畢業(yè)設(shè)計(jì)基于S7200 PLC控制的小型自動化立體倉庫設(shè)計(jì)

1、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控制的小型自動化立體倉庫設(shè)計(jì)學(xué) 院 電氣信息學(xué)院專業(yè)班級自動化084班姓 名xx學(xué) 號089064444畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容及要求：（1）了解自動化立體倉庫的組成及基本功能，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)立體倉庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 本課題所設(shè)計(jì)的立體倉庫具有以下功能：1、堆垛機(jī)（機(jī)械手）要有三個自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；左、右2、堆垛機(jī)的運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動3、堆垛機(jī)前進(jìn)（或后退）運(yùn)動和上（或下）運(yùn)動可同時進(jìn)行4、堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動時必須有超限位保護(hù)5、每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當(dāng)

2、操作有誤時發(fā)出錯誤報(bào)警信號6、當(dāng)按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作7、整個電氣控制系統(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 長簽 字裝訂線xxxx大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文摘 要自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分,是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，由自動控制與管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機(jī)、自動入庫、自動出庫、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、減輕勞動強(qiáng)度、消除差錯、提高倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲運(yùn)損耗、有效地減少流動資

3、金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。如今我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,自動化立體倉庫必然會在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應(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)動器、步進(jìn)電動機(jī)、直流電動機(jī)等器件組成。本文首先對本課題進(jìn)行簡要的介紹，包括背景，研究意義，現(xiàn)狀等；其次對該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了闡述和分析；再次對本系統(tǒng)用到的器件分別進(jìn)行介紹，重點(diǎn)對plc程序進(jìn)行了編寫；最后對設(shè)計(jì)本課題所學(xué)到的知識進(jìn)行歸納和總結(jié)。關(guān)鍵字：立體倉庫 可編程控制器（plc） 西門子s7-200 abstractthe automated warehouse is one of the important

4、 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, and reduce l

5、abor 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. today, with t

6、he 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, including backgroun

7、d, 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 summarized.keywords

8、 : 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 自動化立體倉庫的簡介32.2 立體倉庫系統(tǒng)的功能32.3 采用 plc 控制立體倉庫的優(yōu)點(diǎn)52.4 立體倉庫技術(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可編程控制器（plc）的特點(diǎn)83.2.

9、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)電動機(jī)驅(qū)動器的選擇173.5傳感器的選擇193.6微動開關(guān)的選擇203.7并聯(lián)型開關(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)30結(jié)論31致謝32參考文獻(xiàn)

10、33附錄a 梯形圖設(shè)計(jì)34iv第1章 緒 論1.1本課題設(shè)計(jì)的背景立體倉庫的產(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，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉庫；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)立體倉庫；1963年美國率先在高架倉庫中采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學(xué)科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。我國對立體倉庫及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機(jī)（機(jī)械部北京起重運(yùn)

11、輸機(jī)械研究所），1973年開始研制我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動化立體倉庫（高15米，機(jī)械部起重所負(fù)責(zé)），該庫1980年投入運(yùn)行。到2003年為止，我國自動化立體倉庫數(shù)量已超過200座。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強(qiáng)的入出庫能力、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)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(yè)的重視。本論文主要是基于plc所設(shè)計(jì)的立體倉庫電氣控制系統(tǒng)。下面簡單闡述plc的發(fā)展背景。1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號不斷更新，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-接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)

12、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，美國數(shù)字設(shè)備公司于1969年率先研制出第一臺可編程控制器(簡稱plc)，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用獲得成功。由于plc的可靠性高，操作簡單，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)成為了電氣自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心 控制裝置。1985 年國際電工委員會（iec）對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，它采用了可以編程的存儲器，用來在其內(nèi)

13、部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(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)過程1?！币虼耍M(jìn)行立體倉庫的plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大plc在自動控制領(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)一個十二倉位的立體倉庫的入庫出庫功能。立體倉庫主體有底盤、四層十二倉位庫體、運(yùn)動機(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、各種位置電磁傳感器和一些低壓電器元件組成。s7-200型可編程控制器作為控制核心，采

