西门子6GK7243-1EX01-0XE0功能介绍
自动化立体仓库系统(AS/RS—Automated Storage and RetribbbbSystem)是在不直接进行人工处理的情况下自动地存储或取出物料的多层仓库存储系统。它是现代物流技术的核心，是集机械、电子、计算机、通信网络、传感器和自动控制等多种技术为一体，以搬运机械化、控制自动化、管理微机化、信息网络化为特征的现代化物流系统中产品生产与储存的枢纽。自动化立体仓库的出现，实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变。
本文所设计的系统选用了代表当今自动化发展方向的西门子S7-300和S7-200PLC作为控制中枢，通信沿用目前工业界居主流的PROFIBUS总线系统，监控软件选用目前国内应用较广、功能强大的组态王监控软件，系统全部采用了工业用元器件、总线和监控软件，具有较强的实用价值和推广意义。
1自动化立体仓库系统结构
自动化立体仓库系统结构如图1所示，主要由控制台、立体货架、四自由度码垛机、控制系统、计算机监控系统、托盘、工件等设备组成。
控制台是自动化立体仓库系统控制其各部件并实现远程操作的平台。
立体货架是自动化立体仓库的主体，一般在设计时要保证货架的强度、刚度和整体稳定性，要考虑减轻货架重量，降低钢材消耗。立体货架的采用大大节省了储物空间。
四自由度码垛机是自动化立体仓库系统中重要的运输设备，可完成前后、左右、上下、90°旋转等动作指令，其作用是在立体货架的巷道中穿梭运行，将巷道口的货物存入相应库格，或者将库格上的货物取出送到巷道口。
控制系统由上位机S7-300和下位机S7-200通过PROFIBUS总线连接而成。PROFIBUS作为符合欧洲标准EN50170的现场总线系统，是一种国际性的开放式的现场总线标准。
计算机监控系统通过组态王监控软件，把现场数据通过传感器采集经下位机PLC处理后送入上位机，再由PROFIBUS现场总线传输给监控机组成一个监控系统，对立体仓库系统进行实时监控。
2自动化立体仓库控制系统总体设计
2.1 硬件设计
自动化立体仓库控制系统硬件组成如图2所示，主要由安装组态王监控软件的监控机、上位机S7-300、下位机S7-200、PROFIBUS现场总线等组成，依靠工控软件组态王Kingview实现数据的通讯。
自动化立体仓库控制系统主要完成采集系统数据;监视系统状态;处理系统异常情况;负责码垛机调度;仓库作业管理;确定库格;人机交互等任务。
2.2 软件设计
2.2.1 监控机与上位机S7-300的通信
监控机与上位机S7-300之间通信步骤如下：
(1)对S7-300硬件进行组态，即对S7-300的机架底板、电源、CPU、信号模件等按其实际配置和物理地址进行组态。其中在CPU的组态中要设置MPI地址，后将组态程序表下载PLC以确认。如图3所示。
(2)S7-300软件编程。在STEP7中，可用梯形图、语句表或流程图进行编程，若选择“线性程序设计”方法，则把所有程序放在组织块OB1中即可，OB1是PLC操作系统与用户程序间的接口，PLC周期性调用此模块。若选择“结构式程序设计”方法，则通过组织块OB1调用其它模块如功能块FB、数据块DB等。
2.2.2 下位机S7-200编程
下位机S7-200进行自动控制的程序包括：系统初始化程序、设备就绪程序、手动控制程序、意外处理程序、取出控制程序、送入控制程序、仓库位置判定子程序、中转位置定位子程序、进入退出子程序等。图4为主控制程序流程图。
2.2.3 组态监控应用
系统采用Kingview6.52组态王软件，通过建立工程、设计图形监控画面、构造变量数据库、建立动画连接、运行调试等步骤，在组态软件上完成了自动化立体令库系统的监控设计，实现了对自动化立体仓库系统的实时监控。图5为在组态王软件上设计的自动化立体仓库系统图形监控画面。
图5自动化立体仓库系统图形监控画面
采用Kingview实现的监控与数据管理程序主要具有如下功能：实时监视整个自动化立体仓库中各部分的运行情况;动态显示各设备状态以及货物的运行位置;监控系统出错报警情况;能够直接独立地控制立体仓库中所有设备的启动、运行和停止。
