碼垛機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計附錄

1、目 錄附錄1 課題審批表附錄2 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書附錄3 畢業(yè)設(shè)計開題報告附錄4 畢業(yè)設(shè)計計劃進(jìn)程表附錄5 畢業(yè)設(shè)計中期檢查表外文文獻(xiàn)外文翻譯附錄1 課題申請表畢業(yè)設(shè)計（論文）課題申請表學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 時間：2011 年11月23日課題情況課題名稱碼垛機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計教師姓名張瑞職稱講師學(xué)位博士 教研室機(jī)電一體化課題來源A. 科研 B. 生產(chǎn) C.教學(xué) D. 其它課題類別. 設(shè)計 B. 論文實施地點校內(nèi)起止時間12011年12月-2012年6月上機(jī)時數(shù)218周擬指導(dǎo)學(xué)生數(shù)1對學(xué)生的特殊要求主要研究內(nèi)容1分析碼垛機(jī)械手的功能及控制要求；2分析選擇PLC；3設(shè)計控制系統(tǒng)原理圖及各部分元件選

2、型；4設(shè)計PLC系統(tǒng)控制柜圖；5初步設(shè)計系統(tǒng)軟件。目標(biāo)和要求碼垛機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，達(dá)到以下目的和要求：1 了解生產(chǎn)設(shè)備電控設(shè)計的一般步驟；2 能夠進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的搭建；3 熟悉變頻器的應(yīng)用。特色 綜合運用所學(xué)PLC知識、機(jī)構(gòu)控制知識等。成果形式 設(shè)計圖紙與編程軟件成果價值具有實用價值科室審批意見 同意 負(fù)責(zé)人簽字： 2011年 11月 27 日 學(xué)院審批意見 同意 主管院長簽字： 2011 年 11 月 30日 附錄2 任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書（由指導(dǎo)教師填寫）學(xué)生姓名丁金濤學(xué)號20080460205教師姓名張瑞職稱講師題 目碼垛機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計主要研究內(nèi)容1分析碼垛機(jī)

3、械手的功能及控制要求；2分析選擇PLC；3設(shè)計控制系統(tǒng)原理圖及各部分元件選型；4設(shè)計PLC系統(tǒng)控制柜圖；5初步設(shè)計系統(tǒng)軟件。研究與設(shè)計方法1、系統(tǒng)分析與構(gòu)建的方法2、控制系統(tǒng)的設(shè)計3、PLC程序的設(shè)計與編制4、變頻器控制與使用 主要技術(shù)指標(biāo)（或研究目標(biāo)）碼垛機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，達(dá)到以下目的和要求：1、設(shè)計完成碼垛機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)硬、軟件系統(tǒng)，2、以PLC控制完成機(jī)械手的工作流程，3、優(yōu)化路徑的計算主要參考文獻(xiàn)1、PLC編程實用指南， 宋伯生編著， 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20072、工業(yè)控制電子學(xué)：設(shè)備、系統(tǒng)與應(yīng)用，(美) Terry Bartelt著；姜紹龍, 富曉靜, 張劍譯， 北

4、京：清華大學(xué)出版社，20053、工業(yè)控制工程實踐技術(shù)，付家才主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社教材出版中心，20034、PLC編程手冊/設(shè)計手冊5、從入門到精通：西門子S7-300/400 PLC技術(shù)與應(yīng)用，張運剛等，北京：人民郵電出版社，2007附錄3 開題報告畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目名稱 碼垛機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名丁金濤專 業(yè)機(jī)械工程及自動化班 級4班一、 選題的目的意義畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年來對我們所掌握知識的一個綜合考察，所以選擇一個合適的畢業(yè)課題是很重要的。而一個既要有硬件設(shè)計，又要涉及到軟件編程的畢業(yè)設(shè)計課題是再好不過的。它可以檢驗我們在大學(xué)期間的學(xué)習(xí)情況以及綜合應(yīng)用能力，通過實

5、物的制作，可以很好的鍛煉我們的動手能力。伴隨著機(jī)電一體化在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，機(jī)械設(shè)備的自動控制成分顯得越來越重要，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。因此機(jī)械手就在這樣誕生了,機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。其中的工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，它的發(fā)展是由于其積極作用正日益為人們所認(rèn)識。它能部分地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械

6、化和自動化的步伐。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。它可在空間抓、放、搬運物體等,動作靈活多樣,廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手能實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作,不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量,而且對保障人身安全,改善勞動環(huán)境,減輕勞動強(qiáng)度,提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本,有著十分重要的意義。PLC控制機(jī)械手可按使用要求選購相應(yīng)的產(chǎn)品完成復(fù)雜的邏輯控制，邏輯控制為主，也可以組成模擬量控制系統(tǒng)，軟硬件開發(fā)工作量較少，輸出帶負(fù)載能力和抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。所以從實用性和可靠性出發(fā)，設(shè)計由PLC組成的碼垛機(jī)械手控制系統(tǒng)可以使該系統(tǒng)在

