立體倉庫控制系統(tǒng)硬件設計

立體倉庫控制系統(tǒng)硬件設計一、[摘要]：可編程序控制器（ProgrammableLogicController）簡稱PLC,是一種以微處理器為基礎、帶有指令存儲器和輸入輸出接口、綜合了微電子技術、計算機技術、自動控制技術、通信技術的新一代工業(yè)控制裝置。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行位置控制、邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。本文介紹立體倉庫控制系統(tǒng)硬件設計與選擇,松下電工系列FP0型PLC的特點以及在立體倉庫控制系統(tǒng)應用中的程序設計。與繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC具有軟件簡單易學，使用維護方便，運行穩(wěn)定可靠，設計施工周期短等優(yōu)點，對于立體倉庫控制系統(tǒng)的應用，更具有普遍推廣的價值。[關鍵詞]：PLC立體倉庫位置控制硬件ThehardwareprogramisdevisedinwarehousecontrollersystemJIAXIAOJI[Abstract]:ProgrammableLogicControllerisshortedPLC.Itisanewindustrycontrollerdevicewithtogetherelectronic,computer,automaticcontrol,communicationtechnology,whichhasthemicroprocessorasthebase、theordermemoryandtheinterfaceofinputandoutput.Itcandotheseoperationsuchassavingandexecutingorder,doingpositioncontrol、logiccontrolandsequencecontrol、timing,calculatingsumsandsoon.Itcanalsocontrolmachineandtheprocessofvarioustypesproductionbyusingthedigitalandtheanaloginputandoutput.Thearticleisintroducedthedesignofthehardwareandselection,whichusedintotheautowarehousecontrolsystem,thefeaturesofthePanasonicFP0programmablecontrollersandtheprogramsoftheautowarehousecontrolsystem.Comparewiththerelaycontrolsystem,PLChasmoreadvantagessuchassimplesoftware,convenienceinusingandmaintaining,stableandreliableoperation,theshortperiodofthedesign.Ithasthevaluableofgeneralspreadwiththeapplicationoftheautowarehousecontrolsystem.[Keywords]:PLCWarehousePositioncontrolHardware二、緒言在工業(yè)控制領域，為了實現(xiàn)弱電對強電的控制，使機械設備實現(xiàn)預期的要求，繼電器系統(tǒng)曾被廣泛使用并占主導地位。雖然它具有結構簡單、易學易懂、價格便宜的優(yōu)點，但其控制過程是由硬件接線的方式實現(xiàn)的。如果某一個繼電器損壞，甚至僅僅是一對觸點接觸不良，就可能造成系統(tǒng)癱瘓，而故障的查找和排除又往往是困難的，需要花費很長時間。如果產品更新?lián)Q代，則需改變整個系統(tǒng)的控制元件及其組合，重新進行復雜的接線。既要增加硬件的購置費用，又延長了施工周期?？梢?，繼電器控制系統(tǒng)存在著可靠性低、適應性差的缺點，給人們在使用上帶來很大的不便和遺憾?，F(xiàn)代社會中各類產品的品種和型號不斷地改進和翻新，可謂日新月異，所以產品生產具有多品種、小批量、低成本和高質量的特點。顯然，傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)己無法滿足頻繁變動的控制要求，人們開始尋求新的控制系統(tǒng)。20世紀60年代初，大規(guī)模生產提出了多機群控的要求，其所配置的繼電器系統(tǒng)相當復雜。恰逢此時出現(xiàn)了小型計算機，于是，人們試圖用小型計算機系統(tǒng)取代復雜的繼電器系統(tǒng)來實現(xiàn)工業(yè)控制。傳統(tǒng)的繼電接觸器控制采用的是固定接線方式，一旦生產過程有所變動，就得重新設計線路連線安裝，不利于產品的更新?lián)Q代。但小型計算機用于工業(yè)控制時存在價格昂貴、輸入輸出電路不匹配和編程技術復雜等問題，故未能得到推廣應用。1968年，為使汽車型號不斷翻新，以在激烈的市場競爭中取勝，美國通用汽車公司(GM)從用戶角度提出了新型控制器應具備的十項條件進行招標，即有名的十項招標指標，之后立即引起了開發(fā)熱潮。這十項招標指標是：①編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調試程序；②維護方便，采用插入式模塊結構；=3\*GB3③可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；④體積小于繼電器控制柜；=5\*GB3⑤能與管理中心計算機系統(tǒng)進行通信；=6\*GB3⑥成本可與繼電器控制系統(tǒng)相競爭；⑦輸入量是115V交流電壓(美國電網電壓110V)；⑧輸出量為115V交流電壓，輸出電流在2A以上，能直接驅動電磁閥；⑨系統(tǒng)擴展時，原系統(tǒng)只需作很小變動；⑩用戶程序存儲器容量至少4K字節(jié)。從招標條件中可以看出，新型的工業(yè)控制器被設想為將硬件接線邏輯關系轉變?yōu)檐浖绦蛴嬎?，編程語言面向用戶，系統(tǒng)易于設計修改，既保留繼電器控制系統(tǒng)結構簡單、易于掌握、價格便宜的優(yōu)點，又結合吸收計算機的功能豐富、靈活通用、可靠性高的優(yōu)點，并且一定要適合在工業(yè)環(huán)境下運行。美國數(shù)字設備公司(DEC)1969年中標，研制出符合要求的控制器，即世界上第一臺可編程控制器，在通用汽車公司的汽車裝配線上首次應用即獲成功。很快，對這項新技術的研究應用從美、日、歐遍及到全世界?？删幊绦蚩刂破鞯玫讲粩嗟馗倪M和發(fā)展，迅速成為現(xiàn)代工業(yè)控制的主導產品。最初的可編程控制器主要用于順序控制，雖然采用了計算機的設計思想，但實際只能進行邏輯運算，故稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)，簡稱PLC。70年代后期，隨著計算機技術的發(fā)展及微處理器的應用，可編程控制器的功能不斷擴展和完善，早已遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠程通信等強大功能。經過調查，美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)將其正式命名為可編程控制器(ProgrammableController)，簡稱PC。但為了與個人計算機(PersonalComputer)的專稱PC相區(qū)別，常常把可編程控制器簡稱為PLC。對于立體倉庫控制系統(tǒng)，采用PLC控制，將傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯變?yōu)镻LC的程序控制邏輯。PLC的內部繼電器可代替所有用于邏輯控制的中間繼電器，使噪音下降，使用設備壽命延長，體積減小。PLC的最大特點之一，就是采用易懂易學的梯形圖語言，就是采用易學易懂的梯形圖語言，它是以計算機軟件技術構成人們慣用的繼電器模型,形成一套獨具風格得以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言。梯形圖控制符號和定義與常規(guī)繼電器展開圖完全一致,電氣操作人員使用起來得心應手，不存在計算機技術和傳統(tǒng)電氣控制技術之間的專業(yè)“鴻溝”。