劉云鵬 徐世許 高亞丹

摘 要：論文設(shè)計(jì)了基于以太網(wǎng)通信的立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)管控制系統(tǒng)，用于工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)倉(cāng)庫(kù)監(jiān)管的自動(dòng)化和智能化。該系統(tǒng)由上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器NJ、三軸直角坐標(biāo)機(jī)械手組成。上位機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器NJ之間通過以太網(wǎng)通信，上位計(jì)算機(jī)向運(yùn)動(dòng)控制器NJ發(fā)送命令并實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)；運(yùn)動(dòng)控制器NJ和伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過以太網(wǎng)通信，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制器NJ中的命令來驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。采用歐姆龍組態(tài)軟件CX-Supervisor進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)管軟件的開發(fā)，使用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄。該系統(tǒng)能夠滿足立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)管系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，從而實(shí)現(xiàn)立體冷庫(kù)的智能監(jiān)管控制。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)通信 運(yùn)動(dòng)控制器NJ CX-Supervisor組態(tài)軟件

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）04（b）-0004-02

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)管系統(tǒng)由上位計(jì)算機(jī)、歐姆龍運(yùn)動(dòng)控制器、歐姆龍三軸直角坐標(biāo)機(jī)械手（包含3個(gè)伺服電機(jī)）以及3個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器R88D-1SN08H-ECT組成。上位機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器NJ之間采取EnterNet/IP的以太網(wǎng)通信方式，運(yùn)動(dòng)控制器NJ和伺服驅(qū)動(dòng)器之間采用EnterCAT的以太網(wǎng)通信方式[1]。當(dāng)上位機(jī)的監(jiān)管軟件向運(yùn)動(dòng)控制器NJ發(fā)送命令后，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)控制器NJ中的程序，伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成相應(yīng)動(dòng)作指令。其中伺服電機(jī)1控制機(jī)械手的X軸，伺服電機(jī)2控制機(jī)械手的Z軸，伺服電機(jī)3控制機(jī)械手的A軸。

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的整體工作流程

以存貨為例：初始化位置就是機(jī)械手的零點(diǎn)位置；選擇工位即在軟件上選擇所要操作的工位；機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)工位位置過程中用到的是多軸聯(lián)動(dòng)直線插補(bǔ)的運(yùn)動(dòng)方式，可以避免兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械振蕩；在運(yùn)動(dòng)到位后首先對(duì)工位進(jìn)行檢測(cè)，如果工位已經(jīng)有貨物，則在上位機(jī)監(jiān)管軟件中彈出相應(yīng)提示信息，并返回初始位置，如果沒有貨則可以進(jìn)行存貨。

2.2 監(jiān)管程序

使用歐姆龍的組態(tài)軟件CX-Supervisor開發(fā)了上位機(jī)監(jiān)管軟件。CX-Supervisor是一個(gè)功能十分強(qiáng)大的組態(tài)軟件，具有很強(qiáng)的靈活性，，能夠更好地實(shí)現(xiàn)可視化管理。每個(gè)工位顏色不一樣，表示工位所存放的貨物種類不同。當(dāng)此位置沒有貨物時(shí)工位顯示為空。工位信息實(shí)時(shí)顯示實(shí)際庫(kù)存信息?，F(xiàn)用CX-Supervisor向數(shù)據(jù)庫(kù)中添加一條數(shù)據(jù)的方法：首先要在軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)工作欄添加一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)（庫(kù)存信息），其次添加相關(guān)記錄集（存入表），然后配置字段關(guān)聯(lián)（存入表中的字段），最后將表的字段再和變量相關(guān)聯(lián)，通過以下程序向數(shù)據(jù)庫(kù)的存入表中增加一條數(shù)據(jù)。

DBOpen "庫(kù)存信息.存入表"

DBAddNew "庫(kù)存信息.存入表.存入日期"

DBAddNew "庫(kù)存信息.存入表.存入時(shí)間"

DBAddNew "庫(kù)存信息.存入表.貨物名稱"