利用Kingview实现PLC与监控机的通信，达到了远程实时监控与管理的目的，不仅缩短了设计周期，系统承接性较好，尤其对于大规模复杂控制系统此优点尤为突出。
3 结束语
本文所设计的立体仓库系统，通过PROFIBUS现场总线将监控机、上位机S7-300以及下位机S7-200连接成一个有机整体，应用工控组态软件组态王Kingview对系统进行监控，达到了远程实时监控和管理的目的。
此系统预留诸多扩展接口，便于外接其它模块或工业设备，具有较强的可扩展性和开放性。现场调试结果表明，此系统自动化程度较高，操作方便，工作可靠，具有较强的实用价值和推广意义。
1引言
在美国玩具标准ASTMF963-03中，玩具主轴线定义为：一条连接产品上远的部分或端点的距离长的直线。一个产品可以有一条以上的主轴线，但它们的长度必须相等。对塑胶玩具和毛绒玩具进行整体易燃性测试，往往要花费大量的时间来确定玩具主轴线的方向和尺寸。而玩具主轴的方向、尺寸及燃烧尺寸的确定目前是通过人的肉眼和钢直尺来判断的，玩具燃烧前后外形差别较大，用肉眼无法准确测量燃烧的尺寸，这样测试结果就会受到较多人为因素的影响，效率低、误差大、重复性差，严重影响玩具易燃性测试合格与否的判定。
随着计算机控制技术的发展，PLC(可编程控制器)以其模块化的结构，高抗干扰的I/O处理元件、硬件配置的灵活性，可扩展和稳定性等特点，为在不同的场所的应用提供了稳定的平台，已广泛使用在自动控制装置领域。
本玩具整体燃烧自动测试仪采用先进的PLC控制技术和高性能的细分型驱动装置控制技术，可满足美国玩具标准ASTMF963-03中相关条款的要求，自动测量玩具的主轴线尺寸，自动记录燃烧时间并计算燃烧速度，且精度高，效率高，稳定性好为玩具的安全测试提供了保证。
2 工作过程
燃烧自动测试仪为平台结构，由人机交互部分、控制部分、驱动部分和支撑定位部分四部分组成，如图1所示。
图1 燃烧自动测试仪组成图
人机交互部分：采用日本三菱公司的F920型操作面板，通过操作按钮可以进行各种操作功能的设置，并可将测试参数和测试结果显示在屏幕上。操作简单、方便，显示及时准确。
控制部分：控制器采用日本三菱公司的FX1S-10MT型PLC，具有精度高、速度快、可靠稳定的特性。主要作用是接受输入信息，并根据信息进行判定和数据处理，进而输出控制信号到测试仪的驱动部分。并且可以进行计时功能。
驱动部分：包括三个步进电机，采用美国WJT先进的JQF-MD808步进电机驱动器，接受脉冲输出信号，控制步进电机的旋转角度和旋转方向，完成测试过程中的各种驱动任务。
支撑定位部分：自动测试仪的机械部分，主要由底座，支撑杆，定位杆，刻度标等部分组成。
玩具燃烧自动测试仪的机械结构示意图如图2所示：
其工作过程如下：
(1)确定样品的主轴线方向：玩具样品放置在可旋转的工作台上，步进电机驱动支撑杆旋转，带动支撑杆上的定位杆使其与玩具主轴线方向一致，通过微调旋转工作台、定位杆的方向及位置，确定样品的主轴线方向。
(2)准确测量样品主轴线尺寸及燃烧尺寸：使用步进电机带动丝杆上的刻度标从玩具主轴线的一端开始移动到另一端，移动的距离即为玩具主轴线尺寸;将定位杆移开，将玩具点火测试，待火焰熄灭后，再将定位杆移回到点火前的初始位置，此时，定位杆方向又与玩具主轴线方向一致，该位置通过PLC控制步进电机来保证;移动刻度标从玩具主轴线一端移动到玩具烧毁边缘，记录移动距离，则两次移动距离之差就为玩具在主轴方向被烧毁的尺寸。
(3)测试结果的显示与打印装置：当玩具点火燃烧时，按下计时按钮，火焰熄灭后停止计时，用PLC自动记录玩具燃烧的时间，玩具燃烧速度=玩具燃烧尺寸/燃烧时间，将测量数据计算得出燃烧速度，并将玩具主轴线尺寸、燃烧尺寸、燃烧时间、燃烧速度及环境情况显示打印。
3 工作原理
玩具自动燃烧测试仪的核心部分是PLC和三个步进电机组成的驱动部分，测试仪的工作原理如图2示。
图3 燃烧自动测试仪工作原理图