7、各種條件下良好的運行，且結(jié)構(gòu)簡單可靠，便于操作。二、國內(nèi)外研究綜述工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的

8、有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用我國的工業(yè)機(jī)器人起步與70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。從90年代初期起，我國的國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變時期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國的工業(yè)機(jī)器人又在實踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器

9、人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手運用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床，摸鍛壓機(jī)的上下料，以及點焊，噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件機(jī)械手本身的損害。為此，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界的條件的變化，做出相應(yīng)的變更。PLC作為一種專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它采用了可變成的儲存器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、記數(shù)、和算術(shù)等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入/輸出，控制各

10、種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。標(biāo)準(zhǔn)化編程的出現(xiàn)使機(jī)器人更加容易控制、配置和重新配置。與過去昂貴的專利產(chǎn)品不同，現(xiàn)在的傳動控制和可編程邏輯控制（PLC）產(chǎn)品使得工廠可以使用標(biāo)準(zhǔn)的編程語言來運行機(jī)器人。標(biāo)準(zhǔn)化的控制裝置帶有便于使用的軟件安裝向?qū)?，不需要專門停下來進(jìn)行操作員或者程序員培訓(xùn)。 三、畢業(yè)設(shè)計（論文）所用的方法1. 收集相關(guān)資料，并對現(xiàn)有的資料進(jìn)行研究分析，進(jìn)而分析自己完成本系統(tǒng)的開發(fā)工作還存在那方面的困難，除了現(xiàn)有的知識外還應(yīng)該具備那些新的知識。2. 選定自己適合和熟悉的開發(fā)編程工具，對選定的開發(fā)工具進(jìn)行深入學(xué)習(xí)及具體實踐。3. 對電路進(jìn)行仔細(xì)研究，了解電路的工作原理，繪制硬件電路圖。4. 軟

11、件系統(tǒng)的分析，根據(jù)要求編寫出適合系統(tǒng)的程序，并校驗程序的正確性。對整個系統(tǒng)進(jìn)行虛擬調(diào)試。四、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況1、PLC編程實用指南， 宋伯生編著， 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20072、工業(yè)控制電子學(xué)：設(shè)備、系統(tǒng)與應(yīng)用，(美) Terry Bartelt著；姜紹龍, 富曉靜, 張劍譯， 北京：清華大學(xué)出版社，20053、工業(yè)控制工程實踐技術(shù)，付家才主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社教材出版中心，20034、PLC編程手冊/設(shè)計手冊5、從入門到精通：西門子S7-300/400 PLC技術(shù)與應(yīng)用，張運剛等，北京：人民郵電出版社，2007五、 指導(dǎo)教師審批意見自上學(xué)期接受課題之后積極開展畢業(yè)設(shè)計工作

12、，查閱國內(nèi)外研究文獻(xiàn)和相關(guān)書籍，前期文獻(xiàn)調(diào)研工作開展較為深入，對畢業(yè)設(shè)計課題有較好的認(rèn)識， 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計要求準(zhǔn)備相應(yīng)知識能力，能夠較好的完成畢業(yè)設(shè)計課題的工作要求。準(zhǔn)予開題。 指導(dǎo)教師簽名 2012年 3 月27 日附錄4計劃進(jìn)程表畢業(yè)設(shè)計（論文）計劃進(jìn)程表學(xué)生姓名丁金濤學(xué)號20080460205教師姓名張瑞職稱講師題 目碼垛機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計時 間工 作 內(nèi) 容完 成 情 況第17周第18周第19周第20周本學(xué)期第1周 第2周第3周第4周第5周第6周第7周第8周 第9周第10周第11周第12周第13周第14周第15周選題及了解設(shè)計任務(wù)查閱相關(guān)資料進(jìn)一步了解設(shè)計內(nèi)容調(diào)查研究收集資料，研讀

13、資料完成文獻(xiàn)綜述閱讀相關(guān)外文文獻(xiàn)，進(jìn)行外文翻譯完成開題報告查閱有關(guān)參考書和技術(shù)資料，確定設(shè)計方案系統(tǒng)硬件元件選型硬件電路設(shè)計繪制硬件電路圖修改并最終完成硬件電路圖系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計調(diào)試程序、模擬運行調(diào)試程序、模擬運行編寫說明書編寫說明書完成論文，準(zhǔn)備答辯已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成附錄5 中期檢查表畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表題目名稱 碼垛機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名丁金濤所學(xué)專業(yè)機(jī)械工程及自動化學(xué)號20080460205一、已完成的任務(wù)1.認(rèn)真閱讀畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書和畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書，到圖書館及上網(wǎng)查找和

