自动化立体仓库毕设论文

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摘 要

随着企业现代化生产规模的不断扩大，立体仓库已成为生产物流系统中的一个重要

且不可缺少的环节，堆垛机是其关键设备。

本文利用PLC及触摸屏对堆垛机进行了货物的存取控制。系统选用日本欧姆龙（OMRON）PLC，威伦通公司的MT8000系列触摸屏，松下MINAS-A4系列交流伺服驱动系统作为核心组件；完成了堆垛机的功能设计和控制系统的总体方案设计。

针对本文设计的特点要求，详细论述了PLC外电路的设计、相关数学模型的建立、人机交互界面的设计以及PLC控制程序的设计。其中的PLC外电路设计主要完成了输入输出端子分配和连接设计；数学建模主要包括交流伺服电动机控制堆垛机水平运动和垂直运动速度曲线的数学建模；人机交互界面的设计包括实现运动所需的各种参数的设置及自动控制、手动控制参数；PLC控制设计的重点是程序结构设计、高速计数器脉冲的读取、交流伺服电动机的加减速控制及个别指令的运用。

本文设计的控制系统可以实现堆垛机货物存取的手动及自动功能，具有友好的人机交互界面，满足功能要求。

关键词：立体仓库；人机交互界面；PLC；堆垛机

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ABSTRACT

With the continuous expansion of enterprise modern production, stereoscopic warehouse has become a production logistics system in an important and indispensable link, the stacker is the key equipment.

This paper, by using PLC and touch screen on the stacker of the access control of the goods. System choose Japan OMRON (OMRON) PLC, wei lun tong company MT8000 series touch screen, panasonic MINAS - A4 series ac servo drive system as the core component; Completed the stacker function design and the overall design of control system.

According to the characteristics of this design requirement, detailed discusses the PLC external circuit design, the establishment of the relevant mathematical model, the design of the human-computer interaction interface and the design of the PLC control program. External circuit design is mainly completed the PLC input and output terminal distribution and connection design; Mathematical modeling includes ac servo motor control stacker horizontal movement and vertical movement speed curve of mathematical modeling; Human-computer interaction interface design including the implementation of every parameter setting for movement and automatic control, manual control parameters; PLC control design is the focus of the program structure design, high speed counter pulse reading, deceleration of the ac servo motor control and the use of the individual instructions.

This paper designed control system can realize stacker goods access of manual and automatic functions, has friendly man-machine interface, meet the functional requirements.

Key words: Stereoscopic warehouse; The human-computer interaction interface;

Programmable logic controller; Stacker

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目 录

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绪 论 ................................................................................................................................... 1 1.1 自动化仓库介绍 ....................................................................................................... 1 1.2 自动化立体仓库系统的国内外发展现状 ............................................................... 1 1.3 本设计的研究意义和可行性 ................................................................................... 2 总体方案设计 ..................................................................................................................... 4 2.1 本设计的内容及主要思路 ....................................................................................... 4 2.2 自动化立体仓库系统的控制原理 ........................................................................... 5 2.3 堆垛机的伺服控制 ................................................................................................... 6 系统的组成及硬件连接设计 ............................................................................................. 7 3.1 工控器件简介 ........................................................................................................... 7

3.1.1 工控计算机 .................................................................................................... 7 3.1.2 欧姆龙PLC简介 ........................................................................................... 7 3.1.3 伺服控制系统 ................................................................................................ 8 3.2 硬件设备选型 ........................................................................................................... 9

3.2.1 PLC选型 ........................................................................................................ 9 3.2.2 伺服驱动器和伺服电机的选型 .................................................................. 10 3.3 硬件连接设计 ......................................................................................................... 11

3.3.1 主电路设计 .................................................................................................. 11 3.3.2 I/O端子分配 ................................................................................................ 11 3.3.3 PLC与触摸屏连接 ...................................................................................... 12 3.3.4 PLC与伺服驱动器的连接 .......................................................................... 13 3.4 货叉的控制 ............................................................................................................. 14

3.4.1 货叉的液压控制 .......................................................................................... 14 3.4.2 货叉的转动控制 .......................................................................................... 15 数学建模 ........................................................................................................................... 17 人机交互界面设计 ........................................................................................................... 21 5.1 PC与HMI间的通讯 ............................................................................................. 21 5.2 触摸屏的界面设计 ................................................................................................. 21

