plc控制的立體倉庫畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目：PLC在立體倉庫位置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究</p><p>　　院 系： 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p>&

2、lt;p>　　班 級： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　論文提交日期：2012 年 6 月 25 日</p

3、><p>　　論文答辯日期：2012 年 6 月 26 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　電氣工程及其自動化專業(yè) 0803 學(xué)生 ：王浩</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)全球化的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，我國的工業(yè)也出

4、現(xiàn)了翻天覆地的變化，一方面高科技的加工工藝越來越得到推廣，加工效率也得到了大大的提高。與此同時原有的物流和倉儲系統(tǒng)已不能滿足新形勢的要求,建立一個集物流、信息流和資金流于一身的自動化物流管理中心,從而降低企業(yè)綜合物流成本,提高企業(yè)綜合效益便成為目前亟待解決的問題。</p><p>　　本課題是基于可編程控制器（PLC）作為控制單元，實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)、高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和優(yōu)越的性價比等

5、性能。使倉庫功能從單純保管型向綜合流通型的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)自動化立體倉庫成為現(xiàn)代物流與倉儲系統(tǒng)的重要組成部分，具有貨物存取效率高和自動化程度高、很強的入出庫能力等優(yōu)點。而PLC功能強大，可靠性高，抗干擾能力強，維修方便，易于實現(xiàn)機電一體化。</p><p>　　文中主要介紹了立體倉庫的基本組成，功能及工作流程，系統(tǒng)的控制及接線和直流電動機的特點及工作原理，并詳細(xì)的陳述了步進(jìn)電動機的工作原理、特點，步進(jìn)電動機驅(qū)動系統(tǒng)的基

6、本組成，步進(jìn)電動機的選擇方法和步進(jìn)電動機驅(qū)動器的選擇及接線圖。與此同時分析了德國西門子PLC S7-200系列在立體倉庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計部分，并給出了堆垛機的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖、PLC控制I/0端日分配表以及系統(tǒng)部分程序流程圖，立體倉庫控制系統(tǒng)PLC程序摘要等等，實現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠性、靈活性和實用性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：立體倉庫； PLC； 步進(jìn)電機；</p><

7、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the sustained and stable development of enterprises, the pace of economic globalization rapidly, China's industry has undergone enormous changes, on the

8、one hand the high-tech processing technology has been more promotion, the processing efficiency has been greatly improved. At the same time the existing logistics and warehousing system can not meet the requirements of t

9、he new situation, the establishment of a set of logistics, information flow and cash flow in an automated logistics manage</p><p>　　Automated warehouse is the case not directly to manual handling, automatic

10、completion of the goods warehousing and remove the system, high-level three-dimensional shelf, based on sets of handling equipment, a set of automatic control technology, communications technology, mechanical and elect

11、rical technology in one high-efficiency, high-capacity storage bodies. Programmable controller (PLC) as an industrial control computer, has a modular structure, flexible configuration, high-speed processin</p><

12、;p>　　This paper describes the basic components of the three-dimensional warehouse, functions and work processes, system controls and wiring and DC motor characteristics and working principle, and a detailed statement

13、of the stepper motor works, characteristics of the stepper motor drive system composition, selection and wiring diagram of stepper motor selection and stepper motor drive. At the same time analysis of Germany's Sieme

14、ns PLC S7-200 series in the three-dimensional warehouse control system, </p><p>　　Keywords: three-dimensional warehouse； PLC；stepper motor;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

15、<b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1自動化立體倉庫概述1</p><p>　　1.2 堆垛機概述3</p><p>　　1.2.1堆垛機的發(fā)展3</p><p>　　1.2.2巷道式堆垛機的技術(shù)現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 可編程控制器控制概況4<

16、/p><p>　　1.4 本課題研究的意義和內(nèi)容7</p><p>　　1.4.1 本課題研究的意義7</p><p>　　1.4.2本課題研究的內(nèi)容8</p><p>　　1.5 本章小結(jié)8</p><p>　　第二章 自動化立體倉庫的系統(tǒng)構(gòu)成9</p><p>　　2.1 立體倉庫的構(gòu)

17、成9</p><p>　　2.1.1立體倉庫系統(tǒng)的基本組成9</p><p>　　2.1.2 各部分的組成系統(tǒng)介紹10</p><p>　　2.2 立體倉庫模型的主要功能及工作流程11</p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)的主要功能11</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)的工作流程12</p>

18、<p>　　2.3 本章小結(jié)13</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件配置及其控制原理15</p><p>　　3.1 I/O分布列表15</p><p>　　3.2 CPU的選擇16</p><p>　　3.2.1 PLC存儲器類型及容量估算方法16</p><p>　　3.2.2 CPU的

19、確定17</p><p>　　3.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖及接線圖17</p><p>　　3.4 直流電機19</p><p>　　3.5 步進(jìn)電機19</p><p>　　3.5.1 步進(jìn)電動機的工作原理19</p><p>　　3.5.2 步進(jìn)電動機的特點19</p><p>　　3

20、.5.3 步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成20</p><p>　　3.5.4 步進(jìn)電機的選擇計算21</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機驅(qū)動器的選擇23</p><p>　　3.7 系統(tǒng)中傳感器的運用24</p><p>　　3.7.1 反射式傳感器24</p><p>　　3.7.2 對射式傳感器25&

21、lt;/p><p>　　3.8 本章小結(jié)26</p><p>　　第四章 立體倉庫主要程序設(shè)計27</p><p>　　4.1立體倉庫位置控制的PLC設(shè)計27</p><p>　　4.2 立體倉庫倉位選中控制程序設(shè)計29</p><p>　　4.3 本章小結(jié)32</p><p>　　第五

22、章 總結(jié)33</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1自動化立體倉庫概述</p><p>　　在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，自動化立體倉庫是一個重要的組成部分，它是一種新型的倉儲技術(shù)，自動化立體倉庫又稱為自動存儲/檢索系統(tǒng)(Automated Storage & Retrieval System，AS/RS)