在了解PLC簡要工作原理和它的編程技術之后，就可結合實際需要進行應用設計，進而將PLC用于實際控制系統(tǒng)中?？删幊绦蚩刂破鞯膬?yōu)點與這個“可”字有關，從軟件來講，它的程序可編、也不難編，從硬件上講，它的配置可變、也易變。其主要特點為：(1)PLC的軟件簡單易學，不存在計算機技術和傳統(tǒng)電器控制技術之間的“鴻溝”。(2)使用和維護方便，硬件配置方便，安裝方便，使用方便，維護也方便。(3)運行穩(wěn)定可靠，在設計過程中采取了多層次抗干擾和精選元件措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設備一起工作，運行的穩(wěn)定性可靠性較高，內部處理不依賴于接點，元件的壽命幾乎不用考慮。(4)設計施工周期短，在系統(tǒng)設計完成以后，現(xiàn)場施工和PLC程序設計可以同時進行，周期短，而且程序的調試和維修都很方便。我國在研制、生產自己PLC產品的同時，也引進國外的PLC，不少公司、或替國外的公司推銷質量與檔次較高的PLC產品，并負責售后服務；或與國外合資，生產各種檔次的PLC產品，并遠銷海外，也向國內銷售。可以預見，PLC的應用將會越來越廣泛，我國的工業(yè)自動化程度必將提高到一個新水平。近年來，國外發(fā)展的一個明顯的特征是產品的集成度越來越高，工作速度越來越快，功能越來越強，使用越來越方便，工作越來越可靠。PLC可進行模擬量控制，位置控制。特別是遠程通信功能的實現(xiàn)，易于實現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)（FMS）,使得PLC如虎添翼。PLC現(xiàn)己廣泛用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領域，為工業(yè)自動化提供了有力的工具，加速了機電一體化的進程?，F(xiàn)在，僅以立體倉庫控制系統(tǒng)為例，介紹PLC的控制系統(tǒng)設計。三、立體倉庫硬件設計(一)立體倉庫主體結構立體倉庫主體由底盤、四層十二倉位庫體、運動機械及電氣控制等四部分組成。機械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機械元件組成，采用步進電機、直流電機作為拖動元件。電氣控制是由松下電工生產的FP0型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅動電源模塊、開關電源、位置傳感器等器件組成?？刂泼姘迳系拈_關及按鈕功能及倉位號（見圖一、二）圖一控制面板上的開關及按鈕功能圖二控制面板上的倉位號表一、控制面板上的按鈕功能表按鍵號功能選擇定義l自動選擇1號倉位手動機構水平向左移動2自動選擇2號倉位手動機構垂直向下移動3自動選擇3號倉位手動機構水平向右移動4自動選擇4號倉位手動機構水平向后移動5自動選擇5號倉位手動機構垂直向上移動6自動選擇6號倉位手動機構水平向前移動7自動選擇7號倉位手動無意義8自動選擇8號倉位手動無意義9自動選擇9號倉位手動無意義10自動選擇10號倉位手動無意義11自動選擇11號倉位手動無意義12自動選擇12號倉位手動無意義(二)可編程序控制器的原理與選擇1.PLC的一般結構PLC采用了典型的計算機結構，主要是由CPU、RAM、ROM和專門設計的輸入輸出接口電路等組成,PLC結構示意圖如圖三所示，PLC邏輯結構示意圖如圖四所示圖三PLC結構示意圖圖四PLC邏輯結構示意圖(1).中央處理機中央處理機是PLC的大腦，它是由中央處理器和存儲器組成。=1\*GB3①.中央處理機(CPU)一般由控制電路、運算器和寄存器組成,這些電路一般都集成在一塊芯片上.CPU通過地址總線、數(shù)據總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出(I/O)接口電路相連接.不同型號的PLC可能使用不同的CPU部件，制造廠家使用CPU部件的指令系統(tǒng)編寫系統(tǒng)程序，并固化到只讀存儲器ROM中。CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，接收編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據，存入隨機存儲器RAM中，CPU按掃描方式工作，從0000首址存放的第一條用戶程序開始，到用戶程序的最后一個地址，不停地周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次。CPU的主要功能：a.從存儲器中讀取指令b.執(zhí)行指令c.準備取下一條指令d.處理中斷=2\*GB3②.存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路，用來存儲系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其它一些信息。在PLC中使用兩種類型存儲器為RAM和ROM。a.只讀存儲器ROM，ROM中的內容是由PLC的制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并且永遠駐留（PLC去電后再加電,ROM內容不變）。系統(tǒng)程序一般包括檢查程序、翻譯程序和監(jiān)控程序。b.隨機存儲器RAM，RAM是可讀可寫存儲器，讀出時，RAM中的內容不被破壞；剛寫入的信息就會消除原來的信息。RAM中一般存放用戶程序、邏輯變量和供內部程序使用的工作單元。(2).電源部件電源部件將交流電源轉換成供給PLC的中央處理器、存儲器等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作，PLC內部電路使用的電源是整體的能源供給中心，它的好壞直接影響PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用開關式穩(wěn)壓電源供電。(3).輸入、輸出部分這是PLC與被控設備相連接的接口電路。用戶設備需輸入PLC的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其它一些傳感器輸出的開關量或模擬量(要通過模數(shù)變換進入機內)等，通過輸入接口電路將這些信號轉換成中央處理器能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器、電機等被控設備的執(zhí)行元件。=1\*GB3①.輸入接口電路現(xiàn)場輸入接口電路一般由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。=2\*GB3②.輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。PLC一般采用繼電器輸出，也有的采用晶閘管或晶體管輸出。但是當選擇使用脈沖控制的電機時，必須選擇晶體管輸出形式的PLC。除了上面介紹的這幾個主要部分外，PLC上還配有和各種外圍設備的接口，均用插座引出到外殼上，可配接編程器、計算機、打印機、錄音機以及A／D、D／A、串行通信模塊等，可以十分方便地用電纜進行連接。2.PLC的工作原理PLC雖具有微機的許多特點但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。如常見的鍵盤掃描方式或I／0掃描方式，有鍵按下或I／0動作則轉入相應的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，如CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結束符后又返回第一條。如此周而復始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應的控制信號。整個工作過程可分為五個階段：自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序執(zhí)行，輸出刷新，其工作過程框圖如圖五所示。圖五PLC結構過程框圖①每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內容為I／0部分、存儲器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機顯示出錯。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。