5.2.1 主界面设计及地址分配 .............................................................................. 21 5.2.2 水平和竖直参数界面设置 .......................................................................... 22 5.2.3 存货和取货参数界面设置 .......................................................................... 24 5.2.4 手动参数界面设置 ...................................................................................... 25 PLC控制程序设计 ........................................................................................................... 27 6.1 PLC指令系统 ........................................................................................................ 27

6.1.1 子程序指令介绍 .......................................................................................... 27 6.1.2 数据传送（MOV）指令 ............................................................................. 27 6.1.3 数据移位指令(SFT)与计数器指令（CNT） ............................................. 27 6.1.4 无符号比较指令(CMP)和ACC指令、PRV指令 .................................... 28 6.1.5 动作模式控制INI和频率设定SPED ........................................................ 31 6.2 PLC程序设计 ........................................................................................................ 32

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6.2.1 主程序设计 .................................................................................................. 32 6.2.2 取货子程序设计 .......................................................................................... 36 6.2.3 水平子程序设计和返回水平子程序设计 .................................................. 39 6.2.4 判断有无货子程序 ...................................................................................... 42 6.2.5 手动子程序 .................................................................................................. 44 6.2.6 重复输出程序 .............................................................................................. 45

7 程序调试及说明 ............................................................................................................... 47 结束语 ...................................................................................................................................... 48 致 谢 ........................................................................................................................................ 49 参考文献 .................................................................................................................................. 50 附录A：英文原文 .................................................................................................................. 51 附录B：汉语翻译 .................................................................................................................. 58

IV

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1 绪 论

1.1 自动化仓库介绍

自动化立体仓库系统【1】（Automated Storage and Retrieval System, AS/RRS）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，这个定义覆盖了不同复杂程度及规格多样的系统，自动化立体仓库由计算机进行管理和控制，不必搬运即可实现收发作业的仓库。

立体仓库【2】是指：采用高层货架储存货物，用起重、装卸、运输机械设备进行货物出库和入库作业的仓库。这类仓库主要通过高层货架充分利用空间进行存取货物，所以称为“立体仓库”。目前，这类仓库最大高度达到40多米，最大库存可大至数万甚至十多万个货物单位，可以做到无人操作，按计划入库和出库的全自动控制，并且可以实现仓库的计算机网络化管理。

仓库一般由高层货架、仓储机械设备、建筑物及控制和管理设施等部分组成。 货架的形式有很多样，材料一般用钢材或钢筋混凝土制作，钢货架的优点是构件尺寸小，仓库空间利用率高，制作方便，安装建设周期短，而且随着高度的增加，钢货架比混凝土货架的优越性更明显。

为了提高货物装卸、存取效率，自动化立体仓库一般使用货箱或托盘盛放货物，货箱与托盘的基本功能是盛放小件物料，同时还应便于运输车和堆垛机的插取与存放。

搬运设备是自动化仓库中的重要设备，它们一般由电力驱动，通过手动或自动控制实现把货物从一处搬到另一处。

输送系统必须具备高度的可靠性，在立体仓库内，一般只有一套输送系统，一旦发生故障，就会使整个仓库受到影响。所以，要求输送系统的各个环节上的设备可靠、耐用、维修方便，对输送系统设置手动控制做后备。

1.2 自动化立体仓库系统的国内外发展现状

目前，自动化立体仓库在发达国家已相当普遍，日本是自动化仓库发展最快，建造数量最多的国家。此外美国、德国、瑞士、意大利、英国和法国等国家也建造了许多自动化仓库。发展至今，自动化仓库在设计、制造、自动化控制和计算机管理方面的技术也日趋成熟。

据不完全统计，目前我国已建立的立体仓库近300个，其中全自动化的立体仓库有

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3 系统的组成及硬件连接设计

本文所述系统由PLC、伺服驱动器及伺服电动机、普通电动机、液压系统、行程开关、指示灯、按钮开关、拨动开关、旋转开关等成熟的工控器件组成，本章主要对组成的硬件系统进行简要介绍，说明这些器件在系统中的用途，并详细介绍硬件连接设计，以及欧姆龙PLC、伺服电动机的具体参数设置。

3.1 工控器件简介

在工业自动化领域，PLC是大多数自动化控制系统的基础设备，行程开关可以检测到系统的当前情况，给出相应的开关量，提供给控制器件进行处理。

3.1.1 工控计算机

IPC(Industry personal computer)简称工控机，伴随着PC产业的发展，工控机得到了长足的发展。工控机多在恶劣的环境下使用，易维护、散热、防尘性能好，尺寸限制严格。

