RGV小車的西門子PLC控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：本文介紹了基于ZIGBEE的無線通信技術(shù)，提出了一種西門子PLC控制系統(tǒng)，利用多個分站之間的相互協(xié)作運行和RGV小車的設(shè)計;框架設(shè)計描述了系統(tǒng)的組成、過程和系統(tǒng)。同時利用RFID技術(shù)定位RGV托盤的位置，條形碼符號，并將此掃描代碼識別出RGV產(chǎn)品需要裝載的槍架，最后通過WinCC直觀，實時顯示RGV的運行狀態(tài)。關(guān)鍵詞：PLC；RFID；RGV；無線通信；DesignofSiemensPLCControlSystemforRGVCarAbstract:ThisarticledescribestheZIGBEEbasedwirelesscommunicationtechnology,proposesaSiemensPLCcontroltheuseofmutualcooperationamongmultiplesub-stationoperationandRGVthecardesign;framedesigndescribedcomposition,theprocessandsystemofthesystem.WhiletheuseofRFIDtechnologyispositionedRGVpalletposition,thebarcodesymbol,andthisscancodeidentifyingtheguncarriageRGVproductsneedtobeloaded,WinCCintuitiveFinally,real-timedisplayoftheoperatingstateRGVKeywords:PLC；RFID；RGV；wirelesscommunication；目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 2第2章RGV小車簡介 32.1有軌自動化小車 32.2RGV小車的優(yōu)勢 42.3RGV小車的基本功能 42.4有軌自動化小車的結(jié)構(gòu) 4第3章PLC的基本概述 63.1IPLC的定義 73.2PLC的基本組成 73.3PLC的工作原理與掃描技術(shù) 83.3.1PLC工作原理 83.3.2PLC掃描技術(shù) 93.4PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 103.5PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言 103.6PLC的特點 113.7PLC的應(yīng)用 113.8西門子PLC 12第4章PLC系統(tǒng)控制RGV小車設(shè)計及流程 134.1系統(tǒng)方案設(shè)計及流程 134.2RFID技術(shù) 134.3無線通信設(shè)計 144.4RGV小車系統(tǒng)設(shè)計 154.4.1驅(qū)動單元 154.4.2傳感器單元 154.4.3控制單元 154.4.4RFID單元 154.5機器人系統(tǒng) 154.6PLC程序核心設(shè)計 154.7組態(tài) 16第5章結(jié)論 16致謝 16參考文獻 17第1章緒論隨著中國工業(yè)4.0提出的廠房生產(chǎn)線逐步從工業(yè)向工業(yè)自動化智能化方向轉(zhuǎn)變。同時，RGV(軌道穿梭車)要求更高的自動化程度。本文采用主PLC控制多臺RGV小車，放棄了其傳統(tǒng)的RGV小車的連接方式，即RGV小車既有一個車站停車，所有其他車站均為RGV停車方式)。同時，建議在自動化生產(chǎn)線上增加人工操作，工人可以圍繞RGV操作全系列產(chǎn)品，有些操作比較困難，工人可以更方便地完成操作，從而顯著提高勞動生產(chǎn)率。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的順序控制開關(guān)是在邏輯順序的操作條件下，并按照邏輯控制保護鏈的操作，并采集大量的高批量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)上,這些函數(shù)由氣動控制或電氣系統(tǒng)要達到1968年的美國運通公司提出更換電氣控制設(shè)備所需的第二年,我們公司開發(fā)了一種基于集成電路和電子技術(shù)的數(shù)字控制系統(tǒng),首次使用程序性手段用于電氣控制,這是第一個“代可編程序邏輯控制器。隨著個人計算機的方便開發(fā)，也體現(xiàn)了可編程邏輯控制器的功能特點，可編程邏輯控制器命名為PLC。PLC運動控制系統(tǒng)是數(shù)控工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵部件，PLC控制運動系統(tǒng)的研究可以不斷進步，提高其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。PLC作為簡單的計算機，功能齊全，靈活，通過控制系統(tǒng)簡單易懂，價格低廉，現(xiàn)場修改程序，體積小，易于硬件維護，優(yōu)點便宜，廣泛應(yīng)用于世界各地，為生產(chǎn)和生活帶來了極大的方便效益。因此，通過對plc的研究來控制運動，可以實現(xiàn)精確的定位控制，同時降低控制成本，還有助于維護。需要依靠傳統(tǒng)電機驅(qū)動來控制和改進，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC通過自身的訪問和控制輸出脈沖電機，從而方便對運動進行精確控制。上世紀(jì)80年代中期至90年代，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率為:30%左右保持直線增長。