西门子6ES7223-1PL22-0XA8正规授权

西门子6ES7223-1PL22-0XA8正规授权

  研制机器人的初目的是为了帮助人们摆脱繁重而简单的重复劳动，替代人到有辐射等危险环境中进行作业，机器人早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配等场合，已经开始大量使用机器人。工业机器人大都用于简单、重复、繁重的工作，如上、下料，搬运等，能够按照预定的顺序、条件、位置逐步重复执行给定的作业任务，从而节省了劳动力，tigao了工作效率。
   可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。由于PLC具有功能强大、可靠性高、体积小巧、可扩展各种智能模块等特点，使其在自动化领域中的应用日益普及。本文采用FX系列PLC控制图书馆作业型机器人，使其按编制的程序自动完成图书上架工作。

1 系统原理及结构

1.1 系统原理
   图书馆作业型机器人工作系统结构示意图如图1所示。机器人机身长度l1与书架宽度l2相等。机身部装有图书存储栏和与之相平行的钢轨，机械手安装在钢轨上并可沿X方向在钢轨上移动。机械手顶端安装一扫描装置，用于读取图书信息，以配合机械手执行图书分类上架任务。机器人机身部装有接近传感器，主要用于感应机器人和外部物体的接近程度，使机器人可通过紧急制动来避免与书架、墙壁以及意外障碍物的碰撞。

此主题相关图片如下：

图1 机器人结构示意图

   当PLC接收到开始信号时，机器人行驶至位置A后停止，机械手绕Z轴沿顺时针方向旋转180°至垂直正对图书存储栏，开始从图书存储栏中寻找A1类图书。这时，机械手在钢轨上沿X轴正方向朝钢轨末端移动，顶端扫描装置扫描图书存储栏中待上架图书的条形码，直至扫描到A1类图书停止，机械手伸出手臂将之取出，手爪夹紧书后手臂缩回，接着机械手绕Z轴沿逆时针方向旋转180°至垂直正对书架A1栏，沿X轴反方向朝钢轨前端移动，顶端扫描装置扫描书架A1栏中放置的图书的条形码，直至运动至五条形码信息处(即书架A1栏中未放置图书的空隙处)停止。机械手伸出手臂将图书放人A1栏中，将手臂缩回，完成一本图书的上架任务。由于图书存储栏中可能还存在A1类图书，这就需要继续寻找A1类图书。这时，机械手又运动至钢轨前端限位处(即初始位置)，并绕Z轴顺时针方向旋转180°至垂直正对图书存储栏，又开始重复循环进行上述动作(扫描目标图书刁取书呻上架)，直至机械手移动至钢轨末端，扫描完图书存储栏中后一本图书，才说明已寻找完图书存储栏中所有A1类图书。若后一本书是A1类图书，机械手则继续按上述步骤完成上架任务，移动至钢轨前端，准备开始A2类图书的上架工作；若不是A1类图书，机械手则立即移动至钢轨前端，准备开始A2类图书的上架工作。机器人将A2、A3类图书上架的工作原理与上述原理基本相似，只是机械手将图书上架时需伸高一定高度至A2、A3栏。就这样，机器人在PLC控制下顺序完成了书架A中图书的上架工作。接着，机器人又行驶至位置B后停止，的上架工作。
1.2 系统结构
1.2.1 机械手
   本作业型机器人中机械手具有四个自由度，即水平方向的伸、缩；竖直方向的升、降；绕竖直轴Z轴的顺时针方向旋转及逆时针方向旋转；沿X方向在钢轨上的移动。其末端安装了执行装置——手爪，可完成抓、放动作。
   以上动作均采用气动方式驱动。即用4个二位五通电磁阀门(每个阀门有两个线圈，对应两个动作)分别控制4个气缸，使机器人完成伸、缩、上、下、旋转以及手爪抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使气缸的直线运动转化为旋转运动；手爪则用一连杆机构使气缸的伸缩运动转化为手爪的抓放运动。
   机械手在钢轨上的移动机构采用4个轮子，如图2所示，由伺服电机通过同步轮、同步带传至主动轮子。

此主题相关图片如下：

图2 机械手移动机构示意图

1.2.2 图书存储栏
   机器人在开始作业前，工作人员将待上架的图书放人图书存储栏中。图书存储栏固定于机器人机身部，随着机器人移动。为了便于机械手从栏中将所需图书取出，须将每本图书间隔开并竖立放置。于是，我们设计了如图3所示的图书存储栏。分别用两块挡板隔成了一个个书槽，将待上架的图书每本分别放置于书槽中，这样使每本图书不会倒下，彼此间隔了一定距离，使机械手在扫描到目标图书后，能方便、准确地将之取出。

