第九章自动化立体仓库控制系统1.ppt

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1、第九章第九章 自动化立体仓库自动化立体仓库控制系统控制系统 9.1 自动认址与位置检测自动认址与位置检测堆垛机的主要功能是从巷道取货口取货，堆垛机的主要功能是从巷道取货口取货，然后送往指定的货格，或从指定货格取然后送往指定的货格，或从指定货格取出货物，放置到巷道出货口。堆垛机控出货物，放置到巷道出货口。堆垛机控制器要实现操作控制，还必须实现拖动制器要实现操作控制，还必须实现拖动控制控制(即调速控制即调速控制)、定位控制及检测保护、定位控制及检测保护控制。控制。堆垛机作业的完成，关键在于位置的控堆垛机作业的完成，关键在于位置的控制，即如何使堆垛机准确运行和停准到制，即如何使堆垛机准确运行和停准到

2、目标货位。目标货位。9.1.1定位控制定位控制定位控制就是确定堆垛机停止在目定位控制就是确定堆垛机停止在目的货位的功能。的货位的功能。堆垛机进行货物存、取前必须先到堆垛机进行货物存、取前必须先到达指定货位，它达到与否的判定，达指定货位，它达到与否的判定，在单机或联机自动操作时必须自动在单机或联机自动操作时必须自动进行。进行。自动仓库的认址检测系统有两项任务：自动仓库的认址检测系统有两项任务：一是实现自动寻址，使堆垛机自动一是实现自动寻址，使堆垛机自动找到被指定到达的位置；找到被指定到达的位置；二是自动准确停位，即堆垛机找到二是自动准确停位，即堆垛机找到指定位置后，停准位置不超出规定指定位置后，

3、停准位置不超出规定的精度。的精度。同一巷道内的货位的地址有三个参数组同一巷道内的货位的地址有三个参数组成的，即成的，即:货架列、货架层、左侧和右侧。货架列、货架层、左侧和右侧。建立数学模型即为建立数学模型即为:巷道左右两侧可以编为巷道左右两侧可以编为X1，X2；沿堆垛机运行方向为沿堆垛机运行方向为0列列Y列，列，0列一般列一般取巷道口的入出货台处；取巷道口的入出货台处；竖直方向为竖直方向为0层层Z层，层，0层在最低层。这层在最低层。这样通过该模型中的三维坐标系可以唯一样通过该模型中的三维坐标系可以唯一的确定货位的地址。的确定货位的地址。堆垛机应能自动检测它当前的坐标位置，堆垛机应能自动检测它当

4、前的坐标位置，使其能到达指定的货位。其中使其能到达指定的货位。其中X方向的坐方向的坐标，对于每一台堆垛机来说只有两个位标，对于每一台堆垛机来说只有两个位置，所以他们可以用货叉的左右移动完置，所以他们可以用货叉的左右移动完成。因此说堆垛机的位置检测就是指对成。因此说堆垛机的位置检测就是指对Y、Z位置的检测。位置的检测。巷道堆垛机得到上位机的命令后，根据巷道堆垛机得到上位机的命令后，根据当前的地址，在控制系统的作用下，自当前的地址，在控制系统的作用下，自动认址，到达目的地址。动认址，到达目的地址。1、绝对、绝对认址认址 绝对绝对认址是利用安装在货格每一列上的认址是利用安装在货格每一列上的红外光电开

5、关，安装在立柱每一层上的红外光电开关，安装在立柱每一层上的起升光电开关以及在堆垛机的侧部和升起升光电开关以及在堆垛机的侧部和升降台上的固定认址档板，进行自动寻址降台上的固定认址档板，进行自动寻址和位置检测。堆垛机每次通过时，认址和位置检测。堆垛机每次通过时，认址档板对光电开关进行挡光或透过，利用档板对光电开关进行挡光或透过，利用几个光电开关的通、断两种状态形成一几个光电开关的通、断两种状态形成一组组2位位的的二进制编码。通过二进制编码。通过PLC计算，计算，从而得到从而得到y、z的坐标的坐标。1、绝对、绝对认址认址 这种认址方法使这种认址方法使PLC的编程简单，认址的编程简单，认址可靠，但光电

6、开关太多。硬件成本较高，可靠，但光电开关太多。硬件成本较高，调试安装复杂。调试安装复杂。绝对认址根据工作原理分为光电开关绝绝对认址根据工作原理分为光电开关绝对认址、转编码器认址、条形码认址对认址、转编码器认址、条形码认址。2、相对认址：、相对认址：相对认址时每个货位的认址片结构相同。相对认址时每个货位的认址片结构相同。每经过一个货位，就对地址编码进行加每经过一个货位，就对地址编码进行加1或减或减1，一直移动到和预定位置号一致，一直移动到和预定位置号一致时停止运行。与绝对认址相比可靠性较时停止运行。与绝对认址相比可靠性较低，但认址片制作简单，编程复杂性取低，但认址片制作简单，编程复杂性取决于所使

