【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 類型。 （ 4） 分配 I/O 點(diǎn)，分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，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(jì)立體倉庫系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 XXXX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 共 57 頁 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 6） 將程序輸入 PLC 進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)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(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)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(jì)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(jì) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu)運(yùn) 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(cuò) 誤 圖 24 課題設(shè)計(jì)步驟 小結(jié) 本章圍繞系統(tǒng)方案的確定，首先對(duì)自動(dòng)化立體倉庫進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。自動(dòng)化立體倉庫是機(jī)械和電氣、強(qiáng)電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。主要由貨物儲(chǔ)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(jì)的自動(dòng)化立體倉庫實(shí)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(diǎn)和選擇 PLC 進(jìn)行控制的原因。最后確定了立體倉庫的具體參數(shù)，并詳細(xì)介紹了本課題設(shè)計(jì)的基本步驟。 XXXX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 共 57 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本課題設(shè)計(jì)采用的是運(yùn)用 PLC 控制系統(tǒng)來控制立體倉庫的運(yùn)動(dòng) .這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能快速的對(duì)輸入信號(hào)做出反應(yīng)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(jì)算機(jī)的基本組成一致，它實(shí)際上就是一種工業(yè)控制計(jì)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(chǎng)輸入信號(hào)變換成 CPU 能接收的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)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(hào)變換成驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)，并對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)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(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)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(diǎn) （ 1） 可靠性高，抗干擾強(qiáng)。 （ 2）功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。 （ 3）編程簡(jiǎn)易，現(xiàn)場(chǎng)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(jì)、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(yùn)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(jì)的自動(dòng)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(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)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(chǔ)器容量。 （ 2）編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)， CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)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(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)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(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。 PLC 機(jī)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(dòng)力電源直接取電，最好用隔離變壓器把動(dòng)力電源和控制電源隔離 XXXX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 共 57 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 開來，同時(shí)做好濾波等抗干擾措施。本設(shè)計(jì)采用 24V 直流電。 （ 2）輸入輸出點(diǎn)數(shù)：所謂的輸入 輸出點(diǎn)數(shù)指的是整個(gè)控制系統(tǒng)需要用到的 PLC的輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)和輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)。一般來說，當(dāng)然是預(yù)先設(shè)計(jì)好整套系統(tǒng)方案， 然后算出所有的輸入輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)，如果是第一次設(shè)計(jì)的方案，建議預(yù)留點(diǎn)數(shù)。經(jīng) 過估算本設(shè)計(jì)中需要輸入端口 40 個(gè)，輸出端口 21 個(gè)。 （ 3）輸出觸點(diǎn)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(jī)構(gòu)電源電壓及功率來決定輸出觸點(diǎn)類型，如果系統(tǒng)里有需要用到高速脈沖 輸出控制步進(jìn)電機(jī)或伺服系統(tǒng)時(shí)，一定要選擇晶體管輸出類型。本設(shè)計(jì)因?yàn)橛胁? 進(jìn)電機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，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(jìn)電機(jī)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(jī)分為 12 40 點(diǎn)四檔，還有各種輸入和輸出擴(kuò)展單元，這樣在增加 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，不必改變機(jī)型，可以通過擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投 入。本課題設(shè)計(jì)的立體倉庫控制系統(tǒng)有輸入信號(hào) 40 個(gè)，輸出信號(hào) 21 個(gè)。所選 I/O 點(diǎn)不得低于 61 點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠所選本系統(tǒng)所采用的 PLC 是西門子 S7200 CPU226 DC24V，外加一個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊 EM223[1]。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)的介紹 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移的一種特殊電機(jī)。每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，它的運(yùn)動(dòng)形式是步進(jìn)式的，所以稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。又由于它輸入的是脈沖電流所以也叫脈沖電動(dòng)機(jī) [14]。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不需 要變換的情況下，能直接將數(shù)字脈沖信號(hào)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(diǎn)，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(fù)載能力范圍內(nèi)，這些關(guān)系不受電壓的大小、負(fù)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(jìn)電動(dòng)機(jī)在不失步的情況下運(yùn)行，其步距誤差不會(huì)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(jī)的轉(zhuǎn)速，并且能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。四是有些型式的步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)在停止供電的狀態(tài)下，還有定位轉(zhuǎn)矩，有些型式在停機(jī)后某些相繞組仍保持通電狀態(tài)，具有自鎖能力，不需要機(jī)械制動(dòng)裝置等。當(dāng)采用速度和位置檢測(cè)裝置后，它可構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景，應(yīng)用非常廣泛。如數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、自動(dòng)記錄儀表、遙控裝置和航空系 XXXX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 共 57 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 統(tǒng)等等，都大量使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖 32 為三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(gè)串聯(lián)的集中控制繞組分別繞在徑向相對(duì)的兩個(gè)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(duì)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(diǎn)是制造簡(jiǎn)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(dòng)和運(yùn)行頻率 。 圖 32 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 圖 33是一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖。定子鐵芯為凸極式，共有三對(duì)（六個(gè)）磁極， 每兩個(gè)相對(duì)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(gè)齒，齒