14、研讀相關(guān)文獻(xiàn)，對所涉及知識都有掌握，并已找到所需參考書等資料；2.完成外文翻譯文獻(xiàn)檢索及開題報告工作；3.查閱有關(guān)參考書及技術(shù)資料，進(jìn)行分析比較論證后確定最佳的設(shè)計方案；4.了解PLC變頻器編碼器和光電開關(guān)等所要用到的硬件元件，并根據(jù)工作要求完成對各個元件的選型；5.用CAD繪制PLC組成模塊圖電動機(jī)控制圖輸入輸出接線圖等硬件圖，并對其進(jìn)行修改以滿足設(shè)計要求和注入自己的設(shè)計理念；6.了解s7-300PLC編程軟件的應(yīng)用，熟悉及掌握PLC編程語言；7.根據(jù)系統(tǒng)要求畫出控制系統(tǒng)的工藝流程圖；8.開始編寫程序，基本完成自動控制部分程序的編寫；9.熟悉PLCSIM仿真軟件的使用，試著調(diào)試程序。二、存在

15、問題1.對變頻器和編碼器的工作原理不是很明白，導(dǎo)致對總的工作過程的實現(xiàn)有些地方不清楚；2.在I/O分配表時，對模擬量及數(shù)字量輸入輸出地址不知怎么確定；3.用CAD繪制PLC組成模塊圖時不知道各組成模塊的各自端子編號；4.繪制I/O接線圖時，沒有把模擬量輸入輸出和數(shù)字量輸入輸出分開，且對各輸入輸出的電源提供不清楚；5.電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制中，對接觸器的理解錯誤，導(dǎo)致繪制的電路圖出現(xiàn)問題；6.軟件方面，對s7-300編程軟件操作，有些地方不明白；7.自動控制程序中，對于當(dāng)碼垛高度高于原點的情況不知如何解決；8.對手動控制的過程及具體功能不太清所以楚的編程還不知如何下手；9.對仿真軟件PLCSIM對所編

16、程序的調(diào)試還不熟悉。三、擬采取的研究方法和可行性分析1.查閱有關(guān)變頻器和編碼器元件原理方面的書籍和文獻(xiàn)，徹底搞清楚其工作過程，弄明白控制系統(tǒng)是怎么實現(xiàn)所需的控制功能的；2.通過對PLC的進(jìn)一步了解，確定各輸入輸出的物理地址；3.查找PLC各組成模塊的使用說明書，找到各輸入輸出所對應(yīng)的模塊上的端子號；4.對模擬和數(shù)字輸入輸出模塊分開繪出，并且在繪制數(shù)字輸入輸出元件時中間輔以中間繼電器，起保護(hù)PLC的作用；5.分清主電路與控制電路，正確畫出電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制圖；6.進(jìn)一步熟悉編程軟件，實現(xiàn)所有的控制功能；7.掌握仿真軟件的使用方法，對所編程序進(jìn)行調(diào)試，得到正確的自動及手動控制程序。四、指導(dǎo)教師對學(xué)生

17、勞動紀(jì)律、設(shè)計（論文）進(jìn)展等方面的評語該生工作積極認(rèn)真耐心謹(jǐn)慎。認(rèn)真并準(zhǔn)時完成了外文翻譯文獻(xiàn)檢索及開題報告等初期任務(wù)。當(dāng)老師指出其中錯誤之處，其認(rèn)真聽取并及時改正。當(dāng)在硬件設(shè)計方面遇到問題時，能夠查找各相關(guān)資料解決硬件選型的問題。在繪制硬件圖時，嚴(yán)格要求自己，以工程實用的標(biāo)準(zhǔn)繪制。不斷修改硬件圖，以使其滿足電氣圖繪制要求。指導(dǎo)教師簽名： 2012年 4 月 27 日一套采用PLC及工業(yè)無線模塊構(gòu)建的工業(yè)現(xiàn)場水泵控制試驗系統(tǒng)Ramazan Bayindir a, Yucel Cetinceviz ba 土耳其安卡拉Gazi大學(xué)技術(shù)學(xué)院b 土耳其卡斯特木卡斯特姆大學(xué) 機(jī)電一體化高等教育職業(yè)學(xué)院文章

18、信息 關(guān)鍵詞 文章歷史： 可編程控制器 2010年6月22日收到 分布式IO2010年10月14修訂 工業(yè)無線局域網(wǎng)2010年10月19接受 工業(yè)以太網(wǎng)摘要本文設(shè)計了一套針對工廠的水泵控制系統(tǒng)，并在實驗室完成了該系統(tǒng)的構(gòu)建。在這些工廠中的工作環(huán)境比較惡劣，如存在化學(xué)品，振動和頻繁移動部件，從而可能會損害控制系統(tǒng)的構(gòu)成部件電線或電纜。由此，數(shù)據(jù)不得不通過公共路徑進(jìn)行傳輸。本文所設(shè)計的系統(tǒng)采用了可編程控制器（PLC）及工業(yè)無線局域網(wǎng)（IWAN）技術(shù)。 它是由一個PLC，一個通信處理器，兩個IWAN模塊，和一個分布式輸入輸出模塊，以及水泵和傳感器組成。該系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)的傳輸控制協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議（

