簡(jiǎn)介本資源是一套面向工業(yè)自動(dòng)化初學(xué)者與PLC工程師的FactoryIO立體倉(cāng)庫(kù)仿真教學(xué)套件聚焦西門(mén)子S7-1200 PLC與FactoryIO協(xié)同開(kāi)發(fā)實(shí)踐解決虛擬調(diào)試、邏輯驗(yàn)證與倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)建模缺乏實(shí)操參考的問(wèn)題。壓縮包共51個(gè)文件涵蓋7個(gè).cfsFactoryIO場(chǎng)景配置、7個(gè).del設(shè)備邏輯定義、7個(gè).xml工程參數(shù)與轉(zhuǎn)換日志、2個(gè).db索引與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及1個(gè).factoryio主場(chǎng)景文件輔以PNG圖標(biāo)、AP16 PLC工程模板和TIA Portal兼容文件完整支撐從三維建模、PLC邏輯對(duì)接到運(yùn)行調(diào)試的全流程。資源包僅1.41MB輕量易部署已有778人學(xué)習(xí)下載。用戶可直接加載whorhouse.factoryio場(chǎng)景調(diào)用Plantilla-worhouse模板快速構(gòu)建立體倉(cāng)庫(kù)模型結(jié)合S7-1200 AP16工程實(shí)現(xiàn)入庫(kù)/出庫(kù)/堆垛機(jī)調(diào)度等核心功能仿真并通過(guò)XML日志與IDX索引文件理解數(shù)據(jù)交互機(jī)制是掌握FactoryIOPLC1200虛實(shí)聯(lián)動(dòng)開(kāi)發(fā)的高實(shí)用性入門(mén)素材。 最近一直在搞自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的虛擬調(diào)試整套用下來(lái)就是西門(mén)子S7-1200 PLC配合FactoryIO仿真軟件控制一個(gè)典型的巷道堆垛式立體倉(cāng)庫(kù)。這個(gè)項(xiàng)目做好了可以直接把程序邏輯遷移到真實(shí)設(shè)備上去屬于典型的虛擬調(diào)試方案。文章里我會(huì)把項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)思路、IO規(guī)劃、程序邏輯、通信配置、實(shí)操過(guò)程、踩坑記錄都拆開(kāi)來(lái)講特別是FactoryIO 2.5在Win10上啟動(dòng)就退出的問(wèn)題我會(huì)專門(mén)給排查思路希望能幫到正在做畢設(shè)、競(jìng)賽或者課程設(shè)計(jì)的同行。1. 項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)思路拆解1.1 這個(gè)項(xiàng)目為什么值得做先說(shuō)結(jié)論這套方案是目前工業(yè)自動(dòng)化和智能制造教學(xué)、競(jìng)賽、企業(yè)內(nèi)部培訓(xùn)里非常實(shí)用的組合。FactoryIO是一款工業(yè)級(jí)的三維仿真軟件它把傳感器、執(zhí)行器、輸送帶、升降臺(tái)、立體倉(cāng)庫(kù)貨架這些東西做成了虛擬模型。你不需要物理的傳送帶、氣缸、電機(jī)和傳感器直接在軟件里搭好場(chǎng)景接線信號(hào)然后通過(guò)OPC UA或者S7協(xié)議和真實(shí)的PLC程序?qū)印7-1200作為西門(mén)子中端的明星PLC在院校、中小企業(yè)里存量很大支持TIA Portal編程Profinet通訊是標(biāo)配性價(jià)比高調(diào)試方便。這個(gè)項(xiàng)目解決的痛點(diǎn)很明確沒(méi)有實(shí)體設(shè)備也能練PLC編程和調(diào)試不用去車間搶設(shè)備程序邏輯直接在虛擬場(chǎng)景里驗(yàn)證減少現(xiàn)場(chǎng)試錯(cuò)的時(shí)間和安全風(fēng)險(xiǎn)成本極低一套FactoryIO授權(quán)加一個(gè)仿真PLC環(huán)境就能跑起來(lái)相比實(shí)體自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)動(dòng)輒幾十萬(wàn)的投入仿真方案幾乎零成本如果你是要做畢業(yè)設(shè)計(jì)、參加自動(dòng)化競(jìng)賽、或者在公司做非標(biāo)設(shè)備的初版驗(yàn)證這個(gè)組合足夠用。而且它不像純PLC仿真那樣只看到點(diǎn)位閃爍和邏輯表FactoryIO是帶真實(shí)物理效果的三維場(chǎng)景貨物會(huì)滑、傳送帶會(huì)卡、氣缸會(huì)抖動(dòng)這在調(diào)試時(shí)比普通仿真有價(jià)值得多。當(dāng)時(shí)我為什么選S7-1200而不是S7-1500或者S7-300原因也很現(xiàn)實(shí)。S7-300系列在FactoryIO里雖然有支持但編程軟件是Step7經(jīng)典環(huán)境和現(xiàn)在主流教學(xué)脫節(jié)S7-1500性能強(qiáng)但授權(quán)和硬件成本高很多學(xué)生手上根本沒(méi)有真實(shí)設(shè)備。S7-1200剛好處于中間既可以用TIA Portal直接編程又可以在需要的時(shí)候用真實(shí)PLC連FactoryIO跑半實(shí)物仿真這套流程是能直接遷移到生產(chǎn)場(chǎng)景的。