7、用的编码方式。决于所使用的编码方式。由于相对认址都是以前一地址为基准，由于相对认址都是以前一地址为基准，通过加通过加1或减或减1才得到现地址的，当在某才得到现地址的，当在某处出现认址错误，则此后的所有地址都处出现认址错误，则此后的所有地址都将出错，直到到达巷道两端或最高、最将出错，直到到达巷道两端或最高、最底层的特殊位置才能被检测出来加以订底层的特殊位置才能被检测出来加以订正，因此这种方式的认址可靠性较低，正，因此这种方式的认址可靠性较低，出错时改正较难，引起堆垛机工作可靠出错时改正较难，引起堆垛机工作可靠性下降。性下降。可以在的软件中加保护，即堆垛机每走过一个可以在的软件中加保护，即堆垛机每

8、走过一个货格的时间超过或少于正常的时间范围就报警，货格的时间超过或少于正常的时间范围就报警，这样就可以有效的避免计数出错。这样就可以有效的避免计数出错。相对认址方式有多种实现方案。相对认址方式有多种实现方案。通用的做法是为所有货位制作相同的认通用的做法是为所有货位制作相同的认址片，堆垛机上安装两只光电开关，当址片，堆垛机上安装两只光电开关，当两只开关同时被遮挡即表明堆垛机正对两只开关同时被遮挡即表明堆垛机正对准某一货位，程序中使用计数器记录堆准某一货位，程序中使用计数器记录堆垛机经过的认址片数量，从而实现自动垛机经过的认址片数量，从而实现自动寻址。实际应用中大多采用这种方式。寻址。实际应用中大

9、多采用这种方式。3、位置的定位方法、位置的定位方法堆垛机是以货架为目标进行作业，必须检堆垛机是以货架为目标进行作业，必须检测行走方向及升降方向的各个货位。堆垛测行走方向及升降方向的各个货位。堆垛起重机采用每通过一个位置就记录一个数，起重机采用每通过一个位置就记录一个数，一直移动到和预定位置号一致时停止移动一直移动到和预定位置号一致时停止移动的方法堆垛机的水平定位的方法堆垛机的水平定位(列定位列定位)和升降和升降货台的层定位，均采用红外光电开关和定货台的层定位，均采用红外光电开关和定位片来实现。位片来实现。(1)水平水平列认址系统列认址系统堆垛机的水平列定位采用二对光电开堆垛机的水平列定位采用二

10、对光电开关来定位关来定位,在每一列货架上安装一片在每一列货架上安装一片列定位片，在堆垛机上安装两个红外列定位片，在堆垛机上安装两个红外光电开关，光电开关，运行时，前面的光电开关用来计数，一运行时，前面的光电开关用来计数，一般的情况下是快速运行，般的情况下是快速运行，当堆垛机运行到距目的地址还差当堆垛机运行到距目的地址还差23个个货位时，由快速均匀减速到中速，以中速货位时，由快速均匀减速到中速，以中速继续向前运行，计数到位后，再由中速均继续向前运行，计数到位后，再由中速均匀减速到慢速，再以慢速向前继续运行，匀减速到慢速，再以慢速向前继续运行，当后面的光电开关被挡光后刹车定位。当后面的光电开关被挡

11、光后刹车定位。(2)垂直垂直层认址系统层认址系统堆垛机在垂直方向上的层定位与水平堆垛机在垂直方向上的层定位与水平方向相同，也是使用认址片与光电开方向相同，也是使用认址片与光电开关来定位。关来定位。在堆垛机的立柱上与各层相对应的位在堆垛机的立柱上与各层相对应的位置安装认址片，由安装在与载货台上置安装认址片，由安装在与载货台上的光电开关检测来定位。的光电开关检测来定位。在定位方式上，垂直方向上与水平方在定位方式上，垂直方向上与水平方向有所区别，因为每个货格都有高位、向有所区别，因为每个货格都有高位、低位两个位置。低位两个位置。低位为取货开始伸叉或放货完毕收叉低位为取货开始伸叉或放货完毕收叉的位置，

12、的位置，高位为放货开始伸叉或取货完毕收叉高位为放货开始伸叉或取货完毕收叉的位置。的位置。为使货叉能完成作业，堆垛机在垂直为使货叉能完成作业，堆垛机在垂直方向上必须要提供使货叉能停在高位方向上必须要提供使货叉能停在高位或低位的检测装置。或低位的检测装置。一般使用两套定位系统：一般使用两套定位系统：一套认址片与光电开关用来高位定一套认址片与光电开关用来高位定位计数，位计数，一套认址片与光电开关用来低位定一套认址片与光电开关用来低位定低位计数。低位计数。在设计时，可以有不同的方式在设计时，可以有不同的方式来实现高低位的定位。来实现高低位的定位。在当前的应用中，认址片只使用一在当前的应用中，认址片只使

