畢業(yè)論文—小型立體倉庫電氣系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計論文</b></p><p>　　論文題目：小型立體倉庫電器系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 機電技術(shù)學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 機電一體化 專業(yè)</p><p>　　班 級：

2、</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年 06月 </p><p><b>　　摘 要&

3、lt;/b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的飛速發(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。自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，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、自動入庫、自動出庫、計算機管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。</p><p>　　本課題的電氣控制是由日本三菱公司生產(chǎn)的FX2型可編程序控制器(PLC)

4、、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。該電氣控制系統(tǒng)分手動和自動兩種方式。它實現(xiàn)的功能主要有：?。ㄓ闪阄怀霭l(fā)到指定倉位號取貨并送到入貨臺）；入（到零位取貨并送入指定倉位號）等等，在執(zhí)行完任務(wù)后自動返回到零位等待下一個指令。</p><p>　　本文首先對該課題的可行性及課題實現(xiàn)的現(xiàn)實意義和價值進行了介紹；其次對該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進行了闡述和分析；再次對本控制系統(tǒng)的核心——軟件進行了編寫

5、，論文中即有梯形圖又有相應(yīng)的語句表；最后對設(shè)計本課題所學(xué)到的知識和結(jié)論進行歸納和總結(jié)，并對本論文有待完善的地方進行扼要的說明。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:立體倉庫 電氣控制 PLC 步進電機 物流管理</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒論………………………………………………………

6、…………………2</p><p>　　1.1 立體倉庫在自動化生產(chǎn)過程中………………………………………………2</p><p>　　1.2 此課題的設(shè)計內(nèi)容及主要思路………………………………………………2</p><p>　　1.3 設(shè)計此課題的可行性…………………………………………………………3</p><p>　　1.4 設(shè)計此課題的實用

7、價值及現(xiàn)實意義…………………………………………4</p><p>　　第2章 硬件部分 …………………………………………………………………5</p><p>　　2.1 立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………………5</p><p>　　2.2 立體倉庫的硬件原理…………………………………………………………6</p><p&g

8、t;　　2.2.1 步進電機的原理…………………………………………………………6</p><p>　　2.2.2 步進電機驅(qū)動器的原理…………………………………………………6</p><p>　　2.2.3 傳感器的工作原理………………………………………………………7</p><p>　　2.2.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理…………………………………………………7<

9、;/p><p>　　第3章 元器件的選擇 ……………………………………………………………9</p><p>　　3.1 步進電機的選擇 ……………………………………………………………9</p><p>　　3.2 步進電機驅(qū)動器的選擇 ……………………………………………………11</p><p>　　3.3 傳感器及微動開關(guān)的選擇 ……

10、……………………………………………14</p><p>　　3.4 PLC的選擇 …………………………………………………………………16</p><p>　　3.4.1 I/O點的選擇 …………………………………………………………16</p><p>　　3.4.2 PLC型號的選擇 ………………………………………………………17</p>&l

11、t;p>　　第4章 結(jié)論與展望 ………………………………………………………………18</p><p>　　4.1 結(jié)論 ………………………………………………………………………18</p><p>　　4.2 展望 ………………………………………………………………………19</p><p>　　參考文獻 ………………………………………………………………

12、……………20</p><p>　　附錄……………………………………………………………………………………21</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,自動化立體倉庫必然會在各行業(yè)中得到越來越廣的應(yīng)用。自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，由自動控制與

13、管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機、自動入庫、自動出庫、計算機管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。通過出入輸送系統(tǒng)將貨物送至倉庫貨架前，由巷道堆垛機實現(xiàn)自動出庫和入庫存，整個過程通過計算機網(wǎng)絡(luò)化管理和自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.1 立體倉庫在自動化生產(chǎn)過程中的重要性</p><p>　　自動化立體倉庫具有普通倉庫無可比擬的優(yōu)越性。首先是節(jié)約空間、節(jié)約勞力。據(jù)國際倉庫自動化會議資料：