工控制是利用了个人计算机PCI总线和PC/104总线、采用功能板卡扩展控制I/O点来实现计算机控制的一种方便的控制设备。它具有工业现场应用特性，同时又极大地利用了PC机的软件环境，可以方便的选择各种制造商提供的产品。

3.1.2 欧姆龙PLC简介

【5】PLC（Programmable Logic Controller）,中文全称为可编程逻辑控制器，是一种以

计算机为基础的专用控制装置，专为工业环境下应用设计。它采用可编程的存储器，存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式输入输出，即可控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。可编程控制器和它的有关设备，应该按照易于和工业控制系统连成一体，并易于扩充功能的设计原则。

日本欧姆龙公司是世界著名PLC生产商之一，欧姆龙公司的PLC小型机与其他日本品牌的小型机一样非常有特色，某些欧美中大型机能实现的控制功能，用欧姆龙小型机就可以实现。

欧姆龙公司的PLC产品分为大、中和小型机，大、中型机采用模块式结构，小型

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机采用整体式结构。

小型机：我国早期使用较多的欧姆龙小型PLC主要有CPM1A、CPM2A系列，其性价比高、社会拥有量大，现在已逐渐被功能更为强大的的升级产品CP1H、CP1L系列小型PLC取代。

中型机：欧姆龙中型PLC主要有C200H、C200Hα、CQ1M、CJ1M、CJ1和CJ2系列等， C200Hα是C200H的升级产品，有品种齐全的通信模块，CJ系列PLC结构紧凑、功能强大，是近几年来畅销的机型。

大型机：欧姆龙大型PLC主要有CV、CVM1、CVM1D、CS1和CS1D系列，CS1是大、中型机的代表，尽管CS1是中型机C200Hα的后续机型，但是在大型场合也可胜任，故归为大型机。

CP1H/CP1L、CJ1和CS1系列分别是欧姆龙的小、中、大型PLC。CP1H/CP1L具有与CJ1、CS1几乎一样的内部存储结构，故可以实用CJ1、CS1一样的梯形图编程。

利用欧姆龙CP1H系列PLC作为该立体化自动仓库系统的控制器，是考虑到其控制可靠性高、抗干扰能力强、编程简洁性、与伺服系统的易连接性、对外环境的要求较低、功能强、适应范围广，并且价格低廉，系统设计、调试和为维修比较方便。

3.1.3 伺服控制系统

伺服系统按照控制方式分为开环控制系统和闭环控制系统，其中闭环控制系统又可分为全闭环控制系统和半闭环控制系统。开环控制系统没有检测装置，其驱动电机一般为步进电机，闭环控制系统多采用直流或交流伺服电机驱动，两种系统都有各自的特点，它们具体区别见表3.1。

综合比较，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。由于本课题有较高的精度要求，所以在本课题自动化立体仓库控制系统的设计过程中选用交流伺服电机驱动。

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沈阳理工大学学士学位论文 表3.1 步进电机、伺服电机的比较

力矩 范围 速度 范围 控制 方式 平滑性 精度 矩频 特性 反馈 方式 编码器类型 响应 速度 温升 价格

步进电机系统 中小力矩（一般在20Nm以下） 低（一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM） 主要是位置控制 伺服电机系统 小中大，全范围 高（可达5000RPM）,直流伺服电机更可达1~2万转/分 多样化智能化的控制方式，位置/转速/转矩方式 低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显好，运行平滑 改善） 一般较低，细分型驱动时较高 高速时，力矩下降快 大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步 一般 高（具体要看反馈装置的分辨率） 力矩特性好，特性较硬 闭环方式，编码器反馈 光电型旋转编码器（增量型/绝对值型），旋转变压器型 快 一般（旋转变压器型可耐振动） 一般 较好 高 耐振动 好 运行温度高 低 维护性 基本可以免维护 3.2 硬件设备选型

3.2.1 PLC选型

堆垛机和出入库的控制系统采用欧姆龙系列可编程控制器（PLC）作为控制核心 通过分析控制要求可知，自动化立体仓库控制系统需要23个输入，13个输出，不同厂家，不同系列的PLC，其内部的软继电器（编程元件）的功能和编号各不相同，因此在编程时，必须按照课题要求选择PLC型号

