码垛机械手控制系统设计附录 - 图文

块有一个处理器，内存，电源供应单元，输入∕输出接口部分，通信接口和编程装置组成。图4显示了基本安排。

该处理器或中央处理单元（CPU）是包含微处理器的单位的单元。根据存储在内存中的程序，对输出信号的决定，这翻译输入信号并采取措施。

? 供电单元需要将交流电源电压转变为处理器和电路的输入∕输出模块所必须的直

流电压。

? 编程设备用于输入所需的程序到内存的处理器上。这一程序得以在设备中运行，然

后转移到内存单元的可编程控制器。 ? 内存单元用于微处理器程序的存储。内存单元也从存储进程中的输入数据和缓冲数

据输出。输入和输出部分接受来自外部设备的信息，以及来自外部设备的传达信息。输入可能来自于开关和传感器，像光电细胞，温度传感器，或者流量传感器。输出可能与马达启动器线圈，电磁阀，或其他执行机构相连。输入和输出设备可分为信号的类型，如数字或模拟。

? 通信接口是用来在通信网络上接收和传送数据。它管理设备验证，数据采集，同步

用户应用程序，和连接管理。

? 在这项研究中，我们运用了西门子S7313C紧凑可编程控制器，它24DIs(数字输

入),16Dos(数字输出),5AIs(模拟输入),2AOs(模拟输出)和一个电源（120∕230V AC,24V DC,5A）。

? 通信处理器（CP）。可编程控制器系统的以太网模块是将可编程控制器连接到网

络的通信处理器[29]。一个附加的通信处理器是用来允许可编程控制器和工业无线网之间通过传输控制协议∕网际协议进行沟通。我们在工作中的cp343-1通信处理器是专为运行在S7 - 300可编程逻辑控制器设计的。它允许S7 - 300被连接到工业以太网和支持PROFINET输入∕输出 ? 工业无线局域网模块。当重新配置系统和加快网络部署时，无线网络能够解决布线

所固有的物理障碍，降低安装成本，提高灵活性[7]。工业无线局域网是一个覆盖功能和机制的总称，代表了增强的IEEE802.11标准。即使802.11这个标准机制为其在工业应用提供了一个好的强度程度。然而，就像在PROFINET[34]所要求的，工业无线网也也支持要求苛刻的应用，提供了一个特别高的实时性和确定性调度。 ? 在这项研究中，一个工业无线网网络使用来自西门子的新的SCALANCE W发电

元件。无线网络用SCALANCE W788-1PRO临接入点建立，而以太网客户端模块W744-1 PRO用来连接节点到工业无线以太网。

? 分布式输入∕输出模块。当一个系统配置后，输入/输出和从进程往往是集中在综

合自动化系统。ET 200S分布式输入∕输出系统是一个离散化，高度灵活的DP，它与中央控制器或总线的过程信号相连接。ET 200S支持总现场类型PROFIBUS DP and PROFINET IO。本研究采用拥有4 DIs, 2 DOs, 4 AIs 和用于工业以太网总线的两个24 V电源模块的ET200S-IM151-3PN标准。

? 电机防护包装。电动机保护套由一个经典的接触器，热开关，电流测量传感器

（CMT），和电压测量传感器（VMT）组成。该电流测量传感器用来测量正弦和非正弦电流，输入电流0到100A，和4到20mA的输出回路供电。电压测量传感器用于0.20到0.440V的交流电压和0.10 V/0(4).20 mA.的输出信号。

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2.2 软件结构

该控制系统的软件在西门子项目管理器中开发。这是当软件包（STEP7）开始时，中央窗口变为活动状态。默认设置启动STEP7向导，帮助程序员创建STEP7项目。程序员可以选择编程模式：梯形图（LAD）。功能块图（FBD），和指令列表（STL）[36]。项目结构是用来顺序存储和安排所有的数据和程序的。

系统软件分四个步骤完成。第1步，设计解决方案的自动化任务。第2步，配置硬件和网络[37]，如图5所示。第3步，创建程序梯形图形式。第4步，转移程序到CPU。最后，测试软件的输入状态，程序执行，并输出状态。

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图5. 西门子管理器硬件配置

3.系统实施

这种水泵控制系统被设计为一个开关控制器，有可编程控制器中的一个存储程序操作。数据传输控制水泵是通过工业无线局域网模块由可编程控制器、分布式输入／输出，如图6所示的。分布式输入／输出是通过工业无线局域网的无线网络系统连接到西门子中央处理器。一个Scalance W788-1临接入点通过一个以太网模块技术服务单元连接到系统处理器。在客户端，使用了一个Scalance W744-1临客户端模块分布式输入／输出ET 200S。每一个工业无线局域网下面是一个由4 DIs, 2 DOs, and 4 AIs组成提供PROFINET的分布式输入/输出ET 200 S。周期时间（程序造成的负荷）被指定为50ms，这导致典型的反应时约140毫秒的更新时间32ms。

3.1 系统通信

系统通信是由三个主要部分：个人电脑侧，接入节点，和客户端。个人电脑通过一个网络接口连接到主节点。通道和客户端访问节点之间是通过工业应用IEEE 802.11[6-8]标准通信的。通过高达11Mbps的速度和2.5兆赫频率的802.11b/g和802.11标准工业无线局域网模块支持射频通信的运行[ 38 , 39 ]。

图7表明在802.11a/b/g标准下最小交易时间为32字节数据。到达无线局域网的小数据包的最小交易时间在用54 兆位/秒802.11a or 802.11g时的120μs与用802.11b的1000μs之间。许多工业系统的要求由这些无线局域网组件提供[40]。

如图6所示，客户端节点是直连接到控制设备通过常规命令组件。通信是由网络组态软件包(STEP)的一部分通过工业以太网现场总线建立。PROFINET使分布式现场设备（如信号模块输入/输出设备）是直接集成在工业以太网。在配置STEP7，这些现场设备被分配到中央控制器（输入/输出控制器)。现有的模块或设备可以继续使用PROFINET兼容接口或链接。ROFINET为拥有工业无线局域网的无线通信提供了新的功能和应用。实现的功能基于通过无线局域网的ROFINET网络。如图8所示，以下功能使用于通过PROFINET IO控制器CP获得的S7-300 CPU 和PROFINET IO设备之间用户程序的数据流量。

? PNIO_SEND (FC 11)

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? PNIO_RECV (FC 12)。

此外，下列功能块可用于诊断：

? PNIO_RW_REC (FB 52) (不能用于此应用程序)。 ? PNIO_ALARM (FB 54) (不能用于此应用程序)。 这些功能块包括在SIMATIC_NET_CP 图书馆。

FC 11 (PNIO_SEND)块用于传输过程数据，也被称为用户程序中的循环。过程数据可作为一个数据块用做内存。FC11将过程数据传送到CP，然后再到PROFINET输入输出设备。FC12块(PNIO-RECEIVE)用于从PROFINET输入输出设备（控制器输入）接受数据，以及用于将输入输出提供位（IOPS)从PROFINET输入输出设备转移到指定输入区[38]。

图 6.设计系统图片

图7 .最小执行次数为32字节数据(40)

3.2 系统操作

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