【正文】 1H、CP1L系列小型PLC取代。中型機(jī)：歐姆龍中型PLC主要有C200H、C200Hα、CQ1M、CJ1M、CJ1和CJ2系列等， C200Hα是C200H的升級(jí)產(chǎn)品，有品種齊全的通信模塊，CJ系列PLC結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)大，是近幾年來(lái)暢銷的機(jī)型。大型機(jī)：歐姆龍大型PLC主要有CV、CVMCVM1D、CS1和CS1D系列，CS1是大、中型機(jī)的代表，盡管CS1是中型機(jī)C200Hα的后續(xù)機(jī)型，但是在大型場(chǎng)合也可勝任，故歸為大型機(jī)。CP1H/CP1L、CJ1和CS1系列分別是歐姆龍的小、中、大型PLC。CP1H/CP1L具有與CJCS1幾乎一樣的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，故可以實(shí)用CJCS1一樣的梯形圖編程。利用歐姆龍CP1H系列PLC作為該立體化自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的控制器，是考慮到其控制可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)潔性、與伺服系統(tǒng)的易連接性、對(duì)外環(huán)境的要求較低、功能強(qiáng)、適應(yīng)范圍廣，并且價(jià)格低廉，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和為維修比較方便。 伺服控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)按照控制方式分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中閉環(huán)控制系統(tǒng)又可分為全閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)裝置，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般為步進(jìn)電機(jī)，閉環(huán)控制系統(tǒng)多采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩種系統(tǒng)都有各自的特點(diǎn)。綜合比較，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。由于本課題有較高的精度要求，所以在本課題自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中選用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的比較步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)伺服電機(jī)系統(tǒng)力矩范圍 中小力矩（一般在20Nm以下） 小中大，全范圍 速度范圍 低（一般在2000RPM以下，大力矩電機(jī)小于1000RPM） 高（可達(dá)5000RPM）,直流伺服電機(jī)更可達(dá)1~2萬(wàn)轉(zhuǎn)/分 控制方式 主要是位置控制 多樣化智能化的控制方式，位置/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩方式 平滑性 低速時(shí)有振動(dòng)（但用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器則可明顯改善） 好，運(yùn)行平滑 精度 一般較低，細(xì)分型驅(qū)動(dòng)時(shí)較高 高（具體要看反饋裝置的分辨率） 矩頻特性 高速時(shí)，力矩下降快 力矩特性好，特性較硬 反饋方式 大多數(shù)為開環(huán)控制，也可接編碼器，防止失步 閉環(huán)方式，編碼器反饋 編碼器類型 光電型旋轉(zhuǎn)編碼器（增量型/絕對(duì)值型），旋轉(zhuǎn)變壓器型 響應(yīng)速度 一般 快 耐振動(dòng) 好 一般（旋轉(zhuǎn)變壓器型可耐振動(dòng)） 溫升 運(yùn)行溫度高 一般 維護(hù)性 基本可以免維護(hù) 較好 價(jià)格 低 高 硬件設(shè)備選型 PLC選型堆垛機(jī)和出入庫(kù)的控制系統(tǒng)采用歐姆龍系列可編程控制器（PLC）作為控制核心通過(guò)分析控制要求可知，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)需要23個(gè)輸入，13個(gè)輸出，不同廠家，不同系列的PLC，其內(nèi)部的軟繼電器（編程元件）的功能和編號(hào)各不相同，因此在編程時(shí)，必須按照課題要求選擇PLC型號(hào)【6】，并且熟悉所選用的PLC的每條指令涉及編程元件的功能和編號(hào)。由于伺服電機(jī)是通過(guò)高頻率脈沖信號(hào)來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)的，故要想實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制必須選擇晶體管的PLC。由于輸入端口比較多，需要拓展輸入單元，由于CP1H 能夠連接CPM1A 系列的擴(kuò)展單元，拓展8點(diǎn)輸入即可滿足要求，所以選擇CPM1A8ED型號(hào)。、【8】所示，選擇CP1HXA40DTD型號(hào)（晶體管輸出，24輸入、16輸出）的PLC和CPM1A8ED型號(hào)（晶體管8輸出，8輸入）。 