劉云鵬 徐世許 高亞丹

摘 要：論文設(shè)計了基于以太網(wǎng)通信的立體倉庫監(jiān)管控制系統(tǒng)，用于工業(yè)生產(chǎn)中對倉庫監(jiān)管的自動化和智能化。該系統(tǒng)由上位機、運動控制器NJ、三軸直角坐標機械手組成。上位機和運動控制器NJ之間通過以太網(wǎng)通信，上位計算機向運動控制器NJ發(fā)送命令并實時采集現(xiàn)場的各種信號；運動控制器NJ和伺服驅(qū)動器之間通過以太網(wǎng)通信，伺服驅(qū)動器根據(jù)運動控制器NJ中的命令來驅(qū)動伺服電機。采用歐姆龍組態(tài)軟件CX-Supervisor進行上位機監(jiān)管軟件的開發(fā)，使用SQL數(shù)據(jù)庫進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄。該系統(tǒng)能夠滿足立體倉庫監(jiān)管系統(tǒng)的各項要求，從而實現(xiàn)立體冷庫的智能監(jiān)管控制。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)通信 運動控制器NJ CX-Supervisor組態(tài)軟件

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（b）-0004-02

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

立體倉庫監(jiān)管系統(tǒng)由上位計算機、歐姆龍運動控制器、歐姆龍三軸直角坐標機械手（包含3個伺服電機）以及3個伺服驅(qū)動器R88D-1SN08H-ECT組成。上位機和運動控制器NJ之間采取EnterNet/IP的以太網(wǎng)通信方式，運動控制器NJ和伺服驅(qū)動器之間采用EnterCAT的以太網(wǎng)通信方式[1]。當上位機的監(jiān)管軟件向運動控制器NJ發(fā)送命令后，執(zhí)行運動控制器NJ中的程序，伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機完成相應(yīng)動作指令。其中伺服電機1控制機械手的X軸，伺服電機2控制機械手的Z軸，伺服電機3控制機械手的A軸。

2 程序設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的整體工作流程

以存貨為例：初始化位置就是機械手的零點位置；選擇工位即在軟件上選擇所要操作的工位；機械手運動到對應(yīng)工位位置過程中用到的是多軸聯(lián)動直線插補的運動方式，可以避免兩軸聯(lián)動時產(chǎn)生的機械振蕩；在運動到位后首先對工位進行檢測，如果工位已經(jīng)有貨物，則在上位機監(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)了上位機監(jiān)管軟件。CX-Supervisor是一個功能十分強大的組態(tài)軟件，具有很強的靈活性，，能夠更好地實現(xiàn)可視化管理。每個工位顏色不一樣，表示工位所存放的貨物種類不同。當此位置沒有貨物時工位顯示為空。工位信息實時顯示實際庫存信息?，F(xiàn)用CX-Supervisor向數(shù)據(jù)庫中添加一條數(shù)據(jù)的方法：首先要在軟件的數(shù)據(jù)庫工作欄添加一個數(shù)據(jù)庫（庫存信息），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)庫的存入表中增加一條數(shù)據(jù)。

DBOpen "庫存信息.存入表"

DBAddNew "庫存信息.存入表.存入日期"

DBAddNew "庫存信息.存入表.存入時間"

DBAddNew "庫存信息.存入表.貨物名稱"

DBAddNew "庫存信息.存入表.數(shù)量"

DBAddNew "庫存信息.存入表.位置"

DBAddNew "庫存信息.存入表.操作員"

DBUpdate "庫存信息.存入表"

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

2.3 控制程序

機械手的運動控制程序由Sysmac Studio開發(fā)。由于運動控制器采用歐姆龍的NJ301-1100，NJ的CPU內(nèi)置了運動控制功能模塊，簡稱MC功能模塊[2]。MC功能模塊進行運動控制時，可以通過EnterCAT端口與伺服驅(qū)動器進行通信，進而實現(xiàn)了多軸聯(lián)動，高精度、高速度的伺服驅(qū)動控制。

在本程序中，要實現(xiàn)多軸聯(lián)動。所以用到許多單軸運動控制指令和軸組運動控制指令[3]。整個控制過程中，最重要的兩個參數(shù)即速度和工位的坐標位置。其中速度控制由速度控制指令MC_MoveVelocity實現(xiàn)；為了避免多軸聯(lián)動產(chǎn)生機械震蕩，降低機械使用壽命以及降低機械精度，使用軸組絕對值直線插補指令MC_MoveLinearAbsolute進行控制。

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為目標軸運動速度；輸入變量Acceleration為目標軸的加速度，其值為目標軸啟動時的加速度；輸入變量Deceleration為目標軸的減速度，其值為目標軸制動時的減速度[4]；其他參數(shù)為默認值。

軸組絕對值直線插補指令MC_MoveLinearAbsolute能夠?qū)崿F(xiàn)多軸的直線插補，以及目標位置以絕對位置指定。采用直線插補，能夠?qū)崿F(xiàn)多軸聯(lián)動，進而提高機械手的工作效率。直線插補將運動分解為各個軸的運動，能夠減小機械振蕩，進而提高精度延長機械手的使用壽命。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為目標位置；輸入變量Velocity為直線插補過程中的速度；輸入變量Acceleration為直線插補過程中的加速度；輸入變量Deceleration為直線插補過程中的減速度。下面以運動控制程序中的一段實現(xiàn)插補運動的程序進行詳細說明，如圖1所示。

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

3 結(jié)語

基于以太網(wǎng)通信的立體倉庫監(jiān)管控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對立體倉庫的自動化、智能化、規(guī)范化管理。該系統(tǒng)設(shè)計方案簡單、經(jīng)濟、高效，能夠避免人工直接存取對人體造成的不可挽回的傷害，并能夠?qū)齑媲闆r以及操作實時地記錄在數(shù)據(jù)庫中。方便日后對數(shù)據(jù)的調(diào)查以及責(zé)任追責(zé)，提高了工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平。

參考文獻

[1] 楊歡.大型鍛件自動超聲檢測運動控制系統(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)機械手控制系統(tǒng)[D].青島：青島大學(xué)，2014.

[3] 楊玉振.遙操作機器人平臺研究[D].濟南：濟南大學(xué)，2014.

[4] 劉波.船用齒輪箱動態(tài)激勵模擬及動力學(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)計與開發(fā)[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2012，31（1）：64-67.