自动堆垛机人机界面设计课件

1、上海工程技术大学毕业设计（论文） 自动堆垛机人机界面设计摘 要自动化立体仓库系统是在不直接进行人工处理的情况下自动地存储或取出物料的系统。它功能强大、存取效率高、准确率高，广泛地运用于机械制造、食品、服装、化工、制药、冶金和其他行业的物流系统中5。本次设计要求分析和研究自动堆垛机的硬件系统和软件系统。其中硬件系统包括仓储货架、驱动器、控制卡和现场通讯总线等，软件系统包括主程序、通讯程序、各轴运动程序、控制程序和保护程序等。在此基础上合理地对自动堆垛机的人机控制界面进行设计和布局，主要是利用C语言编程进行汉字的显示驱动和库位状态显示区、设备状态和工作状态显示区以及系统时间显示区等的设计。从而得到

2、一个能直观反映自动堆垛机的库位状态、设备状态和工作状态等的友好界面，以方便工作人员控制操作。并通过初步调试实现了相应的要求。关键词：立体仓库,人机界面，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；自动堆垛机人机界面设计0 引言自动化立体仓库的出现是物流技术目的一个划时代的革新。它不仅彻底改变了仓储行业劳动密集、效率低下的落后面貌，而且大大拓展了仓库功能，使之从单纯的保管型向综台的流通型方向发展。堆垛机是自动化立体仓库中的一种自动装运设备，是实现自动化立体仓库高效、安全、可靠运行的关键设备6。自动化立体仓库是自动化生产的重要组成部分,用于存储配件、半成品、产品、工具、夹具和模具等。在CIMS 中,对原材料、设备及半成品的存储及运输占产品整个生产周期的大部分

8、时间,对自动化立体仓库相关技术的研究,将会极大地提高CIMS 系统的生产效率和自动化水平。自动化立体仓库是集机械、电子、计算机、通信网络、传感器和自动控制等多种技术为一体,以搬运机械化、控制自动化、管理微机化、信息网络化为特征的现代化物流系统中产品生产与储存的枢纽。自动化立体仓库主要由高层货架、巷道堆垛机、出入库系统等硬件设备以及计算机管理与控制系统等软件设备组成。自动堆垛机是仓储自动化的核心设备之一，它对于提高空间利用率、提高工作效率、降低劳动成本、促进物流自动化等方面具有重要意义。本次设计开发新的人机界面，提高原来系统的人机交互性能。自动化立体仓库中最重要设备就是巷道堆垛机,巷道堆垛机是实

9、现整个仓库系统“自动”功能的关键设备。对其控制系统的研究具有广阔的应用前景。1 绪论11 现代物流与自动化立体仓库现代物流是以现代化物流信息技术为基础，整合运输、包装、装卸、搬运、发货、仓储、加工、配送及信息处理等各种功能而形成的综合性物流活动，其发展速度非常迅猛，引起了人们的高度重视。现代物流的主要特点包括：(1)电子商务与物流的紧密结合；(2)现代物流是物流、信息流、资金流和人才流的统一；(3)电子商务物流是信息化、自动化、网络化、智能化、柔性化的结合；(4)物流设施、商品包装的标准化，物流的社会化、共同化。目前一些大型企业和一些专业的第三方现代物流企业的仓库都以自动化立体仓库为主，采用自

10、动存储、输送设备，常用的包括：输送机、堆垛机、自动导引车、升降式移载输送机等输送设备，机器人也作为一种用于码盘、拆垛的柔性物流应用在自动化立体仓库中，并且发挥着重要作用。自动化立体仓库系统是在不直接进行人工处理的情况下能自动存储和取出物料的系统。自动化立体仓库按照不同的分类原则可以有如下几种不同的分类：(1)按货架形式分类可分为单元式货架仓库，贯通式货架仓库和循环货架仓库。(2)按建筑形式可以分为整体式和分离式。整体式指货架除了存储货物之外，还可以作为建筑物的支撑结构，库房与货架形成一体化结构。分离式是指储存货物的货架独立存在，建在建筑物内部。(3)按照作业方式分可以分为单元货架式、移动货架式