在此期間，PLC在模擬處理能力、數(shù)字處理能力、人機界面能力和網(wǎng)絡(luò)能力等方面都有了很大的提高，PLC逐漸進入運動控制領(lǐng)域，在一些應(yīng)用中取代了DCS系統(tǒng)在運輸領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位?；陔姍C良好而精確的定位控制特性，廣泛應(yīng)用于精密定位，如數(shù)控機床、繪圖儀、軋鋼機、自動控制的計算裝置、自動記錄儀表、自動控制項圈等。PLC具有通用性強、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點，PLC在工業(yè)自動化控制中尤其以控制位置在可預(yù)見的未來是不可替代的。控制系統(tǒng)設(shè)計是由系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計兩部分組成的系統(tǒng)硬件。其中,硬件設(shè)計的工作原理分析RGV車,RGV汽車驅(qū)動設(shè)計和PLCPLC工作原理和驅(qū)動的作用,驅(qū)動步進電機的運動原理設(shè)計,軟件設(shè)計,包括主程序和其他輔助控制程序設(shè)計,并最終步進電機旋轉(zhuǎn)的角度,旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)向控制。第2章RGV小車簡介2.1有軌自動化小車作為重要的運輸設(shè)備倉庫自動化——自動軌道車(RGV-railGuidedVehicle，以下簡稱RGV)，又稱穿梭車，如在工廠自動化(FA)中逐步發(fā)展的計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)技術(shù)和柔性制造系統(tǒng)(FMS):FlexibleManufacturesystem)廣泛應(yīng)用越來越多的關(guān)注和持續(xù)改進鐵路自動化car,自動化物流系統(tǒng)是智能導(dǎo)軌處理設(shè)備中使用的電子控制系統(tǒng)在編碼器的控制下，激光測距等接入方式在各自的輸入輸出站準(zhǔn)確識別，接收到往復(fù)穿梭輸送物料后，主要用于自動化物流系統(tǒng)單元物料快速高效的自動輸送平面，具有高度的自動化和靈活性。與自動導(dǎo)航車無軌電車軌道自動化相比，具有傳動速度快、傳遞動態(tài)的特點，能更快速地傳遞物料，并能在不同工位之間布置輸送線路，緊湊、簡單，從而提高了輸送物料的效率。此外，自動軌道車無人操作，運行速度快。從而大大減輕了倉儲管理的工作量，提高了勞動生產(chǎn)率，被廣泛應(yīng)用于先進工業(yè)化國家的倉儲物流自動化系統(tǒng)中。2.2RGV小車的優(yōu)勢RGV汽車反對傳統(tǒng)的固定輸送很多優(yōu)勢,體現(xiàn)在以下幾方面首先,自動鐵路汽車智能,它可以選擇物料搬運貨物的每個階段系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)調(diào)度原則,根據(jù)客戶的不同需求存儲調(diào)度原則確定優(yōu)先重點,優(yōu)先級庫或像根據(jù)時間表;其次,自動化軌道車操作更加用戶友好,例如,在一個系統(tǒng)PDA手持終端掃描,特工在按下按鈕之后發(fā)貨,如果沒有找到信息,您可以點擊按鈕取消這批貨物交付請求信息,有效地避免濫用工人造成的后果的鐵路運輸效率和自動化汽車和其他方面的固定輸送機的優(yōu)點是無與倫比的。2.3RGV小車的基本功能(1)水平控制操作操作，實現(xiàn)鐵路車輛頂升自動操作。(2)位置控制操作在適當(dāng)?shù)乃俣?，然后精確定位交貨位置。(3)與上位機通信和地面運輸、倉儲系統(tǒng)通信。(4)提供各種機電保護。(5)人機界面或通過觸摸屏控制面板，提供機器的狀態(tài)或遠(yuǎn)程操作。2.4有軌自動化小車的結(jié)構(gòu)RGV車體主要由系統(tǒng)、地址識別裝置、導(dǎo)軌、電氣控制系統(tǒng)等組成。車架主體主要由系統(tǒng)、行走傳動裝置、升降裝置和張緊裝置組成。承載體是由焊接后的鋼板彎曲而成的其他框架構(gòu)件的本體。行走傳動裝置主要由傳動軸、驅(qū)動輪和驅(qū)動電機等部件組成。行走輪驅(qū)動行走輪采用高科技聚氨酯材料，既提高了行走輪的耐磨性，又大大減少了行走輪與行走輪之間的摩擦，這可以延長行走輪的使用壽命。主要由升降裝置軸、升降輪、升降電機等組成。張緊方式主要由張緊輥支架、張緊輥等部件組成。身份驗證設(shè)備定位信號設(shè)備RGV汽車的存儲平臺,考慮平滑定位精度RGV電車運行,選擇激光識別網(wǎng)站意味著導(dǎo)軌導(dǎo)向的基礎(chǔ)和攜帶鐵路自動化小車行走,為了方便鐵路1-2自動汽車貨艙和貨物的最終定位空間,在一個合適的開放的洞。RGV電動汽車控制系統(tǒng)主要包括:一套主PLC-、S7-313C型西門子PLC，用于控制汽車RGV的整體運行和通訊;一種可充電電池，提供汽車無線電RGV的電氣控制系統(tǒng)的控制和電源;運行直流電機，用于驅(qū)動臥式小車RGV在軌道上行駛;升降直流電機，用于控制貨盤的垂直運動;一種無線通訊控制器，用于操作小車RGV的動作，RGV小車可以完成多速前進、后退、送貨和拾取動作?2.5有軌自動化小車的分類一般沿固定軌道行駛的軌道自動輸送裝置稱為小車(RGV)，無軌行駛的軌道稱為自動導(dǎo)向車輛(AGV)，簡稱空氣懸架輸送車(EMS)。形式的跟蹤、自動鐵路電車可分為連續(xù)往復(fù)自動軌道車,單軌車環(huán)軌自動化和自動化過渡軌車,環(huán)軌車可以自動運行多個車輛在同一軌道的身體,可以大大提高處理能力,有一個趨勢發(fā)展自動化軌道車。往復(fù)式直線軌道車自動化是一種用于搬運設(shè)備的自動化物流系統(tǒng)智能導(dǎo)軌。