基于以太网通信的立体仓库监管控制系统

刘云鹏 徐世许 高亚丹

摘 要：论文设计了基于以太网通信的立体仓库监管控制系统，用于工业生产中对仓库监管的自动化和智能化。该系统由上位机、运动控制器NJ、三轴直角坐标机械手组成。上位机和运动控制器NJ之间通过以太网通信，上位计算机向运动控制器NJ发送命令并实时采集现场的各种信号；运动控制器NJ和伺服驱动器之间通过以太网通信，伺服驱动器根据运动控制器NJ中的命令来驱动伺服电机。采用欧姆龙组态软件CX-Supervisor进行上位机监管软件的开发，使用SQL数据库进行现场数据记录。该系统能够满足立体仓库监管系统的各项要求，从而实现立体冷库的智能监管控制。

关键词：以太网通信 运动控制器NJ CX-Supervisor组态软件

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（b）-0004-02

1 系统硬件结构

立体仓库监管系统由上位计算机、欧姆龙运动控制器、欧姆龙三轴直角坐标机械手（包含3个伺服电机）以及3个伺服驱动器R88D-1SN08H-ECT组成。上位机和运动控制器NJ之间采取EnterNet/IP的以太网通信方式，运动控制器NJ和伺服驱动器之间采用EnterCAT的以太网通信方式[1]。当上位机的监管软件向运动控制器NJ发送命令后，执行运动控制器NJ中的程序，伺服驱动器驱动伺服电机完成相应动作指令。其中伺服电机1控制机械手的X轴，伺服电机2控制机械手的Z轴，伺服电机3控制机械手的A轴。

2 程序设计

2.1 系统的整体工作流程

以存货为例：初始化位置就是机械手的零点位置；选择工位即在软件上选择所要操作的工位；机械手运动到对应工位位置过程中用到的是多轴联动直线插补的运动方式，可以避免两轴联动时产生的机械振荡；在运动到位后首先对工位进行检测，如果工位已经有货物，则在上位机监管软件中弹出相应提示信息，并返回初始位置，如果没有货则可以进行存货。

2.2 监管程序

使用欧姆龙的组态软件CX-Supervisor开发了上位机监管软件。CX-Supervisor是一個功能十分强大的组态软件，具有很强的灵活性，，能够更好地实现可视化管理。每个工位颜色不一样，表示工位所存放的货物种类不同。当此位置没有货物时工位显示为空。工位信息实时显示实际库存信息。现用CX-Supervisor向数据库中添加一条数据的方法：首先要在软件的数据库工作栏添加一个数据库（库存信息），其次添加相关记录集（存入表），然后配置字段关联（存入表中的字段），最后将表的字段再和变量相关联，通过以下程序向数据库的存入表中增加一条数据。

DBOpen "库存信息.存入表"

DBAddNew "库存信息.存入表.存入日期"

DBAddNew "库存信息.存入表.存入时间"

DBAddNew "库存信息.存入表.货物名称"

DBAddNew "库存信息.存入表.数量"

DBAddNew "库存信息.存入表.位置"

DBAddNew "库存信息.存入表.操作员"

DBUpdate "库存信息.存入表"

该系统软件的功能能够满足实际生产的各项要求，现已投入到实际生产使用中。

2.3 控制程序

机械手的运动控制程序由Sysmac Studio开发。由于运动控制器采用欧姆龙的NJ301-1100，NJ的CPU内置了运动控制功能模块，简称MC功能模块[2]。MC功能模块进行运动控制时，可以通过EnterCAT端口与伺服驱动器进行通信，进而实现了多轴联动，高精度、高速度的伺服驱动控制。

在本程序中，要实现多轴联动。所以用到许多单轴运动控制指令和轴组运动控制指令[3]。整个控制过程中，最重要的两个参数即速度和工位的坐标位置。其中速度控制由速度控制指令MC_MoveVelocity实现；为了避免多轴联动产生机械震荡，降低机械使用寿命以及降低机械精度，使用轴组绝对值直线插补指令MC_MoveLinearAbsolute进行控制。

其中速度控制指令MC_MoveVelocity的主要参数：输入输出变量Axis的值为轴变量名称；输入变量Velocity为目标轴运动速度；输入变量Acceleration为目标轴的加速度，其值为目标轴启动时的加速度；输入变量Deceleration为目标轴的减速度，其值为目标轴制动时的减速度[4]；其他参数为默认值。

轴组绝对值直线插补指令MC_MoveLinearAbsolute能够实现多轴的直线插补，以及目标位置以绝对位置指定。采用直线插补，能够实现多轴联动，进而提高机械手的工作效率。直线插补将运动分解为各个轴的运动，能够减小机械振荡，进而提高精度延长机械手的使用寿命。其主要的参数如下：输入输出变量AxesGroup的值为轴组变量名称；输入变量Position为目标位置；输入变量Velocity为直线插补过程中的速度；输入变量Acceleration为直线插补过程中的加速度；输入变量Deceleration为直线插补过程中的减速度。下面以运动控制程序中的一段实现插补运动的程序进行详细说明，如图1所示。

经过实际检验，该运动控制程序能够很好地满足用户需求，已成功使用到到实际工业生产中。

3 结语

基于以太网通信的立体仓库监管控制系统，实现了对立体仓库的自动化、智能化、规范化管理。该系统设计方案简单、经济、高效，能够避免人工直接存取对人体造成的不可挽回的伤害，并能够将库存情况以及操作实时地记录在数据库中。方便日后对数据的调查以及责任追责，提高了工业生产的自动化水平。

参考文献

[1] 杨欢.大型锻件自动超声检测运动控制系统的研究[D].天津：天津工业大学，2015.

[2] 程敏.基于SYSMAC NJ控制器的并联机械手控制系统[D].青岛：青岛大学，2014.

[3] 杨玉振.遥操作机器人平台研究[D].济南：济南大学，2014.

[4] 刘波.船用齿轮箱动态激励模拟及动力学性能优化[D].重庆：重庆大学，2015.

[5] 胥军.高空救援消防车电控系统的设计与开发[J].消防科学与技术，2012，31（1）：64-67.