11、和拣选货架式三种立体仓库。单元货架式是货物先放在托盘或者集装箱内，再装入单元货架的货格中移动货架式的货架可以在轨道上行走，由控制装置控制货架的合拢和分离。分拣机构是拣选货架式仓库的核心组成部分。它有巷道内分拣和巷道外分拣两种方式。自动化立体仓库的优点体现在：(1)占地面积小、仓储容量大；(2)采用立体货架存储方式提高保管质量；(3)可方便、迅速地进行货物的入/出库作业，提高入/出库作业率和仓库周转能力；(4)能提高存储的经济效益。自动化立体仓库的含意包括仓库管理自动化和出入库作业自动化。仓库管理自动化，包括对货箱、账目、货格及其他信息管理的自动化。入库出库的作业自动化，包括货箱零件的自动识别、

12、自动认址、自动定位、货格状态的自动检测以及堆垛机各种动作的自动控制9。12 自动化立体仓库的国内外发展状况1959年世界上第一座立体仓库在美国阿尔巴尔州建成。之后，美国于1963年建成了世界上第一座计算机控制的自动化立体仓库。自动化立体仓库发展到现在大致经历了以下四个阶段，并逐步向第五阶段过渡。第一阶段：机械式立体仓库系统。20世纪60年代在美国首先产生了机械式立体仓库系统(Mechanical High-rise Warehouse System)，在该仓库系统中，操作人员可通过一些电器按钮和开关来控制一些机械设备进行入出库作业，实现了搬运的机械化。第二阶段：自动化立体仓库系统。到20世纪7

13、0年代末，随着可编程控制器PLC、自动存取ASRS(Automatic Storage and Retrieval System)、自动导引小车AGVS(Automatic Guided Vehicles)、条形码阅读器(Bar-Code Scanner)等设备在立体仓库中的应用，出现了自动化立体仓库系统(Automated High-rise Warehouse System)，实现了控制自动化。第三阶段：集成化立体仓库系统。到本世纪80年代末，计算机技术的异军突起及其在自动化仓库系统中的成功应用，导致了第三代集成化立体仓库系统的诞生，实现管理微机化。第四阶段：智能型立体仓库系统。进入90年

14、代，出现了智能型立体仓库系统(Intelligent High-rise Warehouse System)，该仓库系统不仅实现了对入，出库作业和仓库信息的全自动处理，而且还可根据生产计划报表分析、制定出所需材料与劳动力，并依据物资的现有库存量提出外购建议。第五阶段：3I立体仓库系统。目前随着电子数据交换EDI技术的发展及应用，自动化立体仓库系统逐步3I(Intelligent, Integrated，Information)仓库系统过渡。目前，自动化立体仓库应用最多、发展速度最快的国家是日本，近年来每年约有上千个各种类型的自动化物流系统投入使用。例如，日本名古屋附近的三菱汽车装配总厂的自动化

15、立体仓库，其自动化程度非常高，这座装配厂每天生产11520辆汽车，在长达两公里的巨大输送带上，能同时装配5种完全不同车型的汽车，除车体在生产线上进行焊接外，半成品装配件完全来自于立体仓库。在定位系统方面，德国乐易电子于2005年推出了一项具有创新性的新技术条形码定位系统(BPS)。这种新型条形码定位系统(BPS)通过读取行进路线上的条形码确定准确方位，可有效实现曲线定位并且测距范围可达到10000米，为用户实现全自动化管理提供了必要前提。另一个优势是内置了速度控制功能，帮助客户对传送系统的运动进行控制，提高了系统效率并进一步降低了成本。这套系统采用符合国际标准的Profibus与SSI接口，可

16、以很容易的被集成到相应的总线上，具有很好的兼容性。此外，BPS所用的条形码带具有极强的抗腐蚀性，可以抗紫外线、化学溶剂和工业清洗剂，因此可适应各种工业场合，提高了系统的兼容性。该技术不但填补了现存定位系统在曲线定位技术上的空白，而且为自动化立体仓库、汽车生产线、全自动工业生产线、医药物流中心等行业提供了一套精确率高、稳定性强、成本可控的全面解决方案。我国自动化立体仓库的研究与应用经历了4个主要阶段: 19731985年，属于起步阶段，已经完成系统的研制与应用，但限于经济发展的限制，应用非常有限。 19861998年，属于初步发展阶段，通过引进吸收，研制了属于第二代技术、基于PLC控制的立体仓库

