码垛机械手控制系统设计附录.doc

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在这些工厂中的工作环境比较恶劣，如存在化学品，振动和频繁移动部件，从而可能会损害控制系统的构成部件——电线或电缆。

由此，数据不得不通过公共路径进行传输。

本文所设计的系统采用了可编程控制器（PLC）及工业无线局域网（IWAN）技术。

它是由一个PLC，一个通信处理器，两个IWAN模块，和一个分布式输入∕输出模块，以及水泵和传感器组成。

该系统以工业以太网和标准的传输控制协议∕网际协议（TCP/IP）来实现参数，配置和诊断数据的通信的。

可编程控制器的主要功能是根据水罐中的水位控制水泵的启停。

水位信号是由压力变送器和多组限位开关获取的。

本文的目的是对于电缆布线不可能的生产过程提供一个可行的解决方案。

它还有安装和维护的成本较低，运行可靠，强大和灵活的结构，适合工业应用的优点。

©2010。

由爱思唯尔公司保留所有权利1.简介现代生产过程使用工业自动化系统。

在这些过程的自动化是必然的，它能促进高效率和高质量的生产。

对这一级的自动化，一天天的生产任务已迅速取得进展。

自动控制系统使进程运行在一个安全和盈利的方式。

这可以通过不断测量工艺操作参数，如温度，压力，流量和浓度水平实现。

这些参数可以用来自动进行工艺决策，例如，动阀或泵，和控制加热，以使过程测量保持在理想值。

现代制造系统中的抽水设备是许多工业生产活动，尤其是在化学或食品行业的主要设备[1]。

抽水系统通常存在于生产厂的外部。

它们在恶劣的环境中，可以破坏任何一中布线。

在通信技术的最新进展为这一问题提供了适当的解决方案。

数据通信在快速发展的工业化系统中起着重要的作用。

工业自动化系统是周边生产单位运转正常。

通过所有可能的产品系统的之间的数据通信，它们也为高层管理提供来自所有系统的信息。

分布式生产或服务需要使用异构网络，包括本地和广域网络，由不同组织调节的有线和无线通信系统。

这些组织有控制器区域网络，联络母线，设备网，网络通信协议，AS接口和现场总线[2,3]无线局域网技术在办公环境，尤其是小型办公室及家庭办公室设置中广泛使用。

如前所述，传统的网络提供了许多优势，但需要电缆互连设备。

由于低的可扩展性和连接器的高失败率，这导致高安装及维修成本。

在制造厂最有前景的创新是无线技术的引进。

通过给工厂装上无线系统，大量电缆将被取代，这将会减少部署和维修成本。

由于流动性的增强和更灵活的通信范式，无线系统也能确保新的应用[4,5]。

出于这个原因，在过去的几年内，无线技术已经在消费品行业有了巨大的成功。

无线解决方案对制造工厂的通信系统变的越来越有吸引力。

此外，在传感器水平采用无线解决方案提供了其它的优点：连续，高分辨率，高敏感；支持移动性；备份；和紧密[6]。

在工业领域运用无线通信技术，为这种环境特意设计的产品是可取的。

无线解决方案正越来越多的用于处理厂以满足现代工作实践的需要。

无线技术可能有在有线系统不存在的安装成本的节省和一定程度的灵活性。

有线控制系统需要挖沟铺设新线；修复旧线或更换铜线可能非常昂贵。

一些具体的盈利功能的无线网络安装和维护成本更低，物理障碍问题的干扰更小，标准最小化和传输比特率增加到54M[7]。

在使用无线系统时，有几个限制应该仔细考虑，例如，安全问题，可靠性，覆盖面积和容错。

尽管无线网络的优势，对这些问题和解决方案的不充足的资料也可以使用[8]。

对于工业无线通信，有几个参数必须加以考虑。

就像用于工业无线传输实验的模型一样，在工业无线通信系统中，对可能影响时间行为和失效模式的相关参数都做了定义和描述。

一些研究已经在工业厂房的无线通信中使用：在[7]中，进行了最显著的分析。

在这项工作中，彻底调查所有工业的要求被提出：成本效益，可扩展性，可靠性，灵活性，可用性高，抗干扰性，安全性，以及许多其他因素。

这些问题在危险和噪杂的环境中是是至关重要的。

现有的无线解决方案进行了审查，而且行业需求和现有的无线标准之间的工作开发潜能应相匹配。

远程自动抄表（AMD）系统是用于给水机构[ 9]。

在这项工作中，为实施该系统，磁共振（磁阻）传感器，磁簧开关和cyble传感器模块，以及安装系统的通信，射频和模块都要用到。

在[10]中，作者调查了无线通信在工业应用的问题和相应的解决方案：基本问题，使用现有的无线技术这一特定领域的应用，并创造混合系统。

在[4]，无线传感器网络被详细描述。

在[ 11]中，描述了实现一个接口模块（12M）钻井和批准过程。

基于IEEE1451标准，本产品模拟了拥有工业液压模块（MHI-01）的一个系统。

在很多作品中都有关于工业无线传感器的研究–[12-16]。

在[17-20]的的研究报告中，无线传感器模块被用于家庭自动化。

在[21]中，拥有一个个人数字助理（掌上电脑），一个可编程控制器，一个无线设备服务器及其驱动程序组成的一个伺服电机远程控制。

系统通信由无线网卡的掌上电脑，无线设备服务器，和RS - 232端口控制器建立。

