【文章內(nèi)容簡介】 倉庫。 ③ 當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，貨臺(tái)上已經(jīng)貨物時(shí)，在 5秒后，程序?qū)沿浥_(tái)上的物品自動(dòng)運(yùn)至沒有放貨物的最小倉號(hào)的倉庫里。 14 PLC 控制模塊的設(shè)計(jì) PLC 的概述 PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是 :一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算 ,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械 或生產(chǎn)過程。 可編程序控制器是六十年代末在美國首先出現(xiàn)的，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，由此日本稱它為順序控制器（ Sequence Controller)。 提出 PLC 概念的是美國通用汽車公司。當(dāng)時(shí)，根據(jù)汽車制造業(yè)生產(chǎn)線的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制盤，以減少汽車改型時(shí)，重新設(shè)計(jì)制造繼電器控制盤的成本和時(shí)間。隨著半導(dǎo)體技術(shù)尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到七十年代中期以后， PLC 已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出組件和外圍電路也都采用了中、 大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的 “PLC” 已不再是僅有邏輯（ Logic）判斷功能了，同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、 PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通訊功能。美國電氣制造商協(xié)會(huì) NEMA（ National Electrical Manufactory Association）從 1976 年開始，經(jīng)過四年的調(diào)查，于 1980 年把它正式命名為可編程序控制器，簡稱 “PC”. 可編程序控制器硬件由六部分構(gòu)成 :中央處理器（ Central Processor Unit 簡稱 CPU）：它是可編程序控制器的心臟部分。 CPU 由微處理器（ Microprocessor）存儲(chǔ)實(shí)際控制邏輯的程序存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、變量的數(shù)據(jù)儲(chǔ)器構(gòu)成。電源（ Power Supply）：給中央處理器提供必需的工作電源。輸入組件（ Inputs）：輸入組件的功能是將操作開關(guān)和現(xiàn)場信號(hào)送給中央處理器?，F(xiàn)場信號(hào)可能是開關(guān)量、模擬量或針對(duì)某一特定目的使用的特殊變量。輸出組件（ Outputs）：輸出組件接收 CPU的控制信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成電壓或電流等現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能接收的信號(hào)后，傳送控制命令給現(xiàn)場設(shè)備的執(zhí)行器。輸入輸出（簡稱 I/O）是可編程序控制器的 “ 手 ” 和 “ 腳 ” 或者叫作系統(tǒng)的 “ 眼睛 ” 和 “ 視覺 ” 。輸入信號(hào)包括按扭開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測(cè)開關(guān)和編碼器等。輸出信號(hào)包括繼電器、指示燈、顯示器、電機(jī)啟動(dòng)等直流和交流設(shè)備。編程器（ Programmer）：在正常情況下，編程器用于系統(tǒng)初始狀態(tài)的配置，控制邏輯程序編制和加載，不能對(duì)系統(tǒng)操作。編程器也可用于控制程序的調(diào)試和控制系統(tǒng)故障時(shí)作為檢查故障的有效工具 。 PLC 的選型 及特點(diǎn) ，抗干擾能力強(qiáng) （ 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（ 2）各輸入端 均采用 RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms。 （ 3） 15 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（ 4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（ 5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。（ 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。（ 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。 ，控制程序可變，使用方便 PLC 品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確 定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此， PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。 ，適應(yīng)面廣 現(xiàn)代 PLC 不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。 ，容易掌握 目前，大多數(shù) PLC 仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè) 電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀 PLC的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語句表等編程語言。 由于 PLC 采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)， PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于 PLC 的低故障 率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。 、重量輕、功耗低、維護(hù)方便 PLC 是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低 ，具有 強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 綜上所述，本課題 系統(tǒng)核心部分采用 西門子 S200 系列中的 CPU224 為控制元件，CPU224 本機(jī)集成了 14點(diǎn)輸入／ 10 點(diǎn)輸出，共有 24個(gè)數(shù)字量 I/O。它可連接７個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 點(diǎn)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O點(diǎn)。 CPU224 有 13Ｋ字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存貯空 間，６個(gè)獨(dú)立的 30KHｚ高速計(jì)數(shù)器，２路獨(dú)立的 20KHｚ高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 CPU224 配有１個(gè) RS485通訊／編程口，具有 PPI 通訊、 MPI 通訊和自由方式通訊能力，是具有較強(qiáng)控制能力的小型控制器。 16 I/O 口分配表 立體車庫 I/O 分配表如表 2 所示 表 2 立體車庫 I/O分配表 輸入口 名稱 輸出口 名稱 貨臺(tái)到位限位 橫軸脈沖 貨臺(tái)回位限位 豎軸脈沖 貨臺(tái)是否有物 橫軸方向 I／ 0 自動(dòng)／手動(dòng) 豎軸方向 I／ 0 鍵盤值 1位 貨臺(tái)前升 鍵盤值 2位 貨臺(tái)退回 鍵盤值 3位 就緒 鍵盤值 4位 取 橫軸右限位 放 橫軸左限位 十位顯示 豎軸上限位 BCD碼 1位 豎軸下限位 BCD碼 2位 BCD碼 3位 BCD碼 4位 注： PLC主機(jī)輸出的 1L、 2L、輸入 1M、 2M、 3M、 4M 分別與電源 L+相連 輸出的 3L、 4L、 5L、 6L、 1M、 2M與電源 M相連 17 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理 步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)。