【文章內(nèi)容簡介】 倉庫。 ③ 當程序運行時，貨臺上已經(jīng)貨物時，在 5秒后，程序?qū)沿浥_上的物品自動運至沒有放貨物的最小倉號的倉庫里。 14 PLC 控制模塊的設計 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)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ,順序控制，定時，計數(shù)與算術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、計時、計數(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。當時，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，重新設計制造繼電器控制盤的成本和時間。隨著半導體技術尤其是微處理器和微型計算機技術的發(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，這時的 “PLC” 已不再是僅有邏輯（ Logic）判斷功能了，同時具有數(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 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）存儲實際控制邏輯的程序存儲器和存儲數(shù)據(jù)、變量的數(shù)據(jù)儲器構成。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和現(xiàn)場信號送給中央處理器。現(xiàn)場信號可能是開關量、模擬量或針對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，并把它轉(zhuǎn)換成電壓或電流等現(xiàn)場執(zhí)行機構所能接收的信號后，傳送控制命令給現(xiàn)場設備的執(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 ” 。輸入信號包括按扭開關、限位開關、接近開關、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測開關和編碼器等。輸出信號包括繼電器、指示燈、顯示器、電機啟動等直流和交流設備。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)故障時作為檢查故障的有效工具 。 PLC 的選型 及特點 ，抗干擾能力強 （ 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)良的開關電源。（ 5）對采用的器件進行嚴格的篩選。（ 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，以防止故障擴大。（ 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進一步提高。 ，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)，用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。用戶在硬件確 定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設備，只需改編程序就可以滿足要求。因此， PLC除應用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。 ，適應面廣 現(xiàn)代 PLC 不僅有邏輯運算、計時、計數(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、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(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) 電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀 PLC的用戶手冊或短期培訓，電氣技術人員和技術工很快就能學會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、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、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時， PLC 的用戶程序可以在實驗室模擬調(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、維護方便 PLC 是將微電子技術應用于工業(yè)設備的產(chǎn)品，其結構緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低 ，具有 強抗干擾能力，易于裝入設備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。 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 本機集成了 14點輸入／ 10 點輸出，共有 24個數(shù)字量 I/O。它可連接７個擴展模塊，最大擴展至 168 點數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O點。 CPU224 有 13Ｋ字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存貯空 間，６個獨立的 30KHｚ高速計數(shù)器，２路獨立的 20KHｚ高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 CPU224 配有１個 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 貨臺到位限位 橫軸脈沖 貨臺回位限位 豎軸脈沖 貨臺是否有物 橫軸方向 I／ 0 自動／手動 豎軸方向 I／ 0 鍵盤值 1位 貨臺前升 鍵盤值 2位 貨臺退回 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 步進驅(qū)動模塊的設計 步進電動機的原理 步進式伺服驅(qū)動系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進電機。它受驅(qū)動控制線路的控制，將代表進給脈沖的電平信號直接變換為具有一定方向、大小和速度的機械轉(zhuǎn)角位移，并通過齒輪和絲杠帶動工作臺移動。由于該系統(tǒng)沒有反饋檢測環(huán)節(jié)，它的精度較差，速度也受到步進電機性能的限制。但它的結構和控制簡單、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值。步進電機的工作原理實際上是電磁鐵的作用原理。 步進電動機的選型 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，其次是具體的品種選擇，在該立體車庫系統(tǒng)設計中要求步進電動機的電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)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 拍混合式步進電動機；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 Tt、額定轉(zhuǎn)矩 Tn 和運行頻率 Fy，以確定不進電動機的具體規(guī)格和控制裝置。 步進電動機有如下特點： a、 步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正 比。因此 ,當它轉(zhuǎn)一圈后 ,沒有累計誤差 ,具有良好的跟隨性。 b、 由步進電動機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) ,既簡單、廉價 ,叉非?？煽俊Ｍ瑫r ,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、 步進電動機的動態(tài)響應快 ,易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 d、 速度可在相當寬的范圍內(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)動負載。 e、 步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行 ,不能直接使用交流電源和直流電源。 f、 步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象 ,必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應措施 。 步進 驅(qū)動模 塊 步進驅(qū)動模塊由步進電機和步進驅(qū)動器組成 。 倉庫立體存儲系統(tǒng)有兩套步進驅(qū)動模塊 ， 分別控制 X軸 、 Y軸的絲桿運動 。 步進驅(qū)動器接收 PLC 發(fā)出的高速脈沖信號及方向電平信號 ， 并將這些信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動步進電機的信號 。 步進電機旋轉(zhuǎn)方向由方向電平控制 ,步進電機旋轉(zhuǎn)速度由脈沖信號頻率控制 ,步進電機旋轉(zhuǎn)度由脈沖信號的數(shù)目控制 。 用四相步進電機 42J1834810， 與之配套的驅(qū)動器選用美國 IMS 公司生產(chǎn)的 M415B細分型步進電機驅(qū)動器 ， 其細分功能使步進電機運轉(zhuǎn)精度提高 ， 振動減小 ， 雜訊降低 ， 且具有光隔離信號輸入 （ 抗干擾 ）， 靜止時電流 減半 ， 電源接反保護功能等優(yōu)點 。 42J1834810步進電機步距角為 ， 即在無細分的條件下 ， 200 個脈沖使步進電機轉(zhuǎn)一圈 18 （ 200 =360o）。 通過驅(qū)動器設置細分精度 ， 最高可以達到 12800 個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈 。步進電機驅(qū)動器 M415B 細分設定由撥碼開關 SW SW SW6 設定 ， 如表 1 所示 。 設置SW4=ON、 SW5= OFF、 SW6=ON， 細分設置為 800 步數(shù) /圈 ， 即 800 個脈沖使步進電機轉(zhuǎn)一圈 ， 此時步距角為 （ 800 =360o） 。 步進電機傳動組件采用聯(lián)軸器直接帶動螺旋絲杠轉(zhuǎn)動 ， 螺旋絲杠的 螺距為 5mm， 即步進電機每轉(zhuǎn)動一周 ， 載物臺位移 5mm。 通過控制載物臺在 XZ 軸平面的運動 ， 從而把工件運送到倉庫的指定位置 。 步進電機驅(qū)動器 M415B輸出相電流設定由撥碼開關 SW SW SW3 設定 ， 如表 5 所示 。 設置 SW1=OFF、 SW2=ON、SW3=OFF， 輸出相電流為 。 1．步進電機驅(qū)動器 步進電機驅(qū)動器主要有電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動器參數(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 步進脈沖響應頻率 — — 100 kHz 脈沖低電平時間 5 — 1 μ s 表 4 電流設定 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 細分設定 細分倍數(shù) 步數(shù) /圈（ 整步 ） SW4 SW5 SW6 1 200 ON ON ON