在[1]中，使用一个可编程控制器和频率控制对一个小容量泵水系统设计，构造，测试。

在这项工作中，系统的通信是由电缆确立的。

在其它作品中，一些用可编程控制器和传统布线系统过程控制的例子被提出[1,22-30]。

可编程控制器通常是工业自动控制系统的主要部分。

它们用于内部存储指令，执行控制功能，如逻辑，顺序，定时，计数和算术。

它们通过模拟数字或模拟输入∕输出模块控制各种类型的机械和工艺进程。

它也可用于监测和控制植物或设备行业如电信，能源，水和废物管理，石油和天然气精炼，运输[[23]。

本文在于为工厂布线不可能的地方提供可行的解决方法。

该解决方案应该降低安装成本和维护成本，提供可靠的运行，并成为强大和灵活的建设工业应用。

在这项研究中，我们使用西门子工业无线局域网SCALANCE WIWLAN模块，这是从不同的无线传感器网络（无线传感器网络）和无线局域网系统中使用以前的研究报告。

图1. 控制过程框图2.系统设计系统设计考虑了环境条件和工艺细节。

图1是一个例证的控制过程。

在这个过程中，过程变量（光伏）[31 , 32]是水箱中的水位。

它是由水槽中的一个压力变送器和限位开关（最高和最低水位），而且这些值输入到一个自动控制器。

这个自动控制器实际上是一个基于水位的驱动泵。

如图1所示，一个开放的水槽提供水的流入，Q1，来自一个可以控制的水泵。

从槽中流出，Q2，由一个根据用户需要调节的手动阀控制。

水槽中的水位根据来自两个限位开关的控制器接到的压力和输入控制。

因此，过程控制模式是开关控制。

这是一个不连续的形式的控制行为，也被称为双位控制。

在这个过程中，当水位处于最小值时，开关控制器转向打开位。

当水位达到最大值时，控制器转向关闭位。

图二是根据环境条件和所需的过程控制设计的系统框图。

2.1硬件结构如图三所示，整个系统由三个不同的单元组成。

第一个单元是电脑，电脑运行一个命名为西门子管理器的项目。

它用于认知硬件，如图5所示的软件包（STEP7），还有为可编程控制器编写控制程序。

这种控制程序通过MPI(多点接口)适配器通信电缆下载到可编程控制器。

第二个单元是主节点，它由三个部分组成：一个有数字和模拟模块的可编程控制器，一个CP（通信处理器），和一个无线接入点。

最后一个单元在客户端节点的边。

这个单元位于控制中心的外部，并与控制设备直接相连。

无线客户端模块，分布输入/输出接口模块和电机防护包装（MPP）构成客户端节点。

可编程逻辑控制器（PLC）.通常情况下，一个可编程逻辑控制器[33]的基本功能模块有一个处理器，内存，电源供应单元，输入∕输出接口部分，通信接口和编程装置组成。

图4显示了基本安排。

该处理器或中央处理单元（CPU）是包含微处理器的单位的单元。

根据存储在内存中的程序，对输出信号的决定，这翻译输入信号并采取措施。

●供电单元需要将交流电源电压转变为处理器和电路的输入∕输出模块所必须的直流电压。

●编程设备用于输入所需的程序到内存的处理器上。

这一程序得以在设备中运行，然后转移到内存单元的可编程控制器。

●内存单元用于微处理器程序的存储。

内存单元也从存储进程中的输入数据和缓冲数据输出。

输入和输出部分接受来自外部设备的信息，以及来自外部设备的传达信息。

输入可能来自于开关和传感器，像光电细胞，温度传感器，或者流量传感器。

输出可能与马达启动器线圈，电磁阀，或其他执行机构相连。

输入和输出设备可分为信号的类型，如数字或模拟。

●通信接口是用来在通信网络上接收和传送数据。

它管理设备验证，数据采集，同步用户应用程序，和连接管理。

●在这项研究中，我们运用了西门子S7313C紧凑可编程控制器，它24DIs(数字输入),16Dos(数字输出),5AIs(模拟输入),2AOs(模拟输出)和一个电源（120∕230V AC,24V DC,5A）。

●通信处理器（CP）。

可编程控制器系统的以太网模块是将可编程控制器连接到网络的通信处理器[29]。

一个附加的通信处理器是用来允许可编程控制器和工业无线网之间通过传输控制协议∕网际协议进行沟通。

我们在工作中的cp343-1通信处理器是专为运行在S7 - 300可编程逻辑控制器设计的。

它允许S7 - 300被连接到工业以太网和支持PROFINET输入∕输出●工业无线局域网模块。

当重新配置系统和加快网络部署时，无线网络能够解决布线所固有的物理障碍，降低安装成本，提高灵活性[7]。

工业无线局域网是一个覆盖功能和机制的总称，代表了增强的IEEE802.11标准。

即使802.11这个标准机制为其在工业应用提供了一个好的强度程度。

然而，就像在PROFINET[34]所要求的，工业无线网也也支持要求苛刻的应用，提供了一个特别高的实时性和确定性调度。

●在这项研究中，一个工业无线网网络使用来自西门子的新的SCALANCE W发电元件。

无线网络用SCALANCE W788-1PRO临接入点建立，而以太网客户端模块W744-1 PRO用来连接节点到工业无线以太网。