17、系统。应用领域逐步扩展到医药、化工、机械、烟草等行业，市场应用超过了200套。 19992005年，属于高速发展阶段，以联想电脑公司自动化物流系统为起点，基于激光测距的第三代技术得到全面应用。这一时期立体仓库得到了广泛的应用，市场保有量每年平均以40套左右的快速增长，达到约500套左右。（此时1990年前建设的项目已经基本拆除） 20062010年，已经进入成熟应用阶段，每年市场需求平均达到90套左右，到2010年底市场保有量超过了1000套。1980年由北京机械工业自动化研究所等单位研制建成我国第一座自动化立体仓库，并在北京汽车制造厂投产。从此以后，自动化立体仓库在我国得到了迅速的发展。我国

18、的自动化仓库技术己实现了与其他信息决策系统的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作。1995年建成的仪征化纤工业联合公司涤纶长丝自动化立体仓库是目前国内独立设计和制造的综合自动化程度最高的立体仓库。这些立体仓库广泛使用在机器制造业、电器制造业、航空港、轻工和化工企业、商储业、军需部门等各行各业。1. 3我国立体仓库的发展前景 我国立体仓库的发展主要要集中在一下四个方面(1) 传统产品升级我国在过去的30年间，经过几代人的努力，物流技术与产品取得了长足的发展。但是从总体来看，产品还存在规格单一，工艺水平落后，标准化落后，生产规模不足等明显的劣势。这一方面将影响我国自动化物流装备产品市场的竞争力

19、，更为重要的是影响我国国民经济的发展。因此，提高传统产品的技术含量，发展产业化水平是未来相当长的一段时间的发展方向。(2) 关键技术发展立体仓库主要应用现代自动化设备，自动仓储技术主要表现在高速度、高效率和高可靠性等方面，这是我国物流今后的主要发展方向。高速度则主要集中体现在堆垛机、输送机、分拣机等自动化设备方面。如开发速度超过300m/分的托盘式堆垛机，超过400m/分的穿梭车，超过150m/分的分拣机等。我国在这面的技术水平与国际水平还有一定的差距。尽管在实验室已经试验成功，但距离实际应用还需要相当长的一段距离。高效率则主要体现物流处理能力方面，包括分拣超过20000件的高速分拣机，综合输

20、送达到2000件的输送机，效率达到10000件的输送合流技术，以及效率大于100托盘/小时的高速堆垛机等。除此之外，开发自主研发的AGV、机械手等，这都是今后的主要发展方向。总之，高、新、尖技术的研发和应用将是未来发展的主流。(3) 信息识别技术与传统技术的发展自动化仓储技术是高新技术。其中自动识别技术、自动控制以及传动技术是它的关键和核心。遗憾的是，在这方面我国主要采用进口，一方面说明这是一个市场竞争的需要，另一方面也说明这是我国自动化仓储技术方面的一个缺口，要想填补这个缺口，可能将会需要几代的努力。(4) 系统集成化技术发展我国自动化仓储技术的发展还体现在系统集成化方面。今天的物流正朝着规

21、模化、自动化等方面发展。尤其是近年来，超大物流配送中心的建设迅猛。仅2010年，建设成功和开启项目超过5万平方米的配送中心不低于20项。如北京高等出版社物流中心、北京物美商业集团物流中心、上海农工商新物流中心等企业的建设。超大物流配送中心的建设给系统集成化技术带来了新的挑战，提出了新的要求。系统集成化技术涵盖面十分广泛，包括了各行各业，如系统规划、流程设计、设备选型、土建配合、项目管理、系统接口等各种学科，各种专业的复杂的系统工程。14 现代仓储技术的发展趋势现代仓储技术的发展趋势体现在如下几个方面:(1)计算机技术和网络技术的高速发展，使仓库的发展进入了智能储运阶段。这样必须深入研究物流处理