14、以庫存11000托盤、月吞吐10000托盤的冷庫為例，自動化立體倉庫與普通倉庫比較情況為：用地面積為13%、工作人員為21.9%、吞吐成本為55.7%、總投資為63.3%。立體倉庫的單位面積儲存量為普通倉庫的4-7倍。其次是提高倉庫管理水平，減少貨損，優(yōu)化、降低庫存，縮短周轉(zhuǎn)期，節(jié)約資金。近年來，特別在冷凍行業(yè)，自動化立體倉庫的發(fā)展極快。 自動化立體倉庫（以下簡稱立庫）系統(tǒng)，能在計算機的控制下，實現(xiàn)自動化入庫管理、在庫管理、出庫

15、管理、盤庫管理、具有自動查詢管理功能。系統(tǒng)管理計算機能與上位（工廠）中心計算機連通，能與全廠計算機相互通訊，及時匯總提供庫存信息；監(jiān)視貨物流向；具有經(jīng)濟情報分析功能；具有先進的功能及設(shè)備進行故障檢測和查詢顯示功能。立庫可充分利用空間，減少占地面積，有效利用倉儲能力，合理減少庫存，高速存取,加快儲備資金周轉(zhuǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的柔性化生產(chǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于醫(yī)藥、電子、汽車、機械、化工等行業(yè)。</p><p>　　1.2 此

16、課題的設(shè)計內(nèi)容及主要思路</p><p>　　該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。</p><p>　　機械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機械元件組成，采用步進電機作為拖動元件。</p><p>　　該控制系統(tǒng)主要由日本三菱公司生產(chǎn)的FX2型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。小型立

17、體倉庫的電氣控制系統(tǒng)由PLC來實現(xiàn)，控制系統(tǒng)分手動和自動兩種方式。</p><p>　　此系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要有：?。ㄓ闪阄怀霭l(fā)到指定倉位號取貨并送到入貨臺）；入（到零位取貨并送入指定倉位號）等功能，在執(zhí)行完任務(wù)后自動返回到零位等待下一指令。</p><p>　　小型立體倉庫的應(yīng)具備的功能主要有幾下幾點：</p><p>　　1、開機時首先要回零位操作，這樣的目的就是

18、給堆垛機有個工作參考點；</p><p>　　2、堆垛機（機械手）要有三個自由度，即：前進、后退；上、下；左、右；</p><p>　　3、堆垛機的運動由步進電機驅(qū)動，伸縮由直流電機控制（Y方向）；</p><p>　　4、堆垛機前進（或后退）運動和上（或下）運動可同時進行；</p><p>　　5、堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位

19、保護；</p><p>　　6、每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當操作有誤時發(fā)出錯誤報警信號；</p><p>　　7、倉位共有12個，3行4列；</p><p>　　8、當按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進行取消該操作。</p><p>　　9、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。</p><p&

20、gt;　　本系統(tǒng)設(shè)計的主要思路是：第一、對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃，此階段主要進行資料搜集和閱讀工作；第二、對系統(tǒng)的硬件原理的理解和消化并對其進行合理地選擇；第三、對系統(tǒng)軟件的編寫并在模擬系統(tǒng)中進行軟件的核對；第四、在時間允許的情況下對系統(tǒng)進行運行調(diào)試；最后、整理資料進行論文撰寫工作。</p><p><b>　　此課題設(shè)計的可行性</b></p><p>　?。犛捎趥}儲物流

21、設(shè)備是在通用的場合使用，工作并不很繁重，因此具有操作方便，易維護并具有耐久性、無故障性和良好的經(jīng)濟性，以及較高的安全性、可靠性和環(huán)保性。這類設(shè)備批量較大、用途廣，考慮綜合效益，可降低外型高度，簡化結(jié)構(gòu)，降低造價，同時也可減少設(shè)備的運行成本。隨著物流的多樣性，物流活動的系統(tǒng)性、一致性、經(jīng)濟性、機動性和快速化，要求一些設(shè)備向?qū)ｉT化方向發(fā)展，又有一些設(shè)備向通用化、標準化方向發(fā)展。</p><p>　　此課題的控制系統(tǒng)主

22、要由PLC來控制，目前PLC生產(chǎn)廠商較多易于購買，且使用壽命和低故障率是世人所共認的。又因PLC控制程序能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化，降低物流系統(tǒng)的故障率，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。而PLC所用的電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。PLC 不用進行額外布線可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。從硬件設(shè)備購置方面來說已備設(shè)計條件；其次此課題從設(shè)計時間和系統(tǒng)的調(diào)試角度考慮也完全可以做

