基于S7200 PLC控制的小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)

1、基于s7-200 plc控制的小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì) xx大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文任務(wù)書課題名稱基于s7-200 plc控制的小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)學(xué) 院電氣信息學(xué)院專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化084班姓 名xx學(xué) 號(hào)089064444畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的主要內(nèi)容及要求:(1)了解自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成及基本功能,熟悉plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟。(2)結(jié)合相關(guān)資料設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖; 本課題所設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)具有以下功能: 1、堆垛機(jī)(機(jī)械手)要有三個(gè)自由度,即:前進(jìn)、后退;上、下;左、右 2、堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 3、堆垛機(jī)前進(jìn)(或后退)運(yùn)動(dòng)和上(或下)運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行 4、堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有

2、超限位保護(hù) 5、每個(gè)倉(cāng)位必須有檢測(cè)裝置(微動(dòng)開(kāi)關(guān)),當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào) 6、當(dāng)按完倉(cāng)位號(hào)后,沒(méi)按入或取前,可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作 7、整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕,以防發(fā)生意外起止時(shí)間:2012年2月21日至2012年6月5日共15周指 導(dǎo) 教 師簽字系 主 任簽 字院長(zhǎng)簽字摘 要 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個(gè)重要組成部分,是一種多層存放貨物的高架倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng),由自動(dòng)控制與管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機(jī)、自動(dòng)入庫(kù)、自動(dòng)出庫(kù)、計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。它具有節(jié)約用地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、消除差錯(cuò)、提高倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲(chǔ)運(yùn)

3、損耗、有效地減少流動(dòng)資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。如今我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)必然會(huì)在各行各業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 本課題的電氣控制主要由西門子公司的plc、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等器件組成。本文首先對(duì)本課題進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹,包括背景,研究意義,現(xiàn)狀等;其次對(duì)該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了闡述和分析;再次對(duì)本系統(tǒng)用到的器件分別進(jìn)行介紹,重點(diǎn)對(duì)plc程序進(jìn)行了編寫;最后對(duì)設(shè)計(jì)本課題所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行歸納和總結(jié)。關(guān)鍵字:立體倉(cāng)庫(kù) 可編程控制器(plc) 西門子s7-200 abstract the automated warehouse is one of

4、the important parts in modern logistics. its a multi-layer overhead warehouse system to store goods. by the automatic control and management system, high shelf, roadway stacker, automatic storage, automatic library, computer control systems, and other auxiliary equipment, it has a land conservation,

5、 and reduce labor intensity and eliminate errors, improve the level of warehouse automation and management level, to improve the quality of management and operations staff, reduce outages, and effective in reducing the backlog of liquidity and improve logistics efficiency and many other advantages.

6、today, with the rapid development of chinas national economy, the automated warehouse will inevitably application in all walks of life. the subject is mainly made of siemens plc, stepper motor drives, stepper motors, direct current motor other devices. first, a brief introduction to the topic, inclu

7、ding background, significance, status; second, the system hardware, the structure, principles are described and analyzed; third, the devices that are used in this system were introduced, focusing on the preparation of plc program; finally, the knowledge learned and conclusions on the topic are summa

8、rized.keywords : stereoscopic warehouse programmable controller siemens s7-200目 錄第1章 緒論11.1 本課題設(shè)計(jì)的背景11.2 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容11.3 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義21.4 小結(jié)2第2章.系統(tǒng)控制方案的確定32.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的簡(jiǎn)介32.2 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的功能32.3 采用 plc 控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)52.4 立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)參數(shù)的確定52.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟52.6 小結(jié)6第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73.2可編程控制器的選型73.2.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)73.2.2可編程控制

9、器(plc)的特點(diǎn)83.2.3控制功能的選擇83.2.4 plc 機(jī)型的選擇83.3步進(jìn)電機(jī)的選擇93.3.1步進(jìn)電機(jī)的介紹93.3.2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)103.3.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理103.3.4步進(jìn)電機(jī)的控制123.3.5步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)143.3.6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成143.3.7步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算153.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇173.5傳感器的選擇193.6微動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇203.7并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源203.8 plc輸入輸出分配表213.9 電氣原理圖的設(shè)計(jì)223.10 小結(jié)22第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)234.1編程語(yǔ)言的介紹234.2系統(tǒng)流程圖244.3主要程序的設(shè)計(jì)254.4小結(jié)

10、30結(jié)論31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄a梯形圖設(shè)計(jì)34第1章 緒 論1.1本課題設(shè)計(jì)的背景 立體倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。50年代初,美國(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù);50年代末60年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉(cāng)庫(kù);1963年美國(guó)率先在高架倉(cāng)庫(kù)中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù),建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉(cāng)庫(kù)。此后,自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在美國(guó)和歐洲得到迅速發(fā)展,并形成了專門的學(xué)科。60年代中期,日本開(kāi)始興建立體倉(cāng)庫(kù),并且發(fā)展速度越來(lái)越快,成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)最多的國(guó)家之一。 我國(guó)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開(kāi)始并不晚,1963年研制成第一臺(tái)橋式堆

