【文章內(nèi)容簡介】 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，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 經(jīng)常被 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。 [17] （ 4）機(jī)型的選擇 S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮 著 強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。 S7200 CPU 226 集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn) ， 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 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。 2 個(gè) RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排可 以 很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)所采用的 PLC 是西門子 S7200 CPU226 DC24 V,繼電器輸出。 步進(jìn)電 動 機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 是一種由電脈沖控制的特殊同步電動機(jī)，它的 作用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或者線位移。因此，步進(jìn)電動機(jī)又稱為脈沖電動機(jī)。它可以實(shí)現(xiàn)信號變換，是自動控制系統(tǒng)和數(shù) 字控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件。下面簡單介紹步進(jìn)電機(jī)的工作原理 及其特點(diǎn)與選擇。 （ 1） 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機(jī)。 當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)動 一步。當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進(jìn)電機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn) 對 位置的控制。 （ 2） 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) a) 位移與輸入脈沖信號 的 信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成結(jié)構(gòu)簡單且具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在需要更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng) 。 b) 速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。 c) 易于起動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，快速響應(yīng)性 能 好。 第 9 頁 共 39 頁 d) 具有自鎖的能力 。 當(dāng)控制脈沖停止輸入且讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時(shí)，電機(jī)可以保持在固定的位置上，即停在最后一個(gè)控制脈沖所控制的角位移的終點(diǎn)位置上。所以步進(jìn)電機(jī)具有帶電自鎖能力。 e) 步距角選擇的范圍大，可以在幾十角分至 180176。范圍內(nèi) 進(jìn)行 選擇。在小步距情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行，可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動負(fù)載。 f) 電動機(jī)本身 沒有電刷、轉(zhuǎn)子上沒有繞組，也不需要位置傳感器，可靠性高 。 （ 3） 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成介紹 步進(jìn)電動機(jī)是應(yīng)用較早的一種機(jī)電一體化的產(chǎn)品，電機(jī)的本體與驅(qū)動器構(gòu)成一個(gè)不可分割的有機(jī)整體，步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行性能很大程度上取決于所使用的驅(qū)動控制器的類型。 圖 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制器的構(gòu)成 （ 4） 步進(jìn)電動機(jī)的選擇 在選擇步進(jìn)電動機(jī)時(shí)，首先要考慮的是步進(jìn)電動機(jī)的類型，其次才是具體的品種。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，要求步進(jìn)電動機(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， 所以 確定步進(jìn)電動機(jī)采用 二相 八拍混合式步進(jìn)電動機(jī)。 八拍混合式步進(jìn)電動機(jī)的主要特點(diǎn)是體積小，具有較高的起 動 和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。 步進(jìn)電 動 機(jī)驅(qū)動 器 （ 1） 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器輸入輸出信號 介紹 步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行需要有電子裝置進(jìn)行驅(qū)動，這種裝置就是步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器。 控制系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)脈沖信號，通過驅(qū) 動器就使得步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角 ， 也就是 說， 它把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電動機(jī)的角位移 。因此 ，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 所有型號驅(qū)動器的輸入信號都相同，它們是步進(jìn)脈沖信號 CP、方向電平信號 DIR、脫機(jī)信號 FREE（此端為低電平有效時(shí)，電動機(jī)處于無轉(zhuǎn)矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電動機(jī)可以正常運(yùn)行）。