23、到，因為該課題有四個月左右的時間，設(shè)計時間應(yīng)該足夠；再次，此課題的設(shè)計是在具有四年P(guān)LC設(shè)計和維護工作經(jīng)驗的侍壽永老師的指導(dǎo)下進行的，并在我校實驗室已有設(shè)備的基礎(chǔ)上設(shè)計和調(diào)試的。從這以上幾個方面來說，此課題的設(shè)計是完全可行的。</p><p>　　1.4 設(shè)計此課題的實用價值及現(xiàn)實意義</p><p>　　1、低成本 利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點就是成本低。由于利用電力線上網(wǎng)，直接使用現(xiàn)

24、有電力網(wǎng)就可以實現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)電話線、光電纜等，大大地減少了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的投資。</p><p>　　2、范圍廣 無所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。因為家家都有電力線，由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一個家庭.因此，這一技術(shù)一旦進入商業(yè)化階段，將會促進電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。 </p&

25、gt;<p>　　3、高 速 利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商RWE承諾，運用他們的電力線上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比ISDN拔號上網(wǎng)快30多倍, 比ADSL更快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的PLC產(chǎn)品正在研制之中。 </p><p>　　4、便 捷 不管在家里的哪個角落,只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有PLC帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受!</p>

26、<p>　　5、永遠在線 PLC屬于"即插即用"，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！</p><p>　　6、結(jié)構(gòu)靈活 通過PLC技術(shù)實現(xiàn)Internet接入，可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率。目前還未有效解決電力線信號通過變壓器的技術(shù)，因此，電力線通信設(shè)備都是集中在220V線路變壓器的用戶端。</p><p>　　7、家庭數(shù)字化

27、 PLC技術(shù)能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室內(nèi)的設(shè)備之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡(luò)來控制自己家里的電器設(shè)備。</p><p><b>　　第2章 硬件部分</b></p><p><b>　　立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　立體倉庫主體由底盤、四層十二倉位庫體、運

28、動機械及電氣控制等四部分組成。</p><p>　　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。</p><p>　　電氣控制是由日本三菱公司生產(chǎn)的FX2型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。</p><p>　　圖一 控制面板上的開關(guān)及按鈕功能 圖

29、二 控制面板上的倉位號</p><p>　　表一、控制面板上的按鈕功能表</p><p>　　2.2 立體倉庫的硬件原理2.2.1 步進電機的原理</p><p>　　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(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當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

30、就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的大小；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進電動機轉(zhuǎn)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(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

31、、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(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>　　2.2.2 步進電機驅(qū)動器的原理</p><p>　　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(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進行放大，再經(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。<

32、;/p><p>　　2.2.3 傳感器的工作原理</p><p>　　（1）、反射式傳感器的工作原理：</p><p>　　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(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進行放大，再經(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>　　圖三 反射式傳感

33、器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　（2）、對射式傳感器的工作原理：</p><p>　　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(jié)構(gòu)圖如圖四所示，</p><p>　　圖四 對射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　當24V電壓加到發(fā)光二極管LED1時，它將光發(fā)射

34、給發(fā)光二極管LED2，LED2接收到光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)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(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為OFF。</p><p>　　2.2.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理</p><p>　　(1)、并聯(lián)型開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理</p><p>　　并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是由開關(guān)晶體管V和二極管及儲能

35、電感L、濾波電容C組成的。除此以外，通常還有較為復(fù)雜的驅(qū)動電路，調(diào)節(jié)電路、保護電路、基準電路以及構(gòu)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(diào)節(jié)，圖五并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖。</p><p>　　圖五 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理?？驁D</p><p>　　設(shè)開關(guān)晶體管V的開關(guān)轉(zhuǎn)換周期T，導(dǎo)通期的時間為，截止期的時間為，占空比為δ(δ＝／

36、T)。</p><p>　　圖六 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電路的電壓、電流波形</p><p>　　其工作原理如下：當開關(guān)晶體管V處于導(dǎo)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(見圖十六)，并以磁能的形式儲存在L中。當開關(guān)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(dǎo)