22、的基本理论和复杂的仓储系统技术。(2)仓储物品的多样化，必然产生仓库形式、仓储设备的多样化。为使仓库具有较大的柔性，有必要开发高效、柔性的出入库输送设备和库内作业机械。(3)现代物流仓储系统是集物流、信息流和价值流为一体的综合服务系统。(4)现代仓储物流系统是基于网络的由计算机控制的复杂系统，因此仓库管理软件、物料采购软件、运输管理软件和综合性的企业制造资源计划(MPPID、企业资源计划(ERP)软件将有较大的发展。(5)仓储系统是一个复杂的、昂贵的物流系统，只有组成系统的设备成套、匹配合理，系统才是最高效、最经济和最可靠的。因此，当今开发和利用自动化立体仓库不仅要在硬件上进行进一步的改进和提

23、高，更要对自动化立体仓库的计算机控制技术有更大的突破忉，才能实现工业自动化对立体仓库的要求，开发出更有效的控制系统来满足立体仓库自动化的要求4。堆垛机的机械部分由运行机构、起升机构、伸叉机构及载货台和机架组成。它是在所谓高层、高速、高密度储藏的概念下的产物。尽管各厂家各有独创，结构形式有些差异，但可以说大同小异，所有的堆垛机都不外乎由机架、载货台、伸缩货叉、轨道和控制系统等部分组成。随着微电子技术的应用和发展，计算机控制的堆垛机日益增加，最新的开发包括提高电子和控制技术，在使堆垛机具有更高定位精度的同时，提高搜索能力和运行速度。而且，堆垛机的结构也有了较大的改变，不断推出具有新的物理外形和更高

24、性能的设备。随着大、中、小型立体仓库不断的建立，堆垛机也由货架支撑式改变为地面支撑式，从而出现了形态各异的堆垛机。单立柱堆垛机应用日益广泛，不断体现出优越性。2 硬件系统 堆垛机的机械部分由运行机构、起升机构、伸叉机构及载货台和机架组成。自动堆垛机的硬件主要包括：仓储货架、驱动器（伺服电机和步进电机）、现场总线通信、控制卡等。其中货架选用的是横梁式货架，伺服电机选的是松下MCDDT3520003伺服电机驱动器，步进电机选用的是Q2HB68MC等角度恒力矩驱动器，现场通信选用Profibus-DP，控制卡选用固高科技的GT系列。21 仓储货架图21 仓储货架图21仓储货架普遍应用于工业仓库，更着

25、重于向上发展，充分利用存储空间，最大高度可达到40米以上，大型物流中心的设计可以是库架一体式结构，即先建造货架部分，以货架为建筑物的支撑结构，后建建筑结构，如围墙，屋顶等。重点在于存储、充分利用空间和另一重要功能快速处理货物流通的存储货架形式。仓储与包装、运输、装卸、分拣、信息管理是物流的六大基本功能。而货架是仓储的主要设施之一，可以说，货架是现代工业仓库、物流中心、配送中心必不可少的组成部分。 211 仓储货架的优点1、满足大批量货物、品种繁多的存储与集中管理需要，配合机械搬运工具，同样能做到存储与搬运工作秩序井然； 2、立体结构，可充分利用仓库空间，提高仓库容量利用率，扩大仓库储存能力；

26、3、 仓库货架中的货物，一目了然，便于清点、划分、计量等十分重要的管理工作； 4、货物存取方便，可做到先进先出，百分之百的挑选能力，流畅的库存周转； 5、 存入货架中的货物，互不挤压，物资损耗小，可完整保证物资本身的功能，减免货物在储存环节中可能的损失； 6、 保证存储货物的质量，可以采取防潮、防尘、防盗、防破坏等措施，以提高物资存储质量； 7、承重力大、不易变形、连接可靠、拆装容易，多样化。 所以说仓储货架对现代工业的发展起到巨大的作用，随着现代工业文明的发展，仓储货架的结构与功能也在不断的提高。212 仓储货架的设计要点在设计选用仓储货架时应注意以下几个要点：1、厂房架构储存设备的选用货架

27、时须考虑梁下有效高度，以决定货架高度。而梁柱位置则会影响货架的配置。地板承受的强度，地面平整度也与货架的设计及安装有关。另外尚须考虑防火设施和照明设施的安装位置。2、物品特性储存物品的外形及尺寸，直接关系到货架规格的选定，储存物品的重量则直接影响到选用何种强度的货架。而储存的单位，是以何种单位来储存，托盘或是仓储笼又或单品均有不同的货架选用类型。另外预估总储位数之数量，必须考虑到未来的成长需求。3、存取性一般存取性与储存密度是相对的。也就是说，为了得到较高的储存密度，则必须相对牺牲物品的存取性。虽然有些型式的货架可得到较佳之储存密度，但相对其储位管理较为复杂，也常无法做到先进先出之管制。最好的