它們在驅(qū)動器內(nèi) 第 10 頁 共 39頁 部的接口電路都相同 如圖 所示。該立體倉庫中，由于提供的電平為 24V，而輸入部分的電平為 5V，所以需要外部另加 R。 圖 輸入輸出接口電路 （ 2） 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器選擇 我們這里采用 SH 系列的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，它主要由電源輸入部分、信號輸入部分、信號輸出部分組成。 （ 3） 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)和電動機(jī)電流設(shè)定 SH 系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)的，只需根據(jù)面板上的提示進(jìn)行設(shè)定即可。對于兩相步進(jìn)電動機(jī)，細(xì)分后電動機(jī)的步距角等于電動機(jī)整步步距角 除 以細(xì)分?jǐn)?shù)。細(xì)分后完全消除了電動 機(jī)的低頻振蕩，而且提高了電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電動機(jī)的分辨率。所以，采用細(xì)分驅(qū)動器只要改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就 能改變步距角。 （ 4） 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器電源接口 對于超小型驅(qū)動器，采用一組 DC 24~40V 供電。因?yàn)?PLC 需要采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，所以該立體倉庫中應(yīng)該選用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。 傳感器 （ 1） 反射式傳感器 工作原理 ：當(dāng)物體相對于傳感器移動時(shí)，反射回來的信號 和 原 來 的信號 進(jìn)行對比 ，產(chǎn)生頻移， 然后 集成電路 放大 微弱的頻移信號 。 經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后 得 到的是 和物品移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。 第 11 頁 共 39頁 圖 變調(diào)光式 傳感器的結(jié)構(gòu) 在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物檢測裝置，并采用能抗周圍外來光干擾的變調(diào)光式。采用變調(diào)光式，與直流光式 相 比，不易受外來光干擾的影響，其電源電壓為 DC5~24V 的大量程電壓輸入型，帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識，還帶有動作確認(rèn)的入光顯示燈。 下面是反射式傳感器的輸出電路圖： 圖 反射式傳感器的輸出電路 （ 2） 對射式傳感器 對射式傳感器的工作原理：對射式傳感器的輸出狀態(tài)一般 是 NPN 輸出，輸出晶體管的動作狀態(tài)可以分為 ： 入光時(shí) ON 和遮光時(shí) ON 兩種。入光時(shí) ON 的對射式傳感器的電路如圖 所示。當(dāng) 24V電壓加到發(fā)光二級管 VL 時(shí)，它將光發(fā)射給光敏二級管 VD， VD 接收到光導(dǎo) 通，于是 晶體管導(dǎo)通，輸出為 ON。當(dāng)發(fā)光二極管 VL 發(fā)射出的光被物體擋住，使得光敏二級管 接 收不到時(shí)， VD 不 導(dǎo)通 ，則晶體管不導(dǎo)通，輸出為 OFF。 第 12 頁 共 39頁 圖 對射式傳感器的電路 在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，采用 8 個(gè)對射式傳感器作限位控制。其中 4 個(gè)對射式光電傳感器分別作為 X 軸 Y 軸的限位控制； 2 個(gè)對射式光電傳感器分別作為 X 軸 Y 軸的到位檢測 ； 如果貨架未到達(dá)正確位置， Z 軸電動機(jī)將不能運(yùn)行，以確保當(dāng) PLC 程序出錯(cuò)時(shí)也不會損壞設(shè)備； 2 個(gè)對射式光電傳感器作為 Z 軸的限位控制， 此時(shí) 遮光時(shí)輸出晶體管 ON。 [16] 微動 開關(guān) 該立體倉庫控制系統(tǒng)中共有 13 個(gè) 庫位 （四層十二個(gè) 庫位 加 0 號 庫位 ）分別采用 13 個(gè) 微動開關(guān)作為貨物 的 檢測 裝置 ，當(dāng)有貨物時(shí)相應(yīng)開關(guān)動作 ；為 了 保險(xiǎn)起見，在 X 軸的左限位和 Y 軸的下限位處還 安 裝了 1 個(gè) 微動開關(guān)作限位保護(hù)，以確保立體倉庫的安全。 直流電動機(jī) 立體倉庫采用直流電機(jī)作為 Z 軸的 拖動元件。直流電動機(jī)具有良好的起動性能，且能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、均勻 地調(diào)速。在自動控制系統(tǒng)中，小功率直流電動機(jī)的應(yīng)用也很廣泛。 本系統(tǒng)采用的直流電 動 機(jī)的輸入電壓為 1224V。 輸入 信號由 PLC 提供，輸入電源由電源模塊提供，輸出信號驅(qū)動直流電動機(jī)。 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源 并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出功率大、體積小、重量輕、可靠性高、適應(yīng)變動寬范圍的輸入電壓，具有完備的過電壓過電流保護(hù)功能，內(nèi)置輸入 EMI 濾波器，具有較高的抗干擾能力。 在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，考慮到 PLC 和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器都要求 DC24V電源，綜合考慮系統(tǒng)的用電量、系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)整性，我們選用并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源。 PLC輸入輸出分配 根據(jù)系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)的 I/O 分配見下表所示。 第 13 頁 共 39頁 表 系統(tǒng)的 I/O分 配 輸入接口 輸出接口 PLC端 單元板端口 注釋 PLC端 單元板接口 注釋 D0 矩陣掃描第 1列 X軸 cp 平移電動機(jī)脈沖信號 D1 矩陣掃描第 2列 Y軸 cp 升降電動機(jī)脈沖信號 D2 矩陣