11、垛起重機(jī)(機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所),1973年開(kāi)始研制我國(guó)第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)(高15米,機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)),該庫(kù)1980年投入運(yùn)行。到2003年為止,我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)數(shù)量已超過(guò)200座。立體倉(cāng)庫(kù)由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn),已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù),越來(lái)越受到企業(yè)的重視。 本論文主要是基于plc所設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)電氣控制系統(tǒng)。下面簡(jiǎn)單闡述plc的發(fā)展背景。1968年美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新,提出把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器-接觸器控制

12、系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到一起,做成了一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置,并把其編程方法及程序輸入方法簡(jiǎn)化,使不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能夠快速掌握其使用技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想,美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司于1969年率先研制出第一臺(tái)可編程控制器簡(jiǎn)稱plc,并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得成功。由于plc的可靠性高,操作簡(jiǎn)單,可以大大減少設(shè)備的維修和停產(chǎn)所造成的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前plc已經(jīng)成為了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心 控制裝置。1985 年國(guó)際電工委員會(huì)(iec)對(duì)plc的定義如下:“可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng),是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器,它采用了可以

13、編程的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程1?！币虼?進(jìn)行立體倉(cāng)庫(kù)的plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),可以推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展,擴(kuò)大plc在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用,具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。 1.2 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)用西門子s7-200系列的控制器作為控制核心,實(shí)現(xiàn)一個(gè)十二倉(cāng)位的立體倉(cāng)庫(kù)的入庫(kù)出庫(kù)功能。立體倉(cāng)庫(kù)主體有底盤、四層十二倉(cāng)位庫(kù)體、運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控制等四部分組成。電氣控制部分由西門子生產(chǎn)的s7-200型的可編程控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、各種位置電磁傳感器和一些低壓電器元件組成。s7-200型

14、可編程控制器作為控制核心,采集輸入端口信號(hào)后完成各種邏輯控制和數(shù)據(jù)的運(yùn)算,然后通過(guò)輸出端口完成電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和各種信號(hào)的現(xiàn)實(shí)。該系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式,通過(guò)鍵盤可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。 1.3 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在各行各業(yè)得到而來(lái)廣泛的應(yīng)用,進(jìn)行plc立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)對(duì)于節(jié)約土地資源,節(jié)省勞動(dòng)力方面都有著不可代替的作用。plc作為工業(yè)自動(dòng)化三大支柱的重要一部分,因?yàn)槠淇煽啃愿?、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)安裝容易等特點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域。plc控制系統(tǒng)可以很好的完成立體倉(cāng)庫(kù)的控制有助于其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此,進(jìn)行立體倉(cāng)庫(kù)的plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),可以推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)

15、展,擴(kuò)大plc在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用,具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。 1.4 小結(jié)本章以課題設(shè)計(jì)為中心,分別介紹了課題設(shè)計(jì)的背景、內(nèi)容、目的和意義。立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展速度越來(lái)越快,采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn),已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù),越來(lái)越受到企業(yè)的重視。plc憑借著其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便、設(shè)計(jì)安裝容易等特點(diǎn)能很好的完成立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 第2章.系統(tǒng)控制方案的確定2.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的簡(jiǎn)介 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是機(jī)械和電氣、強(qiáng)電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。它主要由貨物儲(chǔ)存系統(tǒng)、貨物存取和傳送系統(tǒng)、控制和管理等三大系統(tǒng)所組成。貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)由立體

16、貨架的貨格托盤或貨箱組成,貨架按照排、列、層組合而成立體倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存系統(tǒng);貨物存取和傳送系統(tǒng)承擔(dān)貨物存取、出入倉(cāng)庫(kù)的功能,它由有軌或無(wú)軌堆垛機(jī)、出入庫(kù)輸送機(jī)、裝卸機(jī)械等組成;自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)視情況不同采取不同的控制方式:有的倉(cāng)庫(kù)只采取對(duì)存取堆垛機(jī)、出入庫(kù)輸送機(jī)的單臺(tái) plc 控制,機(jī)與機(jī)無(wú)聯(lián)系;有的倉(cāng)庫(kù)對(duì)各單臺(tái)機(jī)械進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制。更高級(jí)的自動(dòng)化立 體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)采用集中控制、分離式控制和分布式控制,即由管理計(jì)算機(jī)、中央控制計(jì)算機(jī)和堆垛機(jī)、出入庫(kù)輸送等直接控制的可編程序控制器組成控制系統(tǒng)。 2.2 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的功能 圖2-1 立體倉(cāng)庫(kù)模型圖 在此設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)需要滿足一下功能: (1)堆垛機(jī)(機(jī)械手