23、，它是物料搬運和倉儲科學(xué)中的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。它以高層貨架為主要標(biāo)志，以成套先進(jìn)搬運設(shè)備為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的計算機控制技術(shù)為主要手段，由此組成高效率、大容量的科學(xué)存儲，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。</p><p>　　高層貨架倉庫的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)以后生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在生產(chǎn)發(fā)展的實際需要和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實可能情況下，五十年代初開始出現(xiàn)了自動化立體倉庫，并在實踐中顯示出了其優(yōu)越性，隨即得到迅速的推廣和發(fā)

24、展。1950年美國首先產(chǎn)生了手動控制的橋式堆垛起重機，這種起重機的大梁上懸掛一個門架(立柱)，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)運動來搬運貨物，與此同時也提出了高層貨架的新概念，被認(rèn)為是自動化倉庫的雛形。1960年左右在美國開始出現(xiàn)了沒有大梁的由人工操作的巷道式堆垛機。隨著立體倉庫的發(fā)展，巷道式堆垛機逐漸代替了橋式堆垛機。1963年美國的一個食品廠在倉庫工作中采用電子計算機，成為世界上最早的全自動化倉庫。此后，從1963年開始在歐洲各國，由于用地緊張

25、，開始計劃建造25~30米的高層自動化倉庫。從1967年開始，相繼完成了一些計算機管理和計算機控制的全自動化倉庫。1970年安裝了由貨架支承式改變?yōu)榈孛嬷С惺降母叨冗_(dá)40米的堆垛機。70年代提出了采用50米高堆垛機的可能性。進(jìn)入90年代后，堆垛機在使用范圍和性能上有了很大的發(fā)展。</p><p>　　在日本，從1967年開始安裝了高度為20~25米的高層堆垛機，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機全自動化倉庫。此后，日本的自動化

26、倉庫技術(shù)和設(shè)備的臺數(shù)都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在各個部門都安裝了各種各樣的堆垛機。日本的自動化倉庫技術(shù)和自動化倉庫的擁有量位居世界前茅[1]。</p><p>　　自動化技術(shù)在倉儲領(lǐng)域中的發(fā)展可分為以下五個階段：人工倉儲階段、機械化倉儲階段、自動化倉儲階段、集成化倉儲階段和智能自動化倉儲階段。在上世紀(jì)90年代后期及21世紀(jì)的若干年內(nèi)，智能自動化倉儲是自動化技術(shù)的主要發(fā)展方向。</p><p>

27、　　第一階段，物資的輸送、存儲、管理和控制主要靠人工實現(xiàn)，其實時性和直觀性是明顯的優(yōu)點。人工倉儲技術(shù)在初期設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也具有優(yōu)越性。</p><p>　　第二階段，物料可以通過各種各樣的傳送帶，工業(yè)輸送車、機械手、吊車、堆垛機和升降機來移動和搬運，用貨架托盤和可移動貨架存儲物料，通過人工操作機械設(shè)備，用限位開關(guān)，螺旋機械制動和機械監(jiān)視器等控制設(shè)備的運行。機械化滿足了人們對速度、精度、高度、重量、重復(fù)存取和搬

28、運的要求。</p><p>　　第三階段，自動化倉儲技術(shù)階段，自動化技術(shù)對倉儲技術(shù)和發(fā)展起了重要的促進(jìn)作用。上世紀(jì)50年代末和60年代，相繼研制和采用了自動導(dǎo)引小車(AVG)、自動貨架、自動存取機器人、自動識別和自動分揀系統(tǒng)等。70年代和80年代，旋轉(zhuǎn)體式貨架、移動式貨架、巷道式堆垛機和其他搬運設(shè)備都加入了自動控制的行列，但這時只是各個設(shè)備的局部自動化并各自獨立應(yīng)用，被稱為“自動化孤島”。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，工

29、作重點轉(zhuǎn)向物資的控制和管理，要求實時、協(xié)調(diào)和一體化，計算機之間、數(shù)據(jù)采集點之間、機械設(shè)備的控制器之間以及它們與主計算機之間的通信可以及時地匯總信息，倉庫計算機及時地記錄訂貨和到貨時間，顯示庫存量，計劃人員可以方便地做出供貨決策，他們知道正在生產(chǎn)什么、訂什么貨、什么時間發(fā)什么貨、管理人員隨時掌握貨源及需求。信息技術(shù)的應(yīng)用己成為倉儲技術(shù)的重要支柱。</p><p>　　第四階段，集成自動化倉儲技術(shù)階段，在上個世紀(jì)70

30、年代末和80年代，自動化技術(shù)被越來越多地用到生產(chǎn)和分配領(lǐng)域，顯然，“自動化孤島”需要集成化，于是便形成了“集成系統(tǒng)”的概念。在集成化系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的有機協(xié)作，使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超過各部分獨立效益的總和。集成化倉庫技術(shù)作為計算機集成制造系統(tǒng)(Compute Integrated Manufacturing System，CIMS)中物資存儲的中心受到人們的重視。雖然人們在上個世紀(jì)80年代已經(jīng)注意到系統(tǒng)集成化，但至今在我國已建

31、成的集成化倉儲系統(tǒng)還不多。在集成化系統(tǒng)里包括了人、設(shè)備和控制系統(tǒng)，前述三個階段是基礎(chǔ)。</p><p>　　第五階段是智能自動化倉儲技術(shù)，人工智能技術(shù)發(fā)展了自動化技術(shù)向智能自動化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，智能自動化倉儲技術(shù)還處于初級發(fā)展階段，在二十一世紀(jì)倉儲技術(shù)的智能化將具有廣闊的應(yīng)用前景。1980年，由北京機械工業(yè)自動化研究所等單位研制建成的我國第一座自動化立體倉庫在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此以后，立體倉庫在我國得到了迅速

