堆垛機(jī)拖動系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)

本文作者徐榮華先生，廣東工業(yè)大學(xué)羅克韋爾自動化實(shí)驗(yàn)室研究生；區(qū)銳相先生，研究生；吳乃優(yōu)先生，研究員。 關(guān)鍵詞：堆垛機(jī)　人機(jī)界面　RSView32　DeviceNet　 自動化立體倉庫的出現(xiàn)是物流技術(shù)的一個(gè)劃時(shí)代的革新。它不僅徹底改變了倉儲行業(yè)勞動密集、效率低下的落后面貌，而且大大拓展了倉庫功能，使之從單純的保管型向綜合的流通型方向發(fā)展。堆垛機(jī)是自動化立體倉庫中的一種自動裝運(yùn)設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)自動化立體倉庫高效、安全、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，本文就其拖動系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，講述了羅克韋爾自動化RSView32組態(tài)軟件以及DeviceNet控制網(wǎng)絡(luò)在堆垛機(jī)拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用。 一 基于DeviceNet的堆垛機(jī)拖動系統(tǒng) 堆垛機(jī)是自動化立體倉庫的主要搬運(yùn)設(shè)備。它在高層貨架的巷道內(nèi)來回穿梭運(yùn)行，負(fù)責(zé)貨物的存取。目前應(yīng)用最廣的是巷道式堆垛機(jī)，它由運(yùn)行機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、裝有存取貨機(jī)構(gòu)的載貨臺、機(jī)架和電氣設(shè)備5部分組成。目前，堆垛機(jī)運(yùn)行速度高達(dá)320m/min，提升速度高達(dá)60m/min，其定位精確度優(yōu)于±5mm。 DeviceNet是Rockwell Automation公司于1994年提出的一種開放的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，目前已成為國際工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet為簡單的工業(yè)設(shè)備(傳感器、變頻器等)和高端設(shè)備(PLC、計(jì)算機(jī))提供確定、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)通信。DeviceNet提供主/從與對等網(wǎng)絡(luò)通信能力和生產(chǎn)者/客戶(Producer/Consumer)服務(wù)模式，可以不用任何編程工具在線移除或替換DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備。來自ControlNet、DH+或Ethernet鏈路上的報(bào)文可以通過ControlLogix網(wǎng)關(guān)發(fā)送到DeviceNet鏈路上的所有節(jié)點(diǎn)。采用DeviceNet，可減少設(shè)備通信的電纜硬件接線，降低組建系統(tǒng)的人力及線路成本，同時(shí)，可為用戶提供完整的設(shè)備級診斷功能，方便網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)。 過去，變頻器的通信能力不強(qiáng)，需要對異步電動機(jī)按照一定的數(shù)學(xué)模型和最優(yōu)條件進(jìn)行離線優(yōu)化控制。當(dāng)電動機(jī)參數(shù)及工況發(fā)生變化后，還繼續(xù)使用原來的變頻器參數(shù)就無法獲得理想的優(yōu)化效果，通過DeviceNet可將變頻器接入控制網(wǎng)絡(luò)，對變頻器實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控和優(yōu)化，提高堆垛機(jī)的定位精確度，并節(jié)省大量的能源。 二 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)主要采用了SLC500和PLC5控制器、1747-SDN掃描器、1771-SDN掃描器、1203-GK5通信接口，將其組態(tài)成DeviceNet控制網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)對1336PULS II變頻器的控制，并通過1770-KFD接口模塊將DeviceNet網(wǎng)絡(luò)與上位計(jì)算機(jī)相連。其中掃描器作為PLC和DeviceNet之間的接口，它的主要功能是進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)的采樣和格式轉(zhuǎn)換，PLC與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換全部通過掃描器來實(shí)現(xiàn)。SLC500和PLC5可分別通過1747-SDN掃描器和1771-SDN掃描器連接到DeviceNet。1336PULS II 變頻器則通過其SCANport接口與DeviceNet通信模塊1203-GK5的SCANport接口相連。由此可建成DeviceNet電動機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 三 控制系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì) 1.RSView32軟件 RSView32是一套綜合的、基于組件的人機(jī)界面開發(fā)軟件，可用于對自動化設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。它是第一個(gè)具有以下特性的人機(jī)界面軟件：(1)將圖形界面開放為ActiveX控件的容器，通過可以直接集成到用戶圖形界面上的可重用、可定制的ActiveX控件，實(shí)現(xiàn)對RSView32工程的方便擴(kuò)展；(2)可利用對象模型方便地與其他基于組件的軟件產(chǎn)品協(xié)同工作；(3)集成了微軟的Visual Basic for Applications(VBA)為內(nèi)置的編程語言；(4)支持OPC(用于過程控制的OLE)，可實(shí)現(xiàn)與其他自動化廠商的產(chǎn)品進(jìn)行快速、可靠的通信；(5)使用附件體系結(jié)構(gòu)(Add-On Architecture)技術(shù)擴(kuò)展RSView32的功能，可將新特性直接集成到RSView32的內(nèi)核；(6)可利用活動顯示系統(tǒng)(Active Display System)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 2.