14、集輸入端口信號后完成各種邏輯控制和數(shù)據(jù)的運(yùn)算，然后通過輸出端口完成電機(jī)的運(yùn)動和各種信號的現(xiàn)實(shí)。該系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)手動和自動兩種工作模式，通過鍵盤可以對設(shè)備進(jìn)行控制。1.3 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義自動化立體倉庫在各行各業(yè)得到而來廣泛的應(yīng)用，進(jìn)行plc立體倉庫的設(shè)計(jì)對于節(jié)約土地資源，節(jié)省勞動力方面都有著不可代替的作用。plc作為工業(yè)自動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)用于自動化控制的各個領(lǐng)域。plc控制系統(tǒng)可以很好的完成立體倉庫的控制有助于其實(shí)現(xiàn)自動化。因此，進(jìn)行立體倉庫的plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大plc在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)

15、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。立體倉庫發(fā)展速度越來越快，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)管理不可缺少的倉儲技術(shù)，越來越受到企業(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庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第2章.系統(tǒng)控制方案的確定2.1自動化立體倉庫的簡介自動化立體倉庫是機(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。貨物存儲系統(tǒng)由立體貨架的貨格(托盤或貨箱)組成，貨架按照

16、排、列、層組合而成立體倉庫儲存系統(tǒng)；貨物存取和傳送系統(tǒng)承擔(dān)貨物存取、出入倉庫的功能，它由有軌或無軌堆垛機(jī)、出入庫輸送機(jī)、裝卸機(jī)械等組成；自動化立體倉庫視情況不同采取不同的控制方式：有的倉庫只采取對存取堆垛機(jī)、出入庫輸送機(jī)的單臺 plc 控制，機(jī)與機(jī)無聯(lián)系；有的倉庫對各單臺機(jī)械進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制。更高級的自動化立 體倉庫的控制系統(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 立體倉庫系統(tǒng)的功能圖2-1 立體倉庫模型圖在此設(shè)計(jì)的立體倉庫需要滿足一下功能：（1）堆垛機(jī)（機(jī)械手）要有三個自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；

17、左、右；（2）堆垛機(jī)的運(yùn)動由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動；（3）堆垛機(jī)前進(jìn)（或后退）運(yùn)動和上（或下）運(yùn)動可同時進(jìn)行；（4）堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動時必須有超限位保護(hù)；（5）每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當(dāng)操作有誤時發(fā)出錯誤報(bào)警信號；（6）當(dāng)按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作。（7）整個電氣控制系統(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）將選擇開關(guān)置于自動位置，通電狀態(tài)下，各機(jī)構(gòu)復(fù)位，即返回零位。立體倉庫坐標(biāo)定位以零位開始。 （2）當(dāng)送貨的時候，選擇欲送貨物的倉位號，按動倉位號對應(yīng)的按鈕，控制面板

18、數(shù)碼管顯示倉位號。按送貨按鈕后，貨物自動送入指定的倉位號對應(yīng)的倉庫位里。若被指定的倉位號里有貨物，則送貨命令不被執(zhí)行。送貨完成后，小車自動返回原來的位置。 （3）當(dāng)取貨的時候，選擇欲取貨物的倉位號后，按動取貨按鈕后，在控制面板的數(shù)碼管里顯示出來，堆垛機(jī)可以自動將貨物取出。如果小車?yán)镉胸浳铮瑒t取貨命令不被執(zhí)行。（4）取貨和送貨指令完成后，機(jī)構(gòu)自動返回原來位置。 （5） 整個電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外。2.3 采用 plc 控制立體倉庫的優(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：開關(guān)量順序控制、通信功能、模擬量控制、運(yùn)動控制。plc的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)

19、定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。其控制系統(tǒng)簡單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護(hù)容易。自動化立體倉庫，少不了自動化倉庫管理系統(tǒng)，只有使用強(qiáng)大的倉庫管理系統(tǒng)才能使得倉庫管理和業(yè)務(wù)流程上一個臺階，才能將先進(jìn)的硬件設(shè)備發(fā)揮作用、 產(chǎn)生效益，針對這一倉庫管理系統(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?？偟膩砜矗趐lc的自動化立體倉庫可以總結(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立體倉庫技術(shù)參數(shù)的確定表2-3立體倉庫具體參數(shù)：出/入貨柜臺最重物品20kg每個倉位的高度45cm倉位的上下距離05cm