19、TCP/IP）來實現(xiàn)參數(shù)，配置和診斷數(shù)據(jù)的通信的?？删幊炭刂破鞯闹饕δ苁歉鶕?jù)水罐中的水位控制水泵的啟停。水位信號是由壓力變送器和多組限位開關(guān)獲取的。本文的目的是對于電纜布線不可能的生產(chǎn)過程提供一個可行的解決方案。它還有安裝和維護(hù)的成本較低，運行可靠，強(qiáng)大和靈活的結(jié)構(gòu)，適合工業(yè)應(yīng)用的優(yōu)點。 ©2010。由愛思唯爾公司保留所有權(quán)利1.簡介現(xiàn)代生產(chǎn)過程使用工業(yè)自動化系統(tǒng)。在這些過程的自動化是必然的，它能促進(jìn)高效率和高質(zhì)量的生產(chǎn)。對這一級的自動化，一天天的生產(chǎn)任務(wù)已迅速取得進(jìn)展。自動控制系統(tǒng)使進(jìn)程運行在一個安全和盈利的方式。這可以通過不斷測量工藝操作參數(shù)，如溫度，壓力，流量和濃度水平實現(xiàn)。

20、這些參數(shù)可以用來自動進(jìn)行工藝決策，例如，動閥或泵，和控制加熱，以使過程測量保持在理想值?，F(xiàn)代制造系統(tǒng)中的抽水設(shè)備是許多工業(yè)生產(chǎn)活動，尤其是在化學(xué)或食品行業(yè)的主要設(shè)備1。抽水系統(tǒng)通常存在于生產(chǎn)廠的外部。它們在惡劣的環(huán)境中，可以破壞任何一中布線。在通信技術(shù)的最新進(jìn)展為這一問題提供了適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。數(shù)據(jù)通信在快速發(fā)展的工業(yè)化系統(tǒng)中起著重要的作用。工業(yè)自動化系統(tǒng)是周邊生產(chǎn)單位運轉(zhuǎn)正常。通過所有可能的產(chǎn)品系統(tǒng)的之間的數(shù)據(jù)通信，它們也為高層管理提供來自所有系統(tǒng)的信息。分布式生產(chǎn)或服務(wù)需要使用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，包括本地和廣域網(wǎng)絡(luò)，由不同組織調(diào)節(jié)的有線和無線通信系統(tǒng)。這些組織有控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)絡(luò)母線，設(shè)備網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)通

21、信協(xié)議，AS接口和現(xiàn)場總線2,3無線局域網(wǎng)技術(shù)在辦公環(huán)境，尤其是小型辦公室及家庭辦公室設(shè)置中廣泛使用。如前所述，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)提供了許多優(yōu)勢，但需要電纜互連設(shè)備。由于低的可擴(kuò)展性和連接器的高失敗率，這導(dǎo)致高安裝及維修成本。在制造廠最有前景的創(chuàng)新是無線技術(shù)的引進(jìn)。通過給工廠裝上無線系統(tǒng)，大量電纜將被取代，這將會減少部署和維修成本。由于流動性的增強(qiáng)和更靈活的通信范式，無線系統(tǒng)也能確保新的應(yīng)用4,5。出于這個原因，在過去的幾年內(nèi)，無線技術(shù)已經(jīng)在消費品行業(yè)有了巨大的成功。無線解決方案對制造工廠的通信系統(tǒng)變的越來越有吸引力。此外，在傳感器水平采用無線解決方案提供了其它的優(yōu)點：連續(xù)，高分辨率，高敏感；支持移動

22、性；備份；和緊密6。在工業(yè)領(lǐng)域運用無線通信技術(shù)，為這種環(huán)境特意設(shè)計的產(chǎn)品是可取的。無線解決方案正越來越多的用于處理廠以滿足現(xiàn)代工作實踐的需要。無線技術(shù)可能有在有線系統(tǒng)不存在的安裝成本的節(jié)省和一定程度的靈活性。有線控制系統(tǒng)需要挖溝鋪設(shè)新線；修復(fù)舊線或更換銅線可能非常昂貴。一些具體的盈利功能的無線網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)成本更低，物理障礙問題的干擾更小，標(biāo)準(zhǔn)最小化和傳輸比特率增加到54M7。在使用無線系統(tǒng)時，有幾個限制應(yīng)該仔細(xì)考慮，例如，安全問題，可靠性，覆蓋面積和容錯。盡管無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，對這些問題和解決方案的不充足的資料也可以使用8。對于工業(yè)無線通信，有幾個參數(shù)必須加以考慮。就像用于工業(yè)無線傳輸實驗的模