28、当然立体自动仓库可往上发展，存取性与储存密度俱佳，但相对投资成本较为昂贵。因此选用何种型式的储存设备，可说是各种因素的折衷，也是一种策略的应用。4、搬运设备储存设备的存取作业是以搬运设备来完成。因此选用储存设备需一并考虑搬运设备。堆高机是一般通用之搬运设备，而货架通道宽度，会直接影响到堆高机的选用型式，是配重式或窄道式。5、出入库量某些型式的货架虽有很好的储存密度，但入出库量却不高，适合于低频率的作业。入出库量高是非常重要的数据，其为货架形式选用的考虑要项。213 横梁式货架横梁式货架是最流行、最经济的一种货架形式、安全方便，适合各种仓库，直接存取货物。是最简单也是最广泛使用的货架。可充分地利

29、用空间。采用方便的托盘存取方式，有效配合叉车装卸，极大提高作业效率。机械设备要求：反平衡式叉车或堆高机。堆高机可提高地面空间使用率30%，操作高度达16米多。横梁式货架的特点：流畅的库存周转。可提供百分之百的挑选能力。提高平均的取货率。提供优质的产品保护。因为横梁式货架适用于品种多、批量大的货物仓储，为了存取方便，设计的巷道会比较多，所以地面使用率相对偏低。图22横梁式货架是以存取托盘货物为目的的专业仓库货架(每个托盘为一个货位，因此又被称为货位式货架)；横梁式货架由柱片（立柱）、横梁组成，横梁式货架结构简洁、安全可靠。图22 横梁式货架结构A、柱片：横梁式货架（货位货架）由两根立柱、横撑、斜

30、撑以尼龙自锁螺栓连接而成，组合式结构有效防止螺栓松动后引发货架失稳，立柱上冲有双排菱型孔，孔节距为75mm，所以横梁挂接在立柱上可以75mm为单位上下自由调节。立柱截面由1113个面构成，惯性距大、承载能力强、抗冲击性能强，横梁式货架立柱采用了先自动冲孔后冷弯成型技术，避免了因立柱应力集中而可能导致立柱出现裂纹失效情况。 B、横梁：横梁式货架（货位货架）由两只柱卡与横梁杆焊接在一起，横梁采用两片特制的型抱焊梁焊接而成，使横梁的上、下面厚度加厚一倍，这种结构根据钢结构设计理论，充分利用了材料的抗载容量，具有重量轻，承载力强，成本低的特点。横梁与立柱连接时配有特殊设计的带耳片安全销，带耳片安全销无

31、法轻易拔出，可以确保横梁在外力撞击后不会脱落。 22 驱动器堆垛机的结构有3台带电动机分别驱动堆垛机3个方向的运动：堆垛机水平运行方向即X方向行走，货叉左右方向即Y方向的伸叉收叉动作，载货台上下升降方向即Z方向的上升或下降运动。其中X、Y方向用伺服电机驱动，Z方向用步进电机驱动。控制系统用于运行、提升和货叉伸缩电机的控制及调速，采用变频调速可以实现速度控制，改善系统运行特性。221 松下伺服电机驱动器本次设计堆垛机的X、Y 方向的运动采用松下MCDDT3520003伺服驱动器驱动。伺服电动机是用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服

32、一词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。伺服电动机可以把输入的电压信号变换成为电机轴上的角位移或角速度输出，在控制系统中常作为执行元件，所以伺服电动机又称执行电动机。改变输入电压的大小和方向就可以改变转轴的转速和转向。伺服电动机分交、直流两类。交流伺服电动机的工作原理与交流感应电动机相同。在定子上有两个相空间位移90角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到

33、控制电动机运行的目的。交流伺服电动机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于1015和小于1525）等特点。直流伺服电动机的工作原理与一般直流电动机相同。电动机转速nEK1j（UaIaRa）K1j式中E为电枢反电动势；K为常数；j为每极磁通；Ua，Ia为电枢电压和电枢电流；Ra为电枢电阻。改变Ua或改变，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法。在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通恒定，具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。本次设计使用的松下伺服电机是一种交流伺服电机松下伺服驱动器MCDDT3520

