堆垛機拖動系統人機界面設計

本文作者徐榮華先生，廣東工業大學羅克韋爾自動化實驗室研究生；區銳相先生，研究生；吳乃優先生，研究員。 關鍵詞：堆垛機　人機界面　RSView32　DeviceNet　 自動化立體倉庫的出現是物流技術的一個劃時代的革新。它不僅徹底改變了倉儲行業勞動密集、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展。堆垛機是自動化立體倉庫中的一種自動裝運設備，是實現自動化立體倉庫高效、安全、可靠運行的關鍵設備，本文就其拖動系統人機界面的設計與實現，講述了羅克韋爾自動化RSView32組態軟件以及DeviceNet控制網絡在堆垛機拖動系統中的應用。 一 基于DeviceNet的堆垛機拖動系統 堆垛機是自動化立體倉庫的主要搬運設備。它在高層貨架的巷道內來回穿梭運行，負責貨物的存取。目前應用最廣的是巷道式堆垛機，它由運行機構、升降機構、裝有存取貨機構的載貨臺、機架和電氣設備5部分組成。目前，堆垛機運行速度高達320m/min，提升速度高達60m/min，其定位精確度優于±5mm。 DeviceNet是Rockwell Automation公司于1994年提出的一種開放的現場總線網絡，目前已成為國際工業自動化網絡標準。DeviceNet為簡單的工業設備(傳感器、變頻器等)和高端設備(PLC、計算機)提供確定、可靠的網絡連接和數據通信。DeviceNet提供主/從與對等網絡通信能力和生產者/客戶(Producer/Consumer)服務模式，可以不用任何編程工具在線移除或替換DeviceNet網絡上的設備。來自ControlNet、DH+或Ethernet鏈路上的報文可以通過ControlLogix網關發送到DeviceNet鏈路上的所有節點。采用DeviceNet，可減少設備通信的電纜硬件接線，降低組建系統的人力及線路成本，同時，可為用戶提供完整的設備級診斷功能，方便網絡的維護。 過去，變頻器的通信能力不強，需要對異步電動機按照一定的數學模型和最優條件進行離線優化控制。當電動機參數及工況發生變化后，還繼續使用原來的變頻器參數就無法獲得理想的優化效果，通過DeviceNet可將變頻器接入控制網絡，對變頻器實現在線監控和優化，提高堆垛機的定位精確度，并節省大量的能源。 二 控制系統硬件設計 控制系統主要采用了SLC500和PLC5控制器、1747-SDN掃描器、1771-SDN掃描器、1203-GK5通信接口，將其組態成DeviceNet控制網絡以實現對1336PULS II變頻器的控制，并通過1770-KFD接口模塊將DeviceNet網絡與上位計算機相連。其中掃描器作為PLC和DeviceNet之間的接口，它的主要功能是進行設備數據的采樣和格式轉換，PLC與設備之間的數據交換全部通過掃描器來實現。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電動機控制網絡，其網絡結構如圖1所示。 三 控制系統的人機界面設計 1.RSView32軟件 RSView32是一套綜合的、基于組件的人機界面開發軟件，可用于對自動化設備和生產過程進行實時監測和控制。它是第一個具有以下特性的人機界面軟件：(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，實現對RSView32工程的方便擴展；(2)可利用對象模型方便地與其他基于組件的軟件產品協同工作；(3)集成了微軟的Visual Basic for Applications(VBA)為內置的編程語言；(4)支持OPC(用于過程控制的OLE)，可實現與其他自動化廠商的產品進行快速、可靠的通信；(5)使用附件體系結構(Add-On Architecture)技術擴展RSView32的功能，可將新特性直接集成到RSView32的內核；(6)可利用活動顯示系統(Active Display System)實現遠程監控。 2.人機界面的總體功能結構 人機界面的總體功能結構如圖2所示。 