13、用一套，而光电开关的使用，一般有以套，而光电开关的使用，一般有以下三种：下三种：使用四个光电开关，分成两对，使用四个光电开关，分成两对，其安装的相对位置与认址片的关系其安装的相对位置与认址片的关系如图如图一对一对A1，A2用来定位货叉低位，用来定位货叉低位，B1，B2用来定位用来定位货叉高位。这四个光电开关在垂直方向升降运行货叉高位。这四个光电开关在垂直方向升降运行时，在其停高位和停低位时所起的作用不同，时，在其停高位和停低位时所起的作用不同，以以A1，A2为例，为例，堆垛机取货时，当货叉位置低于目的地址时，堆垛机取货时，当货叉位置低于目的地址时，载货台上升，当载货台上升，当A1进入目的认址片

14、时计数器进入目的认址片时计数器+1，A1进入目的层认址片后，堆垛机开始减进入目的层认址片后，堆垛机开始减速，以低速运行，当速，以低速运行，当A2进入认址片停车。进入认址片停车。堆垛机取货时，当货叉位置高于目的地址时，堆垛机取货时，当货叉位置高于目的地址时，载货台下降当载货台下降当A2进入认址片，计数器进入认址片，计数器-1，A2进入目的层认址片时，开始减速，进入目的层认址片时，开始减速，A1进入认进入认址片，停车。址片，停车。使用三个光电开关。其安装的相对位使用三个光电开关。其安装的相对位置与认址片的关系如图所示。上边的两置与认址片的关系如图所示。上边的两个光电开关个光电开关A1，A2用来定位

15、货叉低位，用来定位货叉低位，A2，A3用来定位货叉高位。用来定位货叉高位。这三个光电开关在垂直方向升降运这三个光电开关在垂直方向升降运行时，在其停高位和停低位时所起行时，在其停高位和停低位时所起的作用不同，见下表的作用不同，见下表以取货为例，当堆垛机的货叉低于目的以取货为例，当堆垛机的货叉低于目的位置时，载货台上升，当位置时，载货台上升，当A1进入目的认进入目的认址片时计数器址片时计数器+1,A1进入目的层认址片进入目的层认址片后，堆垛机开始减速，以低速运行，当后，堆垛机开始减速，以低速运行，当A2进入认址片停车。当货叉位置高于目进入认址片停车。当货叉位置高于目的地址时，载货台下降当。的地址时

16、，载货台下降当。A2进入认址进入认址片，计数器片，计数器-1,A2进入目的层认址片时，进入目的层认址片时，开始减速，开始减速，Al进入认址片，停车。进入认址片，停车。使用二个光电开关。其安装的相使用二个光电开关。其安装的相对位置与认址片的关系如图所示。对位置与认址片的关系如图所示。以上三种设计方式都可以满足定位要求以上三种设计方式都可以满足定位要求高位与低位的开关与认址片的位置选择要保高位与低位的开关与认址片的位置选择要保证货叉、货箱支撑梁与货架之间有足够的空证货叉、货箱支撑梁与货架之间有足够的空隙的同时，兼顾到效率的提高。隙的同时，兼顾到效率的提高。如果高低位距离加长，定位精度自然会提高，如

17、果高低位距离加长，定位精度自然会提高，但是也会引起低速运行时间加长，效率会有但是也会引起低速运行时间加长，效率会有所降低。反之如果高低位距离减小，调速时所降低。反之如果高低位距离减小，调速时间变短，则加速度会增大，增加超调量，影间变短，则加速度会增大，增加超调量，影响定位精度的同时，对机构的损伤也会加大。响定位精度的同时，对机构的损伤也会加大。9.1.2堆垛机位置控制堆垛机位置控制堆垛机具有三大机构：运行机构、起升机堆垛机具有三大机构：运行机构、起升机构、货叉伸缩机构。运行机构与起升机构构、货叉伸缩机构。运行机构与起升机构使堆垛机到达指定货位；货叉伸缩机构与使堆垛机到达指定货位；货叉伸缩机构与

18、起升机构组合完成存取作业；起升机构组合完成存取作业；堆垛机要在货架中左右伸缩取货、放货，堆垛机要在货架中左右伸缩取货、放货，为使堆垛机能准确存取货物，避免机械碰为使堆垛机能准确存取货物，避免机械碰撞，在设计堆垛机的自动控制系统时，关撞，在设计堆垛机的自动控制系统时，关键在于其准确可靠的认址和定位，保证准键在于其准确可靠的认址和定位，保证准确无误地定位在目的货格。确无误地定位在目的货格。9.1.2堆垛机位置控制堆垛机位置控制 为了准确定位和提高存取效率，必须对为了准确定位和提高存取效率，必须对堆垛机的三大机构的速度进行合理的控堆垛机的三大机构的速度进行合理的控制，其中速度位置检测是堆垛机自动控制