此主题相关图片如下：

图3 图书存储栏

1.2.3 机器人导引装置
   本设计中采用了电磁引导方式，原理如图4所示，导引图书馆作业型机器人沿书架旁边直线运动。该方法在地板上开出数厘米深的沟，埋人导线，通以频率为3～10kHz的电流。安装在机器人机身内的敏感线圈，能感知机体与导线间的偏移，从而引导机器人沿导线正确行走。

此主题相关图片如下：

图4 引导装置原理图

2 PLC硬件接线和软件编程

   本设计中机器人控制需大量的输入点和输出点。我们选用日本三菱公司生产的P1-60MR型可编程序控制器，具有36个输入点，24个输出点，足以满足本设计的要求。
   为了更详细地介绍PLC控制图书馆作业型机器人工作原理，我们在此列出了机器人将A1、A2类图书自动上架的程序段，并特别针对机器人将A1类图书上架的程序段进行了详细的说明。图5是PLC的梯形图。

此主题相关图片如下：


图5 PLC的梯形图

   PLC控制机器人将A1、A2类图书上架的程序框图如图6所示。在此，还写出了相应的梯形图程序。
   程序说明如下：
(1)当机器人的机械手位于钢轨前端限位处，并垂直正对书架时，为机器人初始位置。此时，钢轨前端限位开关SQ2，机械手绕Z轴逆时针方向旋转180°限位开关SQ5被压，x402、x405触点接通按下起动按钮SB1时，X400触点接通，Y430线圈接通，机器人前进。
(2)当机器人前进至位置A时，压下限位开关SQ1，x401触点断开Y430线圈，机器人停止前进，正好停在书架A的前面(机器人机身长度与书架宽度相等)。
(3)机械手绕Z轴J顷时针方向旋转至触到限位开关SQ4，此时x404触点断开Y433线圈，机械手停止旋转。此时，机械手已旋转180°至垂直正对图书存储栏。
(4)x404触
   点接通线圈Y431，机械手开始在钢轨上沿X轴正方向朝后端移动，寻找A1类图书。

此主题相关图片如下：


图6 程序框图

(5)扫描到A1类图书信息，x412触点断开Y431线圈，机械手停止移动，x412触点接通移位寄存器数据输入端，使M100置“1”，Y435线圈接通，机械手手臂伸出。
(6)手臂伸至限位开关SQ6时，X406与M100触点接通移位寄存器移位信号输入端，产生移位信号，M100的“1”态移至M101，M101接通线圈M200，M200触点接通Y531线圈，手爪夹紧书。定时器T450开始计时。M100置“0”，Y435断开，手臂停止伸出。
(7)T450延时到，T450与M101触点接通，产生移位信号，M102为“1”，M100～M101置“0”，M102触点接通Y436线圈，机械手手臂缩回，因为使用S指令，M200线圈保持接通，Y531也保持接通，使手爪继续把书加紧。
(8)当手臂缩至限位开关SQ7时，x407与M102触点接通产生移位信号，M103为“l”，M100～M102置“0”。M102断开Y436线圈，停止缩回，M103接通Y434线圈，机械手开始绕Z轴逆时针方向旋转。
(9)机械手旋转至限位开关SQ5时，X405与M103触点接通移位信号，M104为“1”，M100-M103置“0”。M103触点断开Y434线圈，停止旋转。此时机械手已逆时针方向旋转180*，正好垂直正对书架。M104接通线圈Y432，机械手开始在钢轨上沿X轴反方向朝前端移动。
(10)移动时，机械手顶端的扫描装置开始扫描
   图书条形码信息。当没有条形码信息时，X500与
  M104触点接通移位信号，M105为“1”，M100～M104置“0”。M104触点断开Y435线圈，机械手停止移动。M105触点接通Y435线圈，机械手手臂伸出。
(11)手臂伸至限位开关SQ6时，X406与M105触点接通移位信号，M106为“1”，M100～M105置“0”，M105触点断开Y435线圈，手臂停止伸出。M106触点接通M200线圈，R指令使M200复位，M200触点断开Y531线圈，手爪松开，放置图书于书栏A1中。T451开始计时。
(12)T451延时到后，T451与M106触点接通移位信号，M107为“1”，M100～M106置“0”，Y436线圈接通，机械手手臂缩回。
(13)手臂缩至限位开关SQ7时，X407与M107触点接通移位信号，M110为“广，M100-M107置“0”，M107断开Y436线圈，手臂停止缩回。M110接通Y432线圈，机械手开始在钢轨上沿轴反方向移动。
(14)机械手移动至限位开关SQ2时，X402与M110触点接通移位信号，M111为“1”，M100～M110置“0”，M110触点断开Y432线圈，机械手停止移动。M111触点接通移位寄存器复位输入端，寄存器全部复位。此时，机器人处于初始位置状态，M111触点接通Y433线圈，机械手又开始绕Z轴顺时针方向旋转，继续寻找A1类图书，反复执行以上步骤。
以上(1)～(14)步骤的程序说明是针对A至B
   程序段展开的。若机械手在钢轨上移动至末端限位开关处，说明已扫描完图书存储栏中所有待上架的图书，即已将A1类图书寻找完毕。这时，程序直接跳转至B点后，机器人开始执行A2类图书查找并自动上架任务。
    当按下停止按钮SB2时，X501触点作用，使机器人立即停止动作。

