【文章內(nèi)容簡介】 ） 深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求。 （ 2） 確定 I/O 設(shè)備。根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。 （ 3） 根據(jù) I/O 點數(shù)選擇合適的 PLC 類型。 （ 4） 分配 I/O 點，分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。 （ 5） 設(shè)計立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。 XXXX大學 畢業(yè)設(shè)計論文 共 57 頁 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 6） 將程序輸入 PLC 進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 （ 7） 立體倉庫整體調(diào)試，在 PLC 軟硬件設(shè)計和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。 立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如圖 24 所示： 確 定 課 題分 析 課 題確 定 方 案資 料 搜 集確 定 硬 件 配 置設(shè) 計 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu)運 行 并 分 析課 題 總 結(jié)繪 電 氣 原 理 圖編 寫 程 序調(diào) 試 程 序錯 誤 圖 24 課題設(shè)計步驟 小結(jié) 本章圍繞系統(tǒng)方案的確定，首先對自動化立體倉庫進行了簡單的介紹。自動化立體倉庫是機械和電氣、強電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。主要由貨物儲存系統(tǒng)、貨物存取和傳送系統(tǒng)、控制和管理等三大系統(tǒng)所組成。其次闡述了本課題設(shè)計的自動化立體倉庫實現(xiàn)的功能與總體的控制步驟。 第三節(jié)講述了 PLC 的優(yōu)點和選擇 PLC 進行控制的原因。最后確定了立體倉庫的具體參數(shù)，并詳細介紹了本課題設(shè)計的基本步驟。 XXXX大學 畢業(yè)設(shè)計論文 共 57 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 本課題設(shè)計采用的是運用 PLC 控制系統(tǒng)來控制立體倉庫的運動 .這種設(shè)計的優(yōu)點是能快速的對輸入信號做出反應控制立體倉庫 ,而且檢修起來較為方便?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖 31 所示。 承 承承 承 / 承 承承 承承 承承 承1 承 承 承 承1 2 承 承 承 承承 承 0 承 承 承承 承 1 2 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承承 承承 承承 承承 承承 承承 承 承 承承 承 承 承承 承 承 承 承 承承 承 1 承 承 承承 承 1 2 承 承 承承 承PLC 圖 31 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 可編程控制器的選型 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制 器的基本結(jié)構(gòu)由輸入 /輸出模塊、中央處理單元、電源部件和編 程器等組成。 PLC 與計算機的基本組成一致，它實際上就是一種工業(yè)控制計算器 [3]。 （ 1）輸入 /輸出模塊在 PLC 中， CPU 是通過輸入 /輸出模塊與外界連接的。 輸入模塊用于將控制現(xiàn)場輸入信號變換成 CPU 能接收的信號，并對其進行濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和放大等；輸出模塊用于將 CPU 的決策輸出信號變換成驅(qū)動控制對象執(zhí)行機構(gòu)的控制信號，并對輸出信號進行功率放大、隔離 PLC 內(nèi)部和外部執(zhí)行元件等。 （ 2）中央處理單元 XXXX大學 畢業(yè)設(shè)計論文 共 57 頁 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 3）電源部件中央處理器單元包括微處理器、系 統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。微處理器 CPU 是 PLC 的核心部件。電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向 PLC 提供所需的高質(zhì)量直流電源。 可編程控制器（ PLC）的特點 （ 1） 可靠性高，抗干擾強。 （ 2）功能強大，性價比高。 （ 3）編程簡易，現(xiàn)場可修改。 （ 4）配套齊全，使用方便。 （ 5）壽命長，體積小，能耗低。 （ 6）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維修方便。 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇 。 根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇 [4]。 （ 1）控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 （ 2）編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU 只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào) 試不方便。在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機 CPU 負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五種標準化編程語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。 （ 3）診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件 診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 PLC 機型的選擇 （ 1）輸入電源電壓： 24VDC 還是 220VAC，根據(jù)供電系統(tǒng)電壓來選擇，一般來說，不建議直接從動力電源直接取電，最好用隔離變壓器把動力電源和控制電源隔離 XXXX大學 畢業(yè)設(shè)計論文 共 57 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 開來，同時做好濾波等抗干擾措施。本設(shè)計采用 24V 直流電。 （ 2）輸入輸出點數(shù)：所謂的輸入 輸出點數(shù)指的是整個控制系統(tǒng)需要用到的 PLC的輸入點個數(shù)和輸出點個數(shù)。一般來說，當然是預先設(shè)計好整套系統(tǒng)方案， 然后算出所有的輸入輸出點個數(shù)，如果是第一次設(shè)計的方案，建議預留點數(shù)。經(jīng) 過估算本設(shè)計中需要輸入端口 40 個，輸出端口 21 個。 （ 3）輸出觸點類型：是繼電器輸出類型還是晶體管輸出類型。根據(jù)所控制的 執(zhí)行機構(gòu)電源電壓及功率來決定輸出觸點類型，如果系統(tǒng)里有需要用到高速脈沖 輸出控制步進電機或伺服系統(tǒng)時，一定要選擇晶體管輸出類型。本設(shè)計因為有步 進電機的控制所以選擇晶體管輸出類型。西門子 S7 系列 PLC 體積 小、速度快、 標準化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。 S7 系列 PLC 產(chǎn)品可分為微型 PLC（如 S7200），小規(guī)模性能要求的 PLC（如 S7300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7400）等。 S7 系列 PLC 有專門的高速脈沖輸出端，可以方便的完成步進電機的控制。根據(jù)控制功能要求選 擇微型 PLC。微型 PLC S7200 系列可編程控制器主機分為 12 40 點四檔，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。本課題設(shè)計的立體倉庫控制系統(tǒng)有輸入信號 40 個，輸出信號 21 個。所選 I/O 點不得低于 61 點，結(jié)合實際情況，考慮到經(jīng)濟實惠所選本系統(tǒng)所采用的 PLC 是西門子 S7200 CPU226 DC24V，外加一個數(shù)字量擴展模塊 EM223[1]。 步進電機的選擇 步進電機的介紹 步進電動機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應的角位移或直線位移的一種特殊電機。每輸入一個電脈沖信號電機就轉(zhuǎn)動一個角度，它的運動形式是步進式的，所以稱為步進電動機。又由于它輸入的是脈沖電流所以也叫脈沖電動機 [14]。 步進電動機在不需 要變換的情況下，能直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移，因此它很適合作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件。此外，它還具有一系列的優(yōu)點，一是輸出角位移量或線位移量與其輸入的脈沖數(shù)成正比，而轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖的頻率成正比，在負載能力范圍內(nèi)，這些關(guān)系不受電壓的大小、負載的大小、環(huán)境條件等外界各種因素的干擾。二是它每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，所以步進電動機在不失步的情況下運行，其步距誤差不會長期積累。三是控制性能好 ， 它可以在開環(huán)系統(tǒng)中在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖的頻率來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，并且能夠快速啟動制動和反轉(zhuǎn)。四是有些型式的步 進電動機在停止供電的狀態(tài)下，還有定位轉(zhuǎn)矩，有些型式在停機后某些相繞組仍保持通電狀態(tài)，具有自鎖能力，不需要機械制動裝置等。當采用速度和位置檢測裝置后，它可構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，給步進電動機的應用開辟了廣闊的前景，應用非常廣泛。如數(shù)控機床、繪圖機、自動記錄儀表、遙控裝置和航空系 XXXX大學 畢業(yè)設(shè)計論文 共 57 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 統(tǒng)等等，都大量使用步進電動機。 步進電機的結(jié)構(gòu) 圖 32 為三相反應式步進電動機的徑向截面圖。定轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，定子磁極為凸極式，磁極的極面上開有小齒。定子上有三套控制繞組，每一 套有兩個串聯(lián)的集中控制繞組分別繞在徑向相對的兩個磁極上。每套繞組叫一相，三相繞組接成星形，所以定子磁極數(shù)通常為相數(shù)的兩倍，即 2p=2m （ p 為極對數(shù)， m 為相數(shù)）。轉(zhuǎn)子上沒有繞組，沿圓周也有均勻的小齒，其齒距和定子磁極上小齒的齒距必須相等，而且轉(zhuǎn)子的齒數(shù)有一定的限制。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點是制造簡便，精度易于保證，步距角可以做得較小，容易得到較高的啟動和運行頻率 。 圖 32 步進電動機的結(jié)構(gòu) 步進電機的工作原理 圖 33是一臺三相反應式步進電動機的原理圖。定子鐵芯為凸極式，共有三對（六個）磁極， 每兩個相對的磁極上繞有一相控制繞組。轉(zhuǎn)子用軟磁性材料制成，也是凸極結(jié)構(gòu)，只有四個齒，齒