基于以太網通信的立體倉庫監管控制系統

劉云鵬 徐世許 高亞丹

摘 要：論文設計了基于以太網通信的立體倉庫監管控制系統，用于工業生產中對倉庫監管的自動化和智能化。該系統由上位機、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之間通過以太網通信，上位計算機向運動控制器NJ發送命令并實時采集現場的各種信號；運動控制器NJ和伺服驅動器之間通過以太網通信，伺服驅動器根據運動控制器NJ中的命令來驅動伺服電機。采用歐姆龍組態軟件CX-Supervisor進行上位機監管軟件的開發，使用SQL數據庫進行現場數據記錄。該系統能夠滿足立體倉庫監管系統的各項要求，從而實現立體冷庫的智能監管控制。

關鍵詞：以太網通信 運動控制器NJ CX-Supervisor組態軟件

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

1 系統硬件結構

立體倉庫監管系統由上位計算機、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的以太網通信方式，運動控制器NJ和伺服驅動器之間采用EnterCAT的以太網通信方式[1]。當上位機的監管軟件向運動控制器NJ發送命令后，執行運動控制器NJ中的程序，伺服驅動器驅動伺服電機完成相應動作指令。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 程序設計

2.1 系統的整體工作流程

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；機械手運動到對應工位位置過程中用到的是多軸聯動直線插補的運動方式，可以避免兩軸聯動時產生的機械振蕩；在運動到位后首先對工位進行檢測，如果工位已經有貨物，則在上位機監管軟件中彈出相應提示信息，并返回初始位置，如果沒有貨則可以進行存貨。

2.2 監管程序

使用歐姆龍的組態軟件CX-Supervisor開發了上位機監管軟件。CX-Supervisor是一個功能十分強大的組態軟件，具有很強的靈活性，，能夠更好地實現可視化管理。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。現用CX-Supervisor向數據庫中添加一條數據的方法：首先要在軟件的數據庫工作欄添加一個數據庫（庫存信息），其次添加相關記錄集（存入表），然后配置字段關聯（存入表中的字段），最后將表的字段再和變量相關聯，通過以下程序向數據庫的存入表中增加一條數據。

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"

該系統軟件的功能能夠滿足實際生產的各項要求，現已投入到實際生產使用中。

2.3 控制程序

機械手的運動控制程序由Sysmac Studio開發。由于運動控制器采用歐姆龍的NJ301-1100，NJ的CPU內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端口與伺服驅動器進行通信，進而實現了多軸聯動，高精度、高速度的伺服驅動控制。

在本程序中，要實現多軸聯動。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；為了避免多軸聯動產生機械震蕩，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：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]；其他參數為默認值。

軸組絕對值直線插補指令MC_MoveLinearAbsolute能夠實現多軸的直線插補，以及目標位置以絕對位置指定。采用直線插補，能夠實現多軸聯動，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插補運動的程序進行詳細說明，如圖1所示。

經過實際檢驗，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生產中。

3 結語

基于以太網通信的立體倉庫監管控制系統，實現了對立體倉庫的自動化、智能化、規范化管理。該系統設計方案簡單、經濟、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，并能夠將庫存情況以及操作實時地記錄在數據庫中。方便日后對數據的調查以及責任追責，提高了工業生產的自動化水平。

參考文獻

[1] 楊歡.大型鍛件自動超聲檢測運動控制系統的研究[D].天津：天津工業大學，2015.

[2] 程敏.基于SYSMAC NJ控制器的并聯機械手控制系統[D].青島：青島大學，2014.

[3] 楊玉振.遙操作機器人平臺研究[D].濟南：濟南大學，2014.

[4] 劉波.船用齒輪箱動態激勵模擬及動力學性能優化[D].重慶：重慶大學，2015.

[5] 胥軍.高空救援消防車電控系統的設計與開發[J].消防科學與技術，2012，31（1）：64-67.