19、，其中速度位置检测是堆垛机自动控制系统的关键部分制系统的关键部分。堆垛机速度位置控制的实现方法如下图堆垛机速度位置控制的实现方法如下图所示，控制系统主要由控制器、调速系所示，控制系统主要由控制器、调速系统、编码器、认址片和认址器等组成。统、编码器、认址片和认址器等组成。9.2 自动化立体仓库控制系统自动化立体仓库控制系统9.2.1堆垛机的控制方式堆垛机的控制方式自动化立体仓库作业中自动化立体仓库作业中,为了便于操作人员根为了便于操作人员根据需要对仓库的各种情况进行灵活处理据需要对仓库的各种情况进行灵活处理,自动自动化立体仓库中的载重设备堆垛机主要采用手化立体仓库中的载重设备堆垛机主要采用手动、

20、半自动、全自动三种控制方式动、半自动、全自动三种控制方式1)手动控制手动控制立体仓库堆垛机所进行的各种出入库作业均立体仓库堆垛机所进行的各种出入库作业均由操作人员在堆垛机控制面板上操作完成，由操作人员在堆垛机控制面板上操作完成，一般在设备调试中使用。一般在设备调试中使用。2)半自动控制半自动控制由操作员在出入库巷道的出入库控制由操作员在出入库巷道的出入库控制台键入出入库指令，然后堆垛机逐条台键入出入库指令，然后堆垛机逐条执行键入的出入库指令。此时，上位执行键入的出入库指令。此时，上位监控机只进行堆垛机运行状态监视监控机只进行堆垛机运行状态监视,而而不对上位机处理的立体仓库数据库进不对上位机处理

21、的立体仓库数据库进行任何处理。行任何处理。3)全自动控制全自动控制由操作员在控制室内的监控机输入堆由操作员在控制室内的监控机输入堆垛机的出入库作业指令。堆垛机在上垛机的出入库作业指令。堆垛机在上位监控机的控制下完成各种作业，并位监控机的控制下完成各种作业，并查询堆垛机作业时的位置，工作状态，查询堆垛机作业时的位置，工作状态，根据堆垛机的作业完成标志动态刷新根据堆垛机的作业完成标志动态刷新立体仓库的有关数据库。立体仓库的有关数据库。在堆垛机控制系统中，在堆垛机控制系统中，PLC对堆垛机对堆垛机的控制有的控制有:(1)作业命令设置。作业命令设置。确定作业状态：全自动还是手动、半自确定作业状态：全自

22、动还是手动、半自动动;确定作业指令：取物品还是存物品确定作业指令：取物品还是存物品;确定作业地址：行地址、列地址和层地确定作业地址：行地址、列地址和层地址址;(2)位置计数控制。位置计数控制。沿着堆垛机的行进方向和载货台的升沿着堆垛机的行进方向和载货台的升降方向设置认址片，降方向设置认址片，PLC通过检测认址通过检测认址片来判断堆垛机位置和载货台位置。每片来判断堆垛机位置和载货台位置。每经过一个认址片，认址系统计一次数。经过一个认址片，认址系统计一次数。到达预定认址片时，堆垛机自动停车。到达预定认址片时，堆垛机自动停车。(3)定位减速控制。定位减速控制。在减速定位阶段为满足定位的快速性在减速定

23、位阶段为满足定位的快速性和准确性，和准确性，根据位置估算和点位反馈，根据位置估算和点位反馈，实现减速控制和定位。实现减速控制和定位。(4)位置校验与定位检测控制位置校验与定位检测控制堆垛机到位后，认址系统进行认址片编码校堆垛机到位后，认址系统进行认址片编码校验和定位精度检测，定位偏差超出允许误差验和定位精度检测，定位偏差超出允许误差范围时，由范围时，由PLC控制回位，三次校正仍不能控制回位，三次校正仍不能停准则报警。停准则报警。(5)安全保护控制。水平行走、载货台升降安全保护控制。水平行走、载货台升降及货叉伸缩等都有限位保护。及货叉伸缩等都有限位保护。(6)此外还有位置显示控制、工作故障报警此

24、外还有位置显示控制、工作故障报警控制等。控制等。9.2.2 自动控制系统自自动动控控制制系系统统是是自自动动化化立立体体仓仓库库能能否否正正常常运运行行的的核核心心系系统统。它它关关系系到到整整个个系系统统运运行行的的成成本本和和效效率率问问题题。为为了了实实现现整整个个系系统统的的高高效效运运转转，自自动动化化仓仓库库内内所所用用的的各各种种存存取取设设备备和和输输送送设设备备等等都都需需要要配配备备相相应应的的控控制制装装置置，用用于于接接受受控控制制系系统统的指令，实现各自的控制功能。的指令，实现各自的控制功能。1 1、集中控制系统、集中控制系统在在自自动动化化立立体体仓仓库库内内使使用