23、型一樣，在工業(yè)無線通信系統(tǒng)中，對可能影響時間行為和失效模式的相關(guān)參數(shù)都做了定義和描述。一些研究已經(jīng)在工業(yè)廠房的無線通信中使用：在7中，進(jìn)行了最顯著的分析。在這項工作中，徹底調(diào)查所有工業(yè)的要求被提出：成本效益，可擴(kuò)展性，可靠性，靈活性，可用性高，抗干擾性，安全性，以及許多其他因素。這些問題在危險和噪雜的環(huán)境中是是至關(guān)重要的?，F(xiàn)有的無線解決方案進(jìn)行了審查，而且行業(yè)需求和現(xiàn)有的無線標(biāo)準(zhǔn)之間的工作開發(fā)潛能應(yīng)相匹配。遠(yuǎn)程自動抄表（AMD）系統(tǒng)是用于給水機(jī)構(gòu) 9。在這項工作中，為實施該系統(tǒng)，磁共振（磁阻）傳感器，磁簧開關(guān)和cyble傳感器模塊，以及安裝系統(tǒng)的通信，射頻和模塊都要用到。在10中，作者調(diào)查了無

24、線通信在工業(yè)應(yīng)用的問題和相應(yīng)的解決方案：基本問題，使用現(xiàn)有的無線技術(shù)這一特定領(lǐng)域的應(yīng)用，并創(chuàng)造混合系統(tǒng)。在4，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被詳細(xì)描述。在 11中，描述了實現(xiàn)一個接口模塊（12M）鉆井和批準(zhǔn)過程?；贗EEE1451標(biāo)準(zhǔn)，本產(chǎn)品模擬了擁有工業(yè)液壓模塊（MHI-01）的一個系統(tǒng)。在很多作品中都有關(guān)于工業(yè)無線傳感器的研究12-16。在17-20的的研究報告中，無線傳感器模塊被用于家庭自動化。 在21中，擁有一個個人數(shù)字助理（掌上電腦），一個可編程控制器，一個無線設(shè)備服務(wù)器及其驅(qū)動程序組成的一個伺服電機(jī)遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)通信由無線網(wǎng)卡的掌上電腦，無線設(shè)備服務(wù)器，和RS - 232端口控制器建立。在1中，

25、使用一個可編程控制器和頻率控制對一個小容量泵水系統(tǒng)設(shè)計，構(gòu)造，測試。在這項工作中，系統(tǒng)的通信是由電纜確立的。在其它作品中，一些用可編程控制器和傳統(tǒng)布線系統(tǒng)過程控制的例子被提出1,22-30。 可編程控制器通常是工業(yè)自動控制系統(tǒng)的主要部分。它們用于內(nèi)部存儲指令，執(zhí)行控制功能，如邏輯，順序，定時，計數(shù)和算術(shù)。它們通過模擬數(shù)字或模擬輸入輸出模塊控制各種類型的機(jī)械和工藝進(jìn)程。它也可用于監(jiān)測和控制植物或設(shè)備行業(yè)如電信，能源，水和廢物管理，石油和天然氣精煉，運輸23。本文在于為工廠布線不可能的地方提供可行的解決方法。該解決方案應(yīng)該降低安裝成本和維護(hù)成本，提供可靠的運行，并成為強(qiáng)大和靈活的建設(shè)工業(yè)應(yīng)用。在這

26、項研究中，我們使用西門子工業(yè)無線局域網(wǎng)SCALANCE WIWLAN模塊，這是從不同的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）和無線局域網(wǎng)系統(tǒng)中使用以前的研究報告。 圖1. 控制過程框圖2.系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計考慮了環(huán)境條件和工藝細(xì)節(jié)。圖1是一個例證的控制過程。在這個過程中，過程變量（光伏）31 , 32是水箱中的水位。它是由水槽中的一個壓力變送器和限位開關(guān)（最高和最低水位），而且這些值輸入到一個自動控制器。這個自動控制器實際上是一個基于水位的驅(qū)動泵。如圖1所示，一個開放的水槽提供水的流入，Q1，來自一個可以控制的水泵。從槽中流出，Q2，由一個根據(jù)用戶需要調(diào)節(jié)的手動閥控制。水槽中的水位根據(jù)來自兩個限位開關(guān)

27、的控制器接到的壓力和輸入控制。因此，過程控制模式是開關(guān)控制。這是一個不連續(xù)的形式的控制行為，也被稱為雙位控制。在這個過程中，當(dāng)水位處于最小值時，開關(guān)控制器轉(zhuǎn)向打開位。當(dāng)水位達(dá)到最大值時，控制器轉(zhuǎn)向關(guān)閉位。圖二是根據(jù)環(huán)境條件和所需的過程控制設(shè)計的系統(tǒng)框圖。2.1硬件結(jié)構(gòu)如圖三所示，整個系統(tǒng)由三個不同的單元組成。第一個單元是電腦，電腦運行一個命名為西門子管理器的項目。它用于認(rèn)知硬件，如圖5所示的軟件包（STEP7），還有為可編程控制器編寫控制程序。這種控制程序通過MPI(多點接口)適配器通信電纜下載到可編程控制器。第二個單元是主節(jié)點，它由三個部分組成：一個有數(shù)字和模擬模塊的可編程控制器，一個CP（