20、倉位的平行距05cm倉位的體積4 m3可編程控制器（plc）電源24v dc堆垛機(jī)電源220v ac,50hz2.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟在立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要要考慮以下幾點(diǎn)：（1）深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求。（2）確定i/o設(shè)備。根據(jù)立體倉庫控制系統(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)立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。（6）將程序輸入plc進(jìn)行軟件測試

21、，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。（7）立體倉庫整體調(diào)試，在plc軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。立體倉庫系統(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，首先對自動化立體倉庫進(jìn)行了簡單的介紹。自動化立體倉庫是機(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)的自動化立體倉庫實(shí)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。最后確定了立體倉庫的具體參數(shù)，并詳細(xì)介紹了本課題

22、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)來控制立體倉庫的運(yùn)動.這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能快速的對輸入信號做出反應(yīng)控制立體倉庫,而且檢修起來較為方便?？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）輸入/輸出模塊在plc中，cpu是通過輸入/輸出模塊與外界連接的。 輸入模塊用于將控制現(xiàn)場輸入信號變換成cpu能接收的信號，并對其進(jìn)

23、行濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和放大等；輸出模塊用于將 cpu的決策輸出信號變換成驅(qū)動控制對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號，并對輸出信號進(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)程序存儲器和用戶程序存儲器。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。 （3）編程簡易，現(xiàn)場可修改。 （4）配套齊全，使用方便。 （5）壽命長，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

24、，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)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時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)省存儲器容量。（2）編程功能離線編程方式：plc和編程器公用一個cpu，編程器在編程模式時，cpu只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，cpu對現(xiàn)場設(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

25、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)場控制，并在一個掃描周期內(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)化編程語言：順序功能圖（sfc）、梯形圖（ld）、功能模塊圖（fbd）三種圖形化語言和語句表（il）、結(jié)構(gòu)文本（st）兩種文本語言。（3）診斷功能plc的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過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。通過軟件對plc內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件

26、對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，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。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)電壓來選擇，一般來說，不建議直接從動力電源直接取電，最好用隔離變壓器把動力電源和控制電源隔離開來，同時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)指的是整個控制系統(tǒng)需要用到的 plc的輸入點(diǎn)個數(shù)和輸出點(diǎn)個數(shù)。一般來說，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)個數(shù)，如果是第一次設(shè)計(jì)的方案，建議預(yù)留

27、點(diǎn)數(shù)。經(jīng) 過估算本設(shè)計(jì)中需要輸入端口40個，輸出端口 21個。（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，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（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

28、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，不必改變機(jī)型，可以通過擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。本課題設(shè)計(jì)的立體倉庫控制系統(tǒng)有輸入信號40個，輸出信號21個。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 dc24v，外加一個數(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)電動機(jī)是將電脈沖信號轉(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

29、一個電脈沖信號電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，它的運(yùn)動形式是步進(jìn)式的，所以稱為步進(jìn)電動機(jī)。又由于它輸入的是脈沖電流所以也叫脈沖電動機(jī)14。步進(jìn)電動機(jī)在不需要變換的情況下，能直接將數(shù)字脈沖信號轉(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。二是它每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，所以步進(jìn)電動機(jī)在不失步的情況下運(yùn)行，其步距誤差不會長期積累。三是控制性能好，它可以在開環(huán)系統(tǒng)中在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖的頻率來調(diào)節(jié)電

30、機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且能夠快速啟動制動和反轉(zhuǎn)。四是有些型式的步進(jìn)電動機(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)械制動裝置等。當(dāng)采用速度和位置檢測裝置后，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)電動機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景，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)電動機(jī)。3.3.2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖3-2為三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(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，磁極的極面上開有小齒。定子上有三套控制繞組，每一套有兩個串聯(lián)的集中控制繞組分別繞在徑向相

31、對的兩個磁極上。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2p=2m （p為極對數(shù)，m為相數(shù)）。轉(zhuǎn)子上沒有繞組，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和運(yùn)行頻率。圖3-2 步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)3.3.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理圖3-3是一臺三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的原理圖。定子鐵芯為凸極式，共有三對（六個）磁極，每兩個相對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)，只有四個齒，齒寬等于定子的極靴寬。下面通過幾種基本的控制方式來說明其工

