【文章內(nèi)容簡介】 第 8 頁 共 39 頁 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)場控制，并在一個掃描周期內(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 個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7 個擴(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 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)將一個電脈沖信號加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時，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，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)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(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大?。桓淖冚斎朊}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脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時，電機(jī)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(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，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，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，此功能無效，電動機(jī)可以正常運(yùn)行）。它們在驅(qū)動 第 10 頁 共 39頁 器內(nèi)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 的限流電阻 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，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 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(dāng) 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(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，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(dá)正確位置，Z 軸電動機(jī)將不能運(yùn)行，以確保當(dāng) PLC 程序出錯時也不會損壞設(shè)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(guān)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(guān)作為貨物的檢測裝置，當(dāng)有貨物時相應(yīng)開關(guān)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(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。