電子控制系統(tǒng)由一個編碼器,激光測距和其他訪問模式識別準(zhǔn)確地在各自的輸入,輸出站,在收到一個往復(fù)穿梭運輸材料,主要用于自動化物流系統(tǒng)單元材料快速和高效自動運輸機,高自動化程度和靈活性。單軌環(huán)梭系統(tǒng)是適應(yīng)現(xiàn)代物流系統(tǒng)的快速發(fā)展和智能單軌導(dǎo)軌搬運設(shè)備的發(fā)展。在電子控制系統(tǒng)中，由編碼器或條碼識別站點精確地控制在各自的輸入和輸出站，經(jīng)環(huán)行輸送后可接受物料。過渡軌道車是一種新型的自動物料搬運小車軌道,電子控制系統(tǒng)的控制下可以在t形截面的彎曲的路徑完成或y形實現(xiàn)材料處理函數(shù)可以配置不同的材料在不同形式的交付設(shè)備,以滿足交付要求。該自動軌道小車在軌道數(shù)相同的情況下，物流系統(tǒng)控制自行車控制技術(shù)可分為雙車控制和多車控制;軌道車本身不同的自動化機械結(jié)構(gòu)，用貨物也可以分為帶貨叉式和不帶貨叉式兩種，叉式車廂控制單貨位和雙貨位來控制小車等。2.6國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀外國語的鐵路自動化汽車之前,鐵路自動化汽車的機械性能相當(dāng)先進,更智能的發(fā)展,以滿足客戶的不同的需求在特殊條件下,而國內(nèi)研究自動化仍處于初級階段,和更多的關(guān)于模仿外國產(chǎn)品的階段。近年來在學(xué)習(xí)上的發(fā)展，國家有很多成功的故事。美國迪瑪?shù)倏斯居?000年開發(fā)的自動軌道車多梭車，由于其模塊化結(jié)構(gòu)，所以有軌道自動小車可根據(jù)各種訂單和生產(chǎn)要求配置。驅(qū)動方式為軌道車的自動化模塊化設(shè)計，也制造了相對較少的部件。該小車噪音低，振動小，維修相對容易，定位準(zhǔn)確，DCS小車由編碼器控制。2001年，瑞士超模集團(SwissoGroup)在其位于瑞典博克斯霍爾姆(Boxholm)的工廠開發(fā)了一種新型軌道安裝自動汽車。履帶式自動汽車是為Vectura系列小型訪問設(shè)備(SRM)設(shè)計的，可以處理高達20米的高度。堆垛機由變頻器控制，實現(xiàn)控制，最大運動速度，達到最佳定位精度。該系統(tǒng)的處理周期非常短，可作為SRM巷道轉(zhuǎn)軌自動化小車使用。也可以安裝Transnorm的托盤輸送機作為緩沖和出站/入站的傳輸終端。KunmingShipbuilding2001年開發(fā)的兩條設(shè)計自動化線性鐵路car,主要parameters:步行速度(100180)m/min,,加速度(0.30.5)米/s2,輸送速度(1,215)m/min,旅游定位精度±5mm.然后設(shè)計了2002年單軌自動化環(huán)軌車，這是一個單軌汽車自動化站單軌環(huán)形鋁軌，在一定程度上提高了效率。根據(jù)需要設(shè)計在2003年晚些時候軌道線性雙工自動化軌道車,這輛車是鐵路車輛自動化、橫向輸送設(shè)備,縱向輸送方式,旋轉(zhuǎn)機制,提升機制,車輛驅(qū)動裝置組成,它的特點是兩個站可以同時傳遞,提高運輸效率,解決設(shè)備的數(shù)量出現(xiàn)在一條直線雙軌輸送裝置,控制復(fù)雜,故障率,大型投資和高成本和低效率的技術(shù)困難,Taiyuangangyu物流工程有限公司有限公司于2004年自主研發(fā)設(shè)計自動化軌道車,在最初的線性鐵路汽車自動化功能,增加了形狀檢測設(shè)備和托盤貨物,同時也增加了拆遷的磁盤功能,分割設(shè)計光盤托盤和起重裝置的提升機制。2005年，韓國信亨機械公司生產(chǎn)的一種軌道自動小車具有優(yōu)越的安全性能。如果小車前面有障礙物，就會降低車速。如果距離小于60毫米，則停止。如果負(fù)載不在正確的位置。車輛不動，并發(fā)出警報。如果停車位置不正確，車輛將重新定位。當(dāng)電機過載時，熱繼電器驅(qū)動，車輛無法移動，并發(fā)出報警。昆明船舶公司吸收軌道自動小車的優(yōu)點，根據(jù)AGV(自動導(dǎo)引車)的運行特點，自主開發(fā)了一種新型的軌道自動換軌軌道自動小車。在計算機和電子控制系統(tǒng)的控制下，小車可以在直線或曲線上行駛。轉(zhuǎn)換軌跡在路徑上自動完成。車輛最大載重300kg，直線行走速度可達160m/min，轉(zhuǎn)彎速度40m/min，加速度0.5m/s2，行走定位精度5mm。國辰鼎湖集團于2010年2月推出了一款軌道式自動小車。軌裝自動小車額定負(fù)載1500*^，托盤尺寸1200*10001111，運行速度50111/11^1。除了它的正常功能，它還有一個獨特的“托盤計數(shù)系統(tǒng)”，允許購物車計算在一個特定的通道托盤的數(shù)量，并將此信息傳輸?shù)诫p向射頻控制單元。第3章PLC的基本概述3.1IPLC的定義可編程控制器是一個計算機家族，它是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期可編程序控制器PLC簡稱PLC，主要用于尺寸電氣邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，該設(shè)備的功能已經(jīng)大大超出了控制邏輯的范圍，因此，今天，這種設(shè)備被稱為可編程控制器，簡稱PC。但是，為了避免個人電腦(簡稱PC)，簡稱混淆，因此，任何可編程控制器都簡稱PLC。