②PLC檢查是否有與編程器計算機等的通信請求，若有則進行相應處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據、出錯信息等發(fā)送給編程器進行顯示。如果有與計算機等的通信請求，也在這段時間完成數(shù)據的接受和發(fā)送任務。③PLC的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這就是輸入采樣階段。④中央處理器CPU將指令逐條調出并執(zhí)行，以對輸入和原輸出狀態(tài)(這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據）進行“處理”，即按程序對數(shù)據進行邏輯、算術運算，再將正確的結果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就是程序執(zhí)行階段。⑤當所有的指令執(zhí)行完畢時。集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉換成被控設備所能接受的電壓或電流信號，以驅動被控設備，這就是輸出刷新階段。PLC經過這五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期，完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行。掃描周期是PLC的重要指標之一，在不考慮第二個因素(與編程器等通訊)時，掃描周期T為:T=(讀入一點時間x輸入點數(shù))+(運算速度x程序步數(shù))+(輸出一點時間x輸出點數(shù))+故障診斷時間。顯然掃描時間主要取決于程序的長短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對于工業(yè)設備通常沒有什么影響。但對控制時間要求較嚴格，響應速度要求快的系統(tǒng)，就應該精確的計算響應時間，細心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少掃描周期造成的響應延時等不良影響。PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器是按“并行”方式工作的，也就是說是按同時執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。而PLC是以反復掃描的方式工作的，它是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任意時刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以“串行”方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電接觸器控制的觸點競爭和時序失配問題?？傊?，采用循環(huán)掃描的工作方式也是PLC區(qū)別于微機的最大特點。3.確定輸入．輸出點數(shù)根據上述運行情況的分析，可以確定該系統(tǒng)的輸入和輸出點數(shù)(1)．輸入設備的數(shù)量：根據系統(tǒng)的控制要求，該立體倉庫系統(tǒng)共有12個倉位，有12個微動開關，這樣此處需要12個點，檢測目的倉位是否有物需要1點，貨臺回位限位需要1點，貨臺到位限位需要1點，反射式傳感器需要1點，自動/手動的選擇需要1點，4×4鍵盤需要4點，X軸限位保護需要2點，Y軸限位保護需要2點，所以輸入點需要25點。(2)．輸出設備的數(shù)量根據系統(tǒng)的控制要求，X軸，Y軸的運行共需要兩臺步進電動機，Z軸需要一臺直流電動機，這樣控制步進電動機和直流電動機共需要6點，就緒、取和放指示燈需要3點，十位顯示需要1點，BCD碼輸出顯示需要4點，所以輸出點需要14點。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中我們需要PLC的輸入點為25點，輸出點為14點。4選擇PLC型號根據上述的計算，我們需要輸入25點，輸出14點的PLC。又考慮到以后改變方案時，一般要檢測電機的轉速。而FPO型的PLC有特殊功能指令SPD，可以方便的檢測電機的轉速；另外該PLC的指令系統(tǒng)不宜算術運算和數(shù)據處理功能，加上其掃描速度較快，可以短時間內完成PLD控制的運算。因此，即使控制方案有變化，該PLC仍能繼續(xù)使用。綜合上述各方面的情況，確定使用FP0-C16系列的PLC(FP0-C16T)，再加一塊FP0-E16RS擴展單元和一塊FP0-El6X型的擴展單元。這樣，經擴展后的PLC輸入點共為32點，輸出點為16點，完全滿足系統(tǒng)要求。(三)立體倉庫的工作原理本系統(tǒng)采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動機構，電機采用步進電機和直流電機，其關鍵部分是堆垛機，它由水平移動、垂直移動及伸叉機構三部分組成，其水平和垂直移動分別用兩臺步進電機驅動滾珠絲杠來完成，伸叉機構由一臺直流電機來控制。它分為上下兩層，上層為貨臺，可前后伸縮，低層裝有絲杠等傳動機構。當堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時，伸叉電機驅動貨臺向前伸出可將貨物取出或送入，當取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。整個系統(tǒng)需要三維的位置控制。其工作原理如下：1.接通電源。2.將選擇開關置于手動位置（此時1～6號有效）3.分別點動按鍵←1、2↓、3→、4↙、5↑、6↗，觀察水平（X軸）、垂直(Y軸)、前后(Z軸)各絲杠運行情況，運行應平穩(wěn)，在接近極限位置時，應執(zhí)行限位保護（運行自動停止）。4.用計算機或手持編程器（需另購）編寫程序并下裝至PLC。5.將選擇開關置自動位置（通電狀態(tài)下，各機構復位，即返回零位）。6.將一帶托盤汽車模型置零號倉位，放置模型時，入位要準確，并注意到倉位底部檢測開關已動作。7.執(zhí)行送指令(1)選擇欲送倉位號，按動倉位號對應按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號。(2)按動送指令按鈕，觀察送入動作（若被選擇倉位內已有汽車，則該指令不被執(zhí)行）。(3)指令完成后，機械自動返回。(4)零號倉位已無汽車，則下一個送指令（誤操作）將不被執(zhí)行。8.執(zhí)行取指令(1)選擇欲取倉位號，按動倉位號對應按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號。(2)按動取指令按鈕，觀察取出動作（若被選擇倉位內無汽車，則該指令不被執(zhí)行）。(3)指令完成后，機構自動復位。(4))零號倉位已有汽車，則下一個取指令（誤操作），將不被執(zhí)行。9、演示程序中的其它內容(1)當零號倉位上有貨物時，若無外部操作指令，“就緒”燈亮，延時10秒后，自動將貨物放在倉庫號最小的空位上，依次類推。如1#、2#、3#、4#都已有貨物，程序延時10秒，10秒內若無外部操作指令，自動將貨物放在5#倉庫。如1#、3#、4#都已存放貨物，10秒內若無外部操作指令，自動將貨物放在2#倉庫。在延時的10秒內，若按下數(shù)字5，然后按下“送”鍵，則運行機構將貨物放入5#庫，若按下5鍵后，想取消此操作，可按下“放棄”鍵。此時，程序又處在待命狀態(tài)，“就緒”燈亮，又可進行其它操作。(2)當零號倉位上無貨物時，若無人操作，“就緒”燈亮10秒后，程序將把數(shù)值最大倉庫號里的物品轉運至沒有放貨物的倉號比它小的倉庫里。如1#、2#、5#有物，該程序將自動把5#物品轉至3#倉庫。若需從5#取回物品，放入4#庫，操作步驟如下：“就緒”燈亮時，按下按鈕鍵“5”，再按“取”鍵，運行機構執(zhí)行程序要求取回貨物后，停在起初位置。此時按按鍵4，再按“送”鍵，運行機構將把貨物放在4#庫，然后停在起初位置，“就緒”燈亮10秒后，若無外部操作指令，程序又將4#庫貨物轉至3#庫。根據前面的分析，該立體倉庫系統(tǒng)的運行情況歸納如下：當按下啟動按鈕后，允許進行立體倉庫運行的控制。在正常的情況下，按下某一倉位的按鈕和“取”或“送”按鈕，系統(tǒng)將進行相應的動作，此時控制面板上的數(shù)碼管顯示相應的倉位號。當出現(xiàn)故障時，電機停止運行。在緊急情況下，按下緊急按鈕，送貨物送回原來的位置，只有當故障排除后，才能重新運行。圖六立體倉庫控制流程圖(四)步進電機的原理與選擇1.