28、通信處理器），和一個無線接入點。最后一個單元在客戶端節(jié)點的邊。 這個單元位于控制中心的外部，并與控制設(shè)備直接相連。無線客戶端模塊，分布輸入/輸出接口模塊和電機(jī)防護(hù)包裝（MPP）構(gòu)成客戶端節(jié)點?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）.通常情況下，一個可編程邏輯控制器33的基本功能模塊有一個處理器，內(nèi)存，電源供應(yīng)單元，輸入輸出接口部分，通信接口和編程裝置組成。圖4顯示了基本安排。該處理器或中央處理單元（CPU）是包含微處理器的單位的單元。根據(jù)存儲在內(nèi)存中的程序，對輸出信號的決定，這翻譯輸入信號并采取措施。l 供電單元需要將交流電源電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚砥骱碗娐返妮斎胼敵瞿K所必須的直流電壓。l 編程設(shè)備用于輸入所需的

29、程序到內(nèi)存的處理器上。這一程序得以在設(shè)備中運行，然后轉(zhuǎn)移到內(nèi)存單元的可編程控制器。l 內(nèi)存單元用于微處理器程序的存儲。內(nèi)存單元也從存儲進(jìn)程中的輸入數(shù)據(jù)和緩沖數(shù)據(jù)輸出。輸入和輸出部分接受來自外部設(shè)備的信息，以及來自外部設(shè)備的傳達(dá)信息。輸入可能來自于開關(guān)和傳感器，像光電細(xì)胞，溫度傳感器，或者流量傳感器。輸出可能與馬達(dá)啟動器線圈，電磁閥，或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。輸入和輸出設(shè)備可分為信號的類型，如數(shù)字或模擬。l 通信接口是用來在通信網(wǎng)絡(luò)上接收和傳送數(shù)據(jù)。它管理設(shè)備驗證，數(shù)據(jù)采集，同步用戶應(yīng)用程序，和連接管理。l 在這項研究中，我們運用了西門子S7313C緊湊可編程控制器，它24DIs(數(shù)字輸入),16Do

30、s(數(shù)字輸出),5AIs(模擬輸入),2AOs(模擬輸出)和一個電源（120230V AC,24V DC,5A）。l 通信處理器（CP）?？删幊炭刂破飨到y(tǒng)的以太網(wǎng)模塊是將可編程控制器連接到網(wǎng)絡(luò)的通信處理器29。一個附加的通信處理器是用來允許可編程控制器和工業(yè)無線網(wǎng)之間通過傳輸控制協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議進(jìn)行溝通。我們在工作中的cp343-1通信處理器是專為運行在S7 - 300可編程邏輯控制器設(shè)計的。它允許S7 - 300被連接到工業(yè)以太網(wǎng)和支持PROFINET輸入輸出l 工業(yè)無線局域網(wǎng)模塊。當(dāng)重新配置系統(tǒng)和加快網(wǎng)絡(luò)部署時，無線網(wǎng)絡(luò)能夠解決布線所固有的物理障礙，降低安裝成本，提高靈活性7。工業(yè)無線局域網(wǎng)是

31、一個覆蓋功能和機(jī)制的總稱，代表了增強(qiáng)的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)。即使802.11這個標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制為其在工業(yè)應(yīng)用提供了一個好的強(qiáng)度程度。然而，就像在PROFINET34所要求的，工業(yè)無線網(wǎng)也也支持要求苛刻的應(yīng)用，提供了一個特別高的實時性和確定性調(diào)度。l 在這項研究中，一個工業(yè)無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使用來自西門子的新的SCALANCE W發(fā)電元件。無線網(wǎng)絡(luò)用SCALANCE W788-1PRO臨接入點建立，而以太網(wǎng)客戶端模塊W744-1 PRO用來連接節(jié)點到工業(yè)無線以太網(wǎng)。l 分布式輸入輸出模塊。當(dāng)一個系統(tǒng)配置后，輸入/輸出和從進(jìn)程往往是集中在綜合自動化系統(tǒng)。ET 200S分布式輸入輸出系統(tǒng)是一個離散化，高度靈活

32、的DP，它與中央控制器或總線的過程信號相連接。ET 200S支持總現(xiàn)場類型PROFIBUS DP and PROFINET IO。本研究采用擁有4 DIs, 2 DOs, 4 AIs 和用于工業(yè)以太網(wǎng)總線的兩個24 V電源模塊的ET200S-IM151-3PN標(biāo)準(zhǔn)。l 電機(jī)防護(hù)包裝。電動機(jī)保護(hù)套由一個經(jīng)典的接觸器，熱開關(guān)，電流測量傳感器（CMT），和電壓測量傳感器（VMT）組成。該電流測量傳感器用來測量正弦和非正弦電流，輸入電流0到100A，和4到20mA的輸出回路供電。電壓測量傳感器用于0.20到0.440V的交流電壓和0.10 V/0(4).20 mA.的輸出信號。2.2 軟件結(jié)構(gòu) 該控制

