【文章內(nèi)容簡介】 18 圖 31 系統(tǒng)組成圖 可編程控制器的選型 為了提高倉庫的倉儲能力，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高倉庫的自動(dòng)化程度，而 PLC編程控制器恰恰具有 可靠性高、 .編程方便 、 易于使用 、邏輯功能強(qiáng)、體積小的特點(diǎn)，并且其 有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可附加高性能模塊對模擬量進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制功能。因此在我的倉儲電控系統(tǒng)中，我選擇了使用 PLC可編程控制器，作為核心控制件。 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 19 S7200 CPU的選 擇 西門子提供多種類型的 CPU以適應(yīng)各種應(yīng)用要求。不同類型的 CPU具有不同的數(shù)字量 I/O點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存容量等規(guī)格參數(shù)。 目前提供的 S7200 CPU有： CPU22 CPU22 CPU22 CPU226和 CPU 226XM。 S7200 CPU規(guī)格如表 。按以上 S7200CPU規(guī)格所示，由于該系統(tǒng)需要的 PLC輸入端接口較多，因此選用的 PLC可編程控制器應(yīng)為 CPU 226 系列，該 CPU為直流供電，直流數(shù)字量輸出， 數(shù)字量輸出點(diǎn)是晶體管因此選擇 DC/DC/DC 系列。綜上所述， 最終 選用的 PLC 可編程控制器 件為 CPU 226DC/DC/DC 系列。 表 S7200 CPU 規(guī)格表 CPU 221 CPU 222 CPU224 CPU226 CPU226XM 用戶程序區(qū) 數(shù)據(jù)存儲區(qū) 4K字節(jié) 2K字節(jié) 4K字節(jié) 2K字節(jié) 8K字節(jié) 5K字節(jié) 8K字節(jié) 5K字節(jié) 16K字節(jié) 10K字節(jié) CPU 內(nèi)置 DI / DO點(diǎn)數(shù) 6/4 8/6 14/10 24/16 24/16 AI / AO點(diǎn)數(shù) 無 16/16 32/32 32/32 32/32 掃描時(shí)間 / 1 條指令 0． 37us 0． 37us 0． 37us 0． 37us 0． 37us 最大 DI/DO點(diǎn)數(shù) 256 256 256 256 256 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 20 位存儲區(qū) 256 256 256 256 256 計(jì)數(shù)器 256 256 256 256 計(jì)時(shí)器 256 256 256 256 256 時(shí)鐘功能 可選 可選 內(nèi)置 內(nèi)置 內(nèi)置 數(shù)字量輸入濾波 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 模擬量輸入濾波 N/A 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 高速計(jì) 數(shù)器 單相 4個(gè) 30KHZ 4個(gè) 30KHZ 6個(gè) 30KHZ 6個(gè) 30KHZ 6個(gè) 20KHZ 雙相 2個(gè) 20KHZ 2個(gè) 20KHZ 4個(gè) 20KHZ 4個(gè) 20KHZ 4個(gè) 20KHZ 脈沖輸出 2個(gè) 20KHZ 2個(gè) 20KHZ 2個(gè) 20KHZ 2個(gè) 20KHZ 2個(gè) 20KHZ 通訊口 1 RS485 1 RS485 1 RS485 2 RS485 2 RS485 EM232模擬量輸出模塊 該 系統(tǒng)選用 EM232 模擬量輸出模塊， 2通道電流 /電壓輸出 。 EM232 模擬量輸出和組合模塊的技術(shù)規(guī)范 如 表 和圖 32 所示。 表 EM232 模擬量輸出模塊技術(shù)規(guī)范 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 21 型號 物理I/O數(shù)量 功耗 信號范圍 分辨率全量程 數(shù)據(jù)字格式 最大驅(qū)動(dòng) 從+5VDC 從 L+ 電壓輸出 電流輸出 電壓 電流 電壓 電流 電壓輸出 電流輸出 EM232 AQ2*12位 6ES7 2320HB200XA0 2 20mA 70mA +/10V 0 到20mA 12位 11位 32020到+32020 0 到+32020 最小5000歐 最大500歐 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 22 圖 32 EM232 擴(kuò)展模塊的連接器的端子標(biāo)識 EM232 控制無刷直流電機(jī) 原理 接線圖如圖 33所示。 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 23 圖 33 無刷直流電機(jī)原理接線圖 旋轉(zhuǎn)編碼器選型 為了實(shí)現(xiàn)貨物的精確定位，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用了旋轉(zhuǎn)編碼器，用來實(shí)現(xiàn)貨物的精確定位，最終達(dá)到傳送帶在最需要移動(dòng)的時(shí)候方可移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了精確定位貨物的目標(biāo)，也在一定程度上節(jié)約了能源。 在我的設(shè)計(jì)中，我通過聯(lián)軸 器將旋轉(zhuǎn)編碼器與電機(jī)直接連接，通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測出電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，最終將角位移轉(zhuǎn)換成脈沖值，以測量 機(jī)械手 運(yùn)行的距離。 旋轉(zhuǎn)編碼器是一種將角位移轉(zhuǎn)換成脈沖值的檢測裝置， 通過高數(shù)計(jì)數(shù)器來統(tǒng)計(jì)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)，從而判斷 機(jī)械手 所處的位置。旋轉(zhuǎn)編碼器可輸出兩路脈沖信號，其波形如圖 34 所示： 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 24 圖 34 A、 B相脈沖圖 當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器正轉(zhuǎn)時(shí) A相超前 B相 ,旋轉(zhuǎn)編碼器反轉(zhuǎn)時(shí) ,B相滯后 A相，這樣通過該裝置就可以檢測電機(jī)運(yùn)行的絕對位移。 由于所選用的電機(jī)的轉(zhuǎn)速只為 3000 轉(zhuǎn) /分，且我所選用的 PLC可編程控制器的電源為 24v，因此我為該系統(tǒng)選擇了型號 E6A2CW5C，電壓為 12V~24V的旋轉(zhuǎn)編碼器。 步進(jìn)電機(jī)的 選擇 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) ? 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度 (稱為“步距角” )一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)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。 ? 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比 ? 步距值不容易因?yàn)殡姎狻⒇?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。 ? 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率較低 ,并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源。 ? 