柔性制造系统实训指导书

柔性制造系统实训指导书

龙哲主编

长春工业大学工程训练中心

2010年1月

实验一雕刻系统的应用

一、实验目的：

1，熟练掌握固高雕刻系统的使用方法，能够独立操作，为接下来的实验打好基础；

2，固高雕刻系统是一类数控系统，其基本涵盖了数控系统的操作要求和操作规程，学生通过熟练掌握该系统可以达到对CNC数控系统的初步了解。

3，理解数控语言——NC代码同底层硬件编程之间的关系。

二、实验预备知识

2.1 系统概述

固高GCV4030B雕刻机演示系统是基于固高公司高性能运动控制器_GE300SV和标准CNC系统平台的开放式系统。固高运动控制器应用高速DSP芯片实现系统的高性能、高速度和高精度。而CNC系统平台提供对标准NC程序代码的编译并最终形成运动控制器的控制指令。

固高GCV4030B雕刻机演示系统软件提供NC程序代码自动执行，连续运动及点动运动两种手动运动模式。加工图像的三维预览可以实时显示当前坐标进给速度和当前执行程序段等系统状态，能够实时修改速度倍率及主轴的速率并提供系统症断功能，使用户轻松完成对雕刻机的精

确控制。

2.2 系统初始化：

要正确执行GCV4030雕刻机演示系统必须进行必要的参数设置。系统分辨率需设置为1024*768,否则界面可能显示不正常。GCV4030雕刻机演示系统常用参数的设置可以在软件启动后，选取“工具栏/参数设置图标”或“工具 + 设置系统参数”菜单项进入系统参数设置对话框。

另有一些不经常修改的参数或者不需要用户自行设定的参数，需要由厂家来修改和设置。和设置。点取“工具”+“设置厂商参数”菜单项，输入密码后即可。

其他参数设置保存在Engrave.ini中。具体参数定义参见“配置文件说明书”。

注意：配置文件内的参数对雕刻机系统性能有重要的影响参数设置不当可能会损坏雕机系统,配置文件内系统的参数时,不可随意更改.应由有经验的人员进行调整.开始使用雕刻机请先确认参数是否设置正确。

三、实验步骤

1，打开雕刻系统。

图 1 固高雕刻系统界面

2，基本参数

(1) 工作台行程设定

可设定机床X、Y、Z三轴的行程大小，可用作软限位。当X、Y、Z三轴的实际位置超过行程范围时，将停止加工操作。

(2) 电机参数

可设置X、Y、Z三轴的脉冲当量，以“脉冲/毫米”或“脉冲/度”为单位表示。当前轴是旋转轴则采用“脉冲/度”作为单位，否则用“脉冲/毫米”作为单位。

“脉冲/毫米”单位的实际意义是每毫米对应多少个脉冲，其倒数即是脉冲当量。例如，输入数值为100，则表示控制系统发出100个脉冲该轴运动1毫米，即该轴脉冲当量为1/100=0.01毫米（1丝）。同理，“脉冲/度”单位的实际意义是每旋转一度对应多少个脉冲，其倒数即是脉冲当量。例如，输入数值为100，则表示控制系统发出100个脉冲该轴旋转1度。