37、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(guān)晶體管V導(dǎo)通期間在儲能電感L中增加的電流數(shù)值應(yīng)該等于開關(guān)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。</p><p>　　(2)、開關(guān)式穩(wěn)壓電源的選擇</p><p>　　在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，考慮到PLC和

38、步進電機驅(qū)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(shè)計的規(guī)整性，我們選用了DM150-24型并聯(lián)式開關(guān)電源。DM150系列開關(guān)電源輸出功率大，體積小，重量輕， 高可靠性，適應(yīng)寬范圍的輸入電壓變動，具有完備的過壓、過流保護功能；內(nèi)置輸入EMI濾波器，具有高抗干擾能力；根據(jù)UL478標準設(shè)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。</p><p>

39、;　　DM150系列開關(guān)電源的性能指標見表二</p><p>　　表二、DM150系列開關(guān)電源的性能指標</p><p>　　第3章 元器件的選擇</p><p>　　3.1 步進電機的選擇</p><p>　?。?）、步進電動機的特點</p><p>　　①、步進電動機是一種作為控制用的特種電機，它的旋轉(zhuǎn)是以固定

40、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(yīng)用于各種開環(huán)控制。</p><p>　?、凇⒉竭M電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比</p><p>　?、?、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。</p><p>　　④、起制動、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。</p

41、><p>　?、荨r格便宜,可靠性高。</p><p>　?、?、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?qū)動電源。</p><p>　?、摺⒉竭M電動機帶負載慣性的能力不強,在使用時既要注意負載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負載轉(zhuǎn)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。</p><p>　　⑧、由于存在失步和共振，因

42、此步進電機的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。</p><p>　?。?）、步進電機驅(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，步進電機不會運行的。為了驅(qū)動步進電動機，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)生器進行位置控制）、一個使電動機繞組</p><p>　　圖七 步進電

43、機驅(qū)動系統(tǒng)的組成</p><p>　　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(qū)動系統(tǒng)，如圖七所示。</p><p>　?。?）、步進電動機的選擇計算</p><p>　　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(zhuǎn)矩

44、和使用螺栓機構(gòu)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(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩和運行頻率，以確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。</p><p>　　由于我們使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，已知條件和要求條件為：</p><p>　　移動部分總重 M=25kg </p><p>　　外力

45、 Fa=4kg.cm</p><p>　　磨擦系數(shù) =0.04</p><p>　　螺栓機構(gòu)的效率 =O. 9</p><p>　　螺栓軸徑 =1.2cm</p><p>　　螺栓長 =42cm</p><p>　　螺距 P=3mm&

46、lt;/p><p>　　分辨率 L=0.01mm</p><p>　　移動距離 =0.0075mm/步</p><p>　　速度 V=2m／min </p><p><b>　　計算： </b></p><p>　　設(shè)擬選用2相、1.8

47、76;步距角的HB型電動機</p><p>　　速比(設(shè)使用直接驅(qū)動方式)</p><p>　　i=m×/(360×L)=2×1.8／(360×O.01)=1</p><p><b>　　軸向力</b></p><p>　　F=Fa+M=4+0.04×25=5kg.cm&

48、lt;/p><p><b>　　負載轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　=F×P／(2 )+(××)/2 </p><p>　　=5×0.3／(2 ×3.14×0.9)+ (0.3×1.67× 0.3)/(2 ×3.14)</p><p>

49、;　　=0.289kg.cm</p><p><b>　　螺栓的慣量</b></p><p><b>　　=（×××）/32</b></p><p>　　=（3.14×7.9××42×）/32</p><p>　　=0.0675k

50、g.</p><p><b>　　移動體的慣量</b></p><p><b>　　=M×</b></p><p><b>　　=25×</b></p><p>　　=0.0571 kg.</p><p><b>　　負載慣

51、量為</b></p><p><b>　　=+</b></p><p>　　=0.0675+0.00571</p><p>　　=0.1246kg.</p><p>　　根據(jù)以上計算可以初步選定步進電動機，其慣量為=0.03 kg.，空載起動頻率=3000H。</p><p>　　由要