1.2 立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)核心需求分析我們以FactoryIO里面自帶的一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)景為基準(zhǔn)場(chǎng)景布局大概是這樣的立體倉(cāng)庫(kù)貨架六列四層二十四個(gè)庫(kù)位一個(gè)堆垛機(jī)升降臺(tái)水平行走貨叉伸縮入庫(kù)口輸送帶帶檢測(cè)傳感器出庫(kù)口輸送帶帶檢測(cè)傳感器升降臺(tái)升降限位、水平行走左右限位、貨叉伸出縮回限位控制需求拆解下來(lái)有三個(gè)核心任務(wù)入庫(kù)任務(wù)檢測(cè)到入庫(kù)口有貨物堆垛機(jī)移動(dòng)到入庫(kù)口取貨然后根據(jù)目標(biāo)庫(kù)位地址先水平行走列再垂直升降層最后貨叉伸出把貨物推入貨架。出庫(kù)任務(wù)根據(jù)任務(wù)指定的庫(kù)位地址堆垛機(jī)移動(dòng)到對(duì)應(yīng)庫(kù)位貨叉伸出取貨退出貨架上升/下降到出庫(kù)口層移動(dòng)到出庫(kù)口放貨。手動(dòng)/自動(dòng)切換和信號(hào)處理各個(gè)工位的限位信號(hào)需要做防抖處理報(bào)警邏輯需要保證互鎖電機(jī)正反轉(zhuǎn)必須做保護(hù)不能出現(xiàn)同時(shí)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的情況。這個(gè)項(xiàng)目的核心難點(diǎn)不在于單步動(dòng)作而在于“尋址”和“任務(wù)調(diào)度”。你按一下按鈕、給一個(gè)目標(biāo)庫(kù)位編號(hào)PLC要能自動(dòng)規(guī)劃出堆垛機(jī)要先到哪一列、再去哪一層、什么時(shí)候伸叉、什么時(shí)候收叉整個(gè)順序和互鎖邏輯必須嚴(yán)密。下面我詳細(xì)展開(kāi)。2. 硬件組態(tài)與信號(hào)規(guī)劃先把IO表理清楚2.1 PLC信號(hào)與FactoryIO場(chǎng)景的映射關(guān)系我拿到一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)景第一步不會(huì)去寫(xiě)程序而是先把IO信號(hào)整理清楚。這是整個(gè)項(xiàng)目的地基。以我調(diào)試的這個(gè)場(chǎng)景為例PLC的地址規(guī)劃如下數(shù)字量輸入傳感器信號(hào)地址信號(hào)名稱說(shuō)明I0.0入料口傳感器檢測(cè)入庫(kù)口是否有貨I0.1出庫(kù)口傳感器檢測(cè)出庫(kù)口是否有貨I0.2水平行走左限位堆垛機(jī)最左端I0.3水平行走右限位堆垛機(jī)最右端I0.4升降臺(tái)上限位最頂層I0.5升降臺(tái)下限位最底層I0.6貨叉縮回到位貨叉完全收回I0.7貨叉伸出到位貨叉完全伸出數(shù)字量輸出執(zhí)行器信號(hào)地址信號(hào)名稱說(shuō)明Q0.0入庫(kù)輸送帶電機(jī)啟動(dòng)后貨物往前送Q0.1貨叉伸出電磁閥/電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.2貨叉縮回電磁閥/電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.3升降臺(tái)上升電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.4升降臺(tái)下降電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.5水平行走向左電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.6水平行走向右電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.7任務(wù)完成指示/蜂鳴器動(dòng)作結(jié)束后短響提示注意在FactoryIO中這些輸入輸出的映射不是自動(dòng)建立的需要在它的“驅(qū)動(dòng)配置”里手動(dòng)指定。比如我在FactoryIO里選擇“Siemens S7-PLCSIM”驅(qū)動(dòng)后每個(gè)傳感器都要指定到PLC的I點(diǎn)每個(gè)執(zhí)行器要指定到Q點(diǎn)映射錯(cuò)了程序再對(duì)也沒(méi)用。2.2 TIA Portal中S7-1200組態(tài)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在TIA Portal里建立項(xiàng)目選擇的CPU型號(hào)要和你計(jì)劃用的型號(hào)一致。我用的CPU 1214C DC/DC/DC如果你用1212C也行不過(guò)數(shù)字量點(diǎn)數(shù)緊張一些。硬件組態(tài)里有幾個(gè)容易被忽略的地方CPU的IP地址要在同一個(gè)網(wǎng)段尤其以后要連真實(shí)PLC。我習(xí)慣設(shè)置192.168.0.1子網(wǎng)掩碼255.255.255.0啟用系統(tǒng)和時(shí)鐘存儲(chǔ)器在CPU屬性里勾選“啟用系統(tǒng)存儲(chǔ)器字節(jié)”和“啟用時(shí)鐘存儲(chǔ)器字節(jié)”這樣能直接使用SM0.0常ON、SM0.1首次掃描、M0.50.5秒時(shí)鐘脈沖這類信號(hào)不用自己再專門(mén)做常ON觸點(diǎn)、時(shí)鐘脈沖。