式貨架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、安全可靠。圖22 橫梁式貨架結(jié)構(gòu)A、柱片：橫梁式貨架（貨位貨架）由兩根立柱、橫撐、斜

30、撐以尼龍自鎖螺栓連接而成，組合式結(jié)構(gòu)有效防止螺栓松動(dòng)后引發(fā)貨架失穩(wěn)，立柱上沖有雙排菱型孔，孔節(jié)距為75mm，所以橫梁掛接在立柱上可以75mm為單位上下自由調(diào)節(jié)。立柱截面由1113個(gè)面構(gòu)成，慣性距大、承載能力強(qiáng)、抗沖擊性能強(qiáng)，橫梁式貨架立柱采用了先自動(dòng)沖孔后冷彎成型技術(shù)，避免了因立柱應(yīng)力集中而可能導(dǎo)致立柱出現(xiàn)裂紋失效情況。 B、橫梁：橫梁式貨架（貨位貨架）由兩只柱卡與橫梁桿焊接在一起，橫梁采用兩片特制的型抱焊梁焊接而成，使橫梁的上、下面厚度加厚一倍，這種結(jié)構(gòu)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，充分利用了材料的抗載容量，具有重量輕，承載力強(qiáng)，成本低的特點(diǎn)。橫梁與立柱連接時(shí)配有特殊設(shè)計(jì)的帶耳片安全銷，帶耳片安全銷無

31、法輕易拔出，可以確保橫梁在外力撞擊后不會(huì)脫落。 22 驅(qū)動(dòng)器堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)有3臺(tái)帶電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)3個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)：堆垛機(jī)水平運(yùn)行方向即X方向行走，貨叉左右方向即Y方向的伸叉收叉動(dòng)作，載貨臺(tái)上下升降方向即Z方向的上升或下降運(yùn)動(dòng)。其中X、Y方向用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，Z方向用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)用于運(yùn)行、提升和貨叉伸縮電機(jī)的控制及調(diào)速，采用變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)速度控制，改善系統(tǒng)運(yùn)行特性。221 松下伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器本次設(shè)計(jì)堆垛機(jī)的X、Y 方向的運(yùn)動(dòng)采用松下MCDDT3520003伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)是用作自動(dòng)控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機(jī)。又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。伺服

32、一詞源于希臘語“奴隸”的意思。人們想把“伺服機(jī)構(gòu)”當(dāng)個(gè)得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作。在訊號(hào)來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；訊號(hào)來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)訊號(hào)消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。由于它的“伺服”性能，因此而得名。伺服電動(dòng)機(jī)可以把輸入的電壓信號(hào)變換成為電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，在控制系統(tǒng)中常作為執(zhí)行元件，所以伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。改變輸入電壓的大小和方向就可以改變轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。伺服電動(dòng)機(jī)分交、直流兩類。交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同。在定子上有兩個(gè)相空間位移90角度的勵(lì)磁繞組Wf和控制繞組WcoWf接恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達(dá)到

33、控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于1015和小于1525）等特點(diǎn)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與一般直流電動(dòng)機(jī)相同。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nEK1j（UaIaRa）K1j式中E為電樞反電動(dòng)勢(shì)；K為常數(shù)；j為每極磁通；Ua，Ia為電樞電壓和電樞電流；Ra為電樞電阻。改變Ua或改變，均可控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但一般采用控制電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通恒定，具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng)。本次設(shè)計(jì)使用的松下伺服電機(jī)是一種交流伺服電機(jī)松下伺服驅(qū)動(dòng)器MCDDT3520

34、003的特點(diǎn)1.松下伺服電機(jī)智能化的調(diào)整根據(jù)負(fù)載慣量的變化與自適應(yīng)濾波器配合，從低剛性到高剛性都可以自動(dòng)的調(diào)整增益。在因旋轉(zhuǎn)方向不同而產(chǎn)生的不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩的垂直軸情況下，也可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，具備異常速度檢測(cè)功能，因此可以將增益調(diào)整過程中產(chǎn)生的異常速度調(diào)整到正常。2.松下伺服電機(jī)高速高響應(yīng)響應(yīng)頻率最高可達(dá)1khz。內(nèi)置瞬時(shí)速度觀測(cè)器?？梢钥焖俑叻直媛实臋z測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速。無論是易震動(dòng)的傳送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)械還是高剛性的絲桿傳動(dòng)機(jī)械，都可以用自動(dòng)調(diào)整功能實(shí)現(xiàn)高速定位.3.松下伺服電機(jī)超低振動(dòng)內(nèi)置自適應(yīng)濾波器，可根據(jù)機(jī)械振動(dòng)頻率不同而自動(dòng)的調(diào)整濾波器頻率。可以控制由于機(jī)械不穩(wěn)定以及共振頻率變化而發(fā)生的噪音。內(nèi)置兩