【6】

，并且熟悉所选用的PLC的每条指令

涉及编程元件的功能和编号。由于伺服电机是通过高频率脉冲信号来控制转动的，故要想实现对其控制必须选择晶体管的PLC。由于输入端口比较多，需要拓展输入单元，由于CP1H 能够连接CPM1A 系列的扩展单元，拓展8点输入即可满足要求，所以选择CPM1A-8ED型号。根据本课题要求和表3.2、表3.3【7、8】所示，选择CP1H-XA40DT-D型号（晶体管输出，24输入、16输出）的PLC和CPM1A-8ED型号（晶体管8输出，

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8输入）。

表3.2 CP1H系列PLC的输入、输出继电器的数量 类型 类型名称 电源电压 AC100-240V X型 基本型 DC24V 型号 CP1H-X40DR-A CP1H-X40DT-A CP1H-X40DT1-A DC输入 24点 通用内置输入 通用内置输出 继电器输出16点 晶体管（漏型）输出16点 晶体管（源型）输出16点 继电器输出16点 晶体管（漏型）输出16点 晶体管（源型）输出16点 DC输入12点 晶体管（漏型）输出8点 XA型 Y型 AC100-240V CP1H-XA40DR-A 带内置模拟输入输出端子型 带脉冲输入输出专用端子型 DC24V DC24V CP1H-XA40DT-D CP1H-XA40DT1-D CP1H-Y20DT-D 表3.3 CPM1A 扩展单元的连接占有通道数

拓 展 I/O 单 元 单元名称 输入输出40点单元 输入输出20点单元 输出16点单元 输入8点单元 输出8点单元 单元型号 CPM1A-40EDR CPM1A-40EDT CPM1A-40EDT1 CPM1A-20EDR CPM1A-2EDT CPM1A-20EDT1 CMP1A-16ER CMP1A-8ED CMP1A-8ER CMP1A-8ET CMP1A-8ETI

消耗电流（mA） 占有CH数 DC5V 80 160 160 103 130 130 42 18 26 75 75 DC24V 90 - - 44 - - 90 - 44 - - - 1CH - 2CH - 1CH 1CH 1CH 输入 输出 2CH 2CH 3.2.2 伺服驱动器和伺服电机的选型

由于伺服驱动器和伺服电机必须要配合使用，不同的工况条件下，所选择的伺服驱动器型号和伺服电机型号都不一样。为了满足本课题的要求，选择驱动器型号为C型三相220V(MCDDT3520)，因为伺服电机1和伺服电机2分别控制堆垛机的水平运动和竖直运动，这两个运动均需要有减速装置，所以均选择型号MSMDO42S1*，所选相关参数如表3.4所示。

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沈阳理工大学学士学位论文 表3.4 伺服驱动器、伺服电机参数

伺服驱动器 型号 类型 输入电源 单相100V 型号 MSMD041P1* MSMD041S1* MSMD082P1* MCDDT3520 C型 单相/三相200V MSMD082S1* MSMD042P1* MSMD042S1*

200V 400W 5000rpm 电压 100V 适配电机 额定功率 400W 3000rpm 750W 额定转速 编码器规格 5线制，2500P/r 7线制，17位 5线制，2500P/r 7线制，17位 5线制，2500P/r 7线制，17位 MCDDT3120 C型 3.3 硬件连接设计

3.3.1 主电路设计

经过分析设计，硬件电路图包括伺服电动机1、伺服电动机2、伺服驱动器 1、伺服驱动器2、普通电动机、可编程控制系统（PLC）、触摸屏与外接电源的连接，PLC与触摸屏选用24V外接电源，电机选用220V外接电源。伺服电动机由伺服驱动器控制与主电源连接。普通电动机控制货叉正反转，与380V外接电源连接。最终确定主电路连接图如图3.1所示。

图 3.1 主电路

3.3.2 I/O端子分配

自动化立体仓库控制系统包括：伺服电动机启动、伺服电动机停止、SR-RDY准备好；存货、取货；货叉伸出、缩回；货叉微抬、微降；货叉左转、右转；旋转装置有限

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位开关，包括左转到位、右转到位；存货、取货有左限位、下限位；还有自动、手动两种工作模式等等输入，还有高速脉冲输出和控制液压系统中货叉伸缩、微降等等输出，自动化立体仓库控制系统具体I/O端子分配如表3.5所示。