我用的是M1.0~M1.7作為系統(tǒng)位M0.0~M0.7作為時(shí)鐘位這樣在后面寫(xiě)閃燈邏輯、脈沖計(jì)時(shí)時(shí)很方便工藝對(duì)象先不用組態(tài)我們走的是普通IO邏輯不涉及運(yùn)動(dòng)控制不需要組態(tài)軸如果你第一次接觸FactoryIO和PLCSIM連接要注意FactoryIO在驅(qū)動(dòng)選擇時(shí)默認(rèn)走的是PLCSIM的TCP/IP接口。如果你TIA里開(kāi)了多個(gè)PLC項(xiàng)目需要確認(rèn)PLCSIM里下載的是不是你當(dāng)前這個(gè)項(xiàng)目否則通信會(huì)串。我記得有一次把另一個(gè)項(xiàng)目下載到了PLCSIM結(jié)果FactoryIO里怎么都連不上折騰了很久才發(fā)現(xiàn)是PLCSIM實(shí)例不對(duì)。這種情況建議把所有TIA項(xiàng)目關(guān)掉重新打開(kāi)只保留一個(gè)項(xiàng)目再下載。2.3 通訊連接FactoryIO與PLCSIM的握手過(guò)程FactoryIO連接S7-PLCSIM的流程我總結(jié)為三步第一步在FactoryIO中打開(kāi)/新建場(chǎng)景。選擇立體倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)景按快捷鍵或者通過(guò)文件菜單找到場(chǎng)景編輯器確認(rèn)傳感器和執(zhí)行器數(shù)量與PLC程序預(yù)期一致。第二步在FactoryIO中設(shè)置驅(qū)動(dòng)。在頂部菜單的“文件-驅(qū)動(dòng)”選擇Siemens S7-PLCSIM。這一步要注意驅(qū)動(dòng)設(shè)置完成后它會(huì)彈出一個(gè)IO映射表左邊是FactoryIO的傳感器/執(zhí)行器名稱右邊需要你手動(dòng)填寫(xiě)對(duì)應(yīng)的PLC輸入/輸出地址。比如“入庫(kù)口傳感器”映射到“%I0.0”“入庫(kù)輸送電機(jī)”映射到“%Q0.0”“升降臺(tái)上升”映射到“%Q0.3”映射表填寫(xiě)完成后保存不需要重啟FactoryIO但建議重新連線一次。第三步在TIA Portal中啟動(dòng)PLCSIM并下載程序。這里有個(gè)關(guān)鍵的講究必須先啟動(dòng)PLCSIM并下載程序然后再啟動(dòng)FactoryIO的仿真或者說(shuō)至少確保PLCSIM先處于“運(yùn)行”狀態(tài)。如果反過(guò)來(lái)FactoryIO可能無(wú)法建立連接或者連接了但信號(hào)不刷新。這是我測(cè)試多次后得到的穩(wěn)定性結(jié)論。PLCSIM啟動(dòng)后在FactoryIO中點(diǎn)擊“運(yùn)行仿真”按住ShiftTab或者直接用鼠標(biāo)快捷鍵喚醒場(chǎng)景此時(shí)如果看到IO信號(hào)燈閃爍變化就說(shuō)明握手成功了。實(shí)操時(shí)經(jīng)常碰到的情況是FactoryIO里點(diǎn)了運(yùn)行場(chǎng)景沒(méi)反應(yīng)或者某幾個(gè)信號(hào)一直是0。遇到這種情況我一般排查順序是先看TIA的PLCSIM是否在運(yùn)行狀態(tài)RUN指示燈綠色再看FactoryIO驅(qū)動(dòng)設(shè)置的映射表有沒(méi)有填錯(cuò)最后把FactoryIO重新運(yùn)行一遍。90%的問(wèn)題是出在映射表上真不是開(kāi)玩笑有時(shí)候就是少了個(gè)“%”符號(hào)或者I和Q寫(xiě)錯(cuò)了。3. PLC程序設(shè)計(jì)與源碼實(shí)現(xiàn)整套程序的架構(gòu)我的規(guī)劃是OB1主循環(huán) FC功能與FB功能塊 DB數(shù)據(jù)塊結(jié)合。沒(méi)有用到復(fù)雜的中斷和以太網(wǎng)通信指令因?yàn)镕actoryIO場(chǎng)景的信號(hào)是通過(guò)PLCSIM模擬的實(shí)際上就是硬接線邏輯的處理方式。3.1 程序結(jié)構(gòu)怎么劃分最清晰我把程序拆成了四個(gè)塊塊類型作用OB1組織塊主程序循環(huán)調(diào)用下面三個(gè)功能FC1功能手動(dòng)/自動(dòng)切換控制FB1功能塊堆垛機(jī)自動(dòng)尋址核心邏輯DB1全局?jǐn)?shù)據(jù)塊存儲(chǔ)目標(biāo)地址、當(dāng)前位置、任務(wù)狀態(tài)這個(gè)結(jié)構(gòu)的好處是手動(dòng)模式和自動(dòng)模式物理隔離互不干擾。調(diào)試的時(shí)候先用手動(dòng)模式把每個(gè)電機(jī)、每個(gè)限位都驗(yàn)證過(guò)一遍再切自動(dòng)模式出問(wèn)題容易定位。這里要特別說(shuō)一下為什么用FB而不是把所有邏輯堆在一個(gè)OB里。立體倉(cāng)庫(kù)的控制邏輯屬于典型的“復(fù)位-置位-協(xié)同”邏輯需要一個(gè)“狀態(tài)機(jī)”而狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)用FB最直觀FB內(nèi)部可以定義靜態(tài)變量Static比如當(dāng)前狀態(tài)、目標(biāo)列、目標(biāo)層這些變量在FB多次調(diào)用時(shí)不會(huì)丟失。