基于PLC的智能化汽车轮毂仓库设计

2022-05-19王琳，李凯

内燃机与配件 2022年8期

0 引言

轮毂是汽车零部件的一个重要组成部分，它是一种圆桶形结构，支撑轮胎，连接制动单元，安装在轴上的金属部件。铝合金轮毂由于散热好，精度高，美观时尚等特性，正逐步取代钢制轮毂，得到广泛应用。为满足个性化需求，铝合金轮毂种类多，样式复杂，在仓储中需要占据多个仓位，且在制造加工过程中，根据制造工序和生产安排需要频繁出入仓库。传统轮毂仓库随着城市化推进，土地紧张，人力成本上升，导致运营成本不断增加，并且自动化、智能化等方面弊端越发明显。科技的进步，使越来越多的自动化设备和策略在仓储中得到普及和应用，自动化、智能化的立体仓库应运而生

。相比传统仓库，智能立体仓库在占地面积，运营速度，人工成本，物流管理等方面优势明显，提高了空间利用率和物料出入库效率，以它独特的优势在仓储发展中占据了重要地位。将自动化立体仓库应用到轮毂存储，采用智能算法提前对仓位中的轮毂进行合理排序，可简化后续工作流程，对降低成本，提升运营速度有极大意义。

1 整体功能设计

本文设计的智能化汽车轮毂仓库为2层，3列，共计6个仓位

。仓位由托盘，直线滑轨和气缸组成。每个仓位的托盘上放置一个汽车轮毂，托盘和轮毂之间设置定位基准，保证轮毂在托盘中姿态一致。选用PLC作为控制器，通过两位五通单电控电磁阀控制托盘动作，实现轮毂的出仓和进仓。气缸两端各安装一个磁性传感器，检测托盘伸出和退回到位。所有仓位均设置漫反射光电传感器和指示灯，检测仓位有无轮毂，将检测结果发送给PLC，并在料仓指示灯和触摸屏上显示状态。采用六轴工业机器人作为执行结构，在其手臂上安装夹爪，夹紧或松开轮毂，配合托盘，完成轮毂的出入库。

药物治疗回顾（medication therapy review，MTR）、个人用药记录（personal medication record，PMR）、药物治疗相关计划（medication action plan，MAP）、干预和/或转诊、文档记录与随访是MTM服务的5个核心要素（见图1）。

另外，为了进行特征识别，获取加工工艺，在每个轮毂的相同区域，粘贴二维码对轮毂进行编码，该信息可由扫码枪，机器人视觉或工业相机进行识别，将识别结果通过通信接口传送给PLC，并在触摸屏上显示，也可手动设定或通过MES系统获取。在PLC上编写算法，实现智能化仓库中汽车轮毂调整策略，优化动作路径，提高排序效率，整体架构如图1所示。

2 智能化汽车轮毂仓库系统设计

2.1 仓库设计

由于智能化汽车轮毂仓库上安装各类传感器，电磁阀等数字量器件，PLC要采集和控制的信号点多达几十个，若采用常规的“点到点”方式连接，PLC需要增加扩展模块来扩展硬件IO。实现信号连接时，若PLC与轮毂仓库距离较远，会出现布线繁琐凌乱，模块间拆装不便利，整体架构成本上升等情况。为更好地解决上述问题，可在轮毂仓库处放置远程IO模块，该模块由一个适配器和一定数量的数字量输入模块，数字量输出模块组成。考虑价格，功能等因素，设计时没有选择西门子ET200系列远程IO，而是采用南京华太公司推出的FR8210 PFOFINET适配器，FR1108(8通道数字量输入模块)，FR2108(8通道数字量输出模块)搭建远程IO模块。如图2所示。轮毂仓库上所有的输入/输出信号就近接到远程IO模块上的输入/输出模块，通过工业以太网，交换机，实现远程IO适配器与S7-1200 PLC组网进行通信，实现PLC对现场信号的采集与控制，如图3所示。