表3.5 自动化立体仓库控制采用的输入/输出设备和对应的PLC端子 输入 输入设备 对应端子 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 FR SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 转换 开关QS SB12 SB12 KA5触点 KA6触点 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 0.05 0.10 0.11 1.08 1.09 1.10 1.11 2.00 2.01 功能说明 伸出限位开关 缩回限位开关 微抬限位开关 微降限位开关 左转限位开关 右转限位开关 左限位开关 下限位开关 过载保护 转位停止 手动左转 手动右转 手动上升 手动下降 手动左行 手动右行 手动伸出 手动缩回 手动微抬 手动微降 手动 自动 伺服启动 伺服停止 SR1-RDY SR2-RDY 脉冲输出1 100.03 100.02 输出设备 脉冲输出0 输出 对应端子 100.00 100.01 功能说明 KA1继电器 KA2继电器 KM1交流接触器 KM2交流接触器 YA1电磁铁 YA2电磁铁 YA3电磁铁 YA4电磁铁 HL 100.04 100.05 100.06 100.07 101.00 101.01 101.02 101.03 101.04 SRV1-ON SRV2-ON 左转 右转 伸出 缩回 微抬 微降 伺服准备好指示灯 3.3.3 PLC与触摸屏连接

在实际操作过程中，为了观察和使用方便，在PLC外部连接了触摸屏【9】，在触摸

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屏上，可以输入堆垛机水平和竖直的运行速度，随意输入行和列取货或存货，还可以在触摸屏上得知此货格是否有货，如果取货时无货报警灯闪烁，并提示重新输入，反之，存货时此货格如果有货，报警灯闪烁，并提示重新输入。这样就可以很方便的观察货物的出入库情况，PLC和触摸屏之间通过RS232传送数据，PLC与触摸屏的连接如图3.2所示。

图 3.2 PLC与触摸屏的连接

3.3.4 PLC与伺服驱动器的连接

堆垛机的水平运动和竖直运动都是由伺服电动机驱动器实现的，伺服驱动器与PLC连接高速脉冲输出端接口是固定的，本课题需要两个伺服电动机来控制，即需要两个伺服驱动器，伺服驱动器1脉冲输出端接PLC的输出端为100.00,100.01；伺服驱动器2脉冲输出端接PLC输出端的100.02,100.03,图3.3为PLC与伺服驱动器1连接图，伺服驱动器2与PLC连接与图3.3类似。

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图 3.3 PLC与伺服驱动器1的连接

3.4 货叉的控制

3.4.1 货叉的液压控制

由实际分析可知，当堆垛机运动到指定货格位置时，货叉需要微抬、微降，伸出、缩回实现货物的进出，在本课题中，由液压系统【10、11】实现这些过程。图3.4为货叉伸出、缩回液压系统原理图，图3.5为货叉微抬、微降液压系统原理图。

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图 3.4 货叉伸缩原理图 图 3.5 货叉抬降原理图

1—液压泵；2—三位四通电磁换向阀； 1—液压泵；2—三位四通电磁换向阀； 3—溢流阀；4—液压缸。 3—溢流阀；4—液压缸。

图3.4、图3.5所示采用行程开关控制电磁换向阀【12】顺序动作回路。在图3.4中，当货叉伸出按钮接通时，电磁阀1YA得电，缸4活塞先向右运动，当活塞杆上的挡块压下行程开关SQ1后，伸出停止，当货叉缩回按钮接通时，2YA得电，缸4活塞退回，当活塞上的挡块压下SQ2后，缩回停止。在这种回路中，调整挡块的位置可调整液压缸的行程，通过电控系统可任意改变动作顺序，方便灵活，应用广泛。同理，在图3.5中，当微降按钮接通时，3YA得电，缸4活塞先向右运动，当活塞上的挡块压下SQ4后，微降停止，当货叉微抬按钮接通时，4YA得电，缸4活塞退回，当活塞上的挡块压下SQ3，微抬停止。

3.4.2 货叉的转动控制

立体仓库需要控制货叉的左转和右转，以便进行取货和存货。本课题采用普通电动机的正转和反转分别来控制货叉的左转和右转，图3.6为电机控制货叉左转和右转原理图。当左转按钮接通时，KM1线圈得电，其主触点闭合，继电器KA3得电，电机正向转动，带动货叉左转，同时串接在KM2线圈回路中的KM1的常闭触点断开，保证在KM1得电的前提下，KM2线圈不可能得电，以避免电动机短路，反之亦然。当左转到位时，左转停止，接着执行下一步命令，当右转按钮接通时，KM2线圈得电，其主触点闭合，继电器KA3得电，电机反向转动，带动货叉右转，转到右限位时停止转动。