CP1H系列PLC的輸入、輸出繼電器的數(shù)量類型類型名稱電源電壓型號(hào)通用內(nèi)置輸入通用內(nèi)置輸出X型基本型AC100240VCP1HX40DRADC輸入24點(diǎn)繼電器輸出16點(diǎn)DC24VCP1HX40DTA晶體管（漏型）輸出16點(diǎn)CP1HX40DT1A晶體管（源型）輸出16點(diǎn)XA型帶內(nèi)置模擬輸入輸出端子型AC100240VCP1HXA40DRA繼電器輸出16點(diǎn)DC24VCP1HXA40DTD晶體管（漏型）輸出16點(diǎn)CP1HXA40DT1D晶體管（源型）輸出16點(diǎn)Y型帶脈沖輸入輸出專用端子型DC24VCP1HY20DTDDC輸入12點(diǎn)晶體管（漏型）輸出8點(diǎn) CPM1A 擴(kuò)展單元的連接占有通道數(shù)拓展I/O單元單元名稱單元型號(hào)消耗電流（mA）占有CH數(shù)DC5VDC24V輸入輸出輸入輸出40點(diǎn)單元CPM1A40EDR80902CH2CHCPM1A40EDT160CPM1A40EDT1160輸入輸出20點(diǎn)單元CPM1A20EDR103441CH1CHCPM1A2EDT130CPM1A20EDT1130輸出16點(diǎn)單元CMP1A16ER42902CH輸入8點(diǎn)單元CMP1A8ED181CH輸出8點(diǎn)單元CMP1A8ER26441CHCMP1A8ET75CMP1A8ETI75 伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)的選型由于伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)必須要配合使用，不同的工況條件下，所選擇的伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)和伺服電機(jī)型號(hào)都不一樣。為了滿足本課題的要求，選擇驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為C型三相220V(MCDDT3520)，因?yàn)樗欧姍C(jī)1和伺服電機(jī)2分別控制堆垛機(jī)的水平運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)均需要有減速裝置，所以均選擇型號(hào)MSMDO42S1*。 伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)參數(shù)伺服驅(qū)動(dòng)器適配電機(jī)型號(hào)類型輸入電源型號(hào)電壓額定功率額定轉(zhuǎn)速編碼器規(guī)格MCDDT3120C型單相100VMSMD041P1*100V400W3000rpm5線制，2500P/rMSMD041S1*7線制，17位MCDDT3520C型單相/三相200VMSMD082P1*200V750W5線制，2500P/rMSMD082S1*7線制，17位MSMD042P1*400W5000rpm5線制，2500P/rMSMD042S1*7線制，17位 硬件連接設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)分析設(shè)計(jì)，硬件電路圖包括伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)器普通電動(dòng)機(jī)、可編程控制系統(tǒng)（PLC）、觸摸屏與外接電源的連接，PLC與觸摸屏選用24V外接電源，電機(jī)選用220V外接電源。伺服電動(dòng)機(jī)由伺服驅(qū)動(dòng)器控制與主電源連接。普通電動(dòng)機(jī)控制貨叉正反轉(zhuǎn)，與380V外接電源連接。圖 主電路 I/O端子分配自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)包括：伺服電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、伺服電動(dòng)機(jī)停止、SRRDY準(zhǔn)備好；存貨、取貨；貨叉伸出、縮回；貨叉微抬、微降；貨叉左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)裝置有限位開關(guān)，包括左轉(zhuǎn)到位、右轉(zhuǎn)到位；存貨、取貨有左限位、下限位；還有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作模式等等輸入，還有高速脈沖輸出和控制液壓系統(tǒng)中貨叉伸縮、微降等等輸出，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)具體I/。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制采用的輸入/輸出設(shè)備和對(duì)應(yīng)的PLC端子輸入輸出輸入設(shè)備對(duì)應(yīng)端子功能說(shuō)明輸出設(shè)備對(duì)應(yīng)端子功能說(shuō)明SQ1伸出限位開關(guān)脈沖輸出0SQ2縮回限位開關(guān)SQ3微抬限位開關(guān)脈沖輸出1SQ4微降限位開關(guān)SQ5左轉(zhuǎn)限位開關(guān)SQ6右轉(zhuǎn)限位開關(guān)SQ7左限位開關(guān)SQ8下限位開關(guān)FR過(guò)載保護(hù)SB1轉(zhuǎn)位停止KA1繼電器SRV1ONSB2手動(dòng)左轉(zhuǎn)KA2繼電器SRV2ONSB3手動(dòng)右轉(zhuǎn)KM1交流接觸器左轉(zhuǎn)SB4手動(dòng)上升KM2交流接觸器右轉(zhuǎn)SB5手動(dòng)下降YA1電磁鐵伸出SB6手動(dòng)左行YA2電磁鐵縮回SB7手動(dòng)右行YA3電磁鐵微抬SB8手動(dòng)伸出YA4電磁鐵微降SB9手動(dòng)縮回HL伺服準(zhǔn)備好指示燈SB10手動(dòng)微抬SB11手動(dòng)微降轉(zhuǎn)換開關(guān)QS手動(dòng)自動(dòng)SB12伺服啟動(dòng)SB12伺服停止KA5觸點(diǎn)SR1RDYKA6觸點(diǎn)SR2RDY PLC與觸摸屏連接在實(shí)際操作過(guò)程中，為了觀察和使用方便，在PLC外部連接了觸摸屏【9】，在觸摸屏上，可以輸入堆垛機(jī)水平和豎直的運(yùn)行速度，隨意輸入行和列取貨或存貨，還可以在觸摸屏上得知此貨格是否有貨，如果取貨時(shí)無(wú)貨報(bào)警燈閃爍，并提示重新輸入，反之，存貨時(shí)此貨格如果有貨，報(bào)警燈閃爍，并提示重新輸入。這樣就可以很方便的觀察貨物的出入庫(kù)情況，PLC和觸摸屏之間通過(guò)RS232傳送數(shù)據(jù)。圖 PLC與觸摸屏的連接 PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接 堆垛機(jī)的水平運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)都是由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的，伺服驅(qū)動(dòng)器與PLC連接高速脈沖輸出端接口是固定的，本課題需要兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)控制，即需要兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，,；,。