IF "数据块_1".actualStore[#j] = "数据块_1".expectStore[#i] THEN

集成PFOFINET接口，可实现与其他S7 CPU，PFOFINET I/O设备进行通信；集成4路高速脉冲发生器，配合工艺对象，可实现对步进或伺服电机的位置控制；本体集成14入10出数字量IO点，最多可扩展8个信号模块，过程映像输入/输出各1024B；可采用SCL(Structured Control Language)语言编写程序，该语言是一种基于PASCAL的高级编程语言，接近自然语言

。比传统的梯形图方便阅读和理解，尤其是采用if，for，while等语句实现程序循环嵌套，更加方便和高效，非常适合应用于复杂的数据计算，数据管理、过程优化和统计任务等。

所谓动态性是一个相对而言的过程，对于工程造价而言，由于整个项目从开始到完成竣工是一个具有时间跨度的过程，而且根据工程量的大小不同时间也是不同的。但是工程造价是一个预先计算、估计的过程，即使是最为完备、精确的工程造价预算依旧跟实际情况会有所出入和差别。所以，动态性是工程造价另一个较为突出的特征。

2.2 执行机构

六轴工业机器人运行速度快，动作灵活，重复定位精度高，编程使用简单，可靠性好，随着价格不断下降，越来越多的应用于柔性化生产。相比传统的直角坐标系码垛机，六轴工业机器人可在三维空间自由活动，以不同的姿态拾取零部件。在轮毂取放过程中，六轴工业机器人可任意调整轮毂角度和方向，方便出入库和后续加工。系统选用ABB公司的IRB120六轴工业机器人搭配气动夹爪作为执行机构。安装具有16个数字输入信号和16个数字输出信号的标准I/O板卡DSQC652。通过该机器人控制其手臂上夹爪的动作，夹紧或释放轮毂。由于PLC与工业机器人有大量数据需要交换，标准I/O信号点数量不足，所以采用机器人支持的，基于DeviceNet总线技术的远程I/O模块扩展IO。选用南京华太公司的FR8030 DeviceNet适配器，FR1108和FR2108扩展IO。PLC和机器人之间通过远程IO数字量接线的方式交换数据，即PLC远程IO的数字量输入信号接至工业机器人远程IO的数字量输出模块，PLC远程IO的数字量输出信号接至工业机器人远程IO的数字量输入模块。数据长度为16位，暂时使用其中的12位。其中0-7位为仓位号(最大寻址到127号仓位)，8-9位：功能码(01：取轮毂，放轮毂)，10-11位：完成信息(01：到达位置，10：错误，11动作完成)。

单一工业机器人的工作半径往往有限，且存在奇点以及不可到达区域，仅凭工业机器人的工作空间，多数仓位无法到达。故可采用伺服电机，丝杠导轨搭建移动滑台，作为工业机器人的扩展第七轴使用。PLC采用PTO脉冲输出方式精确控制伺服电机转动的速度和角度，通过丝杠导轨将圆周运动转换成滑台的直线运动，带动机器人移动，使机器人的工作范围扩大至整个智能化仓库。

2.3 轮毂调整策略设计

为实现智能化仓库中轮毂编号与期望编号一致，传统的轮毂调整方法需要根据实际情况，逐步对两个仓位进行对换。为此，需要设置一个过渡位，先将当前仓位的轮毂取出放到过渡位，腾出空仓，找到期望编号所在的仓位，从中取出轮毂，放入当前仓位，再将过渡位的轮毂移至期望编号原来的仓位。该方法原理简单，便于理解，编程容易实现，对效率要求不高，调整频率不大的场合极为适用，但存在过度使用过渡位，动作多，耗费时间长等缺点。

本文设计了一种空仓调整法来实现轮毂的调整，具体思路为：识别空仓，获取空仓期望轮毂的编号，查询期望编号轮毂所在的仓位，从期望轮毂所在的仓位取出轮毂，放入空仓，从而制造出一个新的空仓，循环这个过程，直至完成所有轮毂的调整。若调整时，没有空仓，可先按照从小到大的规则，取出第一个未正确调整的轮毂，放入过渡位，产生一个空仓。其工作过程如图4所示。