DBAddNew "庫(kù)存信息.存入表.數(shù)量"

DBAddNew "庫(kù)存信息.存入表.位置"

DBAddNew "庫(kù)存信息.存入表.操作員"

DBUpdate "庫(kù)存信息.存入表"

該系統(tǒng)軟件的功能能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的各項(xiàng)要求，現(xiàn)已投入到實(shí)際生產(chǎn)使用中。

2.3 控制程序

機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制程序由Sysmac Studio開發(fā)。由于運(yùn)動(dòng)控制器采用歐姆龍的NJ301-1100，NJ的CPU內(nèi)置了運(yùn)動(dòng)控制功能模塊，簡(jiǎn)稱MC功能模塊[2]。MC功能模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，可以通過EnterCAT端口與伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了多軸聯(lián)動(dòng)，高精度、高速度的伺服驅(qū)動(dòng)控制。

在本程序中，要實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)。所以用到許多單軸運(yùn)動(dòng)控制指令和軸組運(yùn)動(dòng)控制指令[3]。整個(gè)控制過程中，最重要的兩個(gè)參數(shù)即速度和工位的坐標(biāo)位置。其中速度控制由速度控制指令MC_MoveVelocity實(shí)現(xiàn)；為了避免多軸聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械震蕩，降低機(jī)械使用壽命以及降低機(jī)械精度，使用軸組絕對(duì)值直線插補(bǔ)指令MC_MoveLinearAbsolute進(jìn)行控制。

其中速度控制指令MC_MoveVelocity的主要參數(shù)：輸入輸出變量Axis的值為軸變量名稱；輸入變量Velocity為目標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)速度；輸入變量Acceleration為目標(biāo)軸的加速度，其值為目標(biāo)軸啟動(dòng)時(shí)的加速度；輸入變量Deceleration為目標(biāo)軸的減速度，其值為目標(biāo)軸制動(dòng)時(shí)的減速度[4]；其他參數(shù)為默認(rèn)值。

軸組絕對(duì)值直線插補(bǔ)指令MC_MoveLinearAbsolute能夠?qū)崿F(xiàn)多軸的直線插補(bǔ)，以及目標(biāo)位置以絕對(duì)位置指定。采用直線插補(bǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而提高機(jī)械手的工作效率。直線插補(bǔ)將運(yùn)動(dòng)分解為各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，能夠減小機(jī)械振蕩，進(jìn)而提高精度延長(zhǎng)機(jī)械手的使用壽命。其主要的參數(shù)如下：輸入輸出變量AxesGroup的值為軸組變量名稱；輸入變量Position為目標(biāo)位置；輸入變量Velocity為直線插補(bǔ)過程中的速度；輸入變量Acceleration為直線插補(bǔ)過程中的加速度；輸入變量Deceleration為直線插補(bǔ)過程中的減速度。下面以運(yùn)動(dòng)控制程序中的一段實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的程序進(jìn)行詳細(xì)說明，如圖1所示。

經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)，該運(yùn)動(dòng)控制程序能夠很好地滿足用戶需求，已成功使用到到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中。

3 結(jié)語

基于以太網(wǎng)通信的立體倉(cāng)庫(kù)監(jiān)管控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化、智能化、規(guī)范化管理。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、高效，能夠避免人工直接存取對(duì)人體造成的不可挽回的傷害，并能夠?qū)?kù)存情況以及操作實(shí)時(shí)地記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。方便日后對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)查以及責(zé)任追責(zé)，提高了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊歡.大型鍛件自動(dòng)超聲檢測(cè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2015.

[2] 程敏.基于SYSMAC NJ控制器的并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)[D].青島：青島大學(xué)，2014.

[3] 楊玉振.遙操作機(jī)器人平臺(tái)研究[D].濟(jì)南：濟(jì)南大學(xué)，2014.

[4] 劉波.船用齒輪箱動(dòng)態(tài)激勵(lì)模擬及動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化[D].重慶：重慶大學(xué)，2015.

[5] 胥軍.高空救援消防車電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2012，31（1）：64-67.