33、系統(tǒng)的軟件在西門子項目管理器中開發(fā)。這是當(dāng)軟件包（STEP7）開始時，中央窗口變?yōu)榛顒訝顟B(tài)。默認(rèn)設(shè)置啟動STEP7向?qū)?，幫助程序員創(chuàng)建STEP7項目。程序員可以選擇編程模式：梯形圖（LAD）。功能塊圖（FBD），和指令列表（STL）36。項目結(jié)構(gòu)是用來順序存儲和安排所有的數(shù)據(jù)和程序的。 系統(tǒng)軟件分四個步驟完成。第1步，設(shè)計解決方案的自動化任務(wù)。第2步，配置硬件和網(wǎng)絡(luò)37，如圖5所示。第3步，創(chuàng)建程序梯形圖形式。第4步，轉(zhuǎn)移程序到CPU。最后，測試軟件的輸入狀態(tài)，程序執(zhí)行，并輸出狀態(tài)。 圖5. 西門子管理器硬件配置3.系統(tǒng)實施這種水泵控制系統(tǒng)被設(shè)計為一個開關(guān)控制器，有可編程控制器中的一個存儲程序

34、操作。數(shù)據(jù)傳輸控制水泵是通過工業(yè)無線局域網(wǎng)模塊由可編程控制器、分布式輸入輸出，如圖6所示的。分布式輸入輸出是通過工業(yè)無線局域網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接到西門子中央處理器。一個Scalance W788-1臨接入點通過一個以太網(wǎng)模塊技術(shù)服務(wù)單元連接到系統(tǒng)處理器。在客戶端，使用了一個Scalance W744-1臨客戶端模塊分布式輸入輸出ET 200S。每一個工業(yè)無線局域網(wǎng)下面是一個由4 DIs, 2 DOs, and 4 AIs組成提供PROFINET的分布式輸入/輸出ET 200 S。周期時間（程序造成的負(fù)荷）被指定為50ms，這導(dǎo)致典型的反應(yīng)時約140毫秒的更新時間32ms。3.1 系統(tǒng)通信系統(tǒng)通

35、信是由三個主要部分：個人電腦側(cè)，接入節(jié)點，和客戶端。個人電腦通過一個網(wǎng)絡(luò)接口連接到主節(jié)點。通道和客戶端訪問節(jié)點之間是通過工業(yè)應(yīng)用IEEE 802.116-8標(biāo)準(zhǔn)通信的。通過高達(dá)11Mbps的速度和2.5兆赫頻率的802.11b/g和802.11標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)無線局域網(wǎng)模塊支持射頻通信的運行 38 , 39 。 圖7表明在802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)下最小交易時間為32字節(jié)數(shù)據(jù)。到達(dá)無線局域網(wǎng)的小數(shù)據(jù)包的最小交易時間在用54 兆位/秒802.11a or 802.11g時的120s與用802.11b的1000s之間。許多工業(yè)系統(tǒng)的要求由這些無線局域網(wǎng)組件提供40。如圖6所示，客戶端節(jié)點是直連接到控制設(shè)備

36、通過常規(guī)命令組件。通信是由網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件包(STEP)的一部分通過工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線建立。PROFINET使分布式現(xiàn)場設(shè)備（如信號模塊輸入/輸出設(shè)備）是直接集成在工業(yè)以太網(wǎng)。在配置STEP7，這些現(xiàn)場設(shè)備被分配到中央控制器（輸入/輸出控制器)?，F(xiàn)有的模塊或設(shè)備可以繼續(xù)使用PROFINET兼容接口或鏈接。ROFINET為擁有工業(yè)無線局域網(wǎng)的無線通信提供了新的功能和應(yīng)用。實現(xiàn)的功能基于通過無線局域網(wǎng)的ROFINET網(wǎng)絡(luò)。如圖8所示，以下功能使用于通過PROFINET IO控制器CP獲得的S7-300 CPU 和PROFINET IO設(shè)備之間用戶程序的數(shù)據(jù)流量。 PNIO_SEND (FC 11) P

37、NIO_RECV (FC 12)。此外，下列功能塊可用于診斷： PNIO_RW_REC (FB 52) (不能用于此應(yīng)用程序)。 PNIO_ALARM (FB 54) (不能用于此應(yīng)用程序)。這些功能塊包括在SIMATIC_NET_CP 圖書館。FC 11 (PNIO_SEND)塊用于傳輸過程數(shù)據(jù)，也被稱為用戶程序中的循環(huán)。過程數(shù)據(jù)可作為一個數(shù)據(jù)塊用做內(nèi)存。FC11將過程數(shù)據(jù)傳送到CP，然后再到PROFINET輸入輸出設(shè)備。FC12塊(PNIO-RECEIVE)用于從PROFINET輸入輸出設(shè)備（控制器輸入）接受數(shù)據(jù)，以及用于將輸入輸出提供位（IOPS)從PROFINET輸入輸出設(shè)備轉(zhuǎn)移到指定