3 PLC编程实现轮毂调整系统

首先，用示教器对工业机器人的点位进行示教，将6个仓位的点位和过渡点位置依次存放在机器人中，下标为1-7的一维数组targetPosition；接着，在PLC中新建“数据块”，并创建3个一维数组。第1个数组axisPotion，用于存放工业机器人到达6个仓位和过渡点时对应扩展轴的位置；第2个数组expectStore，用于存储每个仓位中期望轮毂的编号，该数据可手动在触摸屏上设定或自动从MES系统获取；最后一个数组actualStore，用于存放所有仓位以及过渡位轮毂的实际编号。最后，在PLC中创建“功能”，使用“SLC语言”进行编程。具体流程图如图5所示。

在时间上具有明显的周期性，有5个明显的地震活跃期，分别为：1913～1925、1936～1955、1970～1976、1988～1996、2011年至今。

在编写程序时，先查询actualStore数组中第1个值为0，且expectStore数组不为0的下标(表示找到允许放轮毂的空仓)，记录下标值i(仓位编号)。接着，根据expectStore[i](空仓期望的轮毂编号)，遍历actualStore数组，找到与expectStore[i]具有相同值的actualStore[j]，记录下标j(需要取出轮毂的仓位)。

我们把高层建筑可以看作是固定在地面上的一个悬臂结构，它一方面受垂直荷载作用，另一方面受水平荷载作用。其中，垂直荷载使结构产生轴力，其大小与建筑物高度基本呈线性关系；水平荷载使结构产生弯矩，其大小与建筑物高度基本呈二次方变化。一般情况下，对地震作用效应影响较大的是水平荷载，高层建筑抗震结构设计首先要保证建筑物的结构要有较大刚度。高层建筑结构设计的主要矛盾就是抗水平力，我们应根据抗震等级和水平荷载的分布设计采用不同的结构体系。

程序如下所示：

END_IF;

FOR #i := 1 TO 7 DO

1.4.3 提取时间对树舌灵芝多糖提取率的影响。准确称取6份质量相同的5 g灵芝干粉末，按液料比45∶1加入蒸馏水，设置提取时间分别为30、60、90、120、150、180 min，在70 ℃条件下提取3次，根据所测吸光度考察提取时间对树舌灵芝粗多糖得率的影响。

//获取空仓仓位

IF "数据块_1".actualStore[#i] = 0 AND "数据块_1".expectStore[#i] <> 0 THEN

"putStoreNum" := #i; //获取需要放入的仓位编号

案例企业社会责任行为说明：2018年1月19日，在《证券日报》主办的第一届新时代资本论坛上，首届“金骏马奖”评选结果出炉。中化国际荣获金骏马“最具社会责任上市公司”奖。“最具社会责任上市公司奖”主要表彰新时代资本市场上持续履行社会责任的杰出企业。中化国际作为国家“一带一路”国际合作倡议的先行者，沿“一带一路”国家和地区深入践行了大量社会责任，是中国国家化企业履行社会责任的典型代表。

为满足系统的整体设计要求，控制系统选用西门子S7-1200系列的CPU 1214C DC/DC/DC作为控制器

。该控制器具有如下特点：

接线的选择在这里是一个很大的问题，比如说接线的截面面积和材料组成。当然，决定权还是在具体电压。不同电压下，电流量就不同，导致接线所承受的情况就不同，比如说110kV的架空线路导线就不能小于200平方毫米。有时还要结合相应的天气情况为接线增加合适的材料，比如说在雷区附近的接线就得配备相应的绝缘措施。电杆的材料也要结合周边的具体情况，比如说在经常经受狂风暴雨的区域里，电杆的材料就得更抗打击。现在，很多新式材料的接线已经出现，有条件的情况下，农村可以换上这些减少供电过程中的消耗，比更加切实保障供电的安全。