17、)要有三個(gè)自由度,即:前進(jìn)、后退;上、下;左、右; (2)堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng); (3)堆垛機(jī)前進(jìn)(或后退)運(yùn)動(dòng)和上(或下)運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行; (4)堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù); (5)每個(gè)倉(cāng)位必須有檢測(cè)裝置(微動(dòng)開(kāi)關(guān)),當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào); (6)當(dāng)按完倉(cāng)位號(hào)后,沒(méi)按入或取前,可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作。 (7)整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕,以防發(fā)生意外。 系統(tǒng)控制面板如下圖2-2所示: 圖 2-2 控制面板 因此本課題設(shè)計(jì)的具體控制功能如下: (1)將選擇開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置,通電狀態(tài)下,各機(jī)構(gòu)復(fù)位,即返回零位。立體倉(cāng)庫(kù)坐標(biāo)定位以零位開(kāi)始。 (2)當(dāng)送貨的

18、時(shí)候,選擇欲送貨物的倉(cāng)位號(hào),按動(dòng)倉(cāng)位號(hào)對(duì)應(yīng)的按鈕,控制面板數(shù)碼管顯示倉(cāng)位號(hào)。按送貨按鈕后,貨物自動(dòng)送入指定的倉(cāng)位號(hào)對(duì)應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)位里。若被指定的倉(cāng)位號(hào)里有貨物,則送貨命令不被執(zhí)行。送貨完成后,小車自動(dòng)返回原來(lái)的位置。 (3)當(dāng)取貨的時(shí)候,選擇欲取貨物的倉(cāng)位號(hào)后,按動(dòng)取貨按鈕后,在控制面板的數(shù)碼管里顯示出來(lái),堆垛機(jī)可以自動(dòng)將貨物取出。如果小車?yán)镉胸浳?則取貨命令不被執(zhí)行。 (4)取貨和送貨指令完成后,機(jī)構(gòu)自動(dòng)返回原來(lái)位置。 (5) 整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕,以防發(fā)生意外。 2.3 采用 plc 控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) plc 的應(yīng)用非常廣泛,按plc編程功能可分為 4 大類2:開(kāi)關(guān)量順序控制、通

19、信功能、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制。plc的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,更改容易,施工周期短;系統(tǒng)維護(hù)容易。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù),少不了自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng),只有使用強(qiáng)大的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)才能使得倉(cāng)庫(kù)管理和業(yè)務(wù)流程上一個(gè)臺(tái)階,才能將先進(jìn)的硬件設(shè)備發(fā)揮作用、 產(chǎn)生效益,針對(duì)這一倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng),我選擇了plc。選擇 plc是因?yàn)樗姆€(wěn)定性比單純的使用單片機(jī)要穩(wěn)定的多,所能實(shí)現(xiàn)的功能也強(qiáng)大的多?？偟膩?lái)看,基于plc的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可以總結(jié)為如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):低成本、范圍廣、高速、便捷、永遠(yuǎn)在線、結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)字化等。 2.4立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)參數(shù)的確定 表2-3立體倉(cāng)庫(kù)具體參數(shù): 出

20、/入貨柜臺(tái)最重物品 20kg 每個(gè)倉(cāng)位的高度 4.5cm 倉(cāng)位的上下距離 0.5cm 倉(cāng)位的平行距 0.5cm 倉(cāng)位的體積 4 m3 可編程控制器(plc)電源 24v dc 堆垛機(jī)電源 220v ac,50hz 2.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 在立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要要考慮以下幾點(diǎn): (1)深入了解和分析立體倉(cāng)庫(kù)的工藝條件和控制要求。 (2)確定i/o設(shè)備。根據(jù)立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的功能要求,確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。 (3)根據(jù)i/o點(diǎn)數(shù)選擇合適的plc類型。 (4)分配i/o點(diǎn),分配plc的輸入輸出點(diǎn),編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。 (5)設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的梯形圖

21、程序,根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序,這是整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 (6)將程序輸入plc進(jìn)行軟件測(cè)試,查找錯(cuò)誤,使系統(tǒng)程序更加完善。 (7)立體倉(cāng)庫(kù)整體調(diào)試,在plc軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后,就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試,調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要逐一排除,直至調(diào)試成功。 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟,如圖2-4所示: 圖2-4 課題設(shè)計(jì)步驟2.6小結(jié) 本章圍繞系統(tǒng)方案的確定,首先對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是機(jī)械和電氣、強(qiáng)電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。主要由貨物儲(chǔ)存系統(tǒng)、貨物存取和傳送系統(tǒng)、控制和管理等三大系統(tǒng)所組成。其次闡述了本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)

22、現(xiàn)的功能與總體的控制步驟。第三節(jié)講述了plc的優(yōu)點(diǎn)和選擇plc進(jìn)行控制的原因。最后確定了立體倉(cāng)庫(kù)的具體參數(shù),并詳細(xì)介紹了本課題設(shè)計(jì)的基本步驟。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本課題設(shè)計(jì)采用的是運(yùn)用 plc 控制系統(tǒng)來(lái)控制立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)動(dòng).這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能快速的對(duì)輸入信號(hào)做出反應(yīng)控制立體倉(cāng)庫(kù),而且檢修起來(lái)較為方便?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖 3-1 所示。 圖 3-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2可編程控制器的選型3.2.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)由輸入/輸出模塊、中央處理單元、電源部件和編 程器等組成。plc與計(jì)算機(jī)的基本組成一致,它實(shí)際上就是一種工業(yè)控制計(jì)算器3。 (1)