25、用一一台台计计算算机机通通过过可可编编程程控控制制器器（）对对仓仓储储过过程程中中的的作作业业机机械械和和设设备备运运行进行统一控制的系统。行进行统一控制的系统。2、分层分布式控制系统 对对自自动动化化仓仓库库各各个个功功能能的的控控制制不不集集中中在在一一台台或或几几台台设设备备上上，且且控控制制是是分分层层次次的的，系系统统既既可可在在高高层层次次上上运运行行，也可在低层次下运行。也可在低层次下运行。三三级级控控制制系系统统是是由由管管理理级级计计算算机机系系统统、中中央央控控制制级级计计算算机机系系统统和和直直接接控控制制器器组组成成的的一一个个整整体体联联网网系系统统,进进行行联联网控

26、制。网控制。入出库作业功能货物数据的管理功能网络通信功能库存分析功能管理级管理级中央控制级中央控制级直接控制级直接控制级(1)(1)管理级计算机系统管理级计算机系统管管理理计计算算机机可可对对整整个个仓仓库库进进行行在在线线及及离离线线管管理理，它它是是整整个个自自动动化化立立体体仓仓库库的的管管理理核核心心，其其主主要要功功能能是是储储位位管管理理和和库库存存动动态态管管理理，并并具具有有实实时时输输入入、打打印印和显示功能以及各种查询功能。和显示功能以及各种查询功能。(2)中央控制级计算机系统对通讯、流程进行控制，并进行实时对通讯、流程进行控制，并进行实时图象显示，它是整个自动仓库实现自动

27、图象显示，它是整个自动仓库实现自动控制的中心，它沟通并协调与管理级计控制的中心，它沟通并协调与管理级计算机系统、各作业系统的联系，控制和算机系统、各作业系统的联系，控制和监视整个自动化立体仓库的运行。监视整个自动化立体仓库的运行。中央控制级的作用：中央控制级的作用：根根据据管管理理机机或或自自身身键键盘盘的的命命令令组组织流程；织流程；监监视视现现场场设设备备情情况况、货货物物流流向向及及收发货显示；收发货显示；与与管管理理级级计计算算机机系系统统、堆堆垛垛机机及及其它设备通讯其它设备通讯对设备进行故障检测及查询显示。对设备进行故障检测及查询显示。(3)直接控制器直直接接控控制制器器由由(可可

28、编编程程序序控控制制器器)对对各各设设备备进进行行单单机机自自动动控控制制,直直接接控控制制堆堆垛垛机机或或输输送送机机等等设设备备，完完成成单单机机的的自自动动控控制制以以及及与与中中控控级级的通讯联系功能。的通讯联系功能。9.2.3自动化立体仓库计算机控制自动化立体仓库计算机控制系统结构系统结构当前自动化立体仓库设备自动控当前自动化立体仓库设备自动控制系统，主要有两种组成方案制系统，主要有两种组成方案:PLC集中控制系统集中控制系统;FieldBus控制系统。控制系统。一、一、PLC集中控制系统集中控制系统 当前应用最为广泛的一种堆垛机自当前应用最为广泛的一种堆垛机自动控制系统。动控制系统

29、。它以它以PLC为中心，通过通信接口，接收为中心，通过通信接口，接收来自上位机的任务信息，采集设备传感来自上位机的任务信息，采集设备传感系统的各种信息，通过系统的各种信息，通过PLC的控制软件，的控制软件，控制控制PLC的输出、控制设备的各向运动，的输出、控制设备的各向运动，对货物进行存、取作业，实现货物的流对货物进行存、取作业，实现货物的流转与存储。转与存储。通过通信接口，向上位机发送通过通信接口，向上位机发送设备的实时状态信息，以实现仓设备的实时状态信息，以实现仓库实时监控系统对自动化立体仓库实时监控系统对自动化立体仓库所有设备的实时监控功能。库所有设备的实时监控功能。1、监控机与下位机、

30、监控机与下位机PLC通信通信（1）监控机与）监控机与PLC通信的交换信息通信的交换信息 监控机与下位机监控机与下位机PLC通信采用总线型通信采用总线型拓扑结构。与拓扑结构。与PLC通信的交换信息有通信的交换信息有:任务信息任务信息应答信息应答信息查询信息查询信息1）任务信息包括作业指令）任务信息包括作业指令(入库、出库和入库、出库和盘库盘库)和作业地址和作业地址(源地址、目标地址源地址、目标地址);2）应答信息是下位机接收到监控）应答信息是下位机接收到监控机发出的命令字后回送给监控机的机发出的命令字后回送给监控机的信息信息;3）查询信息是监控机每隔一定时）查询信息是监控机每隔一定时间间(很短约