對于PLC編程控制器，新的工業(yè)控制手段是指基于計算機的技術(shù)。在國際電工委員會1987年頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC作了如下定義:PLC是一種電子設(shè)備，是一種專用于工業(yè)環(huán)境中的數(shù)字操作面設(shè)計操作。它可以用于水庫的編程,在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯操作序列的操作時間、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令,并能輸入和輸出各種類型的數(shù)字或模擬控制數(shù)據(jù)包公式.PLC機械或生產(chǎn)流程與國外相關(guān)設(shè)備應(yīng)易于擴展其功能的原則設(shè)計?？刂婆c工業(yè)一體化形成一個系統(tǒng)，易于擴展功能的設(shè)計原則。3.2PLC的基本組成PLC是一種專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的計算機，它具有與計算機相似的結(jié)構(gòu)，但也有硬件和軟件。由多個中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出接口、編程、電源等組成。PLC內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。a.中央處理單元(CPU),中央處理單元(CPU)是公司的核心,他是連接到內(nèi)存,1/O接口通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線,它的主要功能是執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件,從輸入接口讀取每個開關(guān)狀態(tài),根據(jù)梯子程序,執(zhí)行邏輯處理和輸出處理結(jié)果的輸出接口。b.存儲器，PLC存儲器是用來存儲數(shù)據(jù)或程序的。內(nèi)存中的程序包括系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序。系統(tǒng)程序用于管理控制系統(tǒng)的操作,并執(zhí)行應(yīng)用程序存儲在只讀存儲器ROM。應(yīng)用程序,也就是說,用戶程序,存儲在隨機存取存儲器RAM和備用電池維護的一段時間。還可以將用戶程序硬設(shè)置為只讀內(nèi)存，以便永久存儲。c.電源，電源的作用是將外部提供的電力轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電力。一些供電單元也向外界提供24V直流電源，可用于現(xiàn)場無源開關(guān)連接到開關(guān)輸入單元。電源單元還包括一個省電保護電路和一個備用電池電源防止RAM迷路后,外部電源。PLC驅(qū)動電源采用開關(guān)電源,具有輸入電壓范圍寬,體積小,重量輕,效率高和良好的抗干擾性能。d.I/0接口電路，1O接口是CPU與現(xiàn)場1O設(shè)備之間的橋梁。輸入接口接收和收集輸入信號。數(shù)字或數(shù)字輸入接口用于接收按鈕、選擇開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、壓力微電子等數(shù)字輸入信號:模擬輸入接口用于接收電位器、測速發(fā)電機以及發(fā)射機提供的各種連續(xù)變化的模擬電流和電壓信號。輸入信號由接口電路轉(zhuǎn)換成適合CPU處理的數(shù)字信號。為了防止各種干擾信號和高、低電壓信號，輸入接口通常采用光耦隔離。輸出接口電路將內(nèi)部電路輸出的微弱電信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)所需的強電信號輸出。數(shù)字輸出模塊用于控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置、報警裝置等輸出設(shè)備。模擬輸出模塊用于控制執(zhí)行機構(gòu)，如調(diào)節(jié)閥和逆變器。為了保證PLC的可靠和安全，輸出接口電路的工作采取了心隔離的措施。輸出接口電路分為繼電器輸出、晶體管輸出和質(zhì)量控制輸出三種類型。目前，一般采用發(fā)電機的輸出方式。e.編程器編程器是用來輸入和編輯，它可以用來監(jiān)控每個運行時PLC編程元素的運行狀態(tài)。程序員是由一個鍵盤、一個顯示器、一個模式開關(guān)、一個通訊接口和PLC的幾個部分組成的。正常情況下只有輸入程序、使用和服務(wù)調(diào)試階段，這樣一個程序員就可以提供多個PLC使用。3.3PLC的工作原理與掃描技術(shù)3.3.1PLC工作原理可編程控制器有兩種基本工作狀態(tài)，即運行狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)。在運行狀態(tài)下，可編程序控制器執(zhí)行控制要求所反映的子程序?qū)崿F(xiàn)控制功能。為了使可編程控制器的輸出應(yīng)及時輸入信號隨時可能出現(xiàn)，用戶的程序不是只執(zhí)行一次，而是表面反復(fù)執(zhí)行一遍又一遍，直到可編程控制器停止或切換工作狀態(tài)停止。除執(zhí)行用戶程序外，還完成了可編程控制器在二次回路解析過程中的工作。內(nèi)部處理、通位處理等，二次回路可分為5個階段(見圖2a)。這種循環(huán)的可編程控制器是移動到掃描模式，因為計算機執(zhí)行速度。板高。從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程就像單詞同時完成一樣。在聯(lián)合內(nèi)部處理階段。檢查可編程控制器內(nèi)的CPU模塊硬件是否正常，監(jiān)控定時器是否復(fù)位，以及完成一些其他內(nèi)部工作。圖3.2PLC的工作原理示意圖在通信服務(wù)階段，一個可編程控制器在與其他智能微處理器通信時，響應(yīng)程序員的命令類型，更新程序員的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程控制器處于停止(stop)狀態(tài)時，只執(zhí)行上述操作。當(dāng)可編程控制器處于運行(RUN)狀態(tài)時，還要完成其他三個階段的操作(見圖2.2b)，其中只有三個階段與用戶程序執(zhí)行相關(guān)聯(lián)。