23、輸入/輸出模塊在plc中,cpu是通過(guò)輸入/輸出模塊與外界連接的。 輸入模塊用于將控制現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)變換成cpu能接收的信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和放大等;輸出模塊用于將 cpu的決策輸出信號(hào)變換成驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào),并對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大、隔離plc內(nèi)部和外部執(zhí)行元件等。 (2)中央處理單元 (3)電源部件中央處理器單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。微處理器 cpu 是plc的核心部件。電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置,它向plc提供所需的高質(zhì)量直流電源。3.2.2可編程控制器(plc)的特點(diǎn) (1)可靠性高,抗干擾強(qiáng)。 (2)功能強(qiáng)大,性價(jià)比高。

24、 (3)編程簡(jiǎn)易,現(xiàn)場(chǎng)可修改。 (4)配套齊全,使用方便。 (5)壽命長(zhǎng),體積小,能耗低。 (6)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少,維修方便。3.2.3控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制的需要,主要介紹以下幾種功能的選擇4。 (1)控制功能 plc主要用于順序邏輯控制,因此,大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制,有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能,提高plc的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。 (2)編程功能 離線編程方式:plc和編程器公用一個(gè)cpu,編程器在編程模式時(shí),

25、cpu只為編程器提供服務(wù),不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后,編程器切換到運(yùn)行模式,cpu對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制,不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本,但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式:cpu和編程器有各自的cpu,主機(jī)cpu負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制,并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī),下一掃描周期,主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高,但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便,在大中型plc中常采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言:順序功能圖(sfc)、梯形圖(ld)、功能模塊圖(fbd)三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表(il)、結(jié)構(gòu)文本(st)兩種文本語(yǔ)言。 (3)診斷功能 plc的診斷功能

26、包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置,軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過(guò)軟件對(duì)plc內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷,通過(guò)軟件對(duì)plc的cpu與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。plc的診斷功能的強(qiáng)弱,直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求,并影響平均維修時(shí)間。3.2.4 plc 機(jī)型的選擇 (1)輸入電源電壓:24vdc 還是 220vac,根據(jù)供電系統(tǒng)電壓來(lái)選擇,一般來(lái)說(shuō),不建議直接從動(dòng)力電源直接取電,最好用隔離變壓器把動(dòng)力電源和控制電源隔離開(kāi)來(lái),同時(shí)做好濾波等抗干擾措施。本設(shè)計(jì)采用 24v 直流電。 (2)輸入輸出點(diǎn)數(shù):所謂的輸入輸出點(diǎn)數(shù)指的是整個(gè)

27、控制系統(tǒng)需要用到的 plc的輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)和輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)然是預(yù)先設(shè)計(jì)好整套系統(tǒng)方案, 然后算出所有的輸入輸出點(diǎn)個(gè)數(shù),如果是第一次設(shè)計(jì)的方案,建議預(yù)留點(diǎn)數(shù)。經(jīng) 過(guò)估算本設(shè)計(jì)中需要輸入端口40個(gè),輸出端口 21個(gè)。 (3)輸出觸點(diǎn)類型:是繼電器輸出類型還是晶體管輸出類型。根據(jù)所控制的 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源電壓及功率來(lái)決定輸出觸點(diǎn)類型,如果系統(tǒng)里有需要用到高速脈沖 輸出控制步進(jìn)電機(jī)或伺服系統(tǒng)時(shí),一定要選擇晶體管輸出類型。本設(shè)計(jì)因?yàn)橛胁?進(jìn)電機(jī)的控制所以選擇晶體管輸出類型。西門子s7系列plc體積小、速度快、 標(biāo)準(zhǔn)化,具有網(wǎng)絡(luò)通信能力,功能更強(qiáng),可靠性更高。s7 系列 plc 產(chǎn)品可分為微型 plc(

28、如 s7-200),小規(guī)模性能要求的 plc(如 s7-300)和中、高性能要求的 plc(如 s7-400)等。s7系列 plc有專門的高速脈沖輸出端,可以方便的完成步進(jìn)電機(jī)的控制。根據(jù)控制功能要求選 擇微型 plc。微型plc s7-200系列可編程控制器主機(jī)分為 10、14、24、40 點(diǎn)四檔,還有各種輸入和輸出擴(kuò)展單元,這樣在增加 i/o 點(diǎn)數(shù)時(shí),不必改變機(jī)型,可以通過(guò)擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn),降低了經(jīng)濟(jì)投入。本課題設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)40個(gè),輸出信號(hào)21個(gè)。所選 i/o 點(diǎn)不得低于61點(diǎn),結(jié)合實(shí)際情況,考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠所選本系統(tǒng)所采用的plc是西門子s7-200 cpu226 dc24