32、的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國已建成的立體倉庫近三百座，其中全自動的立體倉庫有30多個。我國的自動化倉庫技術(shù)已實現(xiàn)了與其他信息決策系統(tǒng)的集成，正在做智能控制和模糊控制的研究工作[2]。</p><p><b>　　1.2 堆垛機概述</b></p><p>　　1.2.1堆垛機的發(fā)展</p><p>　　初期的立體倉庫使用的堆垛機以橋式起重機為

33、基礎(chǔ)。這種堆垛機是從起重機的大梁上懸掛一個門架(立柱)，利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)來搬運貨物。1960年左右在美國出現(xiàn)了沒有大梁的巷道式堆垛機。這種堆垛機是在地面的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者是在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防止傾倒。1967年日本開始安裝了高度20~25m高層堆垛機，1969年出現(xiàn)了聯(lián)機全自動化倉庫。1973年建成了世界上第一座40℃的極低溫用于貯藏生鮮食品的自動化冷藏庫，解決了低溫條件下堆垛機的可靠性和技術(shù)

34、方面的問題，巷道式堆垛機隨之逐漸的取代了橋式起重機。我國是上個世紀(jì)70年代初期，開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫。</p><p>　　1.2.2巷道式堆垛機的技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　按現(xiàn)行機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有軌巷道式堆垛機分類方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運行軌跡等分類。無論何種類型的堆垛機一般都由水平行走機構(gòu)、起升機構(gòu)、載貨臺及貨叉機構(gòu)、機架和電氣設(shè)備等基本部分組成

35、。體現(xiàn)堆垛機動態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要有：運行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、認(rèn)址精度等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動化立體倉庫的技術(shù)水平和倉儲機械設(shè)備的動態(tài)性能也在不斷提高。例如，堆垛機的運行驅(qū)動己由20世紀(jì)70年代的子母電動機改為變頻調(diào)速，速度由5~50m/min提升至4~160m/min，國外小載重量的堆垛機最高可達(dá)300m/min；提升驅(qū)動己由20世紀(jì)70年代的雙速電動機改進(jìn)為變頻調(diào)速，速度由4~16m/min提升至0~25m/m

36、in；貨叉運行也由單速電動機驅(qū)動改進(jìn)為變頻調(diào)速，速度由8m/min提升至4~35m/min；在堆垛機自動控制方面還采用閉環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)、 Profibus 總線控制等先進(jìn)技術(shù)。盡管如此，目前國產(chǎn)堆垛機的運行速度最高仍保持在160m/min；提升速度在0~80m/min；貨叉速度一直保持在0~30m/min；認(rèn)址采用光電探測，精度不足，認(rèn)址差錯率高[3]。</p><p>　　1.3 可編程控制器控制概況<

37、;/p><p>　　可編程控制器是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子計術(shù)，計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型式控制裝置，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯，記時，計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會(IEC)頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等

38、操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程[6]?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。PLC具有通用性強，使用方便，適應(yīng)面廣，可控性高，抗擾能力強，編程簡單等特點?？梢灶A(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流。</p><p>　　PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應(yīng)用程序，系統(tǒng)程序提供運行平

39、臺，同時，還為PLC程序可控運行及信息與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計。</p><p>　　PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，所以在工業(yè)控制方面，它具有繼電器控制或通用計算機所無法比擬的特點</p><p><b>　　1. 高可靠性:</b></p><p>　　PLC的高可靠性主要表現(xiàn)在硬件和軟件

40、兩個方面:</p><p>　　在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源，并且對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡化安裝，因此PLC具有很強的抗振動沖擊性能;無觸點的半導(dǎo)體電路來完成頻繁的開關(guān)動作，就不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的器件老化、脫焊、觸點電弧等問題;所有的輸入輸出接口都采用了光電隔離措施，使外部電路和PLC內(nèi)部電路能有效地進(jìn)行隔離;PLC模塊式結(jié)構(gòu)，可以在其中一個模塊出現(xiàn)故障時迅速地

41、判斷出故障的模塊并進(jìn)行更換，這樣就能盡量縮短系統(tǒng)的維修時間。在軟件方面，PLC的監(jiān)控定時器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運算處理器的延遲，保證在程序出錯和程序調(diào)試時，避免因程序錯誤而出現(xiàn)死循環(huán);當(dāng)CPU、電池、I/O口、通信等出現(xiàn)異常時，PLC的自診斷功能可以檢測到這些錯誤，并采取相應(yīng)的措施，以防止故障擴(kuò)大;停電時，后備電池和正常工作時一樣，進(jìn)行對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)的保護(hù)，確信信息、不丟失。由于采取了以上有效措施，保證了PLC的高可靠性，

42、從而使PLC的平均無故障時間己經(jīng)能高達(dá)幾十萬小時。</p><p>　　2. 應(yīng)用靈活性、使用方便</p><p>　　模塊化的PLC設(shè)計，使用戶根據(jù)自己控制系統(tǒng)的大小、工藝流程和控制要求等來選擇自己所需要的PLC的模塊并進(jìn)行資源配置和PLC編程。這樣，控制系統(tǒng)就不再需要大量的硬件裝置，用戶只需根據(jù)控制需要設(shè)計PLC的硬件配置和I/0的外部接線即可。而在PLC控制系統(tǒng)中，當(dāng)控制要求改變時，

43、不改動PLC外部接線，只需修改程序即可。這種面向控制過程的編程方式，與目前微機控制常用的匯編語言相比，應(yīng)用靈活，移植性強。</p><p>　　3. 面向控制過程的編程語言，容易掌握</p><p>　　PLC的編程語言采用繼電器控制電路的梯形圖語言，清晰直觀。雖然PLC是以微處理器為核心的控制裝置，但是它不需要用戶具有很強的程序設(shè)計能力，只需用戶具備一定的計算機軟、硬件知識和電器控制方面