如果用FC你得自己在全局DB里保存狀態(tài)麻煩且容易搞混。3.2 自動(dòng)尋址的核心邏輯列和層分開(kāi)算自動(dòng)尋址是整個(gè)程序中最能體現(xiàn)水平的部分。我用的策略是把“水平行走”和“垂直升降”拆成兩條獨(dú)立的路徑然后通過(guò)狀態(tài)機(jī)分步執(zhí)行。庫(kù)位編碼規(guī)則假設(shè)庫(kù)位編號(hào)為“列-層”比如2-3表示第2列第3層。貨物的目標(biāo)地址不是直接輸入物理坐標(biāo)而是通過(guò)一個(gè)數(shù)字編碼換算。我們列數(shù)共6列層數(shù)共4層那么每一列對(duì)應(yīng)一個(gè)絕對(duì)位置每一層對(duì)應(yīng)一個(gè)絕對(duì)高度。我在DB里建兩個(gè)數(shù)組列位置表ColumnPos[0..5]存每一列對(duì)應(yīng)的水平行走行程時(shí)間或者脈沖計(jì)數(shù)層位置表RowPos[0..3]存每一層對(duì)應(yīng)的升降高度為什么用行程時(shí)間或者脈沖計(jì)數(shù)而不是用絕對(duì)值編碼因?yàn)镕actoryIO里的傳感器只有限位沒(méi)有編碼器反饋我們無(wú)法知道堆垛機(jī)當(dāng)前絕對(duì)位置。為了獲取位置信息最常見(jiàn)的方案有兩個(gè)方案一計(jì)數(shù)脈沖法。在水平行走的電機(jī)上加編碼器每走一段距離發(fā)一個(gè)脈沖PLC通過(guò)高速計(jì)數(shù)器計(jì)算當(dāng)前位置。這個(gè)方案精度高但對(duì)FactoryIO場(chǎng)景配置要求高需要場(chǎng)景支持編碼器輸出。方案二行程時(shí)間估算法。這是FactoryIO場(chǎng)景常用的方案。當(dāng)我們知道從最左限位到最右限位之間電機(jī)需要走多少秒假設(shè)速度恒定就能用“運(yùn)行時(shí)間/比例衰減系數(shù)”來(lái)估當(dāng)前列。比如水平電機(jī)從限位到限位全程要6秒6列貨架均勻分布那么每一列的間隔就是1秒當(dāng)電機(jī)從最左端開(kāi)始行走2秒后就大概到達(dá)第2列。精度勉強(qiáng)夠用但要注意貨叉伸出縮回導(dǎo)致的時(shí)間誤差會(huì)造成累積偏移。我在這里采用的是方案二的改進(jìn)版不依賴時(shí)間累計(jì)而是利用“先回零再尋址”策略。我的做法是執(zhí)行自動(dòng)入庫(kù)任務(wù)前先執(zhí)行“歸零動(dòng)作”。堆垛機(jī)先向左走直到觸發(fā)左限位I0.2再下降直到觸發(fā)下限位I0.5。這時(shí)候堆垛機(jī)必然在左下角也就是第0列第0層。然后根據(jù)目標(biāo)地址是第幾列第幾層控制電機(jī)走對(duì)應(yīng)的列數(shù)再上升對(duì)應(yīng)的層數(shù)。以列為例目標(biāo)列2當(dāng)前位置列0需要向右走的列數(shù) 目標(biāo)列 - 當(dāng)前列 2向右走一列的時(shí)間大約為1秒我設(shè)置一個(gè)定時(shí)器2秒后停止這本質(zhì)上是開(kāi)環(huán)的走步邏輯代碼簡(jiǎn)單但是注意這里的列間隔時(shí)間必須經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)校準(zhǔn)。我在FactoryIO里用秒表功能反復(fù)測(cè)試“從第0列到第1列”的精確時(shí)間然后把這個(gè)時(shí)間寫(xiě)入DB作為基準(zhǔn)時(shí)間。因?yàn)镕actoryIO場(chǎng)景不會(huì)像真實(shí)設(shè)備那樣有磨損和速度波動(dòng)這個(gè)值調(diào)準(zhǔn)后一直都很可靠。層控制同理目標(biāo)層3當(dāng)前層0需要上升的層數(shù)3上升一層的時(shí)間在DB里查表比如1.2秒定時(shí)3.6秒后停止這樣寫(xiě)的好處是即使貨架是6列4層還是8列6層只要修改數(shù)組里的時(shí)間參數(shù)就行邏輯本身不用動(dòng)。后面擴(kuò)展場(chǎng)景時(shí)這個(gè)程序框架可以直接復(fù)用。3.3 小心行走時(shí)間偏差和機(jī)械抖動(dòng)開(kāi)環(huán)方案最大的風(fēng)險(xiǎn)是時(shí)間偏差。FactoryIO場(chǎng)景的物理引擎是實(shí)時(shí)的但如果你電腦卡了一下或者加載了高精度畫(huà)面動(dòng)作時(shí)間會(huì)有幾百毫秒的波動(dòng)。如果偏差累積堆垛機(jī)可能走到兩個(gè)貨架中間位置貨叉伸出就會(huì)頂?shù)截浳飩?cè)面。所以我加了兩層防護(hù)第一層動(dòng)作超時(shí)監(jiān)控。在每次移動(dòng)前我會(huì)計(jì)算預(yù)計(jì)時(shí)間并乘以1.5作為超時(shí)上限。如果超時(shí)還沒(méi)碰到任何限位說(shuō)明位置異常立刻停機(jī)并報(bào)警同時(shí)把當(dāng)前狀態(tài)置為“錯(cuò)誤”需要人工復(fù)位。這一步有效防止了堆垛機(jī)長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)或者程序死循環(huán)。第二層傳感器確認(rèn)等待。移動(dòng)指令結(jié)束后不代表動(dòng)作完成。我要求對(duì)應(yīng)限位信號(hào)如左限位I0.2、右限位I0.3必須在移動(dòng)結(jié)束后1秒內(nèi)觸發(fā)否則同樣報(bào)錯(cuò)。