根据美国玩具标准燃烧测试要求，在操作面板上通过按钮设定定位杆上升的高度。PLC接收所有这些信息，经过分析和相应的数据处理后输出启动信号，控制步进电机启动。步进电机接到PLC的输出信号后以设定的高度完成相应的操作。通过面板上的正转按钮当作PLC的输入信号，控制步进电机带动定位杆转动一定的角度到达玩具的主轴线方向。PLC自动记录该角度当作后续操作的基准角度。启动前进测量按钮，PLC接收到此输入信号后，控制定位杆上的步进电机带动刻度标测量玩具主轴线尺寸L1。PLC自动记录此数据显示到面板上。确定好玩具的主轴线尺寸后，启动反转按钮使定位杆回到原始位置。
当确定好玩具主轴线方向和尺寸后，将玩具点火燃烧，此时按下面板上的计时按钮，PLC接收此信号作为一个数字输入信号;当玩具燃烧熄灭后按下停止按钮，PLC接收此信号作为另一个数字输入信号，便输出信号到面板显示玩具的燃烧时间T。启动复原键按钮，PLC控制步进电机带动定位杆回到当初记录的旋转角度，使定位杆重新与玩具主轴线重合;启动后退按钮，使刻度标到达玩具烧毁边缘，面板上会显示刻度标后退的距离L2，则玩具燃烧尺寸L=玩具主轴线尺寸L1-后退距离L2，并将玩具燃烧尺寸显示到面板上，PLC根据燃烧尺寸和燃烧时间自动计算玩具的燃烧速度，当启动打印按钮后，PLC输出控制信号到微型打印机，自动打印其结果。
根据不同玩具的高度，可以在面板上设定高度，使定位杆上升到一定的高度便于刻度标上的指针定位玩具的主轴线边缘。也可以通过设定一定的角度，先将定位杆转到一定的角度上，再将玩具放置到平台上，使其主轴线方向与定位杆方向一致，当有一定偏差时，通过平台的微调功能，使其保持一致。
4 功能特性
⑴测试精度高，响应速度快。FX1S-10MT型PLC为12位机，具有精度高、速度快的特点使测试仪具有优良的测试精度和响应时间。又由于MC-808MDE细分型高性能步进电机驱动器采用了新型的双极性横流载波驱动技术，高256倍细分，使步进电机可以达到更高的速度和更大的高速转矩，细分功能使电机运转精度更高，振动更小，噪声更低。
⑵操作简单，使用方便。只需在操作面板上按键操作即可，显示屏将相关转动角度，测量尺寸清晰的显示出来，简单，方便、准确。测试仪的使用极大的降低了工作强度，提高了工作效率。
⑶可靠性高、稳定性强。由于PLC具有可靠性高，稳定性强的特点，MC-808MDE细分型高性能步进电机驱动器具有先进的过流保护(峰值超过10A)、过压保护(超过85VDC)、过热保护(≥70℃停止工作，≤50℃恢复工作)和错相保护功能使测试仪运行更可靠、更安全，很好地具备了电气稳定性和可靠性。
⑷测试仪结构设计合理。测试仪为平台结构，操作面板安装在底座上，步进电机封装在支撑杆和支座里面，不易接触。测试仪的各个部件采用了防锈处理，各部件充分考虑了加工工艺的合理性，调试和维修方便。
⑸灵活的预设置功能。可预设测试速度和时间，设定范围广。预设角度为0-180°，预设速度范围为0-6000m/s，燃烧时间0-90s。
⑹ 技术指标为：定位杆上升高度为0-500mm，转动角度为0-90°。定位杆原始位置为0°。
⑺抗干扰性强。由于本测试仪的PLC元件具有对数字信号有光电隔离作用，可很好的将误动作信号干扰过滤掉。而MC-808MDE细分型高性能步进电机驱动器具有对输入信号光隔离，输入信号TTL兼容、可接受差分信号，具有良好的散热功能和细分功能，对振动干扰、电磁干扰、环境干扰等有很好的抑制作用。
5控制系统的软件设计
玩具易燃性自动测试仪的I/O变量分为数字量输入信号，数字量输出信号和中间变量三类。其中数字量输入信号有：运行启动信号，复原信号，开始计时信号，停止计时信号，上升信号，下降信号，前进信号，后退信号，正转信号，反转信号;数字量输出信号有：运行控制信号，打印控制信号;中间变量有：高度设定，角度设定。
PLC根据接收到的数字量输入信号和中间变量，启动并控制测试仪运行，控制程序如图4所示。确定玩具主轴线方向，接着测量主轴线尺寸。确定好这些后，定位杆回到原始位置，点火燃烧玩具，启动计时器。玩具燃烧后，停止计时器，定位杆回到记录位置，测量玩具燃烧尺寸。计算燃烧时间并启动打印装置，输出测试结果，结束测试过程。