31、为很短约为1s)对所有下位机标志对所有下位机标志位区进行一轮查询；位区进行一轮查询；查询的主要内容有堆垛机列、层位查询的主要内容有堆垛机列、层位置信息、堆垛机货叉位置信息、作置信息、堆垛机货叉位置信息、作业完成信息、故障信息等业完成信息、故障信息等,每查询一轮新的信息后每查询一轮新的信息后,查询到的信查询到的信息在监控机上动态显示。息在监控机上动态显示。（2）监控机与）监控机与PLC的通信方式的通信方式 监控机与监控机与PLC采用主从式通信方采用主从式通信方式，式，PLC只对监控机的命令进行响只对监控机的命令进行响应，而不主动发送数据。应，而不主动发送数据。在堆垛机处于运行状态时，监控在堆垛机

32、处于运行状态时，监控机要实时地对它们的运行状态进行机要实时地对它们的运行状态进行查询，以决定下一步的工作。查询，以决定下一步的工作。（2）监控机与）监控机与PLC的通信方式的通信方式由于监控机是多任务实时操作，由于监控机是多任务实时操作，在控制下位机的同时还要接收管理在控制下位机的同时还要接收管理级发来的数据，所以采取定时中断级发来的数据，所以采取定时中断方式每隔一定时间对堆垛机的工作方式每隔一定时间对堆垛机的工作状态进行一次查询。状态进行一次查询。监控机发送命令字程序，如图所监控机发送命令字程序，如图所示。示。（2）监控机与）监控机与PLC的通信方式的通信方式在没有信息通信时，下位机在没有信

33、息通信时，下位机PLC完全投入对堆垛机和输送机等的完全投入对堆垛机和输送机等的控制。控制。为满足实时性要求下位机以中断为满足实时性要求下位机以中断方式与控制台通信，监控机呼叫方式与控制台通信，监控机呼叫时进人中断系统，通信完成后返时进人中断系统，通信完成后返回主程序。回主程序。2、监控机与下位机、监控机与下位机PLC的通信的通信数据格式数据格式监控机与下位机监控机与下位机PLC的通信接口常的通信接口常采用采用RS232C串行通信方式，波特串行通信方式，波特率为率为9 600 bps，7位数据位，位数据位，2位校位校验位验位(偶校验偶校验)。在上位机与在上位机与PLC的通信过程中，采的通信过程中

34、，采用主从数据用主从数据“帧帧”通信方式。通信方式。当上位机发出控制命令时当上位机发出控制命令时,命令帧的命令帧的格式如图所示格式如图所示当当PLC返回的响应帧的格式如图所示返回的响应帧的格式如图所示.在命令和响应格式中，开始位必须是在命令和响应格式中，开始位必须是开始符开始符“”,设定节点号用于多节点加入通信时区设定节点号用于多节点加入通信时区分不同的节点分不同的节点,没有多个节点连接到网没有多个节点连接到网络时设定节点号为络时设定节点号为00。指令区为一命令代码，用来表明监控指令区为一命令代码，用来表明监控机与机与PLC通信指令的类型。通信指令的类型。FCS用于数据帧发送时的异或校验，用于

35、数据帧发送时的异或校验，FCS为转换成两个为转换成两个ASCII字符的八位字符的八位数据，这个八位数据是对数据帧开始数据，这个八位数据是对数据帧开始符直到这帧正文结束，即符直到这帧正文结束，即FCS前的数前的数据进行据进行“异或异或”运算的结果运算的结果(响应格式响应格式是指从帧开始符到响应码结束的数据是指从帧开始符到响应码结束的数据进行进行“异或异或”运算的结果运算的结果)。例如上位机发送一命令帧例如上位机发送一命令帧00SC0252*CR,帧中帧中52为为FCS的值的值,它是由命令帧中它是由命令帧中,0,0,S,C,0,2分别转化为分别转化为ASCII码码,再化为八位二进制数进行异或运算再

36、化为八位二进制数进行异或运算后转化为十六进制的结果后转化为十六进制的结果.*和和CR表示帧的结束表示帧的结束.监控机给监控机给PLC发送上面指令帧的作发送上面指令帧的作用是监控机和用是监控机和PLC进行通信联挂。进行通信联挂。监控机发出以上指令帧时，监控机发出以上指令帧时，PLC应该立应该立即响应即响应.其响应的正确信息帧为：其响应的正确信息帧为：00SC0052*CR,监控机接受到监控机接受到PLC返回的信息帧后返回的信息帧后,只要只要检测到第检测到第6,7个字符均为个字符均为0,表示响应正确表示响应正确,通信有效通信有效,联挂成功；否则联挂成功；否则,则意味着监则意味着监控机和控机和PLC

