【文章內(nèi)容簡介】 械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制 ，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制 。 步進(jìn)電動機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)可分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進(jìn)電動機(jī)的性能，但電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源就會 復(fù)雜，成本就會增加，應(yīng)按需要合理選用。 設(shè)計中 利用提供的 北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司的 42BYG250C 型 步進(jìn)電機(jī)，其 電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為 : 電機(jī)型號 相數(shù) 步距角 靜態(tài) 相電流 驅(qū)動電壓 額定轉(zhuǎn)矩 重量 42BYG250C 2 M 表 4 2BYG250C 型 步進(jìn)電機(jī)電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件部分 14 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成和工作原理 及應(yīng)用 為了驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)，必須由一個決定電動機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用 PLC 作 脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制）、一個使電動機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng) 。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 所以設(shè)計中 采用北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 SH系列步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，型號為 SH2H057。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。 SH2H057 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器采 用鑄鋁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動器 ,這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風(fēng)機(jī)，其外殼即為散熱體，所以使用時要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機(jī)柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一個風(fēng)機(jī)也是一種較好的散熱辦法。 此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為： 驅(qū)動器 型號 相數(shù) 類別 細(xì)分?jǐn)?shù) （ 通過撥位 開關(guān)設(shè)定 ） 最大 相電流 開關(guān)設(shè)定 工作電源 SH2H057 二相或四相 混合式 二相八拍 一組直流 DC(24V40V) 表 SH2H057 型步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動器電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 傳感器的工作原理 和應(yīng)用 （ 1）反射式傳感器的工作原理： 在該立體倉庫中采用歐姆龍 EESPY402 凹槽型、反射型接插件式傳山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件部分 15 感器作貨物檢測 。 采用能抗周圍外來光干擾的變調(diào)光式；采用變調(diào)光式，與直流光式比，不易受外來光干擾的影響；電源電壓為 DC524V 的大量程電壓輸出型；帶有容易調(diào)整 的光軸標(biāo)識；帶有便于調(diào)整，動作確認(rèn)的入光顯示燈；其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 工作原理： 當(dāng)物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號與原先的信號相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進(jìn)行放大，再經(jīng)多 普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。 圖 反射式傳感器結(jié)構(gòu)圖 （ 2）對射式傳感器的工作原理： 對射式傳感器的輸出狀態(tài)一般為 NPN 輸出，輸出晶體管的動作狀態(tài)可分為入光時 ON 和遮光時 ON 兩種。入光時為 ON 的 對射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示， 圖 對射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件部分 16 當(dāng) 24V 電壓加到發(fā)光二極管 LED1 時，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管 LED2，LED2 接收到光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，輸出為 ON；當(dāng)發(fā)光二極管 LED1 發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管 LED2 接收不到時 ， LED2 不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為 OFF。 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理 和應(yīng)用 (1)并聯(lián)型開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是由開關(guān)晶體管 V 和二極管 DV 及儲能電感 L、濾波電容 C 組成的。除此以外，通常還有較為復(fù)雜的驅(qū)動電路，調(diào)節(jié)電路、保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合 電路等各個部分，用來對輸出電壓的大小以及特性進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，圖 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖。 圖 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理?？驁D 設(shè)開關(guān)晶體管 V 的開關(guān)轉(zhuǎn)換周期 T，導(dǎo)通 期的時間為 ont ，截止期的時間為，占空比為 δ(δ ＝ ont ／ T)。 oft山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件部分 17 圖 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電路的電壓電流波形 其工作原理如下：當(dāng)開關(guān)晶體管 V 處于導(dǎo)通期間，輸入電壓 U 加到儲能電感兩端（這里我們忽略了 V 的飽和壓降），二極管 DV 的因被反向偏置而截止。 在此期間流過 L 的電流 Li 為近似線性地增加的鋸齒波電流 (見圖)，并以磁能的形式儲存在 L 中。當(dāng)開關(guān)晶體管 V 截止時，儲能電感 L兩端的電壓極性相反，此時二極管 DV 被正向偏置而導(dǎo)通。儲存在 L 中的能量通過二極管 DV 輸送給負(fù)載電阻 LR 和濾波 電容 C。在此期間， L 中的泄放電流 Li 是鋸齒波電流的線性下降部分。同理，當(dāng)開關(guān)晶體管 V 導(dǎo)通期間在儲能電感 L 中增加的電流數(shù)值應(yīng)該等于開關(guān)管 V 截止期間在儲能電感 L 中減少的電流值。