步進電機的工作原理步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，當系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉子就轉一步，當電脈沖按某一相序加到電動機時，轉子沿某一方向轉動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進電動機轉子機械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進電動機轉子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進電動機時，轉子以正比于電脈沖頻率的轉速沿某一方向旋轉。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進電動機的轉速和轉向，實現(xiàn)寬廣范圍內速度的無級平滑控制。步進電動機的這種控制功能，是其它電動機無法替代的。步進電動機可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進電動機的相數(shù)可分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進電動機的性能，但電動機的結構和驅動電源就會復雜，成本就會增加，應按需要合理選用。2.步進電動機的特點(1).步進電動機是一種作為控制用的特種電機，它的旋轉是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差(精度為100％)，所以廣泛應用于各種開環(huán)控制。(2).步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比(3).步距值不容易因為電氣、負載、環(huán)境條件的變化而改變,使用開環(huán)控制(或半閉環(huán)控制)就能進行良好的定位控制。(4).起制動、正反轉、變速等控制方便。(5).價格便宜,可靠性高。(6).步進電動機的主要缺點是效率較低,并且需要配上適當?shù)尿寗与娫础?7)步進電動機帶負載慣性的能力不強,在使用時既要注意負載轉矩的大小,又要注意負載轉動慣量的大小,只有當兩者選取在合適的范圍時,電機才能獲的滿意的運行性能。(8)由于存在失步和共振，因此步進電機的加減速的方法根據利用狀態(tài)的不同而復雜多變。3.步進電機驅動系統(tǒng)的基本組成與交直流電動機不同，僅僅接上供電電源，步進電機不會運行的。為了驅動步進電動機，必須由一個決定電動機速度和旋轉角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進行位置控制）、一個使電動機繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機正常運行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅動系統(tǒng)，如圖七所示。圖七步進電機驅動系統(tǒng)的基本組成4.步進電動機的選擇計算在選擇步進電動機時首先考慮的是步進電動機的類型選擇，其次才是具體的品種選擇，在該立體倉庫控制系統(tǒng)中要求步進電動機電壓低、電流小、有定位轉矩和使用螺栓機構的定位裝置，確定步進電動機采用2相8拍混合式步進電機；在進行步進電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比i、軸向力F、負載轉矩、額定轉矩和運行頻率，以確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。由于我們使用螺栓機構的定位裝置，已知條件和要求條件為：移動部分總重M=25kg外力Fa=4kg.cm磨擦系數(shù)=0.04螺栓機構的效率=O.9螺栓軸徑=1.2cm螺栓長=42cm螺距P=3mm分辨率L=0.01mm移動距離=0.0075mm/步速度V=2m／min計算：設擬選用2相、1.8°步距角的HB型電動機速比(設使用直接驅動方式)i=m×/(360×L)=2×1.8／(360×O.01)=1軸向力F=Fa+M=4+0.04×25=5kg.cm負載轉矩=F×P／(2)+(××)/2=5×0.3／(2×3.14×0.9)+(0.3×1.67×0.3)/(2×3.14)=0.289kg.cm螺栓的慣量=（×××）/32=（3.14×7.9××42×）/32=0.0675kg.移動體的慣量=M×=25×=0.0571kg.負載慣量為=+=0.0675+0.00571=0.1246kg.根據以上計算可以初步選定步進電動機，其慣量為=0.03kg.，空載起動頻率=3000H。由要求的速度可求出運行的頻率：f=V／L=2000／(60×0.01)=3333HZ可知需要加減速的驅動方式。齒輪比：G=360°/L=0.0075×360°/(1.8°×0.01)=150換算到電機軸的負載轉矩為T=G×L(+F)/2=150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9)=1.40kg.cm對首次設計的裝置來講，所選用的電動機通常留有2～3倍的余量，所以電機轉矩=3T=3×1.40=4.2kg.cm=0.41N.M根據以上的計算，我們在該立體倉庫控制系統(tǒng)中的步進電動機采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產的2相8拍混合式步進電機，它的主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉矩等優(yōu)點。型號：42BYGHl01。電氣原理圖如圖八所示?？旖泳€插頭：紅色表示A相，藍色表示B相；如果發(fā)現(xiàn)步進電機轉向不對時可以將A相或B相中的兩條線對調。圖八步進電機的出線圖此步進電機的電氣技術數(shù)據為:電機型號相數(shù)步距角相電流驅動電壓額定轉矩重量42BYGH10121.8°1.7ADC24V0.44NM0.24kg（五）步進電機驅動器的原理與選擇1.步進電機驅動器的選擇步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動，這種裝置就是步進電機驅動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角。所以步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。所有型號驅動器的輸入信號都相同，共有三路信號，它們是：步進脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機信號FREE(此端為低電平有效，這時電機處于無力矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電機可正常運行)。它們在驅動器內部的接口電路都相同，見下圖。OPTO端為三路信號的公共端，三路輸入信號在驅動器內部接成共陽方式，所以OPTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，如果VCC是+5V則可直接接入；如果VCC不是+5V則須外部另加限流電阻R，保證給驅動器內部光耦提供8-15mA的驅動電流，參見圖九和圖十。在該立體倉庫中由于FP0提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，所以須外部另加1.8K的限流電阻R。圖九輸入信號接口電路圖十外接限流電阻R步進電機驅動器的輸出信號有兩種(1).初相位信號：驅動器每次上電后將使步進電機起始在一個固定的相位上，這就是初相位。初相位信號是指步進電機每次運行到初相位期間，此信號就輸出為高電平，否則為低電平。此信號和控制系統(tǒng)配合使田，可產生相位記憶功能，其接口見圖十一。圖十一初相位信號接口電路(2).報警輸出信號：每臺驅動器都有多種保護措施(如：過壓、過流、過溫等)。當保護發(fā)生時，驅動器進入脫機狀態(tài)使電機失電，但這時控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知系統(tǒng)，就要用到‘報警輸出信號’。此信號占兩個接線端子，此兩端為一繼電器的常開點，報警時觸點立即閉合。驅動器正常時，觸點為常開狀態(tài)。觸點規(guī)格：DC24V／1A或AC11OV／O．3A。