37、通信联挂失败。通信联挂失败。其它通信指令其它通信指令(如紧急停止指令、查询指如紧急停止指令、查询指令和作业指令令和作业指令)的监控机命令格式和下位的监控机命令格式和下位机机PLC的响应格式与联挂指令类似的响应格式与联挂指令类似.不同之处在于不同之处在于:监控机命令格式中指令区监控机命令格式中指令区和命令码标志字符，以及具体计算出的和命令码标志字符，以及具体计算出的FCS不同；响应格式中指令区和响应码不同；响应格式中指令区和响应码标志字符，以及具体计算出的标志字符，以及具体计算出的FCS不同。不同。监控机在与监控机在与PLC通信时，必须首通信时，必须首先对通信端口进行初始化处理，先对通信端口进行

38、初始化处理，初始化参数必须与初始化参数必须与PLC的通信参的通信参数相同。数相同。二、现场总线（二、现场总线（Fieldbus）控制系统）控制系统1、现场总线控制系统的定义、现场总线控制系统的定义现场总线控制系统现场总线控制系统(FCS，Fieldbus Control System)，是用现场总线这一开放，是用现场总线这一开放具有互操作性的网络将现场各控制器及仪具有互操作性的网络将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，同表设备互连，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。因此，成本和维护费用。因此，FCS实质

39、是一种实质是一种开放的具有互操作性的、彻底分解的分布开放的具有互操作性的、彻底分解的分布式控制系统。式控制系统。现场总线用于过程自动化或制造自动化现场总线用于过程自动化或制造自动化中，实现智能化现场设备与高层设备之中，实现智能化现场设备与高层设备之间互联的、开放式、数字化、多点通信间互联的、开放式、数字化、多点通信的系统。的系统。FieldBus控制系统是当前最为先进的一控制系统是当前最为先进的一种仓库设备自动控制系统的方案。种仓库设备自动控制系统的方案。它采用当前国际先进的现场总线技术，它采用当前国际先进的现场总线技术，组成分布式控制系统：组成分布式控制系统：将总线控制器、检测传感系统、速度

40、位将总线控制器、检测传感系统、速度位置控制系统、输入及显示操作系统、上置控制系统、输入及显示操作系统、上位机通信接口等用位机通信接口等用FieldBus组网技术组组网技术组成一个工控网络，控制设备运动，实现成一个工控网络，控制设备运动，实现对货物的流转与存储控制。对货物的流转与存储控制。同时向上位机发送设备的实时状态信息，同时向上位机发送设备的实时状态信息，实现仓库实时监控系统对自动化立体仓实现仓库实时监控系统对自动化立体仓库所有设备的实时监控。库所有设备的实时监控。它具有它具有:布线简单节省布线简单节省;节约空间、便于维节约空间、便于维护，减少设备维护开销护，减少设备维护开销;使用户具有高度

41、使用户具有高度的系统集成主动权的系统集成主动权;提高抗干扰能力提高抗干扰能力;提高提高了系统的准确性和可靠性了系统的准确性和可靠性;获得更多的设获得更多的设备信息等突出的优点。备信息等突出的优点。2、现场总线的类型、现场总线的类型 目前，有几种工业现场总线发展比较成熟并且目前，有几种工业现场总线发展比较成熟并且目前，有几种工业现场总线发展比较成熟并且目前，有几种工业现场总线发展比较成熟并且广泛应用于特定的领域，它们是广泛应用于特定的领域，它们是广泛应用于特定的领域，它们是广泛应用于特定的领域，它们是:过程现场总线过程现场总线过程现场总线过程现场总线(PROFIBUS)(PROFIBUS)基金会

42、现场总线基金会现场总线基金会现场总线基金会现场总线(FF)(FF)局部操作网络局部操作网络局部操作网络局部操作网络(Lon Works)(Lon Works)域网总线域网总线域网总线域网总线(CAN Bus)(CAN Bus)可寻址远程变换器数据链路可寻址远程变换器数据链路可寻址远程变换器数据链路可寻址远程变换器数据链路(HART)(HART)世界工厂仪表协议世界工厂仪表协议世界工厂仪表协议世界工厂仪表协议(World-FIP)(World-FIP)其中其中其中其中PROFIBUSPROFIBUS由德国西门子公司推出，现已由德国西门子公司推出，现已由德国西门子公司推出，现已由德国西门子公司推出

43、，现已成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。3、PROFIBUS现场总线技术1）PROFIBUS主要由主要由3部分组成部分组成:PROFIBUS-DP可以用于可以用于PLC与分散的现与分散的现场设备进行通信。场设备进行通信。PROFIBUS-PA、专为过程自动化所设计、专为过程自动化所设计的协议，可用于安全性要求较高的场合。的协议，可用于安全性要求较高的场合。PROFIBUS-FMS可以用于车间级监控网可以用于车间级监控网络。对于络。对于FMS而言，它考虑的主要是系而言，它考虑的主