可編程控制器在運行狀態(tài)下，掃描操作所需時間如圖b所示執(zhí)行時間稱為掃描周期，一般為1100ms。指令執(zhí)行用戶程序所需的時間長度，與CPU執(zhí)行速度命令有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間占很大比例，但嚴(yán)格來說，這段時間還包括自診斷掃描、通信等。3.3.2PLC掃描技術(shù)圖3.3plc的掃描運行方式示意圖a.輸入采樣階段輸入采樣階段，PLC以掃描方式順序讀取所有輸入的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并將其存儲在相應(yīng)的單元I/O圖像區(qū)域。輸入樣例后進入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新期間。在這兩個階段，即使輸入數(shù)據(jù)改變狀態(tài)，1/O狀態(tài)和圖像區(qū)域數(shù)據(jù)的相應(yīng)單元也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，以確保在任何情況下都能被讀入輸入。b.用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC始終按照從上到下的順序掃描用戶程序(梯形)。掃描每個梯形圖時，總是先掃描梯形圖左側(cè)觸點形成的控制線，邏輯上按先左后右、先上后下的順序操作觸點形成的控制線。然后刷新相應(yīng)的狀態(tài)的邏輯線圈系統(tǒng)中RAM存儲區(qū)域，根據(jù)邏輯運算的結(jié)果可知，刷新狀態(tài)對應(yīng)輸出線圈的輸入輸出映射面積，或決定是否執(zhí)行梯形圖規(guī)定的特殊功能指，即在用戶程序的執(zhí)行,只有國家和數(shù)據(jù)輸入在簽證官的圖像區(qū)域不會改變,和其他的狀態(tài)和數(shù)據(jù)輸出點和軟設(shè)備10o圖像區(qū)域或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)域可能會改變,和上面列出的梯形圖,程序執(zhí)行結(jié)果將使用這些線圈的工作梯圖或數(shù)據(jù)如下:相反，下面的梯形圖是刷新邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，只能進入下一個掃描周期，對上面列出的程序進行工作。c.輸出刷新周期掃描用戶程序結(jié)束后，PLC進入輸出刷新周期。在此期間，CPUVO根據(jù)相應(yīng)的圖像區(qū)域數(shù)據(jù)刷新狀態(tài)和所有的輸出鎖存器電路，再通過相應(yīng)的外圍驅(qū)動電路輸出，則為PLC的真實輸出。3.4PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則a.最大限度地滿足被控對象的控制要求。b.在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、易于使用和維護。c.確保控制系統(tǒng)安全可靠。e.考慮到生產(chǎn)開發(fā)流程的改進，在選擇PLC產(chǎn)能時應(yīng)適當(dāng)預(yù)留余量。3.5PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯器、診斷程序等，主要用于管理整個機器，將編程語言轉(zhuǎn)換成機器語言，診斷機器故障。系統(tǒng)軟件由PLCr提供，已在EPROM中固化，不能直接訪問和干預(yù)。用戶程序是用戶用PLC編程語言編寫的應(yīng)用程序(即邏輯控制)，根據(jù)現(xiàn)場控制的要求實現(xiàn)各種控制。STEP7是SIMATIC可編程邏輯控制器(即用戶程序)配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。我們使用STEP7進行硬件配置和邏輯編程，以及對邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)控。a、PLC提供的編程語言標(biāo)準(zhǔn)語言梯形語言也是我們最常用的語言之一。它具有以下特點:(1)是一種圖形語言，由傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等項和一些圖形符號組成。左右垂直的線稱為左右總線條。(2)在梯形圖中，觸點(觸點)只有常開和常閉。觸點可以是PLC輸入點開關(guān)或PLC內(nèi)部繼電器觸點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等。(3)梯形圖中的觸點可以任意串聯(lián)或并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。(4)內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等不能直接控制外部負(fù)載，CPU內(nèi)部只能使用中間結(jié)果。(5)PLC根據(jù)循環(huán)掃描事件，沿梯形圖順序執(zhí)行。相同掃描周期的結(jié)果保留在輸出狀態(tài)寄存器中，因此輸出點的值可以用作用戶程序中的條件。b、語句表語言，類似匯編語言。c、邏輯函數(shù)圖語言由半導(dǎo)體邏輯框圖表示。一般情況下，一個操作框表示一個函數(shù)，左側(cè)繪制輸入，右側(cè)繪制輸出。3.6PLC的特點a.可靠性高抗干擾能力強。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬"故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。b.