邏輯寫(xiě)法上定時(shí)器驅(qū)動(dòng)一個(gè)“到位檢測(cè)窗口”在窗口內(nèi)如果傳感器沒(méi)動(dòng)作就直接切斷所有輸出。這些防護(hù)邏輯雖然看起來(lái)增加了程序量但能大幅減少調(diào)試時(shí)“設(shè)備撞了”的幾率。在FactoryIO里撞了還好重啟就行如果遷移到真實(shí)設(shè)備上撞機(jī)一次可能就是幾萬(wàn)塊的損失?？汕f(wàn)別省這些安全邏輯。3.4 入庫(kù)與出庫(kù)的完整時(shí)序邏輯入庫(kù)流程的詳細(xì)狀態(tài)機(jī)S0 待機(jī)無(wú)任務(wù)堆垛機(jī)停在安全位置。檢測(cè)到入料口傳感器有貨且目標(biāo)庫(kù)位地址有效觸發(fā)入庫(kù)啟動(dòng)。S1 取貨移動(dòng)堆垛機(jī)從當(dāng)前位置移動(dòng)到入庫(kù)口位置。入庫(kù)口位置是一個(gè)特殊的列-層組合我在DB里定義入庫(kù)取貨層0列位置0最左側(cè)。如果當(dāng)前位置不在該位置先水平移動(dòng)到該列再下降到該層。S2 貨叉伸出取貨貨叉伸出Q0.1置ON等貨叉伸出到位信號(hào)I0.7置ON后停止伸出。S3 貨叉縮回并帶貨貨叉縮回Q0.2置ON等縮回到位信號(hào)I0.6置ON后停止縮回。此時(shí)貨物被堆垛機(jī)帶回。S4 尋址移動(dòng)根據(jù)目標(biāo)地址中的列和層執(zhí)行前面說(shuō)的“先水平移動(dòng)再升降移動(dòng)”的順序。實(shí)際上安全順序是先升到目標(biāo)層再水平移動(dòng)到目標(biāo)列。因?yàn)槿绻人皆偕仙讯鈾C(jī)可能撞到上面幾層伸出的貨物。這個(gè)順序我在調(diào)試時(shí)栽過(guò)跟頭后來(lái)調(diào)整為先升降后水平的順序。S5 推貨入架到達(dá)目標(biāo)庫(kù)位后方貨叉伸出Q0.1置ON等伸出到位信號(hào)然后貨叉縮回Q0.2置ON等縮回到位。此時(shí)貨物已經(jīng)被推入貨架。S6 返回待機(jī)位堆垛機(jī)回零或回到安全位置任務(wù)完成輸出一個(gè)短暫脈沖Q0.7置ON 0.5秒后關(guān)閉表示單次任務(wù)完成。出庫(kù)流程邏輯上就是把入庫(kù)順序鏡像過(guò)來(lái)堆垛機(jī)移動(dòng)到目標(biāo)庫(kù)位貨叉伸出伸到位后縮回此時(shí)貨物被拉出貨架堆垛機(jī)移動(dòng)到出庫(kù)口貨叉伸出伸到位后縮回貨物被推到出庫(kù)輸送帶上出庫(kù)輸送帶電機(jī)啟動(dòng)貨物往外送檢測(cè)到出庫(kù)口傳感器有貨后輸送帶停止如果你仔細(xì)觀察出庫(kù)和入庫(kù)的“移動(dòng)、伸叉、縮回”動(dòng)作幾乎一樣只是“取貨”和“推貨”的時(shí)機(jī)不同所以我在FB里專門(mén)把“伸叉-縮回”封裝成內(nèi)部子程序通過(guò)一個(gè)布爾參數(shù)“取貨/放貨”來(lái)控制。這樣程序量至少減半維護(hù)起來(lái)也舒服。3.5 手動(dòng)模式調(diào)試階段的救命稻草很多初學(xué)者一上來(lái)直接寫(xiě)自動(dòng)邏輯調(diào)試時(shí)點(diǎn)位對(duì)不上兩眼一抹黑。我的習(xí)慣是先把手動(dòng)模式寫(xiě)完整再用自動(dòng)邏輯調(diào)用手動(dòng)邏輯的輸出。手動(dòng)模式的控制邏輯非常簡(jiǎn)單當(dāng)“手動(dòng)/自動(dòng)切換”信號(hào)為手動(dòng)時(shí)禁止自動(dòng)狀態(tài)機(jī)運(yùn)行每個(gè)執(zhí)行器按鈕直接對(duì)應(yīng)一個(gè)Q點(diǎn)輸出互鎖邏輯仍然生效如“水平向左”和“水平向右”不能同時(shí)為ON這個(gè)互鎖邏輯我建議寫(xiě)在輸出端而不僅僅在按鈕端。即使自動(dòng)模式誤發(fā)指令輸出互鎖也能兜底。這是PLC編程里的黃金法則。4. 實(shí)操過(guò)程從零搭通這套系統(tǒng)4.1 環(huán)境安裝與兼容性處理我安裝的是FactoryIO 2.5版本TIA Portal用V16或者V17都可以。這里要重點(diǎn)說(shuō)一個(gè)很多人在Win10上踩坑的問(wèn)題FactoryIO 2.5在Win10上啟動(dòng)后立刻退出閃退無(wú)任何提示。這個(gè)問(wèn)題我在一開(kāi)始也碰到過(guò)后來(lái)研究了幾天才定位清楚。常見(jiàn)原因和解決方案如下原因一Windows賬號(hào)權(quán)限不足。FactoryIO啟動(dòng)時(shí)需要寫(xiě)入注冊(cè)表項(xiàng)和創(chuàng)建本地?cái)?shù)據(jù)文件夾如果當(dāng)前用戶標(biāo)準(zhǔn)權(quán)限受限程序初始化失敗就會(huì)閃退。解決辦法很簡(jiǎn)單右鍵FactoryIO快捷方式選擇“以管理員身份運(yùn)行”。同時(shí)建議把安裝目錄的屬性里設(shè)置“對(duì)所以用戶開(kāi)放讀寫(xiě)權(quán)限”。原因二顯卡驅(qū)動(dòng)兼容性問(wèn)題。FactoryIO底層用的是OpenGL渲染一些老顯卡或者Intel核顯的驅(qū)動(dòng)更新不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致初始化失敗。