52、求的速度可求出運行的頻率：</p><p>　　f=V／L=2000／(60×0.01)=3333HZ</p><p>　　可知需要加減速的驅(qū)動方式。</p><p>　　齒輪比：G=360°/L=0.0075 ×360°/ (1.8°×0.01)=150</p><p>　　換算到

53、電機軸的負載轉(zhuǎn)矩為</p><p>　　T=G×L(+F)/ 2 </p><p>　　=150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9)</p><p>　　=1.40 kg.cm</p><p>　　對首次設(shè)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(zhuǎn)矩=3T=3

54、5;1.40=4.2 kg.cm =0.41N.M</p><p>　　根據(jù)以上的計算，我們在該立體倉庫控制系統(tǒng)中的步進電動機采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向不對時可以將A相或B相中的兩條線對調(diào)。</p&

55、gt;<p>　　圖八 步進電機的出線圈</p><p>　　此步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為:</p><p>　　3.2 步進電機驅(qū)動器的選擇</p><p>　　(1)、步進電機驅(qū)動器的選擇</p><p>　　步進電機的運行要有一電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電機驅(qū)動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移

56、，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進電機的轉(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(qū)動器內(nèi)部的接口電路都相同，見下圖。OPTO端為三路信號的公共端，

57、三路輸入信號在驅(qū)動器內(nèi)部接成共陽方式，所以O(shè)PTO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(qū)動器內(nèi)部光耦提供8-1 5mA的驅(qū)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。</p><p>　　圖九 輸入信號接口電路 圖十 外接限流電

58、阻R</p><p>　　步進電機驅(qū)動器的輸出信號有兩種:</p><p>　?、?、初相位信號：驅(qū)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(chǎn)生相位記憶功能，其接口見圖十一。</p><p>　　圖十一 初相位信號接口電路</p&g

59、t;<p>　?、?、報警輸出信號：每臺驅(qū)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(qū)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(qū)動器正常時，觸點為常開狀態(tài)。觸點規(guī)格：DC24V／1A或AC11OV／O．3A。</p><p>　　一般來說，對于兩相四根線電機，

60、可以直接和驅(qū)動器相連，如圖十二所示。</p><p>　　圖十二 電機與驅(qū)動器接線圖</p><p>　　所以我們采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的SH系列步進電動機驅(qū)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(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，其外殼即為散熱體，所以

61、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。</p><p>　　此步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：</p><p>　　(2)、步進電機驅(qū)動器接線示意圖見圖十三</p><p>　　圖十三 步進電機驅(qū)動器接線示意圖</p><p>　　(3)、步進電機驅(qū)動器細分數(shù)

62、和電機相電流的設(shè)定</p><p><b>　?、?、細分數(shù)的設(shè)定</b></p><p>　　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(zhuǎn)動的角度。SH系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(shè)定細分數(shù)的，您只需根據(jù)面板上的提示設(shè)定即可。在系統(tǒng)頻率允許的情況下，盡量選用高細分數(shù)。</p><p>　　對于兩

63、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(shè)定為40、驅(qū)動步距角為0.9°/1.8°的電機，其細分步距角為1.8÷40=0.045?？梢钥闯?步進電機通過細分驅(qū)動器的驅(qū)動，其步距角變小了，如驅(qū)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(qū)動器工作在不細分的整步狀態(tài)驅(qū)動上例的電機時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉(zhuǎn)動1.8°；而用細分驅(qū)動

64、器工作在40細分狀態(tài)時，電機只轉(zhuǎn)動了0.045°，這就是細分的基本概念。細分功能完全是由驅(qū)動器靠精確控制電機的相電流所產(chǎn)生的，與電機無關(guān)。</p><p>　　驅(qū)動器細分后將對電機的運行性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，但是這一切都是由驅(qū)動器本身產(chǎn)生的，和電機及控制系統(tǒng)無關(guān)。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

65、的頻率要相應(yīng)提高。</p><p>　　驅(qū)動器細分后的主要優(yōu)點為：</p><p>　　A、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(qū)動器是唯一的選擇。</p><p>　　B、提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對三相反應(yīng)式電機，其力矩比不細分時提高約3

66、0～4096。</p><p>　　C、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。</p><p>　　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(zhì)的飛躍。所以我們最好選用細分驅(qū)動器。在沒有細分驅(qū)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(qū)動器的出現(xiàn)改變了這種觀念，用戶只需在驅(qū)動器