44、的知識即可。這種面向控制過程的編程方式，雖然在PLC內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)機電控制設(shè)備來說，這種時耗是微不足道的。</p><p>　　4. 易于安裝、調(diào)試、維修</p><p>　　在安裝時，由于PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，因此可以直接和外部設(shè)備相連，而不再需要專門的接口電路。而且PLC的軟件功能取代了原來的繼電器控制中的中間繼電器、計時器、計數(shù)器等一些器

45、件，所以硬件安裝上的工作量相應(yīng)減少。PLC的調(diào)試可先在實驗室模擬完成，模擬調(diào)試完成后再現(xiàn)場安裝和調(diào)試。這樣就可以避免可能在現(xiàn)場會出現(xiàn)的一些問題，從而縮短調(diào)試周期:在維修方面，PLC完善的診斷和顯示功能，可以通過模塊上的顯示或者編程器等很容易地找出故障的模塊，而且由于模塊化設(shè)計，因此只需要對出錯的模塊進(jìn)行更換即可。</p><p>　　5. PLC的功能強、功能等擴(kuò)展能力強</p><p>

46、　　其一，PLC利用程序進(jìn)行定時、計數(shù)、順序、步進(jìn)等控制十分準(zhǔn)確可靠。其二，PLC還具有周D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)運算和數(shù)據(jù)處理、運動控制等功能。因此它既可對開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對模擬量進(jìn)行控制。其三，PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，因此，它不僅可以控制一臺單機、一條牛產(chǎn)線，還可以控制一個機群、多條生產(chǎn)線，它既可現(xiàn)場控制，也可遠(yuǎn)距離對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。PLC的功能擴(kuò)展極為方便，硬件配置相當(dāng)靈活，根據(jù)控制要求的改變可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù)

47、，再相應(yīng)修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。</p><p><b>　　6. 網(wǎng)絡(luò)功能強大</b></p><p>　　PLC具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能。PLC不僅能做到遠(yuǎn)程控制、進(jìn)行PLC內(nèi)部通信與上位機進(jìn)行通信，還具備專線上網(wǎng)、無線上網(wǎng)等功能。這樣，PLC就可以組成范圍很大的控制網(wǎng)絡(luò)，整個工廠，甚至整個系統(tǒng)都可以實現(xiàn)自動化，從而提高生產(chǎn)的效率。</p&

48、gt;<p>　　7. PLC體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化</p><p>　　由于PLC內(nèi)部電路主要采用半導(dǎo)體微電子集成電路，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功耗低的特點;更由于它具有很強的抗干擾能力，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，因而它已成為實現(xiàn)機電一體化十分理想的控制裝置。</p><p>　　隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已能完成以下控制功能:</p>&l

49、t;p><b>　?、?條件控制功能</b></p><p>　　條件控制(或稱邏輯控制或順序控制)功能是指用PLC的與、或、非指令取代電器觸點串聯(lián)、并聯(lián)及其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。</p><p>　?、?定時/計數(shù)控制功能</p><p>　　定時/計數(shù)控制功能就是用PLC提供的定時器、計數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或計數(shù)控制，

50、以取代時間繼電器和計數(shù)繼電器。</p><p><b>　?、?步進(jìn)控制功能</b></p><p>　　步進(jìn)控制功能就是用步進(jìn)指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工</p><p>　　序完成后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。</p><p><b>　?、?數(shù)據(jù)處理功

51、能</b></p><p>　　數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算與邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。</p><p>　　⑸ A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能</p><p>　　A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能就是通過A/D、D/A模塊完成對模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　?、?運動控

52、制功能</b></p><p>　　運動控制功能是指通過高速計數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸控制。</p><p><b>　　⑺ 過程控制功能</b></p><p>　　過程控制功能是指通過PLC的PID控制模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制。</p><p><b>

53、　?、?擴(kuò)展功能</b></p><p>　　擴(kuò)展功能是指通過連接輸入/輸出擴(kuò)展單元(即I/O擴(kuò)展單元)模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制能力。</p><p><b>　　⑼ 遠(yuǎn)程I/O功能</b></p><p>　　遠(yuǎn)程I/O功能是指通過遠(yuǎn)程I/O單元將分散在遠(yuǎn)跟離的各種輸入、輸出

54、設(shè)備與PLC主機相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。</p><p><b>　　⑽ 通信聯(lián)網(wǎng)功能</b></p><p>　　通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位計算機的鏈接等，實現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成系統(tǒng)規(guī)模較大的復(fù)雜控制。</p><p><b>　?、?監(jiān)控功能</b><

55、;/p><p>　　監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分運行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報警和記錄，甚至自動終止運行;也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、計數(shù)器等設(shè)定值或強制I/O狀態(tài)[4]。</p><p>　　1.4 本課題研究的意義和內(nèi)容</p><p>　　1.4.1 本課題研究的意義</p><p>　　隨著我國加入WTO，加

56、快了經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程，進(jìn)一步促進(jìn)了物資流通，物儲運發(fā)送量越來越大?？梢灶A(yù)測，今后市場對倉儲物流設(shè)備的需求量將有更大幅度的增長，而且將在存取率、自動化程度、信息化程度等方面提出更高的要求。</p><p>　　自動化立體倉庫的出現(xiàn)極大的滿足了現(xiàn)代物流的發(fā)展，從一定程度上促進(jìn)了現(xiàn)代物流的發(fā)展。隨著現(xiàn)代化物資存儲、運送、管理及城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，對自動化倉庫的需求將越來越大，對其各方面功能、性能的要求也越來越高[5

57、]。</p><p>　　在立體倉庫中，堆垛機是自動化立體倉庫中最主要的作業(yè)機械設(shè)備，是輸送系統(tǒng)的核心設(shè)備，決定著整個出入庫是否能流暢運行的關(guān)鍵，它的合理的速度控制、精確的定位設(shè)計以及優(yōu)良的故障診斷系統(tǒng)是實現(xiàn)堆垛機高效率、高準(zhǔn)確度、高度安全性運行的重要因素。</p><p>　　相對傳統(tǒng)的倉庫而言!自動化倉庫有著明顯的優(yōu)勢!包括貨物分揀速度快!可靠性高!易于精確管理!而且占地資源少&quo