人機(jī)界面的總體功能結(jié)構(gòu) 人機(jī)界面的總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。 其中主界面可完成日常的系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)和對各個(gè)子界面的調(diào)用；手動控制面板子界面有6個(gè)電動機(jī)控制按鈕，可結(jié)合主界面的狀態(tài)顯示區(qū)完成對變頻器和電動機(jī)的手動控制；線路診斷圖子界面可模擬和實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)硬件線路的連接和工作狀況；1336PLUS II變頻器組態(tài)子界面可完成變頻器所有相關(guān)參數(shù)的組態(tài)任務(wù)。 3.主界面設(shè)計(jì) 軟件主界面分為實(shí)時(shí)動畫顯示區(qū)、實(shí)時(shí)速度表、功能按鈕區(qū)、速度輸入框、電動機(jī)狀態(tài)顯示區(qū)、速度曲線圖和速度拖動條。其中實(shí)時(shí)動畫顯示區(qū)用于實(shí)時(shí)動態(tài)顯示升降臺的速度和位置。實(shí)時(shí)速度表用于實(shí)時(shí)顯示速度值、速度單位(r/min)。功能按鈕區(qū)有4個(gè)按鈕，分別為自動[Auto]、手動[Manual]、診斷[Diagnostic]、1336PLUS II變頻器[Config 1336II]組態(tài)，其中自動按鈕控制升降臺自動上下運(yùn)行一次，按下手動按鈕會顯示手動控制面板[Manual Control]，按下診斷按鈕會出現(xiàn)線路診斷圖，按下1336PLUS II變頻器組態(tài)按鈕會出現(xiàn)變頻器參數(shù)調(diào)整表。在速度輸入框中可以精確地調(diào)整電動機(jī)的速度，可調(diào)速度范圍是0~1430r/min(僅在手動模式下可用)。電動機(jī)狀態(tài)顯示區(qū)共有9個(gè)指示燈，分別為自動(Auto)、手動(Manual)、報(bào)警(Alarm)、運(yùn)行(Run)、正向(Forward)、點(diǎn)動(Jog)、停止(Stop)、反向(Reverse)、錯誤(Fault)，指示燈為綠色表示電動機(jī)正處于該狀態(tài)，灰色則相反。速度曲線圖用于實(shí)時(shí)顯示電動機(jī)運(yùn)行過程中速度的變化，在手動模式下可用速度拖動條比較粗略地改變電動機(jī)速度，并具有最小頻率(8Hz)設(shè)置保護(hù)。系統(tǒng)主界面如圖3所示。 在主界面開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)S曲線的數(shù)據(jù)源為變頻器[測量組(Metering)]中的[Freq Command]，需要通過M文件進(jìn)行讀取，采樣的周期太長，無法滿足S曲線的實(shí)時(shí)采樣要求，趨勢圖中的S曲線不平滑，呈折線狀。后來經(jīng)過分析得知這主要是由于采樣頻率太低，數(shù)據(jù)不連貫造成的。要獲得平滑的S曲線就必須提高數(shù)據(jù)的采樣頻率，故我們利用I/O映射自動刷新、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，采用輸入映射的[word1頻率反饋值]作為S曲線的數(shù)據(jù)源，并且數(shù)據(jù)的采樣頻率還與Tag的掃描時(shí)間及趨勢圖中的掃描時(shí)間有關(guān)，只要將Tag Scan Class的掃描周期及趨勢圖中的Rate設(shè)置為0，RSView32就會以最快的速度實(shí)時(shí)地掃描頻率反饋值，獲得十分平滑的S曲線。 4.手動控制面板子界面設(shè)計(jì) 手動控制面板共有7個(gè)按鈕。它們分別為運(yùn)行[Run]、停止[Stop]、點(diǎn)動[Jog]、除錯[Clear Faults]、反向[Reverse]、正向[Forward]、關(guān)閉窗口[Close]。在電動機(jī)運(yùn)行過程中，運(yùn)行、點(diǎn)動、反向、正向按鈕將會被屏蔽，此時(shí)按下這4個(gè)按鈕將得不到響應(yīng)。 5.線路診斷圖子界面設(shè)計(jì) 線路診斷圖是在硬件線路圖的基礎(chǔ)上，用紅線連接在線設(shè)備，用黑線連接可能發(fā)生故障或者已經(jīng)從網(wǎng)絡(luò)移除的設(shè)備。該界面有兩個(gè)按鈕，一個(gè)是模擬[Virtual]按鈕，用于模擬本系統(tǒng)的硬件連接情況，用戶可通過它對線路連接狀態(tài)進(jìn)行模擬操作，用于檢查線路連接邏輯是否正確；另一個(gè)是監(jiān)控[Monitor]按鈕，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)硬件的連接狀態(tài)，可大大提高系統(tǒng)故障診斷和硬件維護(hù)的效率。 6.1336PLUS II變頻器參數(shù)組態(tài)子界面設(shè)計(jì) 在主界面按下[Config 1336II]按鈕，將會出現(xiàn)上載參數(shù)進(jìn)度條。當(dāng)參數(shù)上載完畢后，變頻器參數(shù)調(diào)整表將會出現(xiàn)[1336 PlusII Parameter Settings]的參數(shù)設(shè)置對話框。此時(shí)，可以按組對所有的變頻器參數(shù)分別進(jìn)行設(shè)置。在參數(shù)調(diào)整表的下方有5個(gè)按鈕，分別是刷新指定的參數(shù)[Refresh Specified Parameter]、刷新所有的參數(shù)[Refresh All Data]、刷新參數(shù)組[Refresh Group]、下載參數(shù)[Download Parameters]、返回主界面[Return to Main Window]。 四 結(jié)束語 憑借RSView32軟件的強(qiáng)大功能，設(shè)計(jì)完成了這個(gè)操作自由、簡單且在功能上分計(jì)算機(jī)自動、手動操作等多種控制方式的人機(jī)操作界面，能夠清晰顯示操作步驟、設(shè)備運(yùn)行狀況，即使是新手也可輕松操作，且系統(tǒng)保養(yǎng)維護(hù)方便、快捷。