步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載慣性的能力不強(qiáng) ,在使用時(shí)既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小 ,又要注意負(fù)載基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 25 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小 ,只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時(shí) ,電機(jī)才能獲的滿意的運(yùn)行性能。 ? 由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機(jī)的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成 為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)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(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正 常運(yùn)行的功率放大器，以及一個(gè)直流功率電源等組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如 圖 35 所示 。 圖 35 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 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，其次才是具體的品種選擇，根據(jù)系統(tǒng)要求，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓值、電流值以及有無定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，從而就可以確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)。 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 F、負(fù)載轉(zhuǎn)矩 lT 、額定轉(zhuǎn)矩 NT 和運(yùn)行頻率 yf ，以確定步進(jìn)電機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 26 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的原理與選擇 (1).步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 所有型號驅(qū)動(dòng)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(jī)信號 FREE(此端為低電平有效，這時(shí)電機(jī)處于無力矩狀態(tài)；此端為高電 平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電機(jī)可正常運(yùn)行 )。它們在驅(qū)動(dòng)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，三路輸入信號在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部接成共陽方式，所以 OPTO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(dòng)器內(nèi)部光耦提供 81 5mA的驅(qū)動(dòng)電流，參見圖 36和圖 37。外圍提供電平為 24V，而輸入部分的電平為 5V，所以須外部另加 R。 圖 36 輸入信號接口電路 圖 37 外接限流電阻 R 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出信號有兩種 : ① .初相位信號：驅(qū)動(dòng)器每次上電后將使步進(jìn)電機(jī)起始在一個(gè)固定的相位上，這就是初相位。初相位信號是指步進(jìn)電機(jī)每次運(yùn)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 38。 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 27 圖 38 初相位信號接口電路 ② . 報(bào)警輸出信號：每臺驅(qū)動(dòng)器都有多種保護(hù)措施 (如：過壓、過流、過溫等 )。當(dāng)保護(hù)發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入脫機(jī)狀態(tài) 使電機(jī)失電，但這時(shí)控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知系統(tǒng)，就要用到‘報(bào)警輸出信號’。此信號占兩個(gè)接線端子，此兩端為一繼電器的常開點(diǎn)，報(bào)警時(shí)觸點(diǎn)立即閉合。驅(qū)動(dòng)器正常時(shí)，觸點(diǎn)為常開狀態(tài)。觸點(diǎn)規(guī)格： DC24V／ 1A或 AC11OV／ O． 3A。 一般來說，對于兩相四根線電機(jī)，可以直接和驅(qū)動(dòng)器相連，見圖 39。 圖 39 電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線圖 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 28 以北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn) SH系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 (型號為 SH2H057)為例，主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。 SH2H057步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jī)，其外殼即為散熱體，所以使用時(shí)要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機(jī)柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一個(gè)風(fēng)機(jī)也是一種較好的散熱辦法。 此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)見表 ： 表 SH2H057電氣技術(shù)數(shù)據(jù)表 驅(qū)動(dòng)器型號 相數(shù) 類別 細(xì)分?jǐn)?shù) 通過撥位 開關(guān)設(shè)定 最大 相電流 開關(guān)設(shè)定 工作電源 SH2H057 二相或四相 混合式 二相八拍 一組直流 DC(24V40V) (2).步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖見圖 310。 基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 29 圖 310 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖 (3).步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)和電機(jī)相電流的設(shè)定 ① . 細(xì)分?jǐn)?shù)的設(shè)定 對于兩相步進(jìn)電機(jī) ,細(xì)分后電機(jī)的步距角等于電機(jī)的整步步距角除以細(xì)分?jǐn)?shù)。 細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無關(guān)。 所以我們最好選用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。但現(xiàn)在基于 PLC 柔性制造生產(chǎn)線中物料立體倉庫的設(shè)計(jì) 若有 30 的情況不同了，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的出 現(xiàn)改變了這種觀念，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。所以如果用戶采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，‘相數(shù)’將變得沒