34、003的特点1.松下伺服电机智能化的调整根据负载惯量的变化与自适应滤波器配合，从低刚性到高刚性都可以自动的调整增益。在因旋转方向不同而产生的不同负载转矩的垂直轴情况下，也可以进行自动调整，具备异常速度检测功能，因此可以将增益调整过程中产生的异常速度调整到正常。2.松下伺服电机高速高响应响应频率最高可达1khz。内置瞬时速度观测器。可以快速高分辨率的检测出电机转速。无论是易震动的传送带驱动机械还是高刚性的丝杆传动机械，都可以用自动调整功能实现高速定位.3.松下伺服电机超低振动内置自适应滤波器，可根据机械振动频率不同而自动的调整滤波器频率。可以控制由于机械不稳定以及共振频率变化而发生的噪音。内置两

35、个通道的振动抑制滤波器，可以以0.1hz为单位.分别设置振动频率，也可以抑制刚性较低的机械在启动和停止时产生的振动。两个通道的振动频率可以根据旋转方向的不同而自动切换，或者也可以分别对应由于外部输入信号切换而产生的机械位置变化而导致的振动频率。4.松下全数字交流伺服系统实现了以下特点：（1）精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题； （2）转速：高速性能好，一般额定转速能达到20003000转；（3）适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；（4）稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象，适

36、用于有高速响应要求的场合； （5）及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内； （6）舒适性：发热和噪音明显降低。5.控制方式多样化有三种控制方式可供选择：速度控制方式、位置控制方式、转矩控制方式。以上三种方式也可进行复合控制。其中位置控制方式极具特色，用户可以采用电子线路、单片机、PC机及其他方式非常简便而廉价地实现数控功能。系统中还配备了“电子齿轮”功能，也就是说可以通过参数设定对输入指令脉冲任意分/倍频而达到和机械系统的良好配合。6.保护设施齐全系统还配有各种自诊断保护措施，硬件软件双重保护，并可以胜任三倍过载。一旦发生错误，便立即停机，并告以报警故障原因，在用户解除故障后方

37、可重新工作，因此可靠性极高。222 Q2HB68MC等角度恒力矩驱动器等角度恒力矩细分型驱动器驱动堆垛机Z方向的运动Q2HB68MC为等角度恒力矩细分型驱动器，驱动电压DC24-80V，适配6或8出线、电流在6A以下、外径57-86mm的各种型号的二相混合式步进电机。该产品广泛应用于雕刻机、激光打标机，激光内雕机等分辨率较高的小型数控设备上。 特点 高性能、低价格 。 采用独特的控制电路 。 设有12/8档等角度恒力矩细分，最高200细分 。 最高反应频率可达200Kpps 。 步进脉冲停止超过100ms时，线圈电流自动减半。 双极恒流斩波方式 。 光电隔离信号输入/输出 。 驱动电流从0.5

38、A/相到6A/相连续可调。 单电源输入，电压范围：DC24-80V。23 PROFIBUS现场总线231 现场总线技术概述现场总线（Fieldbus）是用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技

39、术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点 ：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把420mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控

40、制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。现场总线的技术特点1.系统的开放性开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现 信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个

41、具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 2.互可操作性与互用性这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 3.智能化与功能自治性它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。 4.系统结构的高度分散性由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式控

42、制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。 5.对现场环境的适应性工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。232 PROFIBUS的协议结构PROFIBUS是由13家工业企业和5家科研机构在德国联邦研技部的资助下，于1987年开始联合开发的生产过程现场总线标准规。自1987年起，PROFIBUS被批准为德国标准DINl9245。其后，一些自愿在其产品中使用该标

43、准规范的企业于1989年12月联合成立了PROFIBUS用户组织(简称PNO)。1996年6月30日，PROFIBUS被批准为欧洲现场总线标准的组成部分之一，即EN50170V-2，从此EN50170V2取代DINl9245。PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS- PA（Process Automation）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Mes

44、sage Specification）。1.PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。2.PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。3.PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。PROFI

45、BUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System InterconnectionSIO）作为参考模型的。该模型共有七层，如下图2-3所示： 图2-3 PROFIBUS协议结构（1） PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。（2） PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口（Lower Layer In