38、輸入?yún)^(qū)38。 圖 6.設(shè)計系統(tǒng)圖片圖7 .最小執(zhí)行次數(shù)為32字節(jié)數(shù)據(jù)(40)3.2 系統(tǒng)操作抽水設(shè)備也許是用于化工，食品和其它行業(yè)的現(xiàn)代制造業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要部分。抽水系統(tǒng)通常存在于生產(chǎn)工廠的外部和可能損害任何一種布線的環(huán)境中。因此，設(shè)計這個系統(tǒng)的目的是用于無線，工業(yè)無線局域網(wǎng)模塊的通信和自動控制系統(tǒng)。用一個泵組向大量工廠供水的非常有效的計劃是通過一個對所有饋線供水的環(huán)形總線實現(xiàn)。這些系統(tǒng)的控制系統(tǒng)通過監(jiān)測水位工作。在這項研究中，水位通過一個壓力變送器衡量和最高最低限位開關(guān)預(yù)防。測量壓力的方法：液體高度與一定基礎(chǔ)上的壓力成正比。如果基本液體壓力公式已經(jīng)有了。P = d × g &

39、#215; h (1)dwater = 1000 kg/m (定值).g = 9.81 N/kg (定值).d代表液體的密度。它是一個定值，由所用的液體確定。g是重力加速度。P = 1000 × 9.81 × h N/m (1帕斯卡 = 10 帕).用以上公式，可以獲得表1中的值。 SIMATIC Step 7 V5.4 已用于軟件編程。如圖9所示，流程圖完成后，用組織塊，功能塊，數(shù)據(jù)塊，以及圖10a所示的帶數(shù)據(jù)塊的下屬塊將程序結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)建成圖10b所示的程序?qū)哟?。?yīng)用功能塊包含應(yīng)用程序信號處理，如縮放，檢測報警或控制與計算41。符號名字在符號表中給出（例如，壓力=高度和控

40、制分貝）。如圖10c所示，使用STEP7中的標(biāo)準(zhǔn)庫量值壓力，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊。圖10d顯示的系統(tǒng)視圖程序。系統(tǒng)程序被設(shè)定為：當(dāng)水位下降時開泵，當(dāng)水箱滿時關(guān)泵。當(dāng)油箱是滿的，通過無線工業(yè)無線局域網(wǎng)模塊，使控制系統(tǒng)的信號泵關(guān)閉。為防止溢出，當(dāng)超過最大位時，水箱關(guān)閉。泵系統(tǒng)工作如下。水通過由用戶操作的手動控制閥從水箱流出。當(dāng)水位引發(fā)低限位開關(guān)，一接觸關(guān)閉和發(fā)射器發(fā)送數(shù)字信號，以及壓力變送器，虛擬制造技術(shù)和線程通過無線客戶端和接入點發(fā)送420毫安信號到控制器。如果泵電流值不大于1A和泵的電壓值不小于220V，可編程控制器的主要功能是發(fā)送數(shù)字信號到泵，使其打開并將水箱充滿。當(dāng)水箱裝滿水時，壓力變送器將高

41、位的相關(guān)值縮小，或為預(yù)防電容開關(guān)一個接觸的發(fā)射器，和發(fā)送“關(guān)閉”信號到控制器。然后可編程控制器發(fā)送數(shù)字輸出到水泵使其關(guān)閉。 圖8. 在CPU中FC11和FC12中的典型序列 圖9. 泵控制流程圖 圖10. 該系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu) （a）下屬快；（）變量數(shù)據(jù)塊；（）壓力程度快；（）泵控制功能塊梯形圖4.總結(jié)工業(yè)無線局域網(wǎng)模塊和可編程控制器是過程自動和控制的自然技術(shù)選擇。7，8無線網(wǎng)絡(luò)提供了必要的靈活性，低的維護(hù)成本，工廠設(shè)計及控制的可擴(kuò)展性。本文，我們討論了水泵抽水的設(shè)計和實施過程。提出的結(jié)構(gòu)和結(jié)果表明用工業(yè)無線局域網(wǎng)協(xié)議與可編程控制器通信的可行性。該系統(tǒng)使用工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行測試，而且它還有很好的性能。通

42、常情況下，有線控制系統(tǒng)需要挖溝鋪設(shè)總線，而修復(fù)舊線或更換偷銅線可能非常昂貴。在這項研究中，水泵控制的無線通信解決了這些問題，而且擁有遠(yuǎn)超有線控制系統(tǒng)的明顯優(yōu)勢。致謝這項研究來自于Gazi大學(xué)科研項目委員會的支持，資助07 /2009-06。參考文獻(xiàn) 1 Ali A, Al_SoudM, Abdallah E, Addallah S 泵水系統(tǒng)的變頻控制。喬丹期刊機(jī)械及工業(yè)工程2009;3:21621.2 Mossin EA, Pantoni RP, Brandão D. A 用于訓(xùn)練目的的現(xiàn)場總線模擬器ISA轉(zhuǎn)換器 2009;48:13241.3 Neumann P. 通信在工業(yè)自動化

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