只有這樣才能達(dá)到動態(tài)平衡，才能給負(fù)載電阻 LR 提供一個穩(wěn)定的輸出電壓。 (2)開關(guān)式穩(wěn)壓電源的 應(yīng)用 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件部分 18 在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，考慮到 PLC 和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器都要求直流24V 電 源，綜合考慮系統(tǒng)用電量、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)整性， 設(shè)計中 用了 MW S5024 型并聯(lián)式開關(guān)電源。 S50 系列開關(guān)電源輸出功率大，體積小，重量輕， 高可靠性，適應(yīng)寬范圍 的輸入電壓變動 。 型 號 S5024 輸入電壓 85～ 132VAC/170～ 264VAC 開關(guān)選擇 輸入頻率 47～ 63Hz 輸出電壓 24V 輸出電流 輸出功率 輸出可調(diào)范圍 約177。 10％ 過壓保護(hù) 115%135% 工作環(huán)境溫度 /濕度 10℃ ～ 60℃ /20％～ 90％ 儲存溫度 /濕度 20℃ ～ 85℃ /10％～ 95％ 尺寸／重量 159*97*38mm (長 *寬 *高 ) 顏色 銀 色 表 S50 系列開關(guān)電源的性能指標(biāo) PLC 的選擇 PLC I/O 點(diǎn)的選擇 根據(jù)控制要求，將個輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)列表，準(zhǔn)確的統(tǒng)計出被控設(shè)備對數(shù)需求量，然后在實(shí)際統(tǒng)計的 I/O 點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上增加 15%～ 20%的備用量，以便以后調(diào)整和擴(kuò)充。同時要充分利用好輸入和輸出擴(kuò)展單元，提高主機(jī)的利用率，例如 S7200 系列可編程控制器主機(jī)分為 16 個輸出 、24 個輸入 ，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， 不必山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件部分 19 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。在確定好 I/O 點(diǎn)數(shù)后，還要注意它的性質(zhì)，類型和參數(shù)。例如是開關(guān)量還是模擬量，是交流還是直流以及電壓大小的等級，同時還要注意輸出端的負(fù)載的特點(diǎn)，以此選擇和培植相應(yīng)機(jī)型和模塊。 小型倉庫電氣控制系統(tǒng)有輸入信號 24 個，輸出信號 14 個。其中，外部輸入元件包括： 檢測 元件 、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護(hù)等等 ； 輸出有 三 個電機(jī)的正反向、動作動作指示、錯誤顯示等等。按照上述配置，所選 S7200 CPU226 系列 PLC。 PLC 型號的選擇 PLC 選擇的 一般原則為： PLC 機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機(jī)型。 在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。 對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求。 而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)PID 運(yùn)算、閉環(huán) 控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。 本 課題 根據(jù) I/O 的信號數(shù)量，類型及控制要求，同時考慮到維護(hù)和保養(yǎng)，改造和經(jīng)濟(jì)等諸多因素，可編程控制器 擬 選用 S7200 CPU226，足以滿足要求 。 S7200 PLC 的介紹 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件部分 20 西門子公司的 SIMATIC S7200系列屬于小型 PLC,用于代替繼電器的簡單控制場合，也可用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它具有強(qiáng)大的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā) 揮器作用。 S7200的可靠性高，可以用梯形圖、語句表和功能圖三種語言來編程。它的指令豐富，指令功能強(qiáng)，易于掌握，操作方便，內(nèi)置有高速計數(shù)器，高速輸出， PID控制器， RS485通信 /編程接口、 PPI通信協(xié)議、 MPI通信協(xié)議和自由端口模式通信功能，最大可以擴(kuò)展到 248點(diǎn)數(shù)字量 I/O或 35路模擬量I/O，最多有 30多 KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件部分 21 第四章 軟件部分 STEP7Micro/WIN 編程軟件 STEP7Micro/WIN是專門為 S7200設(shè)計的，在個人計算機(jī) Windows操作系統(tǒng)下 運(yùn)行的編程軟件，它的功能強(qiáng)大，使用方便，簡單易學(xué)。 CPU通過PC/PPI電纜或插在計算機(jī)中的 CP551 CP5611通訊卡通訊。通過 PC/PPI電纜，可以在 Windows下實(shí)現(xiàn)多主站通信方式。 STEP7Micro/WIN的用戶程序結(jié)構(gòu)簡單清晰，即通過一個主程序調(diào)用主程序，在中斷事件出現(xiàn)時調(diào)用中斷程序，還可以通過數(shù)據(jù)塊進(jìn)行變量的初始化設(shè)置。用戶可以用語句表、梯形圖和功能塊圖編程，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換，可以用符號表來定義程序中使用變量地址對應(yīng)的符號，例如指定符號啟動按鈕對應(yīng)地址 ， 使 程序便于設(shè)計和理解。 STEP7Micro/WIN可以為用戶提供兩套指令集，即 SIMATIC指令集（ S7200）和國際標(biāo)準(zhǔn)指令集（ IEC611313方式）。通過調(diào)制解調(diào)器可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程，可以用單次掃描和強(qiáng)制輸出等方式來調(diào)試程序和進(jìn)行故障 。 S7200的通信 S7200的通信協(xié)議 S7200支持多種通信協(xié)議，例如點(diǎn)對點(diǎn)接口 （ PPI） 、多點(diǎn)接口 （ MPI）和 PROFIBUS。 這些協(xié)議基于 7層開放系統(tǒng)互連模型 （ OSI） ，通過一個令牌環(huán)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，令牌環(huán)網(wǎng)遵循標(biāo)準(zhǔn) （ IEC61185） 和歐洲標(biāo) 準(zhǔn) （ EN50170） ，它們都是基于字符的異步通信協(xié)議，帶有起始位、 8位數(shù)據(jù)、偶校驗(yàn)和 1個停止位。協(xié)議支持一個網(wǎng)絡(luò)中的個地址，最多個主站，網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的地址不能重疊，運(yùn)行的計算機(jī)默認(rèn)地址是 0， PLC默認(rèn)地址是 2。 S7200的通信接口是 RS485，計算機(jī)可以使用 RS232或 USB通信接口，多主站 PPI電纜用于計算機(jī)和 S7200之間的通信，有 RS232/PPI和 USB/PPI山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件部分 22 兩種電纜。 在編程軟件中設(shè)置通信接口的參數(shù) 在 STEP7Micro/WIN中選擇菜單命令 “ 檢視 ”→“ 元件 ”→“ 設(shè) 置 PG/PC接口 ” 或雙擊瀏覽或指令數(shù)中的 “ 設(shè)置 PG/PC接口 ” 圖標(biāo)，都可以進(jìn)入設(shè)置接口對話框如圖 。 圖 在“設(shè)置 PG/PC接口”對話框中設(shè)置的是計算機(jī)通信接口的參數(shù)。此外還應(yīng)該為 S7200設(shè)置波特率和站地址，在 STEP7Micro/WIN中選擇菜單命令