29、v,外加一個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊em2231。 3.3步進(jìn)電機(jī)的選擇3.3.1步進(jìn)電機(jī)的介紹 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移的一種特殊電機(jī)。每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,它的運(yùn)動(dòng)形式是步進(jìn)式的,所以稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。又由于它輸入的是脈沖電流所以也叫脈沖電動(dòng)機(jī)14。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不需要變換的情況下,能直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移,因此它很適合作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件。此外,它還具有一系列的優(yōu)點(diǎn),一是輸出角位移量或線位移量與其輸入的脈沖數(shù)成正比,而轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖的頻率成正比,在負(fù)載能力范圍內(nèi),這些關(guān)系不受電壓的大小、負(fù)載的大小、環(huán)境條件等外界各種因素的干擾。

30、二是它每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù),所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不失步的情況下運(yùn)行,其步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。三是控制性能好,它可以在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中在很寬的范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,并且能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。四是有些型式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在停止供電的狀態(tài)下,還有定位轉(zhuǎn)矩,有些型式在停機(jī)后某些相繞組仍保持通電狀態(tài),具有自鎖能力,不需要機(jī)械制動(dòng)裝置等。當(dāng)采用速度和位置檢測(cè)裝置后,它可構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景,應(yīng)用非常廣泛。如數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、自動(dòng)記錄儀表、遙控裝置和航空系統(tǒng)等等,都大量使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。3.3.2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖3-2為

31、三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的徑向截面圖。定轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊壓而成,定子磁極為凸極式,磁極的極面上開(kāi)有小齒。定子上有三套控制繞組,每一套有兩個(gè)串聯(lián)的集中控制繞組分別繞在徑向相對(duì)的兩個(gè)磁極上。每套繞組叫一相,三相繞組接成星形,所以定子磁極數(shù)通常為相數(shù)的兩倍,即2p2m (p為極對(duì)數(shù),m為相數(shù))。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組,沿圓周也有均勻的小齒,其齒距和定子磁極上小齒的齒距必須相等,而且轉(zhuǎn)子的齒數(shù)有一定的限制。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)便,精度易于保證,步距角可以做得較小,容易得到較高的啟動(dòng)和運(yùn)行頻率。 圖3-2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.3.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理 圖3-3是一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖。定子鐵芯為凸

32、極式,共有三對(duì)(六個(gè))磁極,每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極上繞有一相控制繞組。轉(zhuǎn)子用軟磁性材料制成,也是凸極結(jié)構(gòu),只有四個(gè)齒,齒寬等于定子的極靴寬。下面通過(guò)幾種基本的控制方式來(lái)說(shuō)明其工作原理。 圖3-3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理圖 (1)三相單三拍通電方式 當(dāng)a相控制繞組通電,其余兩相均不通電,電機(jī)內(nèi)建立以定子a相極為軸線的磁場(chǎng)。由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn),使轉(zhuǎn)子齒1、3的軸線與定子a相極軸線對(duì)齊,如圖3-3a所示。若a相控制繞組斷電,b相控制繞組通電時(shí),轉(zhuǎn)子在反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下,逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30,使轉(zhuǎn)子齒2、4的軸線與定子b相極軸線對(duì)齊,即轉(zhuǎn)子走了一步,如圖3-3b所示。若再斷開(kāi)b相使c相控制繞組通電轉(zhuǎn)子

33、又轉(zhuǎn)過(guò)30,使轉(zhuǎn)子齒1、3的軸線與定子c相極軸線對(duì)齊,如圖3-3c所示。如此按a-b-c-a的順序輪流通電,轉(zhuǎn)子就會(huì)一步一步地按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。其轉(zhuǎn)速取決于各相控制繞組通電與斷電的頻率,旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序。若按a-c-b-a的順序通電,則電機(jī)按順時(shí)針?lè)捶较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 上述通電方式稱為三相單三拍運(yùn)行?！叭唷笔侵溉嗖竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)每次只有一相控制繞組通電;控制繞組每改變一次通電方式稱為一拍,“三拍”是指經(jīng)過(guò)三次改變通電方式為一個(gè)循環(huán)。我們稱每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為步距角常用s來(lái)表示,三相單三拍運(yùn)行時(shí)s 30。 (2)三相雙三拍通電方式 控制繞組的通電方式為ab-bc-ca-ab或ab-c