3 结束语

   本系统采用FX系列PLC控制图书馆作业型机器人，使其按编制的程序自动完成图书上架工作，经实际试运行，表明各项功能均已满足设计要求，且控制系统的可靠性高、故障少，结构部分操作方便，安全可靠，从而节省了劳动力，tigao了工作效率

我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，目前每年煤炭消费量约12亿吨，其中80%通过燃烧被利用。燃烧设备陈旧、效率低、排放无控制造成了能源和环境污染严重，能源节约与环境保护已成为现有燃煤技术所需解决的主要问题。我国现有大量的电站锅炉和供热锅炉，每年耗煤量占我国原煤产量的比例相当惊人，但大多数工业锅炉处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。故tigao热效率，降低耗煤量是一件具有深远意义的工作。
　　国外燃煤锅炉自动控制，随着现代工业的发展主要经历了初创、成熟、扩展几个时期，而燃烧系统的控制，始终作为燃煤锅炉自动控制的重点课题。美国的FOXBORO公司在推出I/ASERIS智能锅炉自动控制系统，德国德莱斯勒燃烧器公司,以及英国海威燃烧工程公司研制出的锅炉控制系统，其燃烧系统的控制都在一定条件下，达到了较好的控制效果；而锅炉燃烧系统控制采用的模型算法的发展趋势，基本上都是采用智能控制、专家系统、模糊控制以及常规控制集成到系统中。
　　我国燃煤锅炉自动控制系统经过十几年的发展，正在走向成熟。有代表性的为：大连海运学院的DMC锅炉控制系统，重庆钢铁公司的工业炉窑模糊控制自动化系统，湖南康通信息技术有限公司的锅炉智能控制系统。与国外同类系统相比，国内锅炉控制系统正处在不断完善、逐步走向成熟阶段。我国燃煤锅炉燃烧系统的控制模型算法发展趋势向国际前沿靠拢，结合燃煤供暖锅炉运行实际，燃煤锅炉燃烧控制系统的运行效果一直不很理想。主要表现在不能够有效的满足负荷需求，热效率不能够得到有效的tigao，投运时过于依赖有经验的操作人员，数据化控制不强。如何结合燃煤锅炉运行实际，设计行之有效的锅炉燃烧系统控制模型，是燃煤锅炉控制系统中一个迫切需要解决的课题。为了解决这个问题，我们在哈市某供暖小区采用日本OMRON公司的CS1控制系统而研制开发了锅炉智能寻优自动控制系统，保证锅炉安全、稳定、经济运行的实现了锅炉智能化、自动寻优控制，达到了保护环境，大大tigao锅炉燃烧效率，节约能源的目的。
　　2控制系统设计及实现
　　2、1锅炉系统运行结构分析
　　供暖锅炉系统是一个多容系统。每台炉的热负荷用给煤、送风、引风调节，作为内部燃烧系统控制；给水控制的任务主要是控制供水liuliang和回水liuliang,从而间接地影响回水温度和供回水温差。单台锅炉内部燃烧系统的给煤、送风调节耦合性强；且燃烧控制与给水控制及采暖也有复杂的耦合关系。各炉并网运行时各炉之间也相互耦合，特别是取暖负荷变化较大时，各炉间耦合更为突出；而取暖负荷本身的调节又是一个带纯滞后的非线性过程；为了解决相互间耦合、过程滞后及非线性过程所带来的系统不稳定等，前台程序用VisualBasic语言来实现自动寻优、组织运行算法等，通过动态数据交换与KINGVIEW上位机软件通讯，实现监测、控制。
　　2、2燃烧效率曲线
　　大多数工业锅炉处于能耗高、浪费大、环境污染等因素，与燃烧有直接关系，从各种燃烧装置的实际运行都可知道：如果空气量不足，燃烧不充分，燃烧效率低；但空气过多也会使排烟带走的热量增加，同样也是不经济的。根据以上分析知有以下曲线：

　　关于燃烧问题存在一个普遍的燃烧效率山顶现象，即热效率对空燃比来说都有一个大值，可以肯定燃烧效率η是空燃比k的上单峰函数，这是在燃烧系统进行优化控制的基础。[1]可记作：η=f(k)，根据此函数可得燃烧效率与空燃比之间的函数关系，达到佳燃烧值点，tigao效率，节约能源。
2、3专家系统自寻优算法模型
设η=f(k)在约束条件a≤k≤b下是一个上单峰函数，则用改进的极值搜索法设计的自寻优算法模型计算过程如下：