32、作原理。圖3-3 步進(jìn)電動機(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。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相極軸線對齊，如圖3-3(a)所示。若a相控制繞組斷電，b相控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子在反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下，逆時針方向轉(zhuǎn)過30，使轉(zhuǎn)子齒2、4的軸線與定子b相極軸線對齊，即轉(zhuǎn)子走了一步，如圖3-3(b)所示。若再斷開b相使c相控制繞組通電轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過30，使轉(zhuǎn)子齒1、3的軸線與定子c相極軸線對齊，如圖3-3(c)所示。如此按a-b-c-a的順序輪流通電，轉(zhuǎn)子就會一步一步地按逆時針方向轉(zhuǎn)動。其轉(zhuǎn)速取決于各相控制

33、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)按順時針反方向轉(zhuǎn)動。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)過三次改變通電方式為一個循環(huán)。我們稱每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度為步距角常用s來表示，三相單三拍運(yùn)行時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-ca-bc-ab。每拍同時有兩相繞組通電，三拍為一個循環(huán)。當(dāng)a、b兩相控制繞組同時通電時，轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時考慮到兩對定子極的作用，只有a相極和b相極對轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉

34、力相平衡，才是轉(zhuǎn)子的平衡位置，如圖3-4(a)所示。若下一拍為b、c兩相同時通電時，則轉(zhuǎn)子按逆時針轉(zhuǎn)過30到達(dá)新的平衡位置，如圖3-4(b)所示?？梢姡p三拍運(yùn)行時的步距角仍是30。但雙三拍運(yùn)行時，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，b相保持持續(xù)通電狀態(tài)，c相磁拉力力圖使轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動，而b相磁拉力卻起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動的作用，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 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)電動機(jī)能直接接收數(shù)字量信號，所以被廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。較簡單的控制電路是利用一些數(shù)字邏輯單元組成

35、，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)電動機(jī)的控制開辟了新的途徑，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)，同時也提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。以步進(jìn)電動機(jī)作為執(zhí)行元件的數(shù)字控制系統(tǒng)有開環(huán)和閉環(huán)兩種形式。（1）開環(huán)控制步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)精確位移、精確定位，且無積累誤差。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電動機(jī)的運(yùn)動受輸入脈沖控制，其位移量是斷續(xù)的，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，無需系統(tǒng)的

36、反饋，形成所謂的開環(huán)控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)，由控制器（包括變頻信號源）、脈沖分配器、驅(qū)動電路及步進(jìn)電動機(jī)四部分組成如圖3-5所示。開環(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)電動機(jī)開環(huán)控制原理框圖開環(huán)控制常常采用加減定位控制方式。因?yàn)椴竭M(jìn)電動機(jī)的啟動頻率要比連續(xù)運(yùn)行頻率小，所以開環(huán)控制的脈沖指令頻率，只有小于電機(jī)的最大啟動頻率，電機(jī)才能成功啟動。若電動機(jī)的工作頻率總是低于最高啟動頻率，當(dāng)然不會失步，但沒有充分發(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)開始以低于最高啟動頻率的某一頻率啟動，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)

37、高速轉(zhuǎn)動。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)矩和加速時間，采用微機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)。由于開環(huán)控制系統(tǒng)不需要反饋元件，結(jié)構(gòu)比較簡單、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 加減速定位過程（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)在開環(huán)控制系統(tǒng)中，電機(jī)響應(yīng)控制指令后的實(shí)際運(yùn)行情況，控制系統(tǒng)是無法預(yù)測和監(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合，步進(jìn)電動機(jī)很容易失步使整個系統(tǒng)趨于失控。另外，對于高精度的控制系統(tǒng)，采用開環(huán)控制往往滿

38、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。與開環(huán)系統(tǒng)相比多了一個由位置傳感器組成的反饋環(huán)節(jié)。將位置傳感器測出的負(fù)載實(shí)際位置與位置指令值相比較，用比較信號進(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)電動機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖3.3.5步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)（1）位移與輸入脈沖信號的信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成結(jié)構(gòu)簡單且具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在需要更高精度時組成閉環(huán)控制系統(tǒng)

39、。（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、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脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時，電機(jī)可以保持在固定的位置上，即停在最后一個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?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行，可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動負(fù)載。（6）電動機(jī)本身沒有電刷、轉(zhuǎn)子上沒有繞組，也不需要位置傳感器，可靠性高。3.3.6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成與交直流電動機(jī)不同，僅僅接上供電電源，步進(jìn)電機(jī)不會運(yùn)行的。為了驅(qū)動步進(jìn)