34、a-bc-ab。每拍同時(shí)有兩相繞組通電,三拍為一個(gè)循環(huán)。當(dāng)a、b兩相控制繞組同時(shí)通電時(shí),轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時(shí)考慮到兩對(duì)定子極的作用,只有a相極和b相極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡,才是轉(zhuǎn)子的平衡位置,如圖3-4a所示。若下一拍為b、c兩相同時(shí)通電時(shí),則轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30到達(dá)新的平衡位置,如圖3-4b所示?？梢?jiàn),雙三拍運(yùn)行時(shí)的步距角仍是30。但雙三拍運(yùn)行時(shí),每一拍總有一相繞組持續(xù)通電,例如由a 、b兩相通電變?yōu)閎、c兩相通電時(shí),b相保持持續(xù)通電狀態(tài),c相磁拉力力圖使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),而b相磁拉力卻起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)的作用,即起到一定的電磁阻尼作用,所以電機(jī)工作比較平穩(wěn)。 a b圖3-4

35、三相雙三拍運(yùn)行方式3.3.4步進(jìn)電機(jī)的控制 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量信號(hào),所以被廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。較簡(jiǎn)單的控制電路是利用一些數(shù)字邏輯單元組成,即采用硬件的方式。但要改變系統(tǒng)的控制功能,一般都要重新設(shè)計(jì)硬件電路,靈活性較差。以微型計(jì)算機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制開(kāi)辟了新的途徑,利用計(jì)算機(jī)的軟件或軟、硬件相結(jié)合的方法能使系統(tǒng)的功能大大增強(qiáng),同時(shí)也提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。 以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的數(shù)字控制系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種形式。(1)開(kāi)環(huán)控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)精確位移、精確定位,且無(wú)積累誤差。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)受輸入脈沖控制,其位移量是斷續(xù)的

36、,總的位移量嚴(yán)格等于輸入的指令脈沖數(shù)或其平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于輸入指令脈沖的頻率;若能準(zhǔn)確控制輸入指令脈沖的數(shù)量或頻率,就能夠完成精確的位置或速度控制,無(wú)需系統(tǒng)的反饋,形成所謂的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),由控制器(包括變頻信號(hào)源)、脈沖分配器、驅(qū)動(dòng)電路及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)四部分組成如圖3-5所示。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的精度主要取決于步距角的精度和負(fù)載狀況。 圖3-5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)控制原理框圖 開(kāi)環(huán)控制常常采用加減定位控制方式。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率要比連續(xù)運(yùn)行頻率小,所以開(kāi)環(huán)控制的脈沖指令頻率,只有小于電機(jī)的最大啟動(dòng)頻率,電機(jī)才能成功啟動(dòng)。若電動(dòng)機(jī)的工作頻率總是低于最高啟動(dòng)頻率,當(dāng)然不會(huì)失步,但

37、沒(méi)有充分發(fā)揮電機(jī)的潛力,工作速度太低。為此,常用加減速定位控制。電機(jī)開(kāi)始以低于最高啟動(dòng)頻率的某一頻率啟動(dòng),然后再逐步提高頻率,使電機(jī)逐步加速,到達(dá)最高運(yùn)行頻率,電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)。在到達(dá)終點(diǎn)前,降頻使電機(jī)減速。這樣就可以既快又穩(wěn)地準(zhǔn)確定位,如圖3-6所示。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩受頻率影響較大,所以負(fù)載的加減速控制不能像普通電機(jī)那樣。為了實(shí)現(xiàn)加減速的最佳控制,往往是分段設(shè)計(jì)加速轉(zhuǎn)矩和加速時(shí)間,采用微機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。 由于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不需要反饋元件,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低。因而在數(shù)字控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 圖3-6 加減速定位過(guò)程 (2)閉環(huán)控制系統(tǒng) 在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中,電機(jī)響應(yīng)控制指令后的實(shí)

38、際運(yùn)行情況,控制系統(tǒng)是無(wú)法預(yù)測(cè)和監(jiān)視的。在某些運(yùn)行速度范圍寬、負(fù)載大小變化頻繁的場(chǎng)合,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)很容易失步使整個(gè)系統(tǒng)趨于失控。另外,對(duì)于高精度的控制系統(tǒng),采用開(kāi)環(huán)控制往往滿足不了精度的要求。因此必須在控制回路中增加反饋環(huán)節(jié),構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖3-7所示。與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)相比多了一個(gè)由位置傳感器組成的反饋環(huán)節(jié)。將位置傳感器測(cè)出的負(fù)載實(shí)際位置與位置指令值相比較,用比較信號(hào)進(jìn)行控制,不僅可防止失步,還能夠消除位置誤差提,高系統(tǒng)的精度。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的精度與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有關(guān),但主要是取決于位置傳感器的精度。在數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng)中,為了提高系統(tǒng)的工作速度和穩(wěn)定性,還有速度反饋內(nèi)環(huán)。圖3-7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)原

39、理框圖3.3.5步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) (1)位移與輸入脈沖信號(hào)的信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng),步距誤差不長(zhǎng)期積累,可以組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且具有一定精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),也可以在需要更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 (2)速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。(3)易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速,快速響應(yīng)性能好。(4)具有自鎖的能力。當(dāng)控制脈沖停止輸入且讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時(shí),電機(jī)可以保持在固定的位置上,即停在最后一個(gè)控制脈沖所控制的角位移的終點(diǎn)位置上。所以步進(jìn)電機(jī)具有帶電自鎖能力。 (5)步距角選擇的范圍大,可以在幾十角分至180范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。在小步距情況下,通常可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行,可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載