58、t;空間利用率高!同時還降低了人力資源成本的支出,自動化倉庫的控制涉及計算機"通信和控制等多門學(xué)科,而現(xiàn)場總線技術(shù)也正是在這樣的背景下順勢發(fā)展起來的技術(shù)!可以對立體倉庫做到實時有效的控制[6]。</p><p>　　此次設(shè)計采用西門子PLC控制技術(shù)來實現(xiàn)自動化立體倉庫的控制，對立體倉庫的全方面和先進(jìn)化都具有良好的促進(jìn)作用。</p><p>　　1.4.2本課題研究的內(nèi)容</

59、p><p>　　本課題立足于目前市面上比較流行的各類晶體管輸出的PLC (如西門子、三菱或歐姆龍等)采集各種傳感 器信號，對步進(jìn)電機和直流電機進(jìn)行較復(fù)雜的位置控制及時序邏輯控制，實現(xiàn)倉位定位和送/取動作（X/Y 軸完成倉位定位，Z軸完成送/取動作）。))。</p><p>　　此設(shè)計的主要內(nèi)容有：</p><p>　　1. 掌握 PLC 控制的基本原理、步進(jìn)電機及驅(qū)動、

60、直流電機、傳感器等器件的原理及使用。</p><p>　　2. 掌握位置控制技術(shù)。</p><p>　　3. 掌握機械傳動原理及應(yīng)用。</p><p>　　4. 理解 PLC 的脈沖輸出控制。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　在本章節(jié)中通過論述簡要的的介紹

61、了立體倉庫和可編程控制器的基本概況。并介紹了本次設(shè)計立體倉庫的內(nèi)容及其意義。</p><p>　　第二章 自動化立體倉庫的系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　2.1 立體倉庫的構(gòu)成</p><p>　　2.1.1立體倉庫系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　立體倉庫模型是用來儲存、分類貨物的模型。送貨時，根據(jù)貨物的屬性將不同的物體送人到指定的倉位中去

62、；取貸時，根據(jù)需求從指定的倉位中取出貨物，它由12個倉位組成，采用滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌、普通絲杠作為傳動裝置，由PLC編程實現(xiàn)X、Y、Z軸的位置控制，可完成倉庫汽車模型的自動或手動存取。該裝置的機構(gòu)由立體倉庫本體單元、PLC控制單元、接口單元、電源單元等組成。如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1立體倉庫模型的外形結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1) 立體倉庫本體單元</p>

63、<p>　　該單元由l2個倉位和巷道式堆垛起重機（以下簡稱巷道起重機）等組成。</p><p>　　(2) PLC控制單元該單元</p><p>　　可分別選用松下PLC、西門子PLC、歐姆龍PLC、三菱PLC等。PLC主體具有脈沖輸出功能，能同時實現(xiàn)兩軸定位功能。</p><p><b>　　(3) 接口單元</b></

64、p><p>　　該單元將系統(tǒng)中所有控制單元、執(zhí)行單元、檢測單元、輸入／輸出單元的信號都引到面板上，由學(xué)生自行完成電路的連接設(shè)計。不同性質(zhì)的節(jié)點采用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)識，并且每個單元自身的電路具有獨立性，具備擴(kuò)展功能。</p><p><b>　　(4) 電源單元</b></p><p>　　電源單元是由開關(guān)電源提供系統(tǒng)工作的DC 24V電壓。該系統(tǒng)在

65、設(shè)計上設(shè)置了各種保護(hù)功能，包括短路保護(hù)、反向保護(hù)、限位保護(hù)、定位保護(hù)。TVT-99C立體倉庫系統(tǒng)中為了防止不確定因素對系統(tǒng)硬件的損壞，分別在機械手臂運行的橫軸和縱軸上設(shè)置了倉庫的定位孔，當(dāng)機械手臂運行時，位于移動模塊下方的光電傳感器分別檢測運行X軸、Y軸的定位點，當(dāng)且僅當(dāng)機械手臂停止于定位孔點時，對應(yīng)的Z軸才能進(jìn)行取貨和移貨的動作[7]。</p><p>　　2.1.2 各部分的組成系統(tǒng)介紹</p>

66、<p>　　(1) 倉庫庫體倉庫本體分為兩個區(qū)，分別為轉(zhuǎn)貨區(qū)和儲貸區(qū)。轉(zhuǎn)貨區(qū)主要是由載貨臺組成的，用來周轉(zhuǎn)貨物，當(dāng)貨物入庫以及貨物出庫時，都是通過轉(zhuǎn)貨區(qū)來完成的。儲貨區(qū)由12個倉位組成，分成4行、3列，主要用于儲存不同的貨物。在轉(zhuǎn)貨區(qū)、儲貨區(qū)都分別安裝了檢測傳感器，用于檢測對貨物的定位。</p><p>　　(2) 巷道起重機巷道起重機由二軸行走機構(gòu)、貨臺、驅(qū)動器等組成，巷道起重機總共具有3個自由度，

67、能實現(xiàn)水平移動、垂直移動、前后移動等操作，貨物的轉(zhuǎn)移主要是由它完成操作的。如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 巷道起重機</p><p>　　(3) PLC控制單元PLC控制單元采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200 CPU226型PLC，型號為CPU226 DC/DC/DC，所有操作控制指令都是由PLC發(fā)出的。</p><p>　　(4) 電源單元電源單元

68、是用于給系統(tǒng)提供DC24V的直流電源，輸出功率為150W。</p><p>　　2.2 立體倉庫模型的主要功能及工作流程</p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)的主要功能</p><p>　　立體倉庫的電氣控制系統(tǒng)是由西門子PLC、步進(jìn)電動機及其驅(qū)動電源模塊、直流電動機、開關(guān)電源、位置傳感器等組成。</p><p>　　立體倉庫的運動機械機構(gòu)部