44、要是系统功能而不是响应时间，统功能而不是响应时间，FMS通常用于通常用于大范围、复杂的通信系统。大范围、复杂的通信系统。2）PROFIBUS协议结构协议结构PROFIBUS协议以协议以ISO/OSI参考模型为参考模型为基础，基础，第第1层为物理层，定义了物理的传输特层为物理层，定义了物理的传输特性性;第第2层为数据链路层层为数据链路层;第第3-6层层PROFIBUS未使用未使用;第第7层为应用层，定义了应用的功能。层为应用层，定义了应用的功能。这种简化的结构确保了这种简化的结构确保了PROFIBUS-DP快速、高效的数据传输。快速、高效的数据传输。3）PROFIBUS总线存取协议总线存取协议三

45、种三种PROFIBUS(DP，FMS，PA)均使用均使用一致的总线存取协议。该协议是通过一致的总线存取协议。该协议是通过OSI参参考模型第二层考模型第二层(数据链路层数据链路层)来实现的。它包来实现的。它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。处理。在在Profibus中，第二层称之为现场总线数据中，第二层称之为现场总线数据链路层介质存取控制链路层介质存取控制(Medium Access Control一一MAC)具体控制数据的传输，具体控制数据的传输，MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据数据Prof

46、ibus协议的设计要求，协议的设计要求，3）PROFIBUS总线存取协议总线存取协议 MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。点发送数据。Profibus协议的设计要满足介协议的设计要满足介质存取控制的两个基本要求质存取控制的两个基本要求:复杂的自动化系统复杂的自动化系统(主站主站)间的通信，必须保间的通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。要有足够的时间来完成通信任务。在复杂的程序控制器和简单的在复杂的程序控制器和简单的I/0设备设备(从站从站)间通信，应尽可能快速又简单地

47、完成数据的间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。实时传输。Profibus总线存取协议，主站之间采用总线存取协议，主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。令牌传递程序保证每个主站在一个确切规令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权定的时间内得到总线存取权(令牌令牌)。在。在Profibus中，令牌传递仅在各主站之间进行。中，令牌传递仅在各主站之间进行。主站得到总线存取令牌时可与从站通信。主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从站发送或读取信息。因此，可每个主站均可向从站发送或读取信息。因此，可能有

48、以下三种系统配置能有以下三种系统配置:纯主一从系统纯主一从系统(单主站单主站)纯主一主系统纯主一主系统(多主站多主站)混合系统混合系统(多主一多从多主一多从)图图 是一个由是一个由3个主站、个主站、7个从站构成的个从站构成的Profihus系统。系统。3个主站之间构成令牌逻辑环。当某主站得到令牌报文后，个主站之间构成令牌逻辑环。当某主站得到令牌报文后，该主站可在一定时间内执行主站工作。在这段时间内，该主站可在一定时间内执行主站工作。在这段时间内，它可依照主一从通讯关系表与所有从站通信，也可依照它可依照主一从通讯关系表与所有从站通信，也可依照主一主通讯关系表与所有主站通信。主一主通讯关系表与所有

49、主站通信。主站发出命令主站发出命令(command)，从站给出，从站给出响应响应(respond)；从站可以连续发送多；从站可以连续发送多个帧，直到无信息发送、达到发送数量个帧，直到无信息发送、达到发送数量或被主站停止为止。或被主站停止为止。数据链路中帧的传输过程分为数据链路中帧的传输过程分为3个阶段：个阶段：数据链路建立、帧传输和数据链路释放。数据链路建立、帧传输和数据链路释放。主站与从站之间传输帧的格式主站与从站之间传输帧的格式 F为帧标志字段为帧标志字段(8位位)；A为从站地址字段；为从站地址字段；C为控制字段，表示帧类型、编号、命为控制字段，表示帧类型、编号、命令和控制信息，它将传输帧

50、分为信息令和控制信息，它将传输帧分为信息帧帧、监控帧、监控帧 和无编号帧和无编号帧3种类型，种类型，信息帧用于应用数据信息帧用于应用数据(usefuldata)的传的传输并捎带应答；输并捎带应答；监控帧用于监视链路上的正常操作，对监控帧用于监视链路上的正常操作，对链路状态做出各种响应链路状态做出各种响应(如认可帧、请如认可帧、请求重传或暂停等求重传或暂停等)；无编号帧无编号帧(不含信息字段不含信息字段)用于传输各种用于传输各种无编号命令和响应，例如建立链路工作无编号命令和响应，例如建立链路工作模式、释放链路及报告特殊情况等；模式、释放链路及报告特殊情况等；信息字段由信息字段由PKW+PZD的应