其中主界面可完成日常的系統監控任務和對各個子界面的調用；手動控制面板子界面有6個電動機控制按鈕，可結合主界面的狀態顯示區完成對變頻器和電動機的手動控制；線路診斷圖子界面可模擬和實時監測系統硬件線路的連接和工作狀況；1336PLUS II變頻器組態子界面可完成變頻器所有相關參數的組態任務。 3.主界面設計 軟件主界面分為實時動畫顯示區、實時速度表、功能按鈕區、速度輸入框、電動機狀態顯示區、速度曲線圖和速度拖動條。其中實時動畫顯示區用于實時動態顯示升降臺的速度和位置。實時速度表用于實時顯示速度值、速度單位(r/min)。功能按鈕區有4個按鈕，分別為自動[Auto]、手動[Manual]、診斷[Diagnostic]、1336PLUS II變頻器[Config 1336II]組態，其中自動按鈕控制升降臺自動上下運行一次，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線路診斷圖，按下1336PLUS II變頻器組態按鈕會出現變頻器參數調整表。在速度輸入框中可以精確地調整電動機的速度，可調速度范圍是0~1430r/min(僅在手動模式下可用)。電動機狀態顯示區共有9個指示燈，分別為自動(Auto)、手動(Manual)、報警(Alarm)、運行(Run)、正向(Forward)、點動(Jog)、停止(Stop)、反向(Reverse)、錯誤(Fault)，指示燈為綠色表示電動機正處于該狀態，灰色則相反。速度曲線圖用于實時顯示電動機運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速度，并具有最小頻率(8Hz)設置保護。系統主界面如圖3所示。 在主界面開發過程中發現S曲線的數據源為變頻器[測量組(Metering)]中的[Freq Command]，需要通過M文件進行讀取，采樣的周期太長，無法滿足S曲線的實時采樣要求，趨勢圖中的S曲線不平滑，呈折線狀。后來經過分析得知這主要是由于采樣頻率太低，數據不連貫造成的。要獲得平滑的S曲線就必須提高數據的采樣頻率，故我們利用I/O映射自動刷新、實時性好的特點，采用輸入映射的[word1頻率反饋值]作為S曲線的數據源，并且數據的采樣頻率還與Tag的掃描時間及趨勢圖中的掃描時間有關，只要將Tag Scan Class的掃描周期及趨勢圖中的Rate設置為0，RSView32就會以最快的速度實時地掃描頻率反饋值，獲得十分平滑的S曲線。 4.手動控制面板子界面設計 手動控制面板共有7個按鈕。它們分別為運行[Run]、停止[Stop]、點動[Jog]、除錯[Clear Faults]、反向[Reverse]、正向[Forward]、關閉窗口[Close]。在電動機運行過程中，運行、點動、反向、正向按鈕將會被屏蔽，此時按下這4個按鈕將得不到響應。 5.線路診斷圖子界面設計 線路診斷圖是在硬件線路圖的基礎上，用紅線連接在線設備，用黑線連接可能發生故障或者已經從網絡移除的設備。該界面有兩個按鈕，一個是模擬[Virtual]按鈕，用于模擬本系統的硬件連接情況，用戶可通過它對線路連接狀態進行模擬操作，用于檢查線路連接邏輯是否正確；另一個是監控[Monitor]按鈕，用于實時監控系統硬件的連接狀態，可大大提高系統故障診斷和硬件維護的效率。 6.1336PLUS II變頻器參數組態子界面設計 在主界面按下[Config 1336II]按鈕，將會出現上載參數進度條。當參數上載完畢后，變頻器參數調整表將會出現[1336 PlusII Parameter Settings]的參數設置對話框。此時，可以按組對所有的變頻器參數分別進行設置。在參數調整表的下方有5個按鈕，分別是刷新指定的參數[Refresh Specified Parameter]、刷新所有的參數[Refresh All Data]、刷新參數組[Refresh Group]、下載參數[Download Parameters]、返回主界面[Return to Main Window]。 四 結束語 憑借RSView32軟件的強大功能，設計完成了這個操作自由、簡單且在功能上分計算機自動、手動操作等多種控制方式的人機操作界面，能夠清晰顯示操作步驟、設備運行狀況，即使是新手也可輕松操作，且系統保養維護方便、快捷。