69、分由滾珠絲杠、滑軌、普通絲杠等組成，采用步進(jìn)電動機和直流電動機作為拖動元件。其關(guān)鍵部分是巷道起重機，由水平移動、垂直移動及伸叉機構(gòu)三部分組成。其水平和垂直移動分別用兩臺步進(jìn)電動機驅(qū)動滾珠絲杠來完成，伸叉機構(gòu)由一臺直流電動機來控制。它分為上下兩層，上層為貨臺，可前后伸縮，下層裝有絲杠等傳動機構(gòu)。當(dāng)堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時，伸叉電動機驅(qū)動貨臺向前伸出可將貨物取出或送人，然后鏟叉向后縮回。整個系統(tǒng)需要三維的位置控制[8]。</p

70、><p>　　該系統(tǒng)通過傳感器采集信號，PLC控制程序，可實現(xiàn)對步進(jìn)電動機和直流電動機較復(fù)雜的速度與位置控制及時序邏輯控制功能。</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)的工作流程</p><p>　　系統(tǒng)在電氣設(shè)計上，電動機主要采用步進(jìn)電動機和直流電動機，分別控制水平移動、垂直移動及貨臺的動作。傳感器采用對射式和反射式傳感器以及微動開關(guān)，用于完成貨物的檢測和限位保護(hù)等。&

71、lt;/p><p>　　系統(tǒng)在機構(gòu)設(shè)計上采用滾珠絲杠、滑軌和普通絲杠作為主要傳動機構(gòu)。當(dāng)堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時，貨臺向前伸出可將貨物取出或送人，當(dāng)取到貨物或貨已送人，則鏟叉向后縮回。整個系統(tǒng)需要三維的位置控制。[9]系統(tǒng)流程如圖2-2所示。</p><p><b>　　其工作流程如下：</b></p><p><b>　?、?接

72、通電源。</b></p><p><b>　?、?系統(tǒng)自檢。</b></p><p>　?、?將功能開關(guān)置于自動位置。</p><p>　?、?將一帶托盤的汽車模型置于10號倉位，放置模型時，人位要準(zhǔn)確，并注意到倉位底部檢測開關(guān)已動作。</p><p><b>　?、?執(zhí)行取指令。</b>

73、;</p><p>　?、?選擇欲取倉位號（如10號），按動倉位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號。</p><p>　　② 按動“取”指令按鈕，執(zhí)行取出動作。若載貨臺已有汽車模型，則該指令不被執(zhí)行，需要由用戶手動將貨物移走</p><p>　　③ 指令完成后，系統(tǒng)自動返回。</p><p>　　④ 如執(zhí)行取出指令前，被選倉位（如10號

74、）無汽車模型，則取指令將不被執(zhí)行。</p><p><b>　?、?執(zhí)行送指令。</b></p><p>　　① 選擇歡送倉位號（如10號）．按動倉位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號。</p><p>　?、?按動送指令按鈕，若被選擇10號倉位內(nèi)已有汽車模型，則該指令不被執(zhí)行，需要由用戶手動將貨物移走。</p><p

75、>　　③指令完成后，系統(tǒng)自動返回。</p><p>　　④如執(zhí)行送人指令前，載貨臺無汽車模型，則送指令將不被執(zhí)行。</p><p>　　根據(jù)前面的分析，該立體倉庫系統(tǒng)的運行情況可歸納為：當(dāng)按下起動按鈕后，允許進(jìn)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以及“取”或“送”按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)行相應(yīng)的動作，此時控制面板上的數(shù)碼臂顯示相應(yīng)的倉位號。當(dāng)出現(xiàn)故障時，電動機停止運行。在緊

76、急情況下，按下緊急按鈕，貨物送回原來的位置，只有當(dāng)故障排除后，才能重新運行[10]。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)共分二小節(jié)。在第一小節(jié)結(jié)合系統(tǒng)的實物圖詳細(xì)的介紹了自動化立體倉庫的各個部件，并簡單的陳述了各部分的特點，清楚的了解立體倉庫的工藝及其控制要求，為系統(tǒng)的硬件選型設(shè)計和軟件程序設(shè)計打下鋪墊。在第二小節(jié)中通過對

77、系統(tǒng)的進(jìn)一步了解，確定系統(tǒng)的主要功能，畫出系統(tǒng)流程圖。</p><p>　　圖 2-2 系統(tǒng)流程圖</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件配置及其控制原理</p><p>　　3.1 I/O分布列表</p><p>　　根據(jù)立體倉庫系統(tǒng)實際情況對I/O的分布并列寫I/O分布列表，I/O分布列表見表3-1所示。</p><p

78、>　　表3-1 I/O分布列表</p><p>　　3.2 CPU的選擇</p><p>　　3.2.1 PLC存儲器類型及容量估算方法</p><p>　　存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的

79、，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。</p><p>　　存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。</p><p>　　PLC系統(tǒng)所用的存儲器基本上由PROM、E

80、-PROM及RAM三種類型組成，存儲容量則隨機器的大小變化，一般小型機的最大存儲能力低于6KB，中型機的最大存儲能力可達(dá)64KB，大型機的最大存儲能力可上兆字節(jié)。使用時可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲需要來選用合適的機型，必要時也可專門進(jìn)行存儲器的擴(kuò)充設(shè)計。</p><p>　　PLC的存儲器容量選擇和計算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點數(shù)精確計算存儲器的實際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照

81、表3-1的公式來估算。為了使用方便，一般應(yīng)留有25%~30%的裕量，獲取存儲容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字?jǐn)?shù)，用戶便可確定準(zhǔn)確的存儲容量。容量的估算見表3-2所示。</p><p>　　表3-2 容量的估算</p><p>　　3.2.2 CPU的確定</p><p>　　由上述的I/O分布表和存儲容量估算得知：</p>