配套齊全功能完善，適用性強。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大中小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上ne通信能力的增強及人機界面找本的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易.c.易學(xué)易用深受工程技術(shù)人員歡迎。PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路.不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。d.系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小維護方便，容易改造。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同-設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。e.體積小、重量輕、能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于體科小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備，3.7PLC的應(yīng)用目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。a.順序控制這是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)城，它取代了傳統(tǒng)的維電器控制。PLC應(yīng)用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制，例如注塑機、印刷機、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等等。b.運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量Uo模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在-般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場c.過程控制過程控制是指對溫度、壓力流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完浪閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊目前許小型PLC也具有此功能模塊。PID處理般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用，.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PL.C具有數(shù)學(xué)運算(含矩陣運算消數(shù)運算邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，排序省表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集。分析及處理。這此數(shù)據(jù)可以與在儲在儲器中的參值比較，完成定的控制操作，也可以利用難信功能傳送到別的智能轉(zhuǎn)置，或格它們打印制表。數(shù)據(jù)處理做用于人型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng);也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的些大型控制系統(tǒng)。e.通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.8西門子PLC本設(shè)計選用西門子PLCS7-200系列產(chǎn)品作為設(shè)計所需的PLC系統(tǒng)，西門子S7-200PLC在實時模式下具有速度快，具有通訊功能和較高的生產(chǎn)力的特點。一致的模塊化設(shè)計促進了低性能定制產(chǎn)品的創(chuàng)造和可擴展性的解決方案。來自西門子的S7-200微型PLC可以被當(dāng)作獨立的微型PLC解決方案或與其他控制器相結(jié)合使用。S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號的8種CPU供選擇使用.它的基本組成為擴展單元：S7-200系列PLC主要有6種擴展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴展I/O點數(shù).編程器：PLC在正式運行時，不需要編程器。編程器主要用來進行用戶程序的編制、存儲和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過程中，進行監(jiān)控和故障檢測。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。簡易型編程器是袖珍型的，簡單實用，價格低廉，是一種很好的現(xiàn)場編程及監(jiān)測工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計算機進行編程操作，將專用的編程軟件裝入計算機內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實現(xiàn)在線監(jiān)測，非常直觀，且功能強大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN。程序存儲卡：為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲卡EEPROM有6ES7291-8GC00-0XA0和6ES7291-8GD00-0XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。寫入器：寫入器的功能是實現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲卡中，或?qū)LC中程序存儲卡中的程序通過寫入器傳送到RAM區(qū)。文本顯示器：文本顯示器TD200不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時修改。TD200面板上的8個可編程序的功能鍵，每個都分配了一個存儲器位，這些功能鍵在啟動和測試系統(tǒng)時，可以進行參數(shù)設(shè)置和診斷。第4章PLC系統(tǒng)控制RGV小車設(shè)計及流程4.1系統(tǒng)方案設(shè)計及流程系統(tǒng)由上位機顯控程序、PLC主站控制系統(tǒng)、ZIGBEE無線通訊系統(tǒng)、多臺RGV小車系統(tǒng)和機器人組成。其中RGV小車系統(tǒng)由驅(qū)動單元、傳感器單元、控制單元、RFID單元和圓形軌道構(gòu)成。針對系統(tǒng)在自動化生產(chǎn)中用有線傳輸，存在線路設(shè)置的問題，設(shè)計了基于ZIGBEE無線技術(shù)信號傳輸方案。RGV小車上傳感器信號、伺服電機信號以無線方式傳送到控制中心，主站PLC根據(jù)RGV小車上的信號來監(jiān)控小車狀態(tài)與動作。此系統(tǒng)的控制中心為主站的PLC，主站PLC與上位機通過以太網(wǎng)線連接，可通過人機界面來實時顯示和控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)可以為工業(yè)自動化生產(chǎn)線產(chǎn)品搬運、組裝應(yīng)用。流程如下：卸載完成品的空車RGV沿水平橢圓形軌道重新回到起始站，快到站時接近開關(guān)感應(yīng)到減速段地標(biāo)，行走驅(qū)動伺服電機進入低速模式，運行一段后，接近開關(guān)感應(yīng)到停止位地標(biāo)，伺服驅(qū)動電機停止。小車底部的RFID閱讀器讀到地面電子標(biāo)簽里含有的起始站工位號，由RGV自帶的PLC通過無線通訊給主站，主站PLC由工位號判斷這輛RGV位置已在起始站（每臺RGV內(nèi)PLC也自帶編號）。工人開始放產(chǎn)品在RGV小車上，同時利用掃碼槍掃碼，掃碼槍是直接連接了主站PLC，由主站PLC記錄哪一臺RGV小車上面帶的是哪一類產(chǎn)品。掃碼完成后，工人按下小車上“完成”按鈕，此時系統(tǒng)判斷下一站位空位條件是否成立，若成立則小車自動流入后一站位。同時后一輛RGV駛?cè)氘?dāng)前站。當(dāng)小車感應(yīng)到下一個站位信號時，主站發(fā)出信號讓機器人做出對應(yīng)產(chǎn)品型號的相應(yīng)操作。當(dāng)機器人完成操作后，發(fā)送完成信號給主站PLC，再由主站PLC來給RGV自帶PLC行走信號，自帶PLC再控制RGV相應(yīng)動作。當(dāng)RGV運行到人工站位時，工人可以通過RGV下方腳踏開關(guān)，將產(chǎn)品調(diào)到一個合適的高度，再圍繞RGV對產(chǎn)品進行人工處理，處理后按完成按鈕，RGV自動進入下一站。RGV小車把物料搬運到指定地點，通過上層皮帶自動輸出產(chǎn)品，然后通過橢圓形軌道返回到起始站位。4.2RFID技術(shù)RFID(英文全稱為RadioFrequencyIdentification)利用射頻信號通過空間禍合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)不接觸識別目標(biāo)就能夠傳輸信息達到自動識別物體的功能。RFID技術(shù)又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，它利用無線電射頻實現(xiàn)可編程邏輯控制器（PLC）或微型計算機（PC）與標(biāo)識間的數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)非接觸式目標(biāo)識別與跟蹤。同時RFID技術(shù)具有方便，成本低，使用廣泛，技術(shù)比較成熟等優(yōu)點。本系統(tǒng)中利用的RFID技術(shù)由后臺管理系統(tǒng)、閱讀器和電子標(biāo)簽三部分組成。電子標(biāo)簽是由天線，耦合元件及芯片組成，每個電子標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。本文用電子標(biāo)簽嵌入圓形軌道下方，編碼為每一個站位的信息。閱讀器是由天線，耦合元件，芯片組成。讀?。ㄓ袝r還可以寫入）電子標(biāo)簽信息的設(shè)備。本文把閱讀器安裝在小車下方，當(dāng)小車經(jīng)過電子標(biāo)簽位置時，小車通過此閱讀器讀取小車?？空疚簧项A(yù)設(shè)值的電子標(biāo)簽內(nèi)的站位信息。并把信息傳入到應(yīng)用層軟件系統(tǒng)。后臺管理系統(tǒng)主要是把收集的數(shù)據(jù)進一步處理，并把信息上報主控，主控便定位到RGV小車的位置。同時主控根據(jù)設(shè)置的站位信息和外圍設(shè)備發(fā)控制指令給小車進行操作。對于電子標(biāo)簽中站位號和閱讀器的設(shè)置，我們采用一個RS232轉(zhuǎn)RS485串口，將閱讀器接上24V電源，信號線由串口連接電腦。在設(shè)置時，由于閱讀器的讀取信號是要傳輸給PLC的，所以波特率必須與PLC保持一致。采用被動上傳方式，直接將讀取站位號傳輸給PLC，再由RGV的PLC上傳給主站。4.3無線通信設(shè)計ZIGBEE技術(shù)是一種新興的雙向無線通信技術(shù)，它主要具有距離短、能耗低、結(jié)構(gòu)簡單、能穿越一般障礙物、成本較低等優(yōu)點[4]。