我就遇到過(guò)Intel HD Graphics 620核顯的筆記本直接閃退后來(lái)更新了Intel顯卡驅(qū)動(dòng)到最新版本才正常。還有一臺(tái)電腦是NVIDIA顯卡但是驅(qū)動(dòng)版本過(guò)老也會(huì)閃退。所以先說(shuō)結(jié)論把顯卡驅(qū)動(dòng)更新到最新穩(wěn)定版試一下能否解決。原因三缺少M(fèi)icrosoft Visual C運(yùn)行庫(kù)。FactoryIO依賴VC運(yùn)行庫(kù)比如VC2015、VC2017。如果你系統(tǒng)是精簡(jiǎn)版Ghost Win10可能缺失這些組件啟動(dòng)時(shí)缺少DLL直接退出。解決辦法是安裝微軟常用運(yùn)行庫(kù)合集或者單獨(dú)安裝VC 2015-2019 x64和x86兩個(gè)版本。原因四用戶名或安裝路徑包含中文字符。FactoryIO對(duì)路徑編碼比較敏感如果系統(tǒng)用戶名是“張三”或者安裝目錄是“D:\軟件\FactoryIO”啟動(dòng)就會(huì)因?yàn)檎也坏脚渲梦募W退。解決辦法是新建一個(gè)英文名Windows賬戶或者把FactoryIO安裝到純英文路徑下比如C:\FactoryIO。原因五防火墻攔截。FactoryIO首次啟動(dòng)時(shí)需要聯(lián)網(wǎng)校驗(yàn)授權(quán)如果你的防火墻沒(méi)有給FactoryIO放行它連接外部服務(wù)器失敗后部分版本會(huì)自動(dòng)退出。解決辦法是在防火墻入站規(guī)則中放行FactoryIO或者臨時(shí)關(guān)閉防火墻測(cè)試是否解決。如果你排查完了以上五點(diǎn)還是閃退那就可能是系統(tǒng)本身缺組件或者被殺軟清理了文件。我的終極方案是先以管理員身份運(yùn)行還不行就直接換一臺(tái)干凈的Win10環(huán)境重裝FactoryIO最省時(shí)間。有時(shí)候沒(méi)必要在一個(gè)環(huán)境上死磕。4.2 聯(lián)調(diào)步驟先手動(dòng)再自動(dòng)化整個(gè)聯(lián)調(diào)順序我強(qiáng)烈建議按照下面這個(gè)流程來(lái)能省掉大量定位問(wèn)題的時(shí)間第一步TIA編程基本功檢查。在TIA中編寫(xiě)一個(gè)最簡(jiǎn)單的程序比如把I0.0直接接一個(gè)M0.0再讓它驅(qū)動(dòng)Q0.0。下載到PLCSIM強(qiáng)制I0.0為T(mén)RUE觀察Q0.0是否變化。這個(gè)步驟目的是確認(rèn)PLCSIM本身工作正常。第二步FactoryIO與PLCSIM通信測(cè)試。在FactoryIO中打開(kāi)立體倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)景設(shè)置PLC驅(qū)動(dòng)為Siemens S7-PLCSIM映射好IO地址點(diǎn)擊仿真運(yùn)行。此時(shí)在FactoryIO里按下限位傳感器鼠標(biāo)點(diǎn)擊傳感器圖標(biāo)觀察TIA中變量表里的I0.2是否變?yōu)門(mén)RUE。如果I點(diǎn)能實(shí)時(shí)變化說(shuō)明通信鏈路是通的。第三步手動(dòng)模式點(diǎn)動(dòng)測(cè)試。下載完整的手動(dòng)控制程序在FactoryIO的虛擬環(huán)境中逐個(gè)測(cè)試Q0.0~Q0.7對(duì)應(yīng)的執(zhí)行器動(dòng)作。比如點(diǎn)擊“升降臺(tái)上升”按鈕觀察FactoryIO中升降臺(tái)是否真的上升同時(shí)看升降臺(tái)頂部觸碰上限位時(shí)是不是會(huì)停止。這一步要反復(fù)驗(yàn)證每個(gè)限位的觸發(fā)位置和釋放位置并記錄“從下限位上升到上限位的總時(shí)間”這個(gè)數(shù)據(jù)后面校準(zhǔn)自動(dòng)尋址時(shí)要用。第四步單步入庫(kù)測(cè)試。切換到自動(dòng)模式在HMI或變量表中指定目標(biāo)庫(kù)位比如1-1啟動(dòng)入庫(kù)按鈕。觀察堆垛機(jī)是否依次執(zhí)行歸零-移動(dòng)到入庫(kù)口-伸叉取貨-縮回-升降到目標(biāo)層-水平移動(dòng)到目標(biāo)列-伸叉推貨-縮回-歸零。第五步連續(xù)出入庫(kù)測(cè)試。連續(xù)入庫(kù)多個(gè)貨物到不同庫(kù)位再依次出庫(kù)檢查貨物是否有碰撞、堆垛機(jī)行走是否有越位、傳感器信號(hào)是否穩(wěn)定。如果碰到位置偏移就需要回Step 3重新校準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)。我自己的習(xí)慣是每完成一個(gè)步驟就保存一次項(xiàng)目方便快速回退。因?yàn)镕actoryIO場(chǎng)景配置和TIA程序是兩套系統(tǒng)出問(wèn)題了要排查的環(huán)節(jié)多能隨時(shí)回退能省很多時(shí)間。4.3 源碼中的幾個(gè)復(fù)用寫(xiě)法在寫(xiě)源碼的過(guò)程中有幾個(gè)寫(xiě)法我特別想拿出來(lái)分享一下都是實(shí)戰(zhàn)中驗(yàn)證過(guò)好用的。寫(xiě)法一定時(shí)器-限位雙確認(rèn)法。不再說(shuō)純靠時(shí)間到了就走而是走之前先確認(rèn)“前一個(gè)動(dòng)作的完成信號(hào)”走完之后再確認(rèn)“本次動(dòng)作的到位信號(hào)”。