3，计算方法如下

设A——脉冲/毫米；P——电机驱动器每圈脉冲数已考虑细分；

S——丝杆导程（毫米）； R——减速比

则A = ( P / S ) * R

例P=500S=5R=2则A=(500/5)*2=200若无减速机构即R=1则A=100。

注意：本系统中的步进电机采用20倍细分。则脉冲当量为1/800，即每发800个脉冲给电机，平台向前（或向后）运行1mm。

4，可以导入已有的NC代码文件进行试雕刻。

5，系统三轴回零。系统将自动回到X、Y、Z三个轴的机械原点。

6，手动将刀具移动到工件上方，并制定加工的起始点，选择“工具/设定工件坐标系”来指定工件加工原点。

7，打开已有的NC代码，将会在预览窗口看到待加工的图形。点击进行加工。

四、实验报告及思考

1，为何要设定脉冲当量？如何设定？

2，数控系统的操作步骤是怎样的？

实验二嵌入式运动控制在立体仓库中的应用

一、实验目的

1，认识嵌入式运动控制器，以及嵌入式运动控制器在全自动立体仓库中的应用；

2，了解立体仓库的离线控制和在线控制（ProfiBus通讯）；

3，熟悉立体仓库的仓位寻址算法；

4，立体仓库的出入库管理。

二、实验预备知识

2.1 嵌入式运动控制器

嵌入式运动控制器是一种能独立工作的运动控制器，它将基于X86的嵌入式PC104工控主板通过PC104插接件直接插装在固高运动控制模块上，组成一个整体。由于运动控制模块和工控主板之间采用插针式的连接，相互独立，又紧密结合，具有可靠性高、升级容易、维修方便等特点。嵌入式运动控制器件工业PC和运动控制器巧妙结合在一起，消除了插槽连接不牢等原因造成的系统不稳定性，又具有优秀的运动控制功能，嵌入式运动控制器可作为理想的数控开发平台，构造出完美的数控系统。

技术特点：采用高性能DSP，FPGA技术和嵌入式PC104主板。

运动控制模块采用固高任意一款通用或专用运动控制器。具有成熟的运动控制功能。

支持DOS、WinCE、Linux操作系统。提供USB、COM、以太网、DNC/软驱、扩展I/O、控制面板、触摸屏、键盘、鼠标等多种接口，开发调试方便，扩展性强。DOS操作系统支持USB，可以USB 启动。

2.2 全自动立体仓库

自动化仓储技术对于提高劳动生产率、降低生产成本、科学有序的组织生产有着非常重要的作用。

自动仓储系统出现以后，得到了迅速的发展，主要因为这种仓库具有一系列突出优点，在企业物流系统中具有重要作用。

1，能够大幅度增加仓库高度，减少占地面积；

2，提高了仓库出、入库频率；

3，提高了仓库管理水平；

4，提高效率，减少货损；

5，适用场合广。

立体仓库又叫高价仓库，简单来讲一般是指应用几层、十几层乃至几十层高的货架存储单元货物，用相应得无聊搬运设备进行货物出库和入库作业的仓库。之所以曾为立体仓库主要是区别于平面仓库而言。立体仓库一般由高层货架、物料搬运设备、控制和管理设备以及土建公用设施等部分组成。货架一般用钢材制作。常用的物料搬运设备有巷道式堆垛机、高架叉车、辊子输送机、链式输送机、升降机、AGV自动导引小车等。

立体仓库的主要技术：立体仓库的控制技术（固高科技有限公司提供的这套系统采用的是嵌入式运动控制技术），立体仓库的寻址技术（此系统采用软件寻址算法实现），出入库管理技术等等。

三、实验步骤

1，打开“堆垛机控制柜”，在安装挡板上找到嵌入式运动控制器；

2，熟悉嵌入式运动控制器的外围硬件接线：通过两根62Pin电缆同端子板（为嵌入式运动控制器的扩展I/O板）通讯，通过串口同触摸屏通讯（实现触摸屏对堆垛机的手动控制），通过ProfiBus-DP总线同终端服务器进行通讯（接收来自控制终端的命令信息）。

3，在关闭电柜电源状态下，将拨档开关旋至“手动”状态，重新开启电源，则堆垛机接收触摸屏命令，可进行手动复位。

4，在关闭电柜电源状态下，将拨档开关旋至“自动”状态；并且接一个显示器到嵌入式运动控制器的VGA接口上；重新开启电源，按“F8”键进入嵌入式运动控制器的DOS操作系统。系统中有一个“BC31”的子目录，为堆垛机控制程序的编程平台；另有一个“Ware”的子目录为堆垛机控制程序的源代码。