一般來說，對于兩相四根線電機，可以直接和驅動器相連，見圖十二。圖十二電機與驅動器接線圖所以我們采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產的SH系列步進電動機驅動器，型號為SH-2H057。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。SH-2H057步進電動機驅動器采用鑄鋁結構，此種結構主要用于小功率驅動器,這種結構為封閉的超小型結構，本身不帶風機，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柜內，接觸面之間要涂上導熱硅脂，在其旁邊加一個風機也是一種較好的散熱辦法。此步進電機驅動器的電氣技術數(shù)據為：驅動器型號相數(shù)類別細分數(shù)通過撥位開關設定最大相電流開關設定工作電源SH-2H057二相或四相混合式二相八拍3.0A一組直流DC(24V-40V)2.步進電機驅動器接線示意圖見圖十三圖十三步進電機驅動器接線示意圖3.步進電機驅動器細分數(shù)和電機相電流的設定(1).細分數(shù)的設定要了解“細分”，先要弄清“步距角”這個概念：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。SH系列驅動器是靠驅動器上的撥位開關來設定細分數(shù)的，您只需根據面板上的提示設定即可。在系統(tǒng)頻率允許的情況下，盡量選用高細分數(shù)。對于兩相步進電機,細分后電機的步距角等于電機的整步步距角除以細分數(shù)，例如細分數(shù)設定為40、驅動步距角為0.9°/1.8°的電機，其細分步距角為1.8÷40=0.045。可以看出,步進電機通過細分驅動器的驅動，其步距角變小了，如驅動器工作在40細分狀態(tài)時，其步距角只為電機固有步距角的十分之一，也就是說：當驅動器工作在不細分的整步狀態(tài)驅動上例的電機時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉動1.8°；而用細分驅動器工作在40細分狀態(tài)時，電機只轉動了0.045°，這就是細分的基本概念。細分功能完全是由驅動器靠精確控制電機的相電流所產生的，與電機無關。驅動器細分后將對電機的運行性能產生質的飛躍，但是這一切都是由驅動器本身產生的，和電機及控制系統(tǒng)無關。在使用時，唯一需要注意的一點是步進電機步距角的改變,這一點將對控制系統(tǒng)所發(fā)出的步進信號的頻率有影響;因為細分后步進電機的步距角將變小，要求步進信號的頻率要相應提高。驅動器細分后的主要優(yōu)點為：=1\*GB3①.完全消除了電機的低頻振蕩。低頻振蕩(約在200Hz左右)是步進電機的固有特性，而細分是消除它的唯一途徑，如果您的步進電機有時要在共振區(qū)工作(如走圓弧)，選擇細分驅動器是唯一的選擇。=2\*GB3②.提高了電機的輸出轉矩。尤其是對三相反應式電機，其力矩比不細分時提高約30—4096。=3\*GB3③.提高了電機的分辨率。由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，‘提高電機的分辨率’是不言而喻的。以上這些優(yōu)點，尤其是在性能上的優(yōu)點，并不是一個量的變化，而是質的飛躍。所以我們最好選用細分驅動器。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。但現(xiàn)在的情況不同了，細分驅動器的出現(xiàn)改變了這種觀念，用戶只需在驅動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。所以如果用戶采用細分驅動器，‘相數(shù)’將變得沒有意義(2).電機相電流的設定SH系列驅動器是靠驅動器上的撥位開關來設定電機的相電流，您只需根據面板上的電流設定表格進行設定。4.步進電機驅動器指示燈說明驅動器的指示燈共有兩種：電源指示燈(綠色或黃色)和保護指示燈(紅色)。當任一保護發(fā)生時，保護指示燈變亮。5.步進電機驅動器電源接口對于超小型驅動器(SH—2H057、SH—3F075、SH—2H057M、SH-3F075M)，采用一組直流供電DC(24-40V)，注意正負極不要接錯，此電源可以由一變壓器變壓后加整流濾波(無須穩(wěn)壓)組成;或者由一開關電源提供,參考下圖。因為PLC需要采用開關式穩(wěn)壓電源供電,所以在該立體倉庫中電源應選用開關式穩(wěn)壓電源，見圖十四。圖十四開關式穩(wěn)壓電源（六）傳感器的選擇1.反射式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品，采用能抗周圍外來光干擾的變調光式；采用變調光式，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；帶有容易調整的光軸標識；帶有便于調整，動作確認的入光顯示燈；其結構圖如圖十五所示。圖十五反射式傳感器結構圖工作原理：當物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號與原先的信號相比較，產生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進行放大，再經多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動信號相關的直流信號輸出電平。反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖如圖十六所示圖十六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、黑)，紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、藍色為輸出信號，當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)進行焊接。此傳感器的電氣技術數(shù)據為型號EE-SPY402形狀立式檢測方式反射型檢測距離5mm(反射率90﹪15×15mm)應差距離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DC5～24V±10﹪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電壓輸出負載電源電壓DC5～24V負載電流80mA以下殘留電壓1.0以下(負載電流80mA時

)殘留電壓0.4以下(負載電流10mA時

)應答頻率100HZ使用環(huán)境照度受光面照度白熾燈太陽光：各3，000x以下環(huán)境溫度動作時：-10～+55°C保存時-25～+65°C(不結冰)環(huán)境濕度動作時：5～85﹪RH保存時-5～95﹪RH(不結露)耐久振動10～55HZ上下振幅1.5mmXYZ各方向2h耐久沖擊500m/X、Y、Z各方向三次保護構造IEC規(guī)格IP50連接方式接插件式(不可進行軟釬焊)質量約2.6g外殼材質聚碳酸酯(PC)2.對射式傳感器的選擇(1).對射式傳感器的工作原理對射式傳感器的輸出狀態(tài)一般為NPN輸出，輸出晶體管的動作狀態(tài)可分為入光時ON和遮光時ON兩種。入光時為ON的對射式傳感器的結構圖如圖十七所示，當24V電壓加到發(fā)光二極管LED1時，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管LED2，LED2接收到光導通，三極管導通，輸出為ON；當發(fā)光二極管LED1發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管LED2接收不到時，LED2不導通，三極管也不導通，輸出為OFF。圖十七對射式傳感器結構圖(2).對射式傳感器的選擇在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用8個對射式傳感器作限位控制，其中4只對射式光電傳感器分別作為X、Y軸的限位控制，當入光時輸出晶體管ON；2只對射式光電傳感器分別作為貨架在X軸和Y軸的到位檢測，當遮光時輸出晶體管ON，如果貨架未到達正確位置，Z軸電機將不能運行以確保當PLC程序出錯時也不至于損壞設備；2只對射式光電傳感器作為Z軸的限位控制，當遮光時輸出晶體管ON，其信號對應PLC的輸入點是X4（后限位）和X5（前限位）。