FOR #j := 1 TO 7 DO

"getStoreNum" := #j;//获取需要取出的仓位编号

END_IF;

END_FOR;

EXIT;

END_IF;

此时，正确识别了需要取和放的仓位，移动滑台，将查询到的空仓编号，目标仓位编号发送给机器人，根据机器人的到位信号，弹出相应仓位的托盘，发送功能码控制工业机器人夹取，释放动作，完成轮毂的调整。

若立体仓库中不存在空仓，或空仓不允许存放轮毂，则制造空位的程序如下所示：

FOR #i := 1 TO 7 DO

//获取第1个实际编号与期望编号不同的仓位

IF "数据块_1".actualStore[#i] <> "数据块_1".expectStore[#i] THEN

(2) 沿用工程高边坡定量风险评估技术方案，对该段边坡加固施工后进行定量风险评估，对比前后两阶段评估结果，该边坡风险值明显得到改善，验证了该边坡加固措施的工程经济价值。

"getStoreNum" := #i; //需要取轮毂的仓位

EXIT;

随着农村经济的发展和农业机械使用量的增加，建设农村加油站，满足广大农户对油料的使用需求，已成为当下一项比较重要的民生问题。农村加油站经营品类单一、加油时间不固定、人员维护成本增高等实际问题，阻碍了加油站的规模性发展。我们选择加油站、充电桩、自助洗车与新零售无人售卖结合，形成新农村枢纽生态圈，提出建立新农村综合自助服务区的理念，建议用大数据合理规划站点、节省人工运营成本、建立智能化一站式服务，以满足农村新形势发展的需求。

IF ("NGFlag" = TRUE) THEN

目前出版的SPSS教材不下数十种,多数教材在给出案例后,直接跳入菜单或命令的分析,穿插介绍每个选项的中文含义,最后解释软件的输出结果,仅花很少的篇幅介绍统计理论[3]。这种处理方式有其可取之处，如方便学生理清思路、方便上机模仿练习等，但轻视统计理论教学的缺点也是显而易见的：学生对知识的掌握一知半解，经常出现明显的模型误用。例如，在因变量不服从正态分布的情况下，却采用多元回归方法进行建模；明显的单边检验问题，给出的却是双边情形的P-值。

《新唐书》所记“拉纤县令何易于”的故事，也很值得后人玩味。四川有一个太守，喜游山玩水。泛舟宜昌县时，因船大水小，屡屡搁浅，便令县里派农夫拉纤。无意间，太守发现纤夫中有一白面书生，问是何人，那人答道：“下官是宜昌县令何易于，因春耕时节，农夫忙甚，抽人不易，故下官也来充一名纤夫。”太守听了，羞愧难当。

END_FOR;

"getStore"("getStoreNum");//调用函数，从仓位中取出轮毂

"putStore"(7);//调用函数，取出的轮毂放入过渡位

//轮毂编号写入过渡位

"数据块_1".actualStore[7] := "数据块_1".actualStore["getStoreNum"];

//轮毂编号清零，成为空仓

与轻质薄板相比，ALC板、AS装配式墙板的保温、隔热、防火性能较好。对比ALC板与AS装配式墙板，ALC板更多地是替代了传统建筑维护墙体，其缺点是强度低和本身不具备装饰性。AS装配式墙板的各项性能均非常优越，外墙板为混凝土清水色饰面，质感厚重大气，可作为墙体和外饰面使用，不需要做额外的外装饰。由于AS墙板安装方便，施工周期短和防水防火性能优越，也可用于露天防火墙和围墙。AS墙板全干作业且施工安装效率高，耐久性强，维护成本低，更符合装配式变电站的发展趋势。

"数据块_1".actualStore["getStoreNum"] := 0;

要实现一个功能完善，思路严谨的智能化仓库汽车轮毂调整策略，还需要考虑多种因素，例如：期望的轮毂编号超出了实际编号，输入的期望编号存在多个相同值，仓库中存在多个空位等。在程序设计时，这些因素都需要采用合理的方法进行规避。