图4 燃烧自动测试仪控制程序图
6 结束语
本自动测试仪采用先进的日本三菱公司的FX1S-10MT型PLC控制器和美国WJT先进的JQF-MD808步进电机驱动器，保证了测试仪运行稳定，响应速度快，精度高。使用本测试仪不仅可以降低检测工作的劳动强度，还大大提高了检测的效率，提高了检测结果的准确性，提高了检验工作的自动化水平。该产品在玩具安全检测中具有广阔的应用前景。
本文作者创新点:采用PLC控制技术结合高性能细分型驱动装置和步进电机的工作原理，研制开发玩具燃烧自动测试仪。该装置能够准确确定玩具主轴线方向和尺寸，保证检验结果的**性。
O 引言
双头盲孔钻机是一种在实体材料上进行钻孔加工的常用机床，广泛应用于模具、汽车、机床制造等行业的零件加工生产当中。传统的手工加工，不仅速度慢，还极容易出错，导致产品生产率低下。
可编程逻辑控制器(PLC)具有稳定性好，控制精度高等优点，常被当作控制器来使用;而触摸屏的加入，即增强了人机交互的空间，还能在一定程度上减少PLC的外部I/O点的使用以及减轻系统连线复杂程度，由二者组合在一起的控制系统越来越广泛地应用在工业生产的各个领域。
这里采用松下PLC(FP—X(260T)与威纶触摸屏(WeinviewMT506)设计一个控制系统。实践效果表明，完全能够达到双头盲孔钻机的没计要求。
1工艺控制要求与控制系统组成
双头盲孔钻机机械图如图1所示，它主要由6个气缸，4个步进电机，2个主轴电机组成。其中，气缸1起到压紧加工件的作用;气缸2用于定位作用，使得刀具与加工点处在同一水平线上;气缸3起紧固加工件的作用，防止加工时加工件因外力松动滑离加工位置;气缸4用于旋转工件，当一个表面加工完成，需要进行第二个表面加工，进行第二次加工时，需要将加工件旋转一次;气缸5，6起到对准加工件中心位置的作用。
4个步进电机分别控制4个轴向运动，左右移动电机向加工平台方向移动，将搭载有主轴电机的两个左右钻电机靠近加工平台;左右钻电机负责推送主轴电机前进进行钻孔加工，主轴电机安装有刀具。在加工过程中，如果一次性加工完成，则因加工深度太深，冷却液难以进入，导致刀具温度过高而被烧坏，铁屑也难以排出，进而导致加工失误，影响加工精度及生产效率，在加工过程中，需要周期性地从待加工件中退出刀具，起到退屑、散热的作用。
1.1 系统工艺控制要求
双头盲孔钻机的控制动作主要分为气缸动作和电机控制动作。其中，气缸动作完成加工件的夹紧、推料到位等工作;电机动作完成电机的自动加工动作。主要的控制要求有：
(1)具有手/自动功能状态。手动时，要求可以对工序中气缸动作与电机动作的每个步骤进行独立操作，以便于试机调试。自动方式运行时，需严格按照工艺步骤时序要求运行。
(2)左右钻电机必须是在左右移电机动作完成之后才能开始动作，以保证刀具不会碰到其他部件而被损坏。
(3)钻孔时，要求左右钻电机周期性地前进后退，推送主轴电机及刀具完成整个加工动作，即需将一个加工分成多个小线段加工，保证每次前进加工后都能使得刀具从待加工件中退出，起到退屑和冷却的作用效果。
(4)需要有急停保护措施。急停按钮一按，产生报警信号，机床所有部件动作均停止，只能回零操作有效。回零操作启动的报警取消。
(5)需要有换刀、对刀功能。当发现刀具不利时，换完刀具之后，要进行自动对刀操作。
1.2 系统体系结构
控制系统采用松下PLC与威纶触摸屏相结合的方式：威纶触摸屏主要用于加工工艺参数的设置以及对PLC发送控制信号和显示PLC的状态信息(比如报警信息，正在进行的工序号信息等)，通过触摸屏软件编程，将触摸屏中的变量直接映射到PLC中，使得在触摸屏上的各个动作能够直接反映在PLC中;PLC通过读取现场的输入信号以及触摸屏的控制信号，按照预先编好的程序进行程序扫描之后，输出控制信号到机床，以控制电机或者气缸动作;现场传感器输入信号由左右移电机极限位置、原点传感器与左右钻电机极限位置、原点传感器和主轴电机电流传感器等输入信号组成。
2 硬件设计