由于PLCSIM的定時(shí)器和真實(shí)PLC一樣有掃描周期問(wèn)題靠定時(shí)器關(guān)斷有時(shí)會(huì)提前或滯后所以我的做法是IF (#步進(jìn) 1) THEN // 發(fā)出行走指令 #行走輸出 : TRUE; // 啟動(dòng)行走超時(shí)定時(shí)器 #行走超時(shí)定時(shí)器(IN : TRUE, PT : T#5S); END_IF; // 如果在5秒內(nèi)未收到右限位信號(hào)則報(bào)警 IF (#行走超時(shí)定時(shí)器.Q TRUE) AND (#水平右限位_I0.3 FALSE) THEN #報(bào)警輸出 : TRUE; #行走輸出 : FALSE; END_IF; // 如果收到右限位信號(hào)則關(guān)閉行走輸出進(jìn)入下一步 IF (#水平右限位_I0.3 TRUE) THEN #行走輸出 : FALSE; #步進(jìn) : 2; END_IF;寫(xiě)法二用數(shù)組循環(huán)代替連續(xù)IF判斷。多個(gè)庫(kù)位狀態(tài)判斷如果用IF ELSEIF寫(xiě)會(huì)寫(xiě)得又臭又長(zhǎng)。我直接建了一個(gè)數(shù)組// 定義在DB中 // 庫(kù)位狀態(tài): 0-空1-占用 // 庫(kù)位狀態(tài)[0..23] 庫(kù)位狀態(tài): ARRAY[0..23] OF BOOL;查詢第一個(gè)空庫(kù)位或者判斷目標(biāo)庫(kù)位是否有貨用FOR循環(huán)掃描數(shù)組效率高而且邏輯直觀// 找到第一個(gè)空庫(kù)位 #第一個(gè)空庫(kù)位 : -1; FOR #i : 0 TO 23 DO IF #庫(kù)位狀態(tài)[#i] FALSE THEN #第一個(gè)空庫(kù)位 : #i; EXIT; END_IF; END_FOR;寫(xiě)法三SCL語(yǔ)言寫(xiě)狀態(tài)機(jī)明顯比LAD好用。TIA Portal V16以上SCL支持很好我習(xí)慣用SCL寫(xiě)FB用LAD寫(xiě)主程序結(jié)合起來(lái)效果最好。特別是狀態(tài)機(jī)帶步進(jìn)計(jì)數(shù)器時(shí)SCL的CASE語(yǔ)句天然適合CASE #步進(jìn) OF 0: // 待機(jī) 1: // 取貨移動(dòng) 2: // 伸叉 3: // 縮回 // ... END_CASE;用SCL寫(xiě)邏輯確實(shí)比梯形圖快得多但這個(gè)要看個(gè)人習(xí)慣。如果你習(xí)慣梯形圖邏輯不復(fù)雜也完全可以做只是狀態(tài)一多梯形圖會(huì)顯得很亂。5. 常見(jiàn)問(wèn)題與排查技巧實(shí)錄5.1 常見(jiàn)問(wèn)題速查表我在聯(lián)調(diào)過(guò)程中遇到過(guò)不少問(wèn)題挑典型的整理成表現(xiàn)象可能原因解決方法FactoryIO啟動(dòng)后立刻退出權(quán)限不足/顯卡驅(qū)動(dòng)舊/缺運(yùn)行庫(kù)管理員身份運(yùn)行更新顯卡驅(qū)動(dòng)安裝VC運(yùn)行庫(kù)FactoryIO與PLCSIM連接不上PLCSIM實(shí)例不對(duì)/映射表未設(shè)置只保留一個(gè)TIA項(xiàng)目并重新下載檢查映射表FactoryIO中傳感器信號(hào)一直為0驅(qū)動(dòng)設(shè)置成斷開(kāi)/映射地址填錯(cuò)在驅(qū)動(dòng)設(shè)置里確認(rèn)選擇Siemens S7-PLCSIM并填對(duì)I/O地址堆垛機(jī)水平走位不準(zhǔn)貨叉推空行走時(shí)間基準(zhǔn)不準(zhǔn)用秒表實(shí)測(cè)每一列準(zhǔn)確時(shí)間并修正DB參數(shù)自動(dòng)流程中途停住不再動(dòng)作步進(jìn)缺少完成條件導(dǎo)致卡住檢查每一步的完成信號(hào)特別是限位傳感器是否觸發(fā)取貨后貨物在貨叉上抖動(dòng)貨叉伸出/縮回速度設(shè)置太快貨物重心不穩(wěn)降低FactoryIO場(chǎng)景中執(zhí)行器的速度參數(shù)或增加等待穩(wěn)定時(shí)間手動(dòng)模式能動(dòng)作但自動(dòng)模式不動(dòng)切換信號(hào)未生效/自動(dòng)狀態(tài)機(jī)初始化失敗檢查切換開(kāi)關(guān)信號(hào)是否進(jìn)入FB上電時(shí)對(duì)狀態(tài)機(jī)執(zhí)行一次復(fù)位5.2 最容易踩的坑位置基準(zhǔn)失效我在前面說(shuō)過(guò)開(kāi)環(huán)走步是靠時(shí)間估算的但它有一個(gè)致命前提每次動(dòng)作前堆垛機(jī)必須處在“已知位置”。如果程序某個(gè)環(huán)節(jié)因?yàn)閭鞲衅鞫秳?dòng)或者指令延遲導(dǎo)致堆垛機(jī)停在未知位置后續(xù)所有時(shí)間估算都會(huì)錯(cuò)。所以我的程序里每次自動(dòng)任務(wù)啟動(dòng)前都會(huì)強(qiáng)制“歸零”如果水平位置未知先讓堆垛機(jī)向左走直到左限位I0.2觸發(fā)再停然后讓升降臺(tái)下降直到下限位I0.5觸發(fā)再停歸零后當(dāng)前位置就是確定地0列0層再執(zhí)行任務(wù)就不會(huì)漂移。這里有個(gè)細(xì)節(jié)歸零時(shí)不要同時(shí)讓水平行走和升降下降動(dòng)作應(yīng)先一個(gè)方向歸零完成后再做另一個(gè)。