67、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(qū)動器，‘相數(shù)’將變得沒有意義。</p><p>　?、?、電機相電流的設(shè)定</p><p>　　SH系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(shè)定電機的相電流，您只需根據(jù)面板上的電流設(shè)定表格進行設(shè)定。</p><p>　　(4)、步進電機驅(qū)動器指示燈說明</p><p>　　驅(qū)動器的指示燈共有兩種：

68、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。</p><p>　　(5)、步進電機驅(qū)動器電源接口</p><p>　　對于超小型驅(qū)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(guān)電源提供,參考

69、下圖。因為PLC需要采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電,所以在該用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，如圖十四所示。</p><p>　　圖十四 開關(guān)式穩(wěn)壓電源</p><p>　　3.3 傳感器及微動開關(guān)的選擇</p><p><b>　　1、傳感器的選擇</b></p><p>　　(1)、反射式傳感器的選擇</p><p&g

70、t;　　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)整的光軸標識；帶有便于調(diào)整，動作確認的入光顯示燈；反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖如圖十五所示。</p><p>　　圖十五 反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖&

71、lt;/p><p>　　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。</p><p>　　此傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為</p><p>　　(2)、對射式傳感器的選擇</p&g

72、t;<p>　　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(shè)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(yīng)PLC的輸入點是X4（后限位）和X5（前限

73、位）。</p><p><b>　　2、微動開關(guān)的選擇</b></p><p>　　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，當有貨物時相應(yīng)開關(guān)動作，其信號對應(yīng)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(guān)作限位保護，以確保立體倉庫在程序出錯時不損壞；微動

74、開關(guān)原理圖如圖十六所示。</p><p>　　圖十六 微動開關(guān)原理圖</p><p>　　3.4 PLC的選擇</p><p>　　3.4.1 PLC I/O點的選擇</p><p>　　根據(jù)控制要求，將個輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細列表，準確的統(tǒng)計出被控設(shè)備對數(shù)需求量，然后在實際統(tǒng)計的I/O點數(shù)的基礎(chǔ)上增加15%～20%的備用量，以便以后調(diào)整

75、和擴充。同時要充分利用好輸入和輸出擴展單元，提高主機的利用率，例如FX2系列可編程控制器主機分為16、24、32、64、80、128點六檔，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加I/O點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟投入。在確定好I/O點數(shù)后，還要注意它的性質(zhì)，類型和參數(shù)。例如是開關(guān)量還是模擬量，是交流還是直流以及電壓大小的等級，同時還要注意輸出端的負載的特點，以此選擇和培植相應(yīng)機型和模塊。</p>

76、<p>　　小型倉庫電氣控制系統(tǒng)有輸入信號40個，輸出信號21個。其中，外部輸入元件包括：檢測元件、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護等等；輸出有三個步進電機的正反向、動作動作指示、錯誤顯示等等。按照上述配置，所選I/O點不得低于61點，結(jié)合實際情況，所選I/O點為80點。</p><p>　　3.4.2 PLC型號的選擇</p><p>　　PLC選擇的一般原則為：<

77、;/p><p>　　1、PLC機型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。 </p><p>　　2、在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較小）的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。 </p><p>　　3、對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，

78、一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求。 </p><p>　　4、而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。</p><p>　　對于一個大型企業(yè)系統(tǒng)

79、，應(yīng)盡量做到機型統(tǒng)一。這樣，同一機型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計算機后即可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。</p><p>　　本課題根據(jù)I/O的信號數(shù)量，類型及控制要求，同時考慮到維護和保養(yǎng)，改造和經(jīng)濟等

80、諸多因素，可編程控制器擬選用FX2-80MR，足以滿足要求。</p><p>　　第4章 結(jié)論與展望</p><p><b>　　4.1 結(jié)論</b></p><p>　　通過4個多月的立體倉庫電氣控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計，基本上在規(guī)定的時間內(nèi)完成了指導(dǎo)老師和學(xué)校下達的任務(wù)。經(jīng)過本次設(shè)計，使我更進一步了解到可編程控制器在現(xiàn)代工業(yè)以及其他行業(yè)中的應(yīng)