此系統(tǒng)無線通訊設(shè)計采用SZ02-ZIGBEE無線采集模塊。SZ02-ZIGBEE無線通信模塊是ZIGBEE模塊的加強型，集成了符合ZIGBEE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器，可實現(xiàn)一點對多點及多點對多點之間的設(shè)備間數(shù)據(jù)的透明傳輸。主控PLC選用西口子S7-1500，主控PLC與RGV小車之間采用MODBUS傳輸協(xié)議。生產(chǎn)線中主控PLC要與所有RGV小車的PLC進行通信，對每輛RGV小車實施有效的控制，因此，采用一點對多點的通信方式（每一個從站到每一臺RGV屬于一對一通信），也就是我們常說的RS485總線網(wǎng)絡(luò)所采用的“輪詢”方式。首先需要設(shè)置1個主站，其他全部為從站，對主站和從站編寫唯一地址，送個地址就屬于每個站點的身份。主站采用帶地址碼的數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)或命令，從站需要全部都接收，之后將接收到的地址碼與本地地址碼進行比較，如果比較結(jié)果不同則將數(shù)據(jù)全部去掉，不做任何響應(yīng)，如果比較結(jié)果相同，則證明數(shù)據(jù)是給本地的，從站根據(jù)傳過來的數(shù)據(jù)或命令進行不同的響應(yīng)，并將響應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送回去。這就實現(xiàn)了主站PLC與多臺RGV小車的PLC之間的準(zhǔn)確通信，保證了主控對RGV小車的有效控制。主站PLC通過以太網(wǎng)連接SZ02主站，SZ02主站通過交換機連接中繼路由。中繼路由再通過ZIGBEE無線傳輸與RGV小車中的SZ02終端進行通信。最后小車上的PLC通過RS485與SZ02終端相連接，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的通信設(shè)計。如圖4-3所示。圖4-3無線傳輸結(jié)構(gòu)圖4.4RGV小車系統(tǒng)設(shè)計RGV小車系統(tǒng)分為驅(qū)動單元、傳感器單元、控制單元、RFID單元和圓形軌道組成。對其主要部分進行介紹。4.4.1驅(qū)動單元主要包括伺服電機和電機驅(qū)動器。伺服電機具有控制精度更高、起動轉(zhuǎn)矩大、運行范圍較廣、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象、低頻特性好、即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象等特點，小車的電機驅(qū)動器主要功能為通過接收PLC模塊的指令或信號，達到控制相應(yīng)伺服電機的轉(zhuǎn)速、啟動和停止、方向和目的地。4.4.2傳感器單元包括防脫軌傳感器、接近開關(guān)、紅色防碰傳感器、聲光報警器。RGV小車上安裝了兩個防脫軌傳感器檢測軌道，如果小車運行時脫離軌道，小車立刻停止并通過聲光報警器報警。當(dāng)RGV小車運行時接近開關(guān)感應(yīng)到快速、減速、停止段地標(biāo)，使小車能夠?qū)崿F(xiàn)地標(biāo)所對應(yīng)的功能。當(dāng)紅色防碰傳感器感應(yīng)到RGV小車前方有人或者物體時，使小車停止并通過聲光報警器報警；小車停止后需人工確認(rèn)故障排除，小車才能繼續(xù)行走4.4.3控制單元小車通訊采用ZIGBEE無線采集模塊。ZIGBEE無線采集模塊可以實現(xiàn)RGV小車與上位機之間的無線通訊，通過上位機的操作就可以實現(xiàn)對小車的控制與運行監(jiān)控。PLC模塊是小車控制的核心。其主要功能為：通過接受仿脫軌傳感器、地標(biāo)傳感器、安全傳感器、ZIGBEE無線數(shù)據(jù)采集卡、接近開關(guān)的信號直接或間接控制控制伺服電機的運轉(zhuǎn)；控制RGV小車升降機的上升和下降；控制RGV小車前后等各項功能。同時小車設(shè)立電控箱，安裝于車體內(nèi)，各動作可手動操作。在小車外有個手動自動切換按鈕，當(dāng)切換為自動時，RGV根據(jù)每個站位的設(shè)置情況來動作；如果此站位設(shè)置為自動站，RGV接受主控的行走信號，直接行走；如果此站位設(shè)置為手動站，RGV除了接受主控允許行走信號外，還需要按下工序完成按鈕才可以行走。當(dāng)按鈕切換為手動時，需要按下完成信號，RGV行走至下一站。在小車一側(cè)有緊急停止按鈕，任何時候按下這個按鈕，小車都會停止。在RGV下方還設(shè)置腳踏開關(guān)，可以將產(chǎn)品調(diào)到一個合適的高度，方便工人操作。4.4.4RFID單元小車上的RFID單元由RFID后臺管理系統(tǒng)和RFID閱讀器組成。RFID閱讀器安裝在RGV小車下方，小車通過此閱讀器讀取電子標(biāo)簽上站位的信息。4.5機器人系統(tǒng)機器人選用庫卡六軸（KRC4型號）。當(dāng)RGV小車到站之后，主站控制機器人上的PLC啟動動作從而進行相應(yīng)的動作，機器人以及各工具通過分站PLC與機器人控制柜信號配合，完成任務(wù)。當(dāng)一系列動作完成之后機器人回到原點，小車接收到機器人站位中的PLC發(fā)送給主站再由主站傳送給它的完成信號，行走到下一站位，上一站位完成的小車也接收到進站信號進站。4.6PLC程序核心設(shè)計主站PLC是整個系統(tǒng)控制的核心。本系統(tǒng)中，由于RGV的臺數(shù)較少，在生產(chǎn)需要的前提下，可以將RGV數(shù)量提升到幾十臺。因此，我們主站采用的是西門子1500CPU。西門子1500具有響應(yīng)時間快，高波特率和高效的傳輸協(xié)議等的優(yōu)點。為