5，注意：不要任意修改堆垛机控制源码。如果在未熟悉系统源代码到可恢复系统安全运行模式和排除故障的情况下，请用户不要随意修改源码。

6，堆垛机的控制流程

立体仓库使用嵌入式网络运动控制器作为系统的一个节点，立体仓库具有独立手动控制和联机协调控制两种工作方式，通过立体仓库控制柜面板上的转换开关来切换，下图是立体仓库控制柜面板布局图示意图：

操作者使用手动/联机状态切换开关从手动---〉自动或者从自动---〉手动转换后为了安全性需要先按急停然后按启动进行电气复位。

下面是立体仓库控制程序的流程图：手动联机电源指示启动指示切换状态后请复位！启动急停触摸屏（用于手动控制）

从上面的流程图中看出手动/联机两种操作状态的处理过程是相似的，区别在于一个读取的是串口传过来的触摸屏的数据，一个是PROFIBUS模块中读出的数据，这两种数据的格式也是不同的，触摸屏的命令比较原始一些，可以进行单轴运动调试，PROFIBUS中的命令是一些动作命令，比如取货/放货等。

主监控和立体仓库间通讯命令编码：

1．立体仓库子系统命令编码（_profibusCommandType_.command）：

#define COMMAND_WAREHOUSE_GET_X_TO_POS1 0x01

//从仓位X取出到交换台X#1,仓位由para[0]指出

#define COMMAND_WAREHOUSE_PUT_INTO_X 0x02

//放到仓位X,仓位由para[0]指出

#define COMMAND_WAREHOUSE_DO_EXCHANGE 0x04

//小车交换操作，para[0]={0,1}={交换出，交换入}

#define COMMAND_WAREHOUSE_MOVETO_POS_X 0x08

//小车移动到交换台X,para[0]={0,1}={X#1,X#2}

#define COMMAND_WAREHOUSE_GO_HOME 0x10

//回零命令状态查询命令状态查询开始读取操作转台 I1.7 手动/联机读取串口触摸屏命令有效命令解释执行运动控制反馈状态手动联机读取PROFIBUS命令有效命令解释执行运动控制反馈状态

2．立体仓库子系统反馈信息编码(_profibusACKType_. ACKPara[0])：

#define ACK_WAREHOUSE_IDLE 0x00

//"空闲" (SERVO_ON)

#define ACK_WAREHOUSE_GET_X_TO_POS1 0x01

//取货状态

#define ACK_WAREHOUSE_PUT_ INTO_X 0x02

//放货状态

#define ACK_WAREHOUSE_EXCHANGEING 0x04

//交换状态

#define ACK_WAREHOUSE_MOVETO_POS_X 0x08

//小车移动状态

#define ACK_WAREHOUSE_GO_HOME 0x10

//回零

四、实验报告及思考

1，堆垛机的控制方式除上诉以外，还有哪几种？

2，本系统采用的是何种自动化立体仓库的寻址算法？除此以外，还有别的寻址方式，大概都有哪些？

实验三、AGV 控制系统

一、开发控制系统目标

AGV（Auto Guided Vehicle）控制系统。要求AGV 能够按照用户的设置进行运动，正确完

成相应的各种功能。

二、本系统采取的控制方法

用户对AGV 的控制可以通过两种方法：

1. 通过固定在AGV 上的嵌入式运动控制器，配备有LCD 显示屏（具有触摸功能），用户可以按照控制界面的提示用鼠标或触摸笔进行具体的配置。

2. 通过无线以太网由远程终端对AGV 的运动进行控制。硬件包括远程终端PC、AP、无线以太网卡。

三、系统的组成

图1 AGV 系统组成

AGV 控制系统组成如图1 所示，整个系统包含AGV 本体、读卡器、嵌入式运动控制器及其端子板、LCD 和远程终端设备。下面具体介绍各部分的功能：

1、嵌入式运动控制器：整个控制系统的核心部分，接受用户从LCD 上输入的指令，经处理后送到端子板由此传输到各个外设；接受各个外设反馈回来的数据做相应处理。型号为：GU-400-TSV-I01/64-A-R