40、電動機(jī)，必須由一個決定電動機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用plc作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制）、一個使電動機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng)，如圖3-8所示。圖 3-8 驅(qū)動系統(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)電動機(jī)時首先考慮的是步進(jìn)電動機(jī)的類型選擇，其次才是具體的品種選擇，在該立體倉庫控制系統(tǒng)中要求步進(jìn)電動機(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)電動機(jī)的品種選擇時，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

41、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 螺距 分辨率 移動距離 /步速度 計(jì)算： 設(shè)擬選用2相、1.8步距角的hb型電動機(jī)速比(設(shè)使用直接驅(qū)動方式)軸向力負(fù)載轉(zhuǎn)矩螺栓的慣量移動體的慣量負(fù)載慣量為根據(jù)以上計(jì)算可以初步選定步進(jìn)電動機(jī)，其慣量為，空載起動頻率由要求的速度可求出運(yùn)行的頻率：可知需要加減速的驅(qū)動方式。齒輪比：換算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 對首次設(shè)計(jì)的裝置來講，所選用的電動機(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，在該立體倉庫控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電動機(jī)采用北京斯達(dá)特機(jī)電科

42、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，具有較高的起動和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。型號：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)向不對時可以將a相或b相中的兩條線對調(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)型號相數(shù)步距角相電流驅(qū)動電壓額定轉(zhuǎn)矩重量42bygh10121.801.7adc24v0.44nm0.24kg 3.4步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的選擇（1）步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器輸入輸出信號介紹步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行需要有電子裝置進(jìn)行驅(qū)動，這種裝置就是步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)出一個脈沖信號，通

43、過驅(qū)動器就使得步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一個步距角，也就是說，它把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電動機(jī)的角位移。因此，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。所有型號驅(qū)動器的輸入信號都相同，它們是步進(jìn)脈沖信號cp、方向電平信號dir、脫機(jī)信號free（此端為低電平有效時，電動機(jī)處于無轉(zhuǎn)矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電動機(jī)可以正常運(yùn)行）。它們在驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都相同如圖3-10所示。該立體倉庫中，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)電動機(jī)驅(qū)動器選擇我們這里采用sh系列的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，它主要由電源輸入

44、部分、信號輸入部分、信號輸出部分組成。（3）步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)和電動機(jī)電流設(shè)定sh系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(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。對于兩相步進(jìn)電動機(jī)，細(xì)分后電動機(jī)的步距角等于電動機(jī)整步步距角除以細(xì)分?jǐn)?shù)。細(xì)分后完全消除了電動機(jī)的低頻振蕩，而且提高了電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電動機(jī)的分辨率。所以，采用細(xì)分驅(qū)動器只要改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就能改變步距角。（4）步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器電源接口對于超小型驅(qū)動器，采用一組dc 2440v供電。因?yàn)閜lc需要采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，所以該立體倉庫中應(yīng)該選用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。（5）步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器選型我采用sh系列步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，型號為sh-2h

45、057。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。sh-2h057步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器采用鑄鋁結(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)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：表3-2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)驅(qū)動器型號相數(shù)類別細(xì)分?jǐn)?shù)通過撥位開關(guān)設(shè)定 最大 相電流 開關(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dc(24v-40v) （6）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接線示意圖見圖3-11 圖3-11 步

46、進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接線示意圖3.5傳感器的選擇在該立體倉庫中采用歐姆龍ee-spy402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測，它是日本歐姆龍公司的產(chǎn)品，采用能抗周圍外來光干擾的變調(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；帶有便于調(diào)整，動作確認(rèn)的入光顯示燈；反射式傳感器的時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，當(dāng)與擋塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測距離不要離傳感器太近，否則傳

47、感器不能動作；連接是采用接插件方式，千萬不要對端子(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ee-spy402形 狀立式檢測方式反射型檢測距離5mm(反射率90 1515mm)應(yīng)差距離0.2mm(檢測距離3mm,橫方向)光源(發(fā)光波長)gaas紅外發(fā)光二級管(940nm)顯示燈入光時燈亮(紅)電源電壓dc524v10 脈動(p-p)5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)殘留電壓0.4以下(負(fù)載電流10ma時)應(yīng)答頻率100hz使用環(huán)境照度受光面照