46、terfaceLLI）。FMS 包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。（3） PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。233 PROFIBUS-DP的系统结构PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期

47、性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。 1.PROFIBUS-DP的基本功能（1） 传输技术：RS-485双绞线、双线电缆或光缆。波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。（2） 总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主从传送。支持单主或多主系统。总线上最多站点（主从设备）数为126。（3） 通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主从用户数据传送和非循环主主数据传送。（4） 运行模式：运行、清除、停止。（5） 同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步。（6） 功能：DP主站

48、和DP从站间的循环用户数据传送。各DP从站的动态激活和可激活。DP从站组态的检查。强大的诊断功能，三级诊断信息。输入或输出的同步。通过总线给DP从站赋予地址。通过总线对DP主站（DPM1）进行配置。每DP从站的输入和输出数据最大为246字节。（7） 可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD=4进行。DP从站带看门狗定时器（Watchdog Timer）。对DP从站的输入/输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。（8） 设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程、组态、诊断的设备。第一类DP主站（DPM1）是中央可编程序控制器，如PLC、PC等。DP从站是带二进制

49、值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。 2.PROFIBUS-DP基本特征20（1） 速率：在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传送512 bit/s输入和512 bit/s输出，在12M bit/s时只需1毫秒。（2） 诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级： 本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高、压力过低。 模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。 通道诊断操作：一个单独输入/输出位的故障。 3.PROFIBUS-DP系统配置和设备类型PROFIBUS-DP允许构成

50、单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点17。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：（1） 一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。（2） 二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。（3） DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。（4

51、） 单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。 多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个DPM1、指定的若干从站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入/输出映象，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据21。24 固高科技GT-SG-ISA控制卡GT系列运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主机，提供标准的ISA总线和PCI总线两个系列的产品。做为选件，在任一款产品上可以提供PS232串行通讯和PC104通讯接口，方便用户配置系统。运动控制器提供C语言函数库实现复杂的控制功能，用户能够将这些控制函数与自己控制系统所需的

52、数据处理、界面显示、用户接口等应用程序模块集成在一起。建造符合特定应用要求的控制系统，以适应各种应用领域的要求。使用该运动控制器，要求使用者具有C语言编程经验。对于控制步进电机，运动控制器提供两种不同的控制信号：正脉冲/负脉冲、脉冲/方向。这样，控制器可以与目前任何类型步进电机驱动器配套使用。在控制步进电机时，控制模式为开环控制，不需要编码器。图23 采用GT系列运动控制器组成的控制系统框图3控制系统的软件设计31 编译语言311 汇编语言汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。汇编语言，作为一门语言，对应于高级语言的编译器，需要一个“汇编器”来

53、把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。高级的汇编器如MASM，TASM等等为我们写汇编程序提供了很多类似于高级语言的特征，比如结构化、抽象等。在这样的环境中编写的汇编程序，有很大一部分是面向汇编器的伪指令，已经类同于高级语言。现在的汇编环境已经如此高级，即使全部用汇编语言来编写windows的应用程序也是可行的，但这不是汇编语言的长处。汇编语言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序。 汇编语言的特点1.面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。 2.保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。 3.目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。

54、4.经常与高级语言配合使用，应用十分广泛。 312 C语言C语言是Combined Laguage（组合语言）的中英混合简称。是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。 随着单片机广泛使用及单片机日益复杂化，单片机的开发应用已逐渐引入了高级语言，以使单片机移植性提高，从而提高程序的开发效率，C语言就是一种非常好的使用语言。应用C51语言编写程序具有以下特点：1.不要求了解处理器的指令集，也不必了解存储器的结构。2.寄存器分配和寻址方式有编译器管理，编程时不必考虑存储器的寻址等。3.可适用于人的思维更接近的关键字和操作函数。4.可适用C51语言库中文件的许多标准函数。汇编语言和C语言的比较详情见下表4-1所示：表4-1汇编语言和C语言的比较汇编语言C语言基本特点针对机器硬件结构编程（面向机器），需要全面掌握硬件和指令系统贴近人的书写和思维习惯（面向过程），不需要全面掌握硬件和指令系统结构和可读性程序结构复杂、难读模块化结构清晰、易读数学运算实现数学运算需编写叫复杂的程序可按日常数学