圖 PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器1的連接 貨叉的控制 貨叉的液壓控制由實(shí)際分析可知，當(dāng)堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)到指定貨格位置時(shí)，貨叉需要微抬、微降，伸出、縮回實(shí)現(xiàn)貨物的進(jìn)出，在本課題中，由液壓系統(tǒng)【11】實(shí)現(xiàn)這些過(guò)程。、縮回液壓系統(tǒng)原理圖，、微降液壓系統(tǒng)原理圖。 圖 貨叉伸縮原理圖 圖 貨叉抬降原理圖1—液壓泵；2—三位四通電磁換向閥； 1—液壓泵；2—三位四通電磁換向閥； 3—溢流閥；4—液壓缸。 3—溢流閥；4—液壓缸。 、【12】順序動(dòng)作回路。，當(dāng)貨叉伸出按鈕接通時(shí)，電磁閥1YA得電，缸4活塞先向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)SQ1后，伸出停止，當(dāng)貨叉縮回按鈕接通時(shí)，2YA得電，缸4活塞退回，當(dāng)活塞上的擋塊壓下SQ2后，縮回停止。在這種回路中，調(diào)整擋塊的位置可調(diào)整液壓缸的行程，通過(guò)電控系統(tǒng)可任意改變動(dòng)作順序，方便靈活，應(yīng)用廣泛。同理，當(dāng)微降按鈕接通時(shí)，3YA得電，缸4活塞先向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞上的擋塊壓下SQ4后，微降停止，當(dāng)貨叉微抬按鈕接通時(shí)，4YA得電，缸4活塞退回，當(dāng)活塞上的擋塊壓下SQ3，微抬停止。 貨叉的轉(zhuǎn)動(dòng)控制立體倉(cāng)庫(kù)需要控制貨叉的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行取貨和存貨。本課題采用普通電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)分別來(lái)控制貨叉的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。當(dāng)左轉(zhuǎn)按鈕接通時(shí)，KM1線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，繼電器KA3得電，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)貨叉左轉(zhuǎn)，同時(shí)串接在KM2線圈回路中的KM1的常閉觸點(diǎn)斷開，保證在KM1得電的前提下，KM2線圈不可能得電，以避免電動(dòng)機(jī)短路，反之亦然。當(dāng)左轉(zhuǎn)到位時(shí)，左轉(zhuǎn)停止，接著執(zhí)行下一步命令，當(dāng)右轉(zhuǎn)按鈕接通時(shí)，KM2線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，繼電器KA3得電，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)貨叉右轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到右限位時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。圖 貨叉左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)原理圖 4 數(shù)學(xué)建模 。圖 貨格分布示意圖： Li=L0+jS0 （）：（） Lj=S02+i1S0其中 L0—堆垛機(jī)水平位置到第一個(gè)貨格的距離（mm）；i — 存貨或取貨輸入的行數(shù)； j — 存貨或取貨輸入的列數(shù)； S0—貨格的寬度（mm）； S1—貨格的高度（mm）。本課題的數(shù)學(xué)建模包括水平運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模和豎直運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模。水平運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模與豎直運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模類似，下面詳細(xì)說(shuō)明水平運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)建模。，當(dāng)程序調(diào)用水平子程序時(shí)，堆垛機(jī)開始水平運(yùn)動(dòng)，OA為水平加速階段，AB為水平勻速階段，BC為減速階段，BD為低速階段，DE為運(yùn)動(dòng)停止階段。當(dāng)程序調(diào)用水平返回子程序時(shí)，堆垛機(jī)開始水平返回，EF為水平加速返回階段，F(xiàn)G為水平返回勻速階段，GH為水平返回減速階段，HJ為返回運(yùn)動(dòng)停止階段。因?yàn)樗欧妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)需要齒輪齒條實(shí)現(xiàn)，所以運(yùn)算時(shí)需要考慮到齒輪的傳動(dòng)比i，與伺服電動(dòng)機(jī)1連接的齒輪傳動(dòng)比為i1，系統(tǒng)的控制核心為PLC，所以需要將伺服電動(dòng)機(jī)的速度轉(zhuǎn)化為頻率。圖 水平運(yùn)動(dòng)和返回水平運(yùn)動(dòng)速度曲線示意圖LOB=Lj10V122aOB段長(zhǎng)度為減速點(diǎn)位移，：（）LOH=2Lj10V122： （）因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不是固定的，設(shè)伺服電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)速為n1，由于有傳動(dòng)比i1的存在，所以經(jīng)過(guò)齒輪后的轉(zhuǎn)速為n1i1,齒輪1直徑為d1 ,齒輪齒數(shù)為Z1,齒輪模數(shù)為m1,、： C1=πd1 （） 式