48、度 白熾燈 太陽光：各3，000以下環(huán)境溫度動作時：-10+55c 保存時-25+65 c ( 不 結(jié) 冰 )環(huán)境濕度動作時：585rh 保存時-595rh (不結(jié)露)耐久振動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(pc)3.6微動開關(guān)的選擇在該立體倉庫控制系統(tǒng)中共有13個倉位（四層十二個倉位加0號倉位）分別采用13只微動開關(guān)作為貨物檢測，當(dāng)有貨物時相應(yīng)開關(guān)動作，其信號對應(yīng)plc的輸入點(diǎn)是i22-i36；另外為保險(xiǎn)起見，在x軸的左限位和y軸的下限位處還分別加

49、裝了1只微動開關(guān)作限位保護(hù)，以確保立體倉庫在程序出錯時不損壞；微動開關(guān)原理圖如圖3-13所示。圖3-13 微動開關(guān)原理圖3.7并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源并聯(lián)式開關(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)變動寬范圍的輸入電壓，具有完備的過電壓過電流保護(hù)功能，內(nèi)置輸入emi濾波器，具有較高的抗干擾能力。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，考慮到plc和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器都要求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分配見下表所示表3-4 plc輸入輸出分配表i0啟 動i24檢驗(yàn)2號倉庫q0前

50、 進(jìn)i1手動/自動i25檢驗(yàn)3號倉庫q1后 退i2取 出i26檢驗(yàn)4號倉庫q2向 上i3送 進(jìn)i27檢驗(yàn)5號倉庫q3向 下i4取 消i30檢驗(yàn)6號倉庫q4送 進(jìn)i5急 停i31檢驗(yàn)7號倉庫q5取 出i61號倉庫的鍵i32檢驗(yàn)8號倉庫q6顯示取出i72號倉庫的鍵i33檢驗(yàn)9號倉庫q7顯示送進(jìn)i103號倉庫的鍵i34檢驗(yàn)10號倉庫q10顯示操作錯誤i114號倉庫的鍵i35檢驗(yàn)11號倉庫q11顯示1號倉庫i125號倉庫的鍵i36檢驗(yàn)12號倉庫q12顯示2號倉庫i136號倉庫的鍵i37前進(jìn)限制q13顯示3號倉庫i147號倉庫的鍵i40后退限制q14顯示4號倉庫i158號倉庫的鍵i41后退超過q15顯示

51、5號倉庫i169號倉庫的鍵i42向上限制q16顯示6號倉庫i1710號倉庫的鍵i43向下限制q17顯示7號倉庫i2011號倉庫的鍵i44向下超過q20顯示8號倉庫i2112號倉庫的鍵i45前進(jìn)限制q21顯示9號倉庫i22檢驗(yàn)0號倉庫i46取出限制q22顯示10號倉庫i23檢驗(yàn)1號倉庫i47取出超過q23顯示11號倉庫q24顯示12號倉庫3.9 電氣原理圖的設(shè)計(jì)根據(jù)立體倉庫的課題設(shè)計(jì)要求，得出如下圖3-14電氣原理圖。圖 3-14 電氣原理圖3.10 小結(jié)本章主要闡述了自動化立體倉庫系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。首先對控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其次對plc（可編程控制器），步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，傳感器，微動

52、開關(guān)，穩(wěn)壓電源進(jìn)行慎重的選擇。最后列出了plc輸入輸出分配表，并繪制了本設(shè)計(jì)的電氣原理圖。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1編程語言的介紹基本的編程語言有：梯形圖（lad）、功能塊圖（fbd）和語句表（stl）。lad 和 fbd是面向圖形的語言。在 lad 中通過串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)中連接各個觸點(diǎn)來 創(chuàng)建控制方案，而在 fbd 中則是通過and和or方框互連在一起的。stl是一種面向文本的語言，以列表方式描述控制任務(wù)。梯形圖因?yàn)槠浔容^直觀并且容易接受因而很受普通編程人員的歡迎。梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為plc的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠

53、電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。plc梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與plc存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“on”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“off”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。開關(guān)量：按電壓水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按其精度可分為12bit、14bit、16bit等；按信號類型可分為電流型(4-20ma,0-20ma)、電壓型(0-10v,0-5v,-10-10v)等。除了上述通用i/o外，還有特殊i/o模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線(bus bar)，。在分