40、。 (6)電動(dòng)機(jī)本身沒(méi)有電刷、轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組,也不需要位置傳感器,可靠性高。3.3.6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成 與交直流電動(dòng)機(jī)不同,僅僅接上供電電源,步進(jìn)電機(jī)不會(huì)運(yùn)行的。為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī),必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器(在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中采用plc作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制)、一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器,以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),如圖3-8所示。 圖 3-8 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖3.3.7步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算 在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型選擇,其次才是具體的品種選擇,在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中要求

41、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置,確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用2相8拍混合式步進(jìn)電機(jī);在進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的品種選擇時(shí),要綜合考慮速比i、軸向力f、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率,以確定步進(jìn)電機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。 由于我們使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置,已知條件和要求條件為: 移動(dòng)部分總重 外力 磨擦系數(shù) 螺栓機(jī)構(gòu)的效率 螺栓軸徑 螺栓長(zhǎng) 螺距 分辨率 移動(dòng)距離 /步 速度 計(jì)算: 設(shè)擬選用2相、1.8步距角的hb型電動(dòng)機(jī) 速比設(shè)使用直接驅(qū)動(dòng)方式 軸向力 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 螺栓的慣量 移動(dòng)體的慣量 負(fù)載慣量為 根據(jù)以上計(jì)算可以初步選定步進(jìn)電動(dòng)機(jī),其慣量為,空載起動(dòng)頻率 由要求的速度可求出運(yùn)行的

42、頻率: 可知需要加減速的驅(qū)動(dòng)方式。 齒輪比: 換算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 對(duì)首次設(shè)計(jì)的裝置來(lái)講,所選用的電動(dòng)機(jī)通常留有23倍的余量,所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩 根據(jù)以上的計(jì)算,在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2相8拍混合式步進(jìn)電機(jī),它的主要特點(diǎn):體積小,具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率,有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。型號(hào):42byghl01。電氣原理圖如圖3-9所示?？旖泳€插頭:紅色表示a相,藍(lán)色表示b相;如果發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向不對(duì)時(shí)可以將a相或b相中的兩條線對(duì)調(diào)。 圖 3-9步進(jìn)電機(jī)的出線圈 表3.1 步進(jìn)電機(jī)的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角相電流驅(qū)動(dòng)電壓額定轉(zhuǎn)矩重量42bygh1012

43、1.801.7adc24v0.44n?m0.24kg3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇 (1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入輸出信號(hào)介紹 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行需要有電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng),這種裝置就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào),通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角,也就是說(shuō),它把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移。因此,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。 所有型號(hào)驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)都相同,它們是步進(jìn)脈沖信號(hào)cp、方向電平信號(hào)dir、脫機(jī)信號(hào)free(此端為低電平有效時(shí),電動(dòng)機(jī)處于無(wú)轉(zhuǎn)矩狀態(tài);此端為高電平或懸空不接時(shí),此功能無(wú)效,電動(dòng)機(jī)可以正常運(yùn)行)。它們?cè)隍?qū)動(dòng)器內(nèi)部的接口電路都相同

44、如圖3-10所示。該立體倉(cāng)庫(kù)中,由于提供的電平為24v,而輸入部分的電平為5v,所以需要外部另加1.8k的限流電阻。 圖3-10 輸入輸出接口電路 (2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器選擇 我們這里采用sh系列的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,它主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、信號(hào)輸出部分組成。 (3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)和電動(dòng)機(jī)電流設(shè)定 sh系列驅(qū)動(dòng)器是靠驅(qū)動(dòng)器上的撥位開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)的,只需根據(jù)面板上的提示進(jìn)行設(shè)定即可。對(duì)于兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī),細(xì)分后電動(dòng)機(jī)的步距角等于電動(dòng)機(jī)整步步距角除以細(xì)分?jǐn)?shù)。細(xì)分后完全消除了電動(dòng)機(jī)的低頻振蕩,而且提高了電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)的分辨率。所以,采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器只要改變細(xì)分?jǐn)?shù),就能改變步距

45、角。 (4)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器電源接口 對(duì)于超小型驅(qū)動(dòng)器,采用一組dc 2440v供電。因?yàn)閜lc需要采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源供電,所以該立體倉(cāng)庫(kù)中應(yīng)該選用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。 (5)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器選型 我采用sh系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器,型號(hào)為sh-2h057。主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分組成。sh-2h057步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用鑄鋁結(jié)構(gòu),此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動(dòng)器,這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu),本身不帶風(fēng)機(jī),其外殼即為散熱體,所以使用時(shí)要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機(jī)柜內(nèi),接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂,在其旁邊加一個(gè)風(fēng)機(jī)也是一種較好的散熱辦法。此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為:表3-