(七)微動開關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只微動開關作為貨物檢測，當有貨物時相應開關動作，其信號對應PLC的輸入點是X40-X4C；另外為保險起見，在X軸的左限位和Y軸的下限位處還分別加裝了1只微動開關作限位保護，以確保立體倉庫在程序出錯時不損壞；微動開關原理圖如圖十八所示。圖十八微動開關原理圖(八)并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的原理和選擇1.并聯(lián)型開關式穩(wěn)壓電源的原理并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源是由開關晶體管V和二極管及儲能電感L、濾波電容C組成的。除此以外，通常還有較為復雜的驅動電路，調節(jié)電路、保護電路、基準電路以及構成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合電路等各個部分，用來對輸出電壓的大小以及特性進行控制和調節(jié)，圖十九并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的原理框圖。圖十九并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的原理框圖設開關晶體管V的開關轉換周期T，導通期的時間為，截止期的時間為，占空比為δ(δ＝／T)。圖二十并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源輸出電路的電流、電壓波形其工作原理如下：當開關晶體管V處于導通期間，輸入電壓加到儲能電感L的兩端(這里我們忽略了V的飽和壓降)，二極管因被反向偏置而截止。在此期間流過L的電流為近似線性地增加的鋸齒波電流(見圖二十)，并以磁能的形式儲存在L中。當開關晶體管V截止時，儲能電感L兩端的電壓極性相反，此時二極管被正向偏置而導通。儲存在L中的能量通過二極管輸送給負載電阻和濾波電容C。在此期間，L中的泄放電流是鋸齒波電流的線性下降部分。同理，當開關晶體管V導通期間在儲能電感L中增加的電流數(shù)值應該等于開關管V截止期間在儲能電感L中減少的電流值。只有這樣才能達到動態(tài)平衡，才能給負載電阻提供一個穩(wěn)定的輸出電壓。2.開關式穩(wěn)壓電源的選擇在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，考慮到PLC和步進電機驅動器都要求直流24V電源，綜合考慮系統(tǒng)用電量、系統(tǒng)運行可靠性和系統(tǒng)設計的規(guī)整性，我們選用了DM150-24型并聯(lián)式開關電源。DM150系列開關電源輸出功率大，體積小，重量輕，高可靠性，適應寬范圍的輸入電壓變動，具有完備的過壓、過流保護功能；內置輸入EMI濾波器，具有高抗干擾能力；根據UL478標準設計，耐壓1500Vac／1分鐘；采用端子方式連接，全金屬外殼，有臥式和立式兩種安裝方式。DM150系列開關電源的性能指標見表二表二、DM150系列開關電源的性能指標型號DMl50-24輸入電壓ACl70V～264V輸入頻率50～60Hz輸入浪涌電流60A(ACIN220V，Ta25℃，冷啟動)輸出電壓24V輸出電流6.5A輸出功率156W輸出可調范圍約±10％過流保護外部短路撤除，輸出自動恢復過壓保護27±1V輸入-輸出絕緣AC1500V，1分鐘，10mA；DC500V，絕緣電阻>60MΩ輸入-機殼絕緣AC1500V，1分鐘，10mA；DC500V，絕緣電阻>50MΩ輸出-機殼絕緣AC1500V，1分鐘，10mA；DC500V，絕緣電阻>10MΩ相對濕度Ta=25℃相對濕度=80％工作環(huán)境溫度-10℃～40℃儲存溫度-20℃～55℃尺寸／重量200X118X49mm(長X寬X高)顏色黑色冷卻方式風冷四、立體倉庫軟件設計立體倉庫I/O分配表輸入部分輸出部分X0Y0橫軸脈沖X1Y1豎軸脈沖X2Y2橫軸方向I／0X3Y3豎軸方向I／0X4貨臺回位限位Y4X5貨臺到位限位Y5X6貨臺是否有物Y6貨臺前升X7自動／手動(0／1)Y7貨臺退回X20十六進制輸入鍵盤值1位Y20顯示部分就緒X21鍵盤值2位Y21取X22鍵盤值3位Y22放X23鍵盤值4位Y23十位顯示X24橫軸右限位Y24BCD碼輸出顯示BCD碼1位X25橫軸左限位Y25BCD碼2位X26豎軸上限位Y26BCD碼3位X27豎軸下限位Y27BCD碼4位注：X40～X4C為0至12個倉庫的微動開關五、可編程序控制器的應用可靠性工業(yè)生產一般要求控制設備具有很強的抗干擾能力，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，對可靠性要求很高，絕大多數(shù)用戶也都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，平均無故障工作時間比繼電器系統(tǒng)和微機系統(tǒng)長，可靠性高，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場。硬件措施在工業(yè)環(huán)境中，空間電磁干擾是PLC系統(tǒng)的一大禍害。為了減少干擾的影響，PLC采用了對電源變壓器用導電導磁材料進行屏蔽；對CPU等模塊采用良好的導電材料進行屏蔽等，以防干擾。對供電系統(tǒng)以及I／O線路采用了較多的濾波環(huán)節(jié)。如采用LC、型濾波網絡，對高頻干擾信號有良好的抑制作用。對微處理器所需的+5V電源，采用多級濾波并用集成電壓調整器進行調整，以適應電網電壓波動，它對過電壓、欠電阻均有—定的保護作用。為防止PLC故障和誤動作，在微處理器部分及I／O回路之間采用了多種形式的隔離措施，這樣能有效地隔離輸入、輸出間電的聯(lián)系。在PLC中，所有輸出模塊都受開門信號控制，而這個信號只有在規(guī)定的條件都滿足時才有效，以防止被控對象誤動作。PLC大多采用模塊結構，這對縮短故障修復時間方面有著重要作用。當故障查出在某一模塊上，只要及時更換，就大大縮小了尋找范圍，加快修復速度。軟件措施PLC除了采用硬件措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力之外，還充分利用本身具有微機的高速、大容量的特點，發(fā)揮軟件的優(yōu)勢，保證系統(tǒng)不因干擾而停止而又能達到工程所要求的精度和速度。對于較低信噪比的模擬量輸入信號，PLC采用A／D模塊轉換后變?yōu)殡x散的數(shù)字信號，將形成的數(shù)據時間序列存入計算機內存，利用數(shù)據濾波程序對此進行處理，從而濾去噪音部分而獲得單純信號。對于開關量輸入，為防止輸入觸點的抖動和接觸不良，—般采用軟件延時20ms的辦法進行兩次以上的讀入比較，結果一致才確認輸入有效。而PLC的輸出命令通常伴隨執(zhí)行機構的動作，產生電弧、火花等干擾信號，有時會改變輸出寄存器的內容，導致動作出錯。因此，在應用程序中每隔幾毫秒發(fā)一次輸出命令，重寫—次輸出寄存器，以提高系統(tǒng)的可靠性。實際上PLC就是因為采用了逐次掃描輸入和掃描輸出的方法才具有這樣高的可靠性。PLC有比較完整的故障檢測系統(tǒng)，軟件能定期地檢測外界環(huán)境，如掉電，強干擾信號等等，以便及時地進行故障處理。對于偶發(fā)性故障，PLC能在檢測到故障條件時，立即把狀態(tài)存入存儲器，并以軟硬配合對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲器內容被破壞。這樣，一旦檢測到外界環(huán)境正常后，便可恢復故障前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的處理。在PLC中還采用程序驅動故障指示的診斷方法。這是用一般經常執(zhí)行的程序，使硬件產生一些規(guī)定的信號，用這個信號來指示CPU處于正常狀態(tài)，萬一CPU發(fā)生故障，這個規(guī)定信號就不再出現(xiàn)，從而指示CPU的故障狀態(tài)。其它措施PLC一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過于惡劣，干擾特別強烈，或安裝使用不當，都會降低設備的可靠性，不能保證PLC正常運行，故應注意以下事項：工作環(huán)境應考慮適中的溫度、濕度，通風、散熱的空間，遠離強烈的振動，空氣中不應有較濃的粉塵，腐蝕氣體，應安裝空氣凈化裝置。PLC裝置應遠離強干擾源，如大功率可控硅裝置，高頻焊機等。