如果同時(shí)走兩個(gè)方向都可能因?yàn)橥瑫r(shí)碰到限位而漏判。順序不重要但一定要一個(gè)一個(gè)來(lái)。5.3 聯(lián)調(diào)中最容易忽略的傳感器去抖FactoryIO雖然是仿真但傳感器信號(hào)依然可能出現(xiàn)瞬時(shí)抖動(dòng)特別是貨叉伸到位、縮回到位這種機(jī)械觸點(diǎn)類的傳感器。在編寫(xiě)邏輯時(shí)如果沒(méi)有做“信號(hào)去抖”程序可能誤判動(dòng)作完成導(dǎo)致步進(jìn)提前或卡住。我的去抖方法是在每個(gè)傳感器信號(hào)前加一個(gè)去抖定時(shí)器// 使用定時(shí)器做信號(hào)去抖避免抖動(dòng)導(dǎo)致誤判 #去抖定時(shí)器(IN : #水平右限位_I0.3, PT : T#50MS); IF #去抖定時(shí)器.Q THEN #水平右限位_確認(rèn) : TRUE; ELSE #水平右限位_確認(rèn) : FALSE; END_IF;然后在主邏輯中所有判斷都使用“確認(rèn)”信號(hào)而不是原始傳感器信號(hào)。這樣能有效避免因信號(hào)抖動(dòng)造成的誤動(dòng)作。5.4 關(guān)于FactoryIO場(chǎng)景參數(shù)的微調(diào)FactoryIO場(chǎng)景里各執(zhí)行器的參數(shù)可以調(diào)整我一般在場(chǎng)景編輯器中檢查以下兩個(gè)參數(shù)第一個(gè)是執(zhí)行器的最大速度比例。如果速度太快比如升降臺(tái)上升速度接近1m/s那么短時(shí)間內(nèi)升降臺(tái)走完一層可能不到0.5秒時(shí)間估算誤差會(huì)很敏感。我通常把速度調(diào)到0.5m/s左右這樣每層行走時(shí)間至少1秒以上時(shí)間參數(shù)容錯(cuò)性更好。第二個(gè)是傳感器的響應(yīng)時(shí)間。FactoryIO默認(rèn)傳感器響應(yīng)很快但在某些場(chǎng)景中傳感器有延遲響應(yīng)設(shè)置如果延遲時(shí)間長(zhǎng)可能導(dǎo)致PLC判斷到位后傳感器還沒(méi)翻轉(zhuǎn)進(jìn)而失去同步。我一般在場(chǎng)景編輯器里把響應(yīng)時(shí)間調(diào)到最小。這些調(diào)參都屬于“經(jīng)驗(yàn)參數(shù)”沒(méi)有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試時(shí)根據(jù)實(shí)際效果調(diào)整即可。6. 這套方案能往哪里擴(kuò)展這個(gè)項(xiàng)目本身是一個(gè)很標(biāo)準(zhǔn)的虛擬調(diào)試入門(mén)項(xiàng)目做完之后真正值錢(qián)的是這套思路稍微改改就能遷移到其他應(yīng)用場(chǎng)景。最直接的擴(kuò)展方向是多任務(wù)系統(tǒng)。目前我實(shí)現(xiàn)的是單任務(wù)一個(gè)入庫(kù)任務(wù)執(zhí)行完才執(zhí)行下一個(gè)。你可以在這個(gè)基礎(chǔ)上加一個(gè)任務(wù)隊(duì)列比如同時(shí)有5個(gè)入庫(kù)任務(wù)和3個(gè)出庫(kù)任務(wù)然后寫(xiě)一個(gè)調(diào)度算法決定哪個(gè)優(yōu)先。這個(gè)在真實(shí)WMS系統(tǒng)中就是倉(cāng)儲(chǔ)調(diào)度的雛形。第二個(gè)方向是把硬件在環(huán)跑起來(lái)。把S7-1200真實(shí)PLC和FactoryIO連接用真正的實(shí)體PLC跑程序FactoryIO提供虛擬場(chǎng)景這就是半實(shí)物仿真。這種方式可以驗(yàn)證PLC硬件本身的問(wèn)題也能讓學(xué)員感受真實(shí)PLC的IO掃描和通信延遲。做法和PLCSIM類似只需要在FactoryIO驅(qū)動(dòng)里換成Siemens S7-1500或S7-1200的真實(shí)TCP/IP驅(qū)動(dòng)然后把TIA項(xiàng)目下載到真實(shí)PLC里就行。注意IP地址和網(wǎng)線連接要正確。第三個(gè)方向是上位機(jī)監(jiān)控和MES集成。用C#或者Python寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的上位機(jī)界面通過(guò)S7協(xié)議直接讀取PLC里的庫(kù)位狀態(tài)顯示倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)填充率、任務(wù)執(zhí)行進(jìn)度甚至可以下發(fā)任務(wù)到PLC。這個(gè)方向做好了整個(gè)系統(tǒng)的商業(yè)價(jià)值就完全不一樣了。我個(gè)人比較推薦做完基礎(chǔ)版后至少嘗試一下第二個(gè)方向連接真實(shí)PLC跑一遍半實(shí)物仿真你會(huì)對(duì)“虛擬調(diào)試”和“實(shí)物調(diào)試”之間的差距有很直觀的認(rèn)識(shí)。真實(shí)PLC的響應(yīng)速度、限位信號(hào)抖動(dòng)、通信延時(shí)這些在純仿真里感受不到的細(xì)節(jié)都會(huì)暴露出來(lái)。而提前暴露這些問(wèn)題就是做這個(gè)項(xiàng)目最大的收獲。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取