81、用，以及它的優(yōu)點，如：成本底、使用范圍廣、高速、便捷、永遠在線、結(jié)構(gòu)靈活等等。PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機械的自動控制，擴展到以下應(yīng)用領(lǐng)域：中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活關(guān)連的機器、與環(huán)境關(guān)連的機器，而且均有急速的上升趨勢。值得注意的是，隨著PLC、DCS相互滲透，二者的界線日趨模糊的時候，PLC從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散的制造業(yè)向應(yīng)用到連續(xù)的流程工業(yè)擴展。</p><p>

82、　　從方案的論證到最終的設(shè)計，涉及的領(lǐng)域包括：可編程控制器的原理及應(yīng)用、電機電氣、我國物流設(shè)備發(fā)展趨勢及應(yīng)對措施等等；在進行畢設(shè)的同時，我還學(xué)到了許多新的知識，如CAD 2000的使用和WORD、和畫板的使用等。我深刻的認識到，要想成為一名合格的工程設(shè)計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，我們應(yīng)該具有更加淵博的知識，如應(yīng)該對計算機應(yīng)用，市場營銷，外語交流等各個方面能力進行加強。 此外，我并沒有過多從經(jīng)濟性的角度來考慮系統(tǒng)，由

83、于對材料成本方面了解的欠缺，我們只能從性能的角度來討論問題，經(jīng)濟性能方面的問題有所提及，但是涉及的非常少。這也是這篇論文的一個不足之處。</p><p>　　通過大量資料的查找，使我不僅熟悉了立體倉庫的組成部分和運動過程，對其中的步進電機，微動開關(guān)，PLC原理及設(shè)計程序等有關(guān)事項有了深刻地認識與學(xué)習(xí)，并從方方面面深刻的體會到了立體倉庫在現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)中的重要性和必要性。</p><p>

84、;<b>　　展望</b></p><p>　　隨著時代的發(fā)展,當今的技術(shù)也日趨完善、競爭愈演愈烈;單人工的操作已不能滿足于目前的制造業(yè)前景,也無法保證更高質(zhì)量的要求和高新技術(shù)企業(yè)的形象.權(quán)威人士預(yù)測，21世紀，可編程控制器會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上來看，計算機技術(shù)的新成果更多的應(yīng)用與可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、只能更強的品種出現(xiàn)。從產(chǎn)品的規(guī)模上來看，會進一步向

85、小型和超小型的方向發(fā)展。從產(chǎn)品的配套性來看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)模更齊全。完美的人機界面，完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求。這是有利于可編程技術(shù)的發(fā)展及可編程產(chǎn)品的普及的。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)或國際網(wǎng)絡(luò)的重要的作成部分，將在工業(yè)幾工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。</p><p>　　因時間倉促，加之本人能力有限，此課題設(shè)計未能全面，如：立體倉庫的動作只有兩

86、個送、入，而沒有換（從這個倉位直接換到另一個倉位）；從手動切換到自動，必須先手動讓拖動機構(gòu)回零位，方可執(zhí)行自動動作，在這過程中控制系統(tǒng)沒有記憶功能，這就使得系統(tǒng)在執(zhí)行動作時運行時間較長，程序上編寫不太合理等。若以后還有機會從事此行業(yè)，我會把該系統(tǒng)不足之處全部完善起來。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、吳嘵軍編 《電氣控制與可編程

87、控制器應(yīng)用》 西安：西安建筑科技大學(xué)，2002</p><p>　　2、廖常初 《可編程序的控制器的編程方法與工業(yè)應(yīng)用》 重慶：重慶大學(xué)出版社，2001</p><p>　　3、陳立定，吳玉香，蘇開才編 《電氣控制與可編程控制器》 廣州：華南理工大學(xué)出版社</p><p>　　4、臺方主編 《可編程控制器應(yīng)用教程》 北京：中國水利水電出版社，2001</

88、p><p>　　5、宋德玉主編 《可編程控制器原理應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)》 北京：冶金工業(yè)出版社，2002</p><p>　　6、徐建俊主編 《電機與電氣控制》清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社 2004</p><p>　　7、天津源峰科技公司 《步進電機應(yīng)用手冊》 </p><p><b>　　附 錄</b>&