46、2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器型號(hào) ? 相數(shù) ? 類別細(xì)分?jǐn)?shù)通過(guò)撥位開(kāi)關(guān)設(shè)定 最大相電流開(kāi)關(guān)設(shè)定 工作電源sh-2h057二相或四相混合式二相八拍 3.0a 一組直流dc24v-40v (6)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖見(jiàn)圖3-11 圖3-11 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖 3.5傳感器的選擇 在該立體倉(cāng)庫(kù)中采用歐姆龍ee-spy402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測(cè),它是日本歐姆龍公司的產(chǎn)品,采用能抗周圍外來(lái)光干擾的變調(diào)光式;采用變調(diào)光式,與直流光式比,不易受外來(lái)光干擾的影響;電源電壓為dc5-24v的大量程電壓輸出型;帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識(shí);帶有便于調(diào)整,動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈;反射式

47、傳感器的時(shí)間圖和輸出回路圖如圖3-12所示。 圖3-12 反射式傳感器的時(shí)間圖和輸出回路圖 它有三根連接線紅、藍(lán)、黑,紅色接電源的正極、黑色接電源的負(fù)極、藍(lán)色為輸出信號(hào),當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平,否則為高電平。需要注意檢測(cè)距離不要離傳感器太近,否則傳感器不能動(dòng)作;連接是采用接插件方式,千萬(wàn)不要對(duì)端子讀出頭進(jìn)行焊接。此傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為: 表3-3傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) ee-spy402 形 狀 立式 檢測(cè)方式 反射型 檢測(cè)距離 5mm反射率90? 1515mm 應(yīng)差距離 0.2mm檢測(cè)距離3mm,橫方向 光源發(fā)光波長(zhǎng) gaas紅外發(fā)光二級(jí)管940nm 顯示燈 入光時(shí)燈亮?紅 電

48、源電壓 dc524v10? 脈動(dòng)p-p5?以下 消耗電流 平均值15ma以上50ma以下 控制輸出 npn電壓輸出 負(fù)載電源電壓dc524v 負(fù)載電流80ma以下 殘留電壓1.0以下負(fù)載電流80ma時(shí)? 殘留電壓0.4以下負(fù)載電流10ma時(shí)? 應(yīng)答頻率 100hz 使用環(huán)境照度 受光面照度 白熾燈 太陽(yáng)光:各3,000以下 環(huán)境溫度 動(dòng)作時(shí):-10+55c 保存時(shí)-25+65 c 不 結(jié) 冰 環(huán)境濕度 動(dòng)作時(shí):585?rh 保存時(shí)-595?rh 不結(jié)露 耐久振動(dòng) 1055hz 上下振幅1.5mm xyz各方向2h 耐久沖擊 x、y、z各方向三次 保護(hù)構(gòu)造 iec規(guī)格 ip50 連接方式 接插件

49、式 不可進(jìn)行軟釬焊 質(zhì)量 約2.6 g 外殼材質(zhì) 聚碳酸酯pc3.6微動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇 在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中共有13個(gè)倉(cāng)位(四層十二個(gè)倉(cāng)位加0號(hào)倉(cāng)位)分別采用13只微動(dòng)開(kāi)關(guān)作為貨物檢測(cè),當(dāng)有貨物時(shí)相應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作,其信號(hào)對(duì)應(yīng)plc的輸入點(diǎn)是i22-i36;另外為保險(xiǎn)起見(jiàn),在x軸的左限位和y軸的下限位處還分別加裝了1只微動(dòng)開(kāi)關(guān)作限位保護(hù),以確保立體倉(cāng)庫(kù)在程序出錯(cuò)時(shí)不損壞;微動(dòng)開(kāi)關(guān)原理圖如圖3-13所示。 圖3-13 微動(dòng)開(kāi)關(guān)原理圖3.7并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 并聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出功率大、體積小、重量輕、可靠性高、適應(yīng)變動(dòng)寬范圍的輸入電壓,具有完備的過(guò)電壓過(guò)電流保護(hù)功能,內(nèi)置輸入emi濾波器,具有較高的抗干擾能力。 在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中,考慮到plc和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器都要求dc24v電源,綜合考慮系統(tǒng)的用電量、系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)整性,我們選用并聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。3.8 plc輸入輸出分配表 根據(jù)系統(tǒng)的要求,系統(tǒng)的i/o分配見(jiàn)下表所示 表3-4 plc輸入輸出分配表i0啟 動(dòng)i24檢驗(yàn)2號(hào)倉(cāng)庫(kù)q0前進(jìn)i1手動(dòng)/自動(dòng)i25檢驗(yàn)3號(hào)倉(cāng)庫(kù)q1后 退i2取 出i26檢驗(yàn)4號(hào)倉(cāng)庫(kù)q2向 上i3送 進(jìn)i27檢驗(yàn)5號(hào)倉(cāng)庫(kù)q3向 下i4取 消i30檢驗(yàn)6號(hào)倉(cāng)庫(kù)q4送 進(jìn)i5急