35、個(gè)通道的振動(dòng)抑制濾波器，可以以0.1hz為單位.分別設(shè)置振動(dòng)頻率，也可以抑制剛性較低的機(jī)械在啟動(dòng)和停止時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。兩個(gè)通道的振動(dòng)頻率可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向的不同而自動(dòng)切換，或者也可以分別對(duì)應(yīng)由于外部輸入信號(hào)切換而產(chǎn)生的機(jī)械位置變化而導(dǎo)致的振動(dòng)頻率。4.松下全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下特點(diǎn)：（1）精度：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問題； （2）轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到20003000轉(zhuǎn)；（3）適應(yīng)性：抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用；（4）穩(wěn)定：低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象，適

36、用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合； （5）及時(shí)性：電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)； （6）舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。5.控制方式多樣化有三種控制方式可供選擇：速度控制方式、位置控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式。以上三種方式也可進(jìn)行復(fù)合控制。其中位置控制方式極具特色，用戶可以采用電子線路、單片機(jī)、PC機(jī)及其他方式非常簡(jiǎn)便而廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能。系統(tǒng)中還配備了“電子齒輪”功能，也就是說可以通過參數(shù)設(shè)定對(duì)輸入指令脈沖任意分/倍頻而達(dá)到和機(jī)械系統(tǒng)的良好配合。6.保護(hù)設(shè)施齊全系統(tǒng)還配有各種自診斷保護(hù)措施，硬件軟件雙重保護(hù)，并可以勝任三倍過載。一旦發(fā)生錯(cuò)誤，便立即停機(jī)，并告以報(bào)警故障原因，在用戶解除故障后方

37、可重新工作，因此可靠性極高。222 Q2HB68MC等角度恒力矩驅(qū)動(dòng)器等角度恒力矩細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)Z方向的運(yùn)動(dòng)Q2HB68MC為等角度恒力矩細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電壓DC24-80V，適配6或8出線、電流在6A以下、外徑57-86mm的各種型號(hào)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于雕刻機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)，激光內(nèi)雕機(jī)等分辨率較高的小型數(shù)控設(shè)備上。 特點(diǎn) 高性能、低價(jià)格 。 采用獨(dú)特的控制電路 。 設(shè)有12/8檔等角度恒力矩細(xì)分，最高200細(xì)分 。 最高反應(yīng)頻率可達(dá)200Kpps 。 步進(jìn)脈沖停止超過100ms時(shí)，線圈電流自動(dòng)減半。 雙極恒流斬波方式 。 光電隔離信號(hào)輸入/輸出 。 驅(qū)動(dòng)電流從0.5

38、A/相到6A/相連續(xù)可調(diào)。 單電源輸入，電壓范圍：DC24-80V。23 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線231 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）是用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。國(guó)際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技

39、術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn) ：具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求，還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。 一般把現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng)，也稱作FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代，把420mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代，把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代，而把70年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代。現(xiàn)場(chǎng)總線控

40、制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng)，一方面，突破了DCS系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)?？梢哉f，開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征。現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)1.系統(tǒng)的開放性開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn) 信息交換，現(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)

41、具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。 2.互可操作性與互用性這里的互可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。 3.智能化與功能自治性它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控

42、制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。 5.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。232 PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)PROFIBUS是由13家工業(yè)企業(yè)和5家科研機(jī)構(gòu)在德國(guó)聯(lián)邦研技部的資助下，于1987年開始聯(lián)合開發(fā)的生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)。自1987年起，PROFIBUS被批準(zhǔn)為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DINl9245。其后，一些自愿在其產(chǎn)品中使用該標(biāo)

43、準(zhǔn)規(guī)范的企業(yè)于1989年12月聯(lián)合成立了PROFIBUS用戶組織(簡(jiǎn)稱PNO)。1996年6月30日，PROFIBUS被批準(zhǔn)為歐洲現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的組成部分之一，即EN50170V-2，從此EN50170V2取代DINl9245。PROFIBUS是一種國(guó)際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS- PA（Process Automation）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Mes

44、sage Specification）。1.PROFIBUS-DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代辦24VDC或4-20mA信號(hào)傳輸。2.PROFIBUS-PA：專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。3.PROFIBUS-FMS：用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。PROFI

45、BUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Open System InterconnectionSIO）作為參考模型的。該模型共有七層，如下圖2-3所示： 圖2-3 PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)（1） PROFIBUS-DP：定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)備行為。（2） PROFIBUS-FMS：定義了第一、二、七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低層接口（Lower Layer In

46、terfaceLLI）。FMS 包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問接口。（3） PROFIBUS-PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。233 PROFIBUS-DP的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PROFIBUS-DP用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。總線循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短。除周期

47、性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。 1.PROFIBUS-DP的基本功能（1） 傳輸技術(shù)：RS-485雙絞線、雙線電纜或光纜。波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s。（2） 總線存取：各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)。總線上最多站點(diǎn)（主從設(shè)備）數(shù)為126。（3） 通信：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主主數(shù)據(jù)傳送。（4） 運(yùn)行模式：運(yùn)行、清除、停止。（5） 同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。（6） 功能：DP主站

48、和DP從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動(dòng)態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給DP從站賦予地址。通過總線對(duì)DP主站（DPM1）進(jìn)行配置。每DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246字節(jié)。（7） 可靠性和保護(hù)機(jī)制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行。DP從站帶看門狗定時(shí)器（Watchdog Timer）。對(duì)DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護(hù)。DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。（8） 設(shè)備類型：第二類DP主站（DPM2）是可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設(shè)備。第一類DP主站（DPM1）是中央可編程序控制器，如PLC、PC等。DP從站是帶二進(jìn)制