综合考虑系统工艺要求，选用松下公司生产的FP—X C60TPLC。该PLC具有4个脉冲输出，由于每个脉冲输出均有一个脉冲输出口和脉冲方向输出口以及原点位置和极限位置输入口，故需占用4×4=16个I/O口;再根据系统的其他控制要求，需设定4个输入口(主轴超限电流和急停、启动输入)和10个输出口(包括对5个气缸的控制输出和报警信号、油泵信号，主轴电机过流输出信号等)。
触摸屏选用威纶Weinview MT506触摸屏，其开发软件是Easy Builder，简单易学。
3 软件设计
3.1 PLC软件设计
松下FP—X C60T采用FPWIN GRVer.2.72软件进行编程设计，可采用梯形图语言和顺序功能图语言进行编程，本设计采用梯形图编程。
软件设计包括手动方式和自动方式设计，其中手动方式要求对各个动作都能单独独立运行，自动方式操作时需要严格按照工艺要求的操作流程来完成整套动作。软件设计流程如图2所示。
3.1.1 自动方式设计
双头盲孔钻机自动方式下的工作流程如图2所示。由于自动方式具有较严格的工艺流程要求，编程时采用松下PLC的步进转移指令：SSTP，NSTL，NSTP，CSTP，STPE等5条指令。而对于步进电机的控制，则直接采用松下PLC中的脉冲输出指令F171(SPDH)，F172(PLSH)指令。通过设置脉冲输出指令控制字，还可以调节步进电机的低速，高速以及加速时间，脉冲个数等。使用松下PLC，对步进电机的控制很方便。
3.1.2 手动方式设计
手动方式一般用于试机运行及调试阶段。设计有6个气缸单步运行，4个步进电机单步执行，2个主轴电机单步执行。对于步进电机控制，采用调用子函数的方法来对各个步进电机进行单步运行。换刀对刀功能也需要在手动下完成。
3.1.3 步进电机控制技巧
针对步进电机控制，采用松下PLC的特殊指令F171与F172。其中，针对F171有两种不同的控制，一种是梯形图控制，一种是原点返回控制。两种控制通过设定数据表来选择。这个指令可以用在自动方式下的步进电机控制。对于指令172(PLSH)是JOG控制，可以用于手动方式的电机控制。
3.1.4 急停功能设计
当发生任何故障或者紧急情况时，需要有急停保护措施。一旦按下急停按钮，对于气缸来说，则保持原状态不变;对步进电机来说，则需要将其脉冲输出停止，使得电机停止转动。这可以通过设置脉冲输出的控制命令字来完成。一旦出现紧急情况，则触发急停按钮，关闭脉冲输出指令，步进电机停止，报警信号产生。等按下回零按钮时，报警信号关闭，各步进电机回到原点。还需要对PLC系统中的一些内部数据进行初始化，以备报警信号消除之后，钻床能够继续进行加工，而不是在故障发生时的状况下继续运作。
3.2 触摸屏设计
触摸屏设计包括创建人机界面和实现与PLC主机之间的通信两个方面的设计。
3.2.1 触摸屏人机界面设计
使用EasyBuiIder软件设计人机界面。该软件提供了多种控制器件库、图形空间和功能组件。根据系统工艺要求，配置有主画面、手动1、手动2、手动3和参数界面共4个界面。其中，主界面配置的部件有回零点、换刀对刀按钮，手/自动切换按钮、主轴电机按钮、气缸油泵按钮、启动按钮还有急停按钮;手动1、手动2是分别对左右移电机、左右钻电机进行手动单独控制，均设有快/慢速切换按钮、左右前进按钮和左右后退按钮、前进、后退按钮等;手动3界面是对6个气缸的单独手动控制，分别为各个气缸分配了一个按钮;参数界面主要设定工件加工初始位置、钻孔深度、进刀量等参数。图3为双头盲孔钻机人机界面的结构图。
3.2.2 触摸屏与PLC的通信
设定人机界面中的变量，使其与PLC中的相应I/O点或存储单元之间建立联系，实现触摸屏对PLC的控制及参数的输入，控制PLC的运行状态。
还需要设定触摸屏与PLC之间的通讯参数，实现触摸屏与PLC之间的通讯。
4 结 语
在钻机系统中，采用PLC控制，使得系统硬件电路设计简单可靠，而触摸屏的设计，即增强了人机交互能力，也大大减少了传统控制方法中的开关、按钮、指示灯、仪表等电子器件的使用，还间接地减少了PLC外部I/O点的使用，简化了系统的硬件设计。两者的结合，综合了各自的优点，不但操作方便，系统性能也更加安全可靠，具有广阔的应用前景。