82、<p>　　輸入的數(shù)字量共有16個，考慮安全裕量(10%)則應(yīng)選18個的輸入量模塊。</p><p>　　輸出的數(shù)字量共有16個，考慮安全裕量(10%)則應(yīng)選18個的輸入量模塊.</p><p>　?、湃暨x擇s7-200系列PLC則CPU224DC/DC/DC+EM223/16I/16O</p><p>　　也可選CPU226DC/DC/DC+EM222/

83、0I/4O</p><p>　　注：CPU224有14I/10O（4096字），CPU226有24I/16O(4096字)</p><p>　　⑵若選擇S7-300系列PLC 則選：</p><p>　　電源模塊：PS307(5A)</p><p>　　CPU模塊：CPU312(10I/6O)\20KB</p><p>

84、;　　數(shù)字量輸入模塊：SM32/(20I)</p><p>　　數(shù)字量輸出模塊：SM322(18O)</p><p>　　本課題選用CPU226DC/DC/DC+EM222 0I/4O</p><p>　　3.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖及接線圖</p><p>　　構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)的主要電氣硬件有控制立體倉庫Z軸的直流電動機，控制X、Y軸的步進(jìn)電動

85、機以及供給系統(tǒng)能源的直流開關(guān)電源，還有各種傳感器，如系統(tǒng)中采用的反射式和對射式傳感器以及微動開關(guān)（用來完成貨物的檢測和限位保護(hù)）等。系統(tǒng)的控制框圖和接線圖如圖3-1和3-2所示。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)接線圖</p><p><b>　　3.4 直流電機</b></p>&

86、lt;p>　　立體倉庫模型采用直流電動機作為Z軸的拖動元件。直流電動機具有良好的起動性能，且能在寬廣的范圍內(nèi)平滑而經(jīng)濟(jì)地調(diào)速。因此，直流電動機在起動和調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機械上廣泛地被使用，如用來拖動電力機車、無軌電車、船舶機械、電梯等。在自動控制系統(tǒng)中，小功率直流電動機的應(yīng)用也很廣泛。</p><p>　　本系統(tǒng)采用的直流電動機的輸入電壓為12~24V，兩根輸入導(dǎo)線，紅色為正極，藍(lán)色為負(fù)極。血用的直流電動機

87、控制板由輸入信號、輸入電源、輸出信號等組成。輸入信號由PLC提供，輸入電源由電源模塊提供，輸出信號驅(qū)動直流電動機。</p><p><b>　　3.5 步進(jìn)電機</b></p><p>　　3.5.1 步進(jìn)電動機的工作原理</p><p>　　步進(jìn)電動機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機。當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進(jìn)電動機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步。

88、當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)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(jìn)電動機轉(zhuǎn)于機械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進(jìn)電動機時，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。步進(jìn)電動機的這種控制功能，是其他電動機無

89、法替代的。步進(jìn)電動機可分為磁阻式、永磁式和混臺式。步進(jìn)電動機的相散可分為單相、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(jìn)電動機的性能，但電動機的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源就會復(fù)雜，成本就會增加，應(yīng)按需要合理選用。</p><p>　　3.5.2 步進(jìn)電動機的特點</p><p>　　⑴ 步進(jìn)電動機是種作為控制用的特種電動機，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（稱為步距角）一步步地運行的。其特點是

90、沒有積累誤差（精度為IOO%）．所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。</p><p>　?、?步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。</p><p>　　⑶ 步距角不容易因電氣、負(fù)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(jìn)行良好的定位控制。</p><p>　?、?起/制動、正/反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。</p><p>　?、?價格

91、便宜，可靠性高。</p><p>　　⑹ 步進(jìn)電動機的主要缺點是教率較低，并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動電源。</p><p>　　⑺ 步進(jìn)電動機帶負(fù)載慣性的能力不強，在使用時既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，又要注意負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的大小，只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時，電動機才能獲得滿意的運行性能。</p><p>　?、?由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電動機的加速、減速的方法根據(jù)利用狀

92、態(tài)的不同而復(fù)雜多變。</p><p>　　3.5.3 步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　與交/直流電動機不同，僅僅接上供電電源，步進(jìn)電動機是不會運行的。為了驅(qū)動步進(jìn)電動機，必須由一個決定電動機速度和旋轉(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

93、電源等組成驅(qū)動系統(tǒng)，如步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　3.5.4 步進(jìn)電機的選擇計算</p><p>　　在選擇步進(jìn)電動機時，首先要考慮的是步進(jìn)電動機的類型，其次才是具體的品種。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，要求步進(jìn)電動機的電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，確定步進(jìn)電

94、動機采用二相八拍混合式步進(jìn)電動機.</p><p>　　選擇步進(jìn)電動機時需要進(jìn)行以下計算。</p><p>　　1)根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量計算齒輪的減速比。齒輪減速比i計算如:</p><p><b>　　3-1</b></p><p>　　式中——步進(jìn)電動機的步距角（。/脈沖）；</p><p>　

95、　P——絲杠螺距(mm)；</p><p>　　——脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）。</p><p>　　2)計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量J。</p><p>　　3-2 </p><p>　　式中——折算至電動機軸上的慣量(kg．cm)；</p><p>　　、——齒輪轉(zhuǎn)動慣量

96、(kg .cm)；</p><p>　　——桿轉(zhuǎn)動慣量(kg .cm)；</p><p>　　——工作臺重量(N)；</p><p>　　P——絲杠螺距(cm)。</p><p>　　3)計算電動機輸出的總轉(zhuǎn)矩M。</p><p><b>　　3-3</b></p><p>

97、;<b>　　3-4</b></p><p><b>　　3-5</b></p><p><b>　　3-6</b></p><p>　　式中 ——電動機起動加速轉(zhuǎn)矩()；</p><p>　　——導(dǎo)軌摩擦折算至電動機的轉(zhuǎn)矩()；</p><p>　　—

