【文章內容簡介】 負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數(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)調試和操作方便，在大中型 PLC 中 經常被 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）、結構文本（ ST）兩種文本語言。 [17] （ 4）機型的選擇 S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮 著 強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。 S7200 CPU 226 集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個數(shù)字量 I/O 點。可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數(shù)字量 I/O 點 ， 35 路模擬量 I/O 點。 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 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。 2 個 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，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能?？赏耆m應于一些復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。 步進電 動 機 步進電機 是一種由電脈沖控制的特殊同步電動機，它的 作用是將脈沖電信號變換為相應的角位移或者線位移。因此，步進電動機又稱為脈沖電動機。它可以實現(xiàn)信號變換，是自動控制系統(tǒng)和數(shù) 字控制系統(tǒng)中廣泛應用的執(zhí)行元件。下面簡單介紹步進電機的工作原理 及其特點與選擇。 （ 1） 步進電機的工作原理 步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機。 當系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉子就會轉動 一步。當電脈沖按某一相序加到電動機時，轉子沿某一方向轉動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進電機轉子機械位移的大小；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進電機電動機轉子機械位移的方向，實現(xiàn) 對 位置的控制。 （ 2） 步進電機的特點 a) 位移與輸入脈沖信號 的 信號數(shù)相對應，步距誤差不長期積累，可以組成結構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組成閉環(huán)控制系統(tǒng) 。 b) 速度可以在相當寬的范圍內平滑調節(jié)。 c) 易于起動、停止、正反轉及變速，快速響應性 能 好。 第 9 頁 共 39 頁 d) 具有自鎖的能力 。 當控制脈沖停止輸入且讓最后一個脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時，電機可以保持在固定的位置上，即停在最后一個控制脈沖所控制的角位移的終點位置上。所以步進電機具有帶電自鎖能力。 e) 步距角選擇的范圍大，可以在幾十角分至 180176。范圍內 進行 選擇。在小步距情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D矩穩(wěn)定運行，可以不經減速器直接驅動負載。 f) 電動機本身 沒有電刷、轉子上沒有繞組，也不需要位置傳感器，可靠性高 。 （ 3） 步進電動機驅動系統(tǒng)的基本組成介紹 步進電動機是應用較早的一種機電一體化的產品，電機的本體與驅動器構成一個不可分割的有機整體，步進電動機的運行性能很大程度上取決于所使用的驅動控制器的類型。 圖 步進電動機驅動控制器的構成 （ 4） 步進電動機的選擇 在選擇步進電動機時，首先要考慮的是步進電動機的類型，其次才是具體的品種。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，要求步進電動機的電壓低、電流小、有定位轉矩和使用螺栓機構的定位裝置， 所以 確定步進電動機采用 二相 八拍混合式步進電動機。 八拍混合式步進電動機的主要特點是體積小，具有較高的起 動 和運行頻率，有定位轉矩等優(yōu)點。 步進電 動 機驅動 器 （ 1） 步進電動機驅動器輸入輸出信號 介紹 步進電動機的運行需要有電子裝置進行驅動，這種裝置就是步進電動機驅動器。 控制系統(tǒng)每發(fā)出一個脈沖信號，通過驅 動器就使得步進電動機旋轉一個步距角 ， 也就是 說， 它把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉化為步進電動機的角位移 。因此 ，步進電動機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。 所有型號驅動器的輸入信號都相同，它們是步進脈沖信號 CP、方向電平信號 DIR、脫機信號 FREE（此端為低電平有效時，電動機處于無轉矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電動機可以正常運行）。它們在驅動器內 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） 步進電動機驅動器選擇 我們這里采用 SH 系列的步進電機驅動器，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） 步進電動機驅動器細分數(shù)和電動機電流設定 SH 系列驅動器是靠驅動器上的撥位開關來設定細分數(shù)的，只需根據(jù)面板上的提示進行設定即可。對于兩相步進電動機，細分后電動機的步距角等于電動機整步步距角 除 以細分數(shù)。細分后完全消除了電動 機的低頻振蕩，而且提高了電動機的輸出轉矩和電動機的分辨率。所以，采用細分驅動器只要改變細分數(shù)，就 能改變步距角。 （ 4） 步進電動機驅動器電源接口 對于超小型驅動器，采用一組 DC 24~40V 供電。因為 PLC 需要采用開關式穩(wěn)壓電源供電，所以該立體倉庫中應該選用開關式穩(wěn)壓電源。 傳感器 （ 1） 反射式傳感器 工作原理 ：當物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號 和 原 來 的信號 進行對比 ，產生頻移， 然后 集成電路 放大 微弱的頻移信號 。 經多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后 得 到的是 和物品移動信號相關的直流信號輸出電平。 第 11 頁 共 39頁 圖 變調光式 傳感器的結構 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光式。采用變調光式，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，帶有容易調整的光軸標識，還帶有動作確認的入光顯示燈。 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 ON 和遮光時 ON 兩種。入光時 ON 的對射式傳感器的電路如圖 所示。當 24V電壓加到發(fā)光二級管 VL 時，它將光發(fā)射給光敏二級管 VD， VD 接收到光導 通，于是 晶體管導通，輸出為 ON。當發(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， VD 不 導通 ，則晶體管不導通，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 個對射式傳感器作限位控制。其中 4 個對射式光電傳感器分別作為 X 軸 Y 軸的限位控制； 2 個對射式光電傳感器分別作為 X 軸 Y 軸的到位檢測 ； 如果貨架未到達正確位置， Z 軸電動機將不能運行，以確保當 PLC 程序出錯時也不會損壞設備； 2 個對射式光電傳感器作為 Z 軸的限位控制， 此時 遮光時輸出晶體管 ON。 [16] 微動 開關 該立體倉庫控制系統(tǒng)中共有 13 個 庫位 （四層十二個 庫位 加 0 號 庫位 ）分別采用 13 個 微動開關作為貨物 的 檢測 裝置 ，當有貨物時相應開關動作 ；為 了 保險起見，在 X 軸的左限位和 Y 軸的下限位處還 安 裝了 1 個 微動開關作限位保護，以確保立體倉庫的安全。 直流電動機 立體倉庫采用直流電機作為 Z 軸的 拖動元件。直流電動機具有良好的起動性能，且能在寬廣的范圍內平滑、均勻 地調速。在自動控制系統(tǒng)中，小功率直流電動機的應用也很廣泛。 本系統(tǒng)采用的直流電 動 機的輸入電壓為 1224V。 輸入 信號由 PLC 提供，輸入電源由電源模塊提供，輸出信號驅動直流電動機。 并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源 并聯(lián)式開關穩(wěn)壓電源的輸出功率大、體積小、重量輕、可靠性高、適應變動寬范圍的輸入電壓，具有完備的過電壓過電流保護功能，內置輸入 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 和步進電動機驅動器都要求 DC24V電源，綜合考慮系統(tǒng)的用電量、系統(tǒng)運行的可靠性和系統(tǒng)設計的規(guī)整性，我們選用并聯(lián)式開關穩(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 平移電動機脈沖信號 D1 矩陣掃描第 2列 Y軸 cp 升降電動機脈沖信號 D2 矩陣