它受驅(qū)動(dòng)控制線路的控制，將代表進(jìn)給脈沖的電平信號(hào)直接變換為具有一定方向、大小和速度的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移，并通過齒輪和絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。由于該系統(tǒng)沒有反饋檢測(cè)環(huán)節(jié)，它的精度較差，速度也受到步進(jìn)電機(jī)性能的限制。但它的結(jié)構(gòu)和控制簡單、容易調(diào)整，故在速度和精度要求 不太高的場合具有一定的使用價(jià)值。步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型 在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型選擇，其次是具體的品種選擇，在該立體車庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓低、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(dòng)機(jī)采用 2 相 8 拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；在進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的品種選擇時(shí)，要綜合考慮速比 i、軸向力 Tt、額定轉(zhuǎn)矩 Tn 和運(yùn)行頻率 Fy，以確定不進(jìn)電動(dòng)機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下特點(diǎn)： a、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正 比。因此 ,當(dāng)它轉(zhuǎn)一圈后 ,沒有累計(jì)誤差 ,具有良好的跟隨性。 b、 由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) ,既簡單、廉價(jià) ,叉非?？煽俊Ｍ瑫r(shí) ,它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 c、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 ,易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 d、 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整 ,低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)矩 ,因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 e、 步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行 ,不能直接使用交流電源和直流電源。 f、 步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象 ,必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施 。 步進(jìn) 驅(qū)動(dòng)模 塊 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊由步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器組成 。 倉庫立體存儲(chǔ)系統(tǒng)有兩套步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊 ， 分別控制 X軸 、 Y軸的絲桿運(yùn)動(dòng) 。 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收 PLC 發(fā)出的高速脈沖信號(hào)及方向電平信號(hào) ， 并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的信號(hào) 。 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向由方向電平控制 ,步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度由脈沖信號(hào)頻率控制 ,步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)度由脈沖信號(hào)的數(shù)目控制 。 用四相步進(jìn)電機(jī) 42J1834810， 與之配套的驅(qū)動(dòng)器選用美國 IMS 公司生產(chǎn)的 M415B細(xì)分型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ， 其細(xì)分功能使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度提高 ， 振動(dòng)減小 ， 雜訊降低 ， 且具有光隔離信號(hào)輸入 （ 抗干擾 ）， 靜止時(shí)電流 減半 ， 電源接反保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn) 。 42J1834810步進(jìn)電機(jī)步距角為 ， 即在無細(xì)分的條件下 ， 200 個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈 18 （ 200 =360o）。 通過驅(qū)動(dòng)器設(shè)置細(xì)分精度 ， 最高可以達(dá)到 12800 個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈 。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 M415B 細(xì)分設(shè)定由撥碼開關(guān) SW SW SW6 設(shè)定 ， 如表 1 所示 。 設(shè)置SW4=ON、 SW5= OFF、 SW6=ON， 細(xì)分設(shè)置為 800 步數(shù) /圈 ， 即 800 個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈 ， 此時(shí)步距角為 （ 800 =360o） 。 步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)組件采用聯(lián)軸器直接帶動(dòng)螺旋絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) ， 螺旋絲杠的 螺距為 5mm， 即步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周 ， 載物臺(tái)位移 5mm。 通過控制載物臺(tái)在 XZ 軸平面的運(yùn)動(dòng) ， 從而把工件運(yùn)送到倉庫的指定位置 。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 M415B輸出相電流設(shè)定由撥碼開關(guān) SW SW SW3 設(shè)定 ， 如表 5 所示 。 設(shè)置 SW1=OFF、 SW2=ON、SW3=OFF， 輸出相電流為 。 1．步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如下列圖表所示 表 3 電氣規(guī)格 說明 最小值 典型值 最大值 單位 供電電壓 18 24 40 V 均值輸出電流 1 A 邏輯輸入電流 6 15 30 mA 步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率 — — 100 kHz 脈沖低電平時(shí)間 5 — 1 μ s 表 4 電流設(shè)定 電流值 SW1 SW2 SW3 OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF 0FF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF 19 表 5 細(xì)分設(shè)定 細(xì)分倍數(shù) 步數(shù) /圈（ 整步 ） SW4 SW5 SW6 1 200 ON ON ON