傳送模擬信號的屏蔽線應一端接地。I／0線與控制線應分開走線，并保持一定的距離。當輸入端或輸出端接有感性元件時，應在它們的兩端并聯(lián)續(xù)流二極管(對于直流電路)或阻容電路(對于交流電路)，以抑制電路斷開時產生的電弧對PLC的影響。良好的接地是PLC安全可靠的重要條件。PLC應與其它設備分別使用自己的接地裝置，[如下圖(a)]，也可以采用公共接地方式[如下圖(b)]，但禁止使用如下圖(c)所示的串聯(lián)接地方式。接地線的截面應大于2mm，接地點應盡量靠近PLC。六、英文翻譯ApplicationofthePLCApplyingprogrammablecontrollersisascriticaltotheuser,asissolvingtheproblemsthatcomewithdesigningandoperatingefficientproductionprocesses.Infact,itisthroughitsinnovativeapplicationsthattheprogrammablecontrollerhasexcelledandattractedthelargefollowingitenjoystoday.Continueddevelopmentintheapplicationareasupportedtheevolutionofcertainfeaturesandcapabilitiesthatarecommontoday.Nowwewillexaminethecurrentscopeofprogrammablecontrollerapplications,brieflylookatthestepsinvolvedinimplementingasystemforatypicalapplication,andconsidersomelogicalgroupingsofapplicationscommontoday,includingbasic,industryspecific,andgeneric.WhataProgrammableControllerCanDoWehaveseenapartiallistingofprogrammablecontrollerapplications,andwhileitwasanythingbutcomplete,itdidgiveagoodoveralllookatthebreadthandvarietyofusethatprogrammablecontrollersenjoy.Thesesystems,withsuchasimpleandlowtechnologyheritage,havecometobecapableofperformingtasksthatwerepreviouslyconsideredimpossibletoaccomplish,oratleastverydifficultandatgreatexpense.Wewilllookatasurveyofapplicationsbymajorindustrygroups,andwhilesomeoftheapplicationareasarecommontomanyofthegroups,itprovidesastructuredmethodtocategorizethewidevarietyofapplications.Thestructurewillconsistoftwomajorgroups-discretepartmanufacturingandprocess-andseveralsubgroupsineachmajorgroup.(1)DiscretePartmanufacturingIndustries:=1\*GB3①Transportation.Thisindustrygroupconsistsofautomotive,aircraft,aerospace,railroad,andshipsegments,aswellasanumberofsmallersegments.Programmablecontrollersareusedextensivelyinmanyofthesesegments,especiallytheautomotivesegment.Boththevehiclefinalassemblyprocessandthevarioussubassemblyandpartmanufacturingprocessesmakewideuseofprogrammablecontrollers.Thelargestpartsoftheseareusedforsequenceandmotioncontrolapplications,combinedwithagrowingoverlayofdatamanagementandcommunicationsapplications.Almostallofthesearedrivenbymetalcutting,forming,andassemblyneeds,althoughaglowingtrendisontheplasticmoldingandformingarea,asplasticsandotherengineeredmaterialsarereplacingmetalinsomeareas.Theaircraftandaerospacesegmentssharetheuseofprogrammablecontrollersformetalcuttingandforming,butarelighteronassemblysincemanyoftheassemblyprocessesarecustomoriented,andhencecannotjustifylargecapitaloutlaysinhardautomation.Theneedforfactoryfloordatacollectionandanalysisisveryintensehere,andprogrammablecontrollersplayamajorroleinfrontlinedataiscollectionandconcentration.Dataiscollectedtodocumentprocessintegrityinvolvingexoticandexpensivemetals,andforprocessescriticaltodesignintegrityorrequitingregulatoryagencydocumentation.Therailroadandshipsegmentshavelessintenseneedsforprogrammablecontrollers,butoneinnovativeuseintherailroadindustryinvolvestheuseofprogrammablecontrollersastracksidesignalandswitchcontrolunits,operatingremotelyandcommunicatingwithacentraldispatchingstationoverphoneormicrowavelinks.=2\*GB3②FabricatedMetal.Thefabricatedmetalsegmentconsistsofawidevarietyofsub-segmentsandprocesses,andasthenamesuggests,mostinvolvetheuseofprogrammablecontrollersformetalformingand,toalesserextant,metalcutting.Thesubsegmentsrangefrommanufacturingmetaldoorsandwindowtoproducingfirearms.Controllersaremostoftenfoundinsequencingandmotioncontrolapplications,andmuchuseismadetoaccomplishsophisticatedmaterialhandingapplications.