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图 3.6 货叉左转右转原理图

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4 数学建模

货格分布如图4.1所示 。

图 4.1 货格分布示意图

水平位移计算公式见公式4.1：

（4.1）

竖直位移计算公式见公式4.2：

（4.2）

其中 L0—堆垛机水平位置到第一个货格的距离（mm）；

i — 存货或取货输入的行数； j — 存货或取货输入的列数； S0—货格的宽度（mm）； S1—货格的高度（mm）。

本课题的数学建模包括水平运动数学建模和竖直运动数学建模。水平运动数学建模

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与竖直运动数学建模类似，下面详细说明水平运动的数学建模。

水平运动和返回水平运动速度曲线如图4.2所示，当程序调用水平子程序时，堆垛机开始水平运动，OA为水平加速阶段，AB为水平匀速阶段，BC为减速阶段，BD为低速阶段，DE为运动停止阶段。当程序调用水平返回子程序时，堆垛机开始水平返回，EF为水平加速返回阶段，FG为水平返回匀速阶段，GH为水平返回减速阶段，HJ为返回运动停止阶段。

因为伺服电动机驱动堆垛机运动需要齿轮齿条实现，所以运算时需要考虑到齿轮的传动比i，与伺服电动机1连接的齿轮传动比为i1，系统的控制核心为PLC，图4.2中的加速阶段和减速阶段通过频率加减速控制ACC指令实现，所以需要将伺服电动机的速度转化为频率。

图 4.2 水平运动和返回水平运动速度曲线示意图

OB段长度为减速点位移，计算公式见4.3：

（4.3）

返回时减速点OH位移计算公式见4.4：

（4.4）

因为电动机的转速不是固定的，设伺服电动机1转速为所以经过齿轮后的转速为

，由于有传动比i1的存在，

,则可列出

,齿轮1直径为d1 ,齿轮齿数为Z1,齿轮模数为

齿轮周长公式见4.5、水平速度公式见4.6：

（4.5）

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式中 C1—齿轮1周长（mm）；

d1—齿轮1直径（mm）。

（4.6）

式中 v1— 水平速度1（mm/s）；

n1— 伺服电机转速（r/min）。

脉冲当量是相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量，又称作最小设定单位，

现设伺服电动机1自带编码器分辨率为P1,则脉冲当量计算公式见4.7:

（4.7）

式中 Pm1—伺服电动机1脉冲当量；

C1— 齿轮1周长（mm）； i1— 齿轮1传动比；

P1—伺服电动机编码器分辨率。

水平速度和伺服电动机转速对应关系见公式4.8：

（4.8）

转速转化为频率公式见公式(4.9)：

（4.9）

式中 fn1—水平速度v1转化的频率（HZ）。 将公式4.7、公式4.8代入公式4.9整理得

（4.10）

加速度转化频率时，对应为每4ms的频率增量，所以加速度转化为频率公式见4.11：

（4.11）

式中 a1—水平加速度（mm/s2）。

因为水平实时位移等于累计脉冲与脉冲当量的乘积，即

（4.12）

式中 Q1—伺服电动机1累计脉冲个数。

同理，v2转化频率见公式（4.13）：

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（4.13）

式中 fn2—水平速度v2转化的频率。

水平运动过程为开始ACC 加速，当达到v1转化的频率后开始匀速，当到达减速点B时ACC减速，减速到v2转化的频率时，低速匀速运动，当达到计算位移时，运动停止，当调用水平返回子程序时， 先ACC加速返回，当达到v1转化频率开始匀速，匀速到减速点H时，ACC减速，减速到v2转化的频率时，开始低速运行，匀速到左限位运动停止。

同理，竖直运动数学建模与水平运动数学建模计算过程相同，这里不再重复。

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5 人机交互界面设计

人机交互（英文：Human-Computer Interaction或Human-Machine Interaction,简称HCI或HMI），是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。

人机交互界面（Human-Computer Interface或Human-Machine Interface）大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（input）与“输出”（Output）两种，指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机界面会帮助用户更简单、更准确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥到最大的性能并延长使用寿命，而且目前市面上所指的人机界面则多界狭义的只在软件人性化的操作接口上。