49、值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器、閥門等。 2.PROFIBUS-DP基本特征20（1） 速率：在一個(gè)有著32個(gè)站點(diǎn)的分布系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP對(duì)所有站點(diǎn)傳送512 bit/s輸入和512 bit/s輸出，在12M bit/s時(shí)只需1毫秒。（2） 診斷功能：經(jīng)過擴(kuò)展的PROFIBUS-DP診斷能能對(duì)故障進(jìn)行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級(jí)： 本站診斷操作：本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過高、壓力過低。 模塊診斷操作：一個(gè)站點(diǎn)的某具體I/O模塊故障。 通道診斷操作：一個(gè)單獨(dú)輸入/輸出位的故障。 3.PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型PROFIBUS-DP允許構(gòu)成

50、單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接126個(gè)站點(diǎn)17。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個(gè)PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備：（1） 一級(jí)DP主站（DPM1）：一級(jí)DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。（2） 二級(jí)DP主站（DPM2）：二級(jí)DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。（3） DP從站：DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、HMI、閥門等）。（4

51、） 單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站。 多主站系統(tǒng)：總線上連有多個(gè)主站。這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)包括一個(gè)DPM1、指定的若干從站及可能的DPM2設(shè)備。任何一個(gè)主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象，但只有一個(gè)DP主站允許對(duì)DP從站寫入數(shù)據(jù)21。24 固高科技GT-SG-ISA控制卡GT系列運(yùn)動(dòng)控制器以IBM-PC及其兼容機(jī)為主機(jī)，提供標(biāo)準(zhǔn)的ISA總線和PCI總線兩個(gè)系列的產(chǎn)品。做為選件，在任一款產(chǎn)品上可以提供PS232串行通訊和PC104通訊接口，方便用戶配置系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制器提供C語言函數(shù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，用戶能夠?qū)⑦@些控制函數(shù)與自己控制系統(tǒng)所需的

52、數(shù)據(jù)處理、界面顯示、用戶接口等應(yīng)用程序模塊集成在一起。建造符合特定應(yīng)用要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求。使用該運(yùn)動(dòng)控制器，要求使用者具有C語言編程經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于控制步進(jìn)電機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制器提供兩種不同的控制信號(hào)：正脈沖/負(fù)脈沖、脈沖/方向。這樣，控制器可以與目前任何類型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配套使用。在控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，控制模式為開環(huán)控制，不需要編碼器。圖23 采用GT系列運(yùn)動(dòng)控制器組成的控制系統(tǒng)框圖3控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)31 編譯語言311 匯編語言匯編語言是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。匯編語言，作為一門語言，對(duì)應(yīng)于高級(jí)語言的編譯器，需要一個(gè)“匯編器”來

53、把匯編語言原文件匯編成機(jī)器可執(zhí)行的代碼。高級(jí)的匯編器如MASM，TASM等等為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級(jí)語言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級(jí)語言。現(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級(jí)，即使全部用匯編語言來編寫windows的應(yīng)用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長(zhǎng)處。匯編語言的長(zhǎng)處在于編寫高效且需要對(duì)機(jī)器硬件精確控制的程序。 匯編語言的特點(diǎn)1.面向機(jī)器的低級(jí)語言，通常是為特定的計(jì)算機(jī)或系列計(jì)算機(jī)專門設(shè)計(jì)的。 2.保持了機(jī)器語言的優(yōu)點(diǎn)，具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)。 3.目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語言。

54、4.經(jīng)常與高級(jí)語言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。 312 C語言C語言是Combined Laguage（組合語言）的中英混合簡(jiǎn)稱。是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言。它既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。因此，它的應(yīng)用范圍廣泛，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到C語言，具體應(yīng)用比如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。 隨著單片機(jī)廣泛使用及單片機(jī)日益復(fù)雜化，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已逐漸引入了高級(jí)語言，以使單片機(jī)移植性提高，從而提高程序的開發(fā)效率，C語言就是一種非常好的使用語言。應(yīng)用C51語言編寫程序具有以下特點(diǎn)：1.不要求了解處理器的指令集，也不必了解存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。2.寄存器分配和尋址方式有編譯器管理，編程時(shí)不必考慮存儲(chǔ)器的尋址等。3.可適用于人的思維更接近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)。4.可適用C51語言庫(kù)中文件的許多標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。匯編語言和C語言的比較詳情見下表4-1所示：表4-1匯編語言和C語言的比較匯編語言C語言基本特點(diǎn)針對(duì)機(jī)器硬件結(jié)構(gòu)編程（面向機(jī)器），需要全面掌握硬件和指令系統(tǒng)貼近人的書寫和思維習(xí)慣（面向過程），不需要全面掌握硬件和指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和可讀性程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難讀模塊化結(jié)構(gòu)清晰、易讀數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算需編寫叫復(fù)雜的程序可按日常數(shù)學(xué)