=3\*GB3③NonelecticalMachinery.Thissegmentwasdesignedtocontainaveryloosearrangementofmachinerymanufacturers,rangingfromthegeneraltotheveryspecific.Itincludesbothfarmandconstructionequipmentmanufacturers,internalcombustionenginemanufacturers,manufacturersofmachinetools,andanimportantcategorycalledspecialmachinerymanufactures,whichincludescompaniesthatproducespecialpurposemachinerysuchastobacco,shoe,elevator,andplasticmolding.Asyoumightgather,suchavarietyofmanufacturersuseprogrammablecontrollersinverylargenumbers.Thewayinwhichtheyareusedisrelativelystraightforward,andincludesalargemeasureofsequencecontrolandmotioncontrol,largerfacilitiesarealsotakingadvantageofthecommunicationanddatamanagementcapabilitiesofthemoresophisticatedcontrollers.Elevatorsusethemotioncontrolandcommunicationcapabilities.Packagingmachinerymanytimescanusethesmallestoftoday'sprogrammablecontrollersasabasicfeatured,limitedI/Ocontrollerneedscanservetheirsometimes-limitedapplication.Ontheotherhand,somepackagingapplicationsrequirethefastestandmostpowerfulprogrammablecontrollerfeatures.=4\*GB3④ElectricalandElectronic.Thissegmentismadeupofmanufacturersrangingfromthosethatproducetelevisionsandradiostothosethatmakebatteries.Machinerythatisusedinthesemanufacturingprocessesincludessomebatchprocessing,aswellasameasureofsequentialcontrol(materialhandling),andmotioncontrol(componentinsertion).Otherfertileareasincludeautomaticassembly,automaticstorageandretrievalsystems,andtestingsystems.Again,asintheothersegmentswehaveexaminedsofar,largerfacilitiesareusinglocalareanetworkstotakeadvantageofthecommunicationanddatamanagementfeaturesofthenewercontrollers.Alsoaswithothersegment,wefindmany,manystand-alonemachineapplicationsusingsmalltomedium-sizedcontrollers,includingqueuingconveyorsystemsandspeciallydesignedpackagingmachines.(2)ProcessIndustries:=1\*GB3①Food.Thefoodprocessingindustryisonethathasawidevarietyofprogrammablecontrollerapplications,rangingformthebatchprocessingoffluidmilktothebatchprocessingofbeer,allthewaytothepackagingofbothproducts.Materialhandlingapplicationsarecommon,andincludebothbulk(thecontrolledmovementofacontinuousstreamofproduce),andunit(thecontrolledmovementofindividualunitsofproduct).PIDclosedloopcontroliscommonwiththeneedtoregulateflowandleveloffoodsinprocess,aswellasthetemperatureregulationofcertaincookingandsterilizingprocesses.Governmentregulationofmanyfood-relatedprocessescallsformeticulousdocumentationanddatagatheringofprocessparameterstoguaranteeproperfoodquality.Alloftheseapplicationsneedscallonthenaturalstrengthsofprogrammablecontrollers,anduseaboardsampleofcontrolschemes.=2\*GB3②Chemical.Thechemicalindustryconsistsofanumberofrelatedsegments,includingpharmaceuticals,paints,andengineeredmaterials,suchasplastics.Thisgroupreliesontheprogrammablecontrollernotforprimarycontinuousprocesscontrolneeds,butisusedinconjunctionwiththeprocesscomputer.Whiletheprocesscomputerhascommandofthemanyprocessloopsinvolvedinacontinuousprocess,theprogrammablecontroller,connectedthroughacommunicationinterface,operatesthevariouspumpmotorsandsupplyvalvesinvolvedintheprocess.Insmallerfacilitiesthatproduceproductsutilizingmorebatchprocessing,programmablecontrollersaresometimesusedastheprimarycontroldevices.Aperhapssurprisingly,largeapplicationareainthechemicalsegmentisthepackagingarea.Programmablecontrollers,properlyapplied,makeexcellentcontroldevicesforhigh-speedpackagingprocesses.=3\*GB3③PrimaryMetals.Primarymetalsarealuminum,steel,etc.Theproductionofthesemetalsreliesonprogrammablecontrollersformanyandvariousneeds.Mostoftheserelatetothesequencingandmovementofthemetal,initsliquid,semisolid,andfinishedstates.Continuouscastingprocesses,hotandcoldrollingprocesses,andcodingandin-linestorageoffinishedmaterialsallusesequenceandmotioncontrolheavily.Integrationwithvariablespeeddrivesiscommon.Alsocommonareusesofcontrollersforcontrolofslittersandcoilers.Insomefacilities,programmablecontrollersarealsousedforbatchmixingan