　　寻优步长 SOP;计数器n;

　　专家系统模型具有两个独特鲜明的特点：
　　①具有智能性，无论寻优的起始点在大值的哪边，它都可以迅速找对优化的方向；
　　②它可以达到任何所要求的寻优精度[2]。
　　2、4锅炉燃烧效率公式
　　　　η=Q1/Qη燃烧热效率;Q1锅炉供热量;Q锅炉给热量
　　　　Q1=G*ΔTG总循环水量; ΔT供回水温差
　　　　Q=T*QnetT锅炉耗煤量; Qnet煤低位发热值
　　通过以上计算公式与锅炉自寻优算法调配风煤比相结合,可降低锅炉耗煤量,大大tigao热效率。
　　3软件设计
　　根据控制方案及用户要求，计算机控制系统主要完成下列功能：工艺参数显示功能、参数的修改与设置、输出量的控制、事故记录的报警及保存、报表数据查询打印等。我们选用VisualBasic 作为前台程序设计语言[3]，实现自动寻优算法，与亚控公司的KINGVIEW软件进行数据交换，MicrosoftAccess 作为后台数据库系统，用于保存故障、报警等数据。软件编制主要包括上位机流程图与下位机控制程序。
　　4锅炉智能控制的设计
　　由取暖小区需求供热量、锅炉系统实际总供热量和取暖小区实际消耗热量，以及能量损失等数据组成检测知识库。来实现检测点数据的识别、数据格式的转换、热效率计算、燃烧状况的测定等推理操作；经数据过滤、分类、分析等数据处理后，送锅炉系统信息数据库。
由时变非线性负荷给定模型形成供暖锅炉组的控制知识库，即形成满负荷运行炉、帮烧调节炉、停烧炉及其运行时间等控制知识库的规则[1]。由控制推理机来实现燃烧系统的负荷给定和优化燃烧，且得到随负荷变化的负压给定。
　　结合锅炉工艺运行，实施推理规则为：用给煤、鼓风、引风粗调负荷后使系统燃烧满足负荷需求且炉膛燃烧趋于稳定，再采用热效率寻优模型细调风煤比寻优，可有效完成锅炉系统运行达到热效率极大值点，实现经济燃烧的目的。

　　由取暖小区需求供热量、锅炉系统实际总供热量和取暖小区实际消耗热量，以及能量损失等数据组成检测知识库，由检测推理机来实现检测点数据的识别、数据格式的转换、热效率计算、燃烧状况的测定等推理操作，经数据过滤、分类、分析等数据处理后，送锅炉系统信息数据库。
　　上述小区供暖锅炉智能控制系统运行成功的关键问题，是锅炉燃烧控制知识库的规则获取。我们考虑控制规则可以来自于四个方面：锅炉燃烧过程运行理论，运行专家的操作经验，工业现场实际经验的摸索，运行过程中的不断完善。
　　专家智能控制系统是用前台语言VisualBasic实现的，上位机KINGVIEW软件将锅炉实时运行的数据存入数据库，表中可清晰了解锅炉每小时运行数据，供、回水温度、炉温、温差、供热量、给热量、耗煤量、室外温度，包括锅炉的热效率和负荷率。锅炉运行情况、节煤情况等一目了然，tigao了管理水平。
　　专家智能控制系统一个突出的优点是，组织运行策略，计算机了解室外平均温度后，可自动根据组织运行策略，自动起机、自动燃烧、自动寻优、自动停炉，按时打印报表，全自动运行。
　　燃烧系统的负荷和燃料的协调达到理想状态，从而节约大量燃料和电能，并使锅炉寿命延长。减轻了对大气污染，真正达到了环保的目的。自动化的管理模式保证锅炉运行的安全、稳定，减轻操作人员的劳动强度。
　　5结束语
　　本文根据智能自动化的系统理论，设计这一供暖锅炉智能专家控制系统；通过供暖锅炉控制系统的运行环境的取暖需求模型，作为建立专家智能系统的关键，强调供暖运行效果；采用一种面向应用对象功能实现的自寻优算法模型，克服多回路耦合和煤质干扰，很好的解决了锅炉燃烧控制难题，自动化程度及控制精度都较高，主要技术指标有炉膛负压控制精度：士2Pa；空气过剩系统：小于1.8；渣含碳量：小于15%；热效率比手动控制tigao：4%；变频调速节电：30%；节煤：每台锅炉（以20吨每小时为例）年节煤2000吨。本套锅炉系统具有人工智能、全自动运行，tigao效率等优点，为国家大大节约能源，在国内各类型锅炉中具有很好的推广价值。