2、LCD（具有触摸功能）：用户与AGV 信息交流的平台，AGV 的各种运动信息也在这里显示。

3、AGV 本体：整个控制系统的载体，同时也是运送物品的载体。

4、远程终端设备：通过无线以太网对AGV 进行控制，可以是PC 或工控设备。

5、端子板：嵌入式运动控制器与外设的接口设备。

四、操作说明

4.1 准备工作

1、将导引线的两端分别接在信号发生器的“C1+”和“C1-”，将信号发生器的电源开关打开，这时“路径1”和“电源”上的LED 指示灯会亮起来。

2、将无线USB 网卡（型号：TL-WN 321G）插在工控机的USB 口，接通TP-LINK的电源。4.2 设备启动

1、旋转车顶的钥匙（顺时针旋转），启动小车电源。请查看小车顶端的红色紧停按钮是否按下,按下表示小车处于急停状态，如果处于急停状态，请旋顺时针转此按钮使之弹出，操作系统启动。

2、系统启动后找到无线网络信号，界面如图2 所示。

图2 系统启动后找到无线网络信号界面

用触摸笔单击“TP-LINK”，单击“连接”，出现的界面如图3 所示。

图3

直接点击“确定”，出现的界面如图4 所示。

图4

表明AGV 的无线USB 网卡已经与TP-LINK 连接，双击任务开始栏右侧的两个小电脑图标出现的界面如图5 所示。

图5

点击“IP 信息”，查看IP 地址，如果其IP 地址不是：192.168.1.101，需要手动设置其IP 地址，步骤如下：

点击“开始”->点击“设置”->点击“网络与拨号连接”，如图6 所示。

图6 出现的界面如图7 所示

图7

双击“VNUWLC41”图标，出现“VNUWLC41 设置”对话框，点击“指定一个IP 地址”，在IP 地址处输入：192.168.1.101，在子网掩码处输入：255.255.255.0，如图8 所示。

（点击任务栏右侧的键盘图标，会出现系统自带的软键盘，实现输入功能）

图8

按OK 结束无线IP 地址的设定，此后就可以通过远程终端控制AGV 了。

4.3、程序开始界面

本应用程序所在目录：我的电脑->硬盘->AGV.exe，直接双击即可运行。用

户双击应用程序后，进入欢迎界面（如图9 所示），停留3 秒钟后进入AGV 控

制系统主界面。

图9 AGV 控制系统欢迎界面4.4、AGV 控制系统主界面

图10 AGV 控制系统主界面

AGV 控制系统主界面如图10 所示。主界面靠上正中显示“AGV 控制系统主界面”，下面是五个BUTTON，各按键的功能简介如下：

1) 速度参数设置：点击进入“AGV 速度参数设置界面”，进行AGV 运动速度档的选择；

2) 运动轨迹参数设置：点击进入“AGV 运动参数设置界面”，对AGV 运动轨迹进行规划，包括导引线号选择（鉴于本项目的具体情况，选择0即可）、AGV 运动方向的选择、停车地址号的设置、AGV 继续行进方式

的设置、辊链旋转方向的设置；

3) 开始运行：点击此按键AGV 按照设定的参数值开始运行。LCD 显示界面进入“AGV 运动状态”，显示AGV 本体运动的状态和各种传感状态。包括AGV 在线状态、路径选择信息、速度选择信息、AGV 所在站号、AGV辊道链出入货光电开关状态、AGV 防撞气动感应器以及电池电量等。