5.1 PC与HMI间的通讯

图5.1为PC与HMI间的通讯【13】连接，利用EB8000的在线模拟功能，PC可以透过以太网络撷取HMI上的数据，并将这些数据保存在PC上。

图 5.1 PC与HMI间的通讯连接

PC也可以利用控制HMI上的系统保留寄存器（LB与LW），直接控制HMI。相对的，HMI也可以直接控制PC的行为表现，例如要求PC储存HMI或PLC上的数据。

5.2 触摸屏的界面设计

根据本课题人机界面要求，可以设置为主界面、存货界面、取货界面、水平参数界面、竖直参数界面、水平返回参数界面、竖直返回参数界面、手动界面。

5.2.1 主界面设计及地址分配

主界面设置如图5.2所示 ，设置水平参数，设置竖直参数，手动设置、存货、取货按钮都是由功能键实现的。“功能键”元件提供窗口切换、调用其它窗口、关闭窗口等

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功能，也可用来设计键盘的按键。按下按钮时就会转到相应界面。在主界面中有16个指示灯，它们都是由位状态控制的，来显示相应货格有无货，“位状态指示灯”元件用来显示位寄存器的状态。状态为OFF，则显示所使用图形的状态0；状态为ON，则显示所使用图形的状态1。修改标签状态为0时对应无货，状态为1时对应有货。16个指示灯位地址分别对应

W300.00,W300.01,W300.02,W300.03,W300.04,W300.05,W300.06,W300.07,W300.08,W300.09,W300.10.W300.11, W300.12,W300.13,W300.14, W300.15。

图5.2 主界面

5.2.2 水平和竖直参数界面设置

水平参数界面设置如图5.3所示，设置竖直参数和主菜单是由功能键控制的，其余的都是由文本框和数值输入实现的，“数值输入”元件可以用来显示所指定寄存器内的数值，还可以使用键盘输入数据，来修改寄存器内的数据。例如点击v1所对应的数值输入框时，会自动出现键盘，此时可以输入数据，其它数值输入框格与此相同，图5.4为输入后显示界面，数值是根据用户需求设置的。当按下设置竖直参数或返回主菜单按钮时会转到对应界面。各参数对应地址见表5.1所示。竖直界面与水平界面类似，不再重复，地址分配见表5.2。

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图 5.3 水平界面参数设置

图 5.4 水平界面参数设置后

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沈阳理工大学学士学位论文 表5.1 水平界面地址分配

名称 速度V1 速度V2 加速度a1 编码器分辨率P1 货格长度S0 地址 D300 D301 D302 D303 D308 名称 初始距离L0 齿轮模数m1 齿轮齿数Z1 传动比i1 地址 D307 D304 D305 D306 表5.2 竖直界面地址分配

名称 速度V3 速度V4 加速度a2 编码器分辨率P2 地址 D400 D401 D402 D403 名称 货格高度S1 齿轮模数m2 齿轮齿数Z2 传动比i2 地址 D407 D404 D405 D406

5.2.3 存货和取货参数界面设置

存货界面和取货界面如图5.5、图5.6所示，在存货界面行和列为数值输入框，行列地址分别为D100、D101，存货确认为位地址，用来确定存货，位地址为W302.01，返回主菜单为功能键，图中闪烁时请重新输入是报警灯，由位状态地址实现，位状态为0时闪烁报警，位状态为1时显示无货，位地址为W301.01，16个指示灯和主界面的16个指示灯为同一地址，用来显示对应货格是否有货。取货界面和存货界面类似，行和列地址分别为D200、D201,报警灯位地址为W301.02,状态为0时显示闪烁时无货，请重新输入，位状态为1时显示有货，16个指示灯和主界面16个指示灯的位地址相同，取货确认位地址为W302.02。

图5.7为存货数值输入后的显示界面，取货数值输入后和存货界面类似，此处不再重复。

图 5.5 存货界面 图 5.6 取货界面

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图 5.7 存货界面参数设置后

5.2.4 手动参数界面设置

手动参数界面设置如图5.8，由于在水平界面和竖直界面中，两个伺服电动机和齿轮参数已经设置了地址，在手动程序中可以直接利用，而手动速度要求比较低，不能利用水平界面和竖直界面中的速度，所以在手动界面中只需设置手动速度就可以，手动速度地址为D450，当按下返回主菜单时返回主界面。图5.9为手动界面参数设置后界面，根据用户需求，速度自己设定。

图5.8 手动界面

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图5.9 手动界面参数设置后

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