98、—外力折算至電動機的轉(zhuǎn)矩()；</p><p>　　、——電動機自身轉(zhuǎn)動慣量與負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量()；</p><p>　　n——電動機所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速(r/min)；</p><p>　　T——電動機升速時間(s)；</p><p><b>　　——摩擦系數(shù)；</b></p><p><b>

99、　　——傳遞效率；</b></p><p>　　——最大外力(N)。</p><p>　　負(fù)載起動頻率的估算。電動機的起動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為</p><p><b>　　3-7</b></p><p>　　式中 ——帶載起動頻率(Hz)；</p><p>　

100、　——空載起動頻率(Hz)；</p><p>　　——起動頻率下由矩頻特性決定的電動機輸出轉(zhuǎn)矩()。</p><p>　　若負(fù)載參數(shù)無法精確確定，則可按進(jìn)行估算。</p><p>　　5)運行的最高頻率與升速時間的計算。</p><p>　　由于電動機的輸出轉(zhuǎn)矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率時，由矩頻特性的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)能驅(qū)動負(fù)載，并留有足

101、夠的余量。</p><p>　　6)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩。負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按式(3-5)和式(3-6)計算。電動機在最大進(jìn)給速度時，由矩頻特性決定的電動機輸出轉(zhuǎn)矩要大于與之和，并留有余量。一般來說，與之和應(yīng)小于(0.2-0.4) 。</p><p>　　根據(jù)以上的計算，我們在該立體倉庫控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電動機采用二相八拍混合式步進(jìn)電動機。它的主要特點是體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等

102、優(yōu)點。步進(jìn)電動機的接線如圖3-4。</p><p>　　圖3-4 步進(jìn)電機的接線圖</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機驅(qū)動器的選擇</p><p>　　步進(jìn)電動機的運行要有電子裝置進(jìn)行驅(qū)動，這種裝置就是步進(jìn)電動機驅(qū)動器。它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電動機的角位移，或者說，控制系統(tǒng)每發(fā)出一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進(jìn)電動機旋轉(zhuǎn)一個步距角。所以，步進(jìn)電動

103、機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。</p><p>　　所有型號驅(qū)動器的輸入信號都相同，共有三路信號，它們是步進(jìn)脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機信號FREE（此端為低電平有效時，電動機處于無轉(zhuǎn)矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電動機可正常運行）。它們在驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都相同，OPTO端為三路信號的公共端，二路輸入信號在驅(qū)動器內(nèi)部接成共陽方式，所以O(shè)PT0端必須接外部系統(tǒng)的Vcc。如果Vcc是+

104、5v，則可直接接入；如果Vcc不是+5v，則需要外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光耦合器提供8- 15mA的驅(qū)動電流，在該立體倉庫中，由于FPO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1.8的限流電阻R。</p><p>　　步進(jìn)電機驅(qū)動器的輸出信號有以下兩種。</p><p>　　(l) 初相位信號驅(qū)動器每次通電后將使步進(jìn)電動機起始在一個固定的相位上，這就是初相位

105、。初相位信號是指步進(jìn)電動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)配合使用，可產(chǎn)生相位記憶功能。</p><p>　　(2) 報警輸出信號每臺驅(qū)動器都有多種保護(hù)措施（如過電壓、過電流、過溫等）。當(dāng)保護(hù)發(fā)生時，驅(qū)動器進(jìn)入脫機狀態(tài)使電動機失電，但這時控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知控制系統(tǒng)，就要用到“報警輸出信號”。</p><p>　　所以，我們采用SH系列步

106、進(jìn)電動機驅(qū)動器，它主要由電源輸入、信號輸入部分、信號輸出部分組成。SH系列步進(jìn)電動機驅(qū)動器采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，是封閉的超小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風(fēng)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(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一個風(fēng)機也是一種較好的散熱辦法。此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動器。</p><p>　　PLC 控制器與步進(jìn)電機驅(qū)動器工作原理如圖3-5所示：</p>&l

107、t;p>　　圖3-5 PLC 控制器與步進(jìn)電機驅(qū)動器工作原理</p><p>　　3.7 系統(tǒng)中傳感器的運用</p><p>　　在該系統(tǒng)中運用了反射式傳感器和對射式傳感器，下面分別對這兩種傳感器進(jìn)行簡單的分析。</p><p>　　3.7.1 反射式傳感器</p><p>　　在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物檢測裝置，并采用

108、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，其電源電壓為DC 5 -24V的大量程電壓輸出型，帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識，還帶有動作確認(rèn)的入光顯示燈。其結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。</p><p>　　3-6 變調(diào)光式傳感器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　工作原理：當(dāng)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(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進(jìn)行放

109、大，經(jīng)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(guān)的直流信號輸出電平。</p><p>　　反射式傳感器有紅、藍(lán)、黑三根連接線，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。需要注意的是，檢測距離不要離傳感器太近。</p><p>　　3.7.2 對射式傳感器</p><p>　　(l) 對射式傳感器

110、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)可分為人光時“ON”和遮光時“ON”兩種。入光時為“ON”的對射式傳感器的電路如圖3-7所示。當(dāng)24V電壓加到發(fā)光二極管VL時，它將光發(fā)射給光敏二極管VD，VD接收到光導(dǎo)通，進(jìn)而晶體管導(dǎo)通，輸出為“ON”。當(dāng)發(fā)光二極管VL發(fā)射出的光被物體擋住使光敏二極管VD接收不到時，VD不導(dǎo)通，晶體管也不導(dǎo)通，輸出為“OFF”。</p><p>　　3-7

111、對射式傳感器的電路</p><p>　　(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個對射式光電傳感器分別作為X、Y軸的限位控制，當(dāng)入光時輸出晶體管“ON”；2個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(dāng)遮光時輸出晶體管“ON"，如果貨架來到達(dá)正確位置，Z軸電動機將不能運行，以確保當(dāng)PLC程序出錯時也不至于損壞設(shè)備；2個對射式光電傳感器作為Z軸的限