4) 远程终端控制：点击进入“远程终端控制界面”，由远程终端设备通过无线以太网方式对AGV 进行控制。

5) 退出控制系统：点击此按键后，停止当前轴的运动、关闭各轴驱动使能、关闭运动控制器设备并退出本应用程序。

4.5、AGV 运动速度参数设置

设置界面如图11 所示，用户直接选择自己需要的档位，按“确认”键即可，程序保存设定的档

位并退出本界面返回到“AGV 控制系统主界面”；按“取消”键，程序不做任何保存退出本界面返回到“AGV 控制系统主界面”。

图11 AGV 运动速度参数设置界面

1 描述

AGV 的运行速度应该根据实际环境可以调节，地面较差或进入弯道后运行速

度应慢些，路况较好运行在直道上时运行速度可以快些。

2 功能

用户可以根据实际情况选择AGV 直道运动时的速度大小，总共分为四档，每档后面有具体的数值，界面中同时显示具体每一档的纠偏系数PD 值。鉴于本项目的具体情况，工位距离非常近，出货和入货的站刚好在弯道处，如果AGV走高速，会出现离线情况，所以用户最好选择1、2 档速度。

4.6、运动轨迹参数设置

1、程序描述

根据实际环境和生产工位的情况，AGV 的运行轨迹(包括在每个工位的停车时间、辊链旋转方向等)应由用户自行设置。

2、功能

用户可以根据实际情况自行设置AGV 的运动轨迹，设置界面如图12 所示。

图 12 AGV 运动轨迹参数设置界面

Order Number：一个完整的AGV 运动轨迹由多条支路径组成，“Order Number”

是AGV 整个运动轨迹的路径号。

“导引线号”：本AGV 系统共提供3 路不同频率的导引线路，编号为0（7.2KHz）、1（5.2KHz）、2（3.6KHz）。使用漆包线分别从导引箱C1、C2、C3 号端口引出，经过路径铺设，全部回到导引箱地线端口。本项目因为只有一条导引线，我们选择了7KHz，从信号器的C1 端口引出，所以用户在此处不需要输入数值，采用系统的默认值0 即可。

“AGV 运动方向”：有两种方式，车头向前，正转运行，用0 表示；车尾向前，

反转运行，用1 表示。

“停车地址号”：是本条支路径的目的地址，也就是AGV 停车的工位号，地址输

入11 至30 之间的整数。

“AGV 继续行进方式”：分为三种：0，1，2

0 表示自动方式，即AGV 继续运行以小车辊道链出/入货光电开关信号为准。

1 表示手动方式，即AGV 停在某工位，用户完成工位动作后，手动按“AGV

运动状态”上的“继续运行”键，AGV 将继续运行。

2 表示在本站永久停车，即表示本站已经是终点站。

“辊筒链旋转方向”：是AGV 在当前支路径停车后辊筒链的动作说明，0 表示辊筒链不动作；1

表示辊筒链逆时针运转；2 表示辊筒链顺时针运转。（顺时针和逆时针是以人站在车头位置，面向AGV 观察时的滚筒运转方向）

“确认”：保存设置的轨迹参数所有信息同时给轨迹参数变量赋初始值，退出本界面并返回到“AGV 控制系统主界面”。

“取消”：对设置的轨迹参数信息不做任何保存，退出本界面并返回到“AGV控制系统主界面”。

4.7、开始运行

1、描述

实现AGV 的具体运行控制和状态显示。

2、功能

用户点击“开始运行”并确认后，AGV 将按照设定参数开始运行。首先进行第一条支路的运行（第一条支路的轨迹信息在设置阶段已经完成赋值），当第一条支路完成后，进行第二条支路轨迹信息的赋值和运行，依次类推直到整条路径完成。

4.8、AGV 运动状态显示

点击“开始运行”后，进入AGV 运动状态显示界面如图13 示。

图 13 AGV 运行状态显示界面

1、程序描述

为了能够使用户在线了解、监测AGV 的当前工作情况和设置信息。