【文章內(nèi)容簡介】 共用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編成后編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可以降低系統(tǒng)的成本，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CPU負責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)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)送到主機上，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(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。（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，軟件診斷分為內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員的技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。PLC機型的選擇（1）PLC的類型FX2系列可編程控制器主機分為123680/128點六檔，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加I/O點數(shù)時不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟投入。該智能倉庫的控制系統(tǒng)有輸入信號40個，輸出信號21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)、超限位保護等等。輸出有三個步進電機的正反向、動作指示、錯誤顯示等等。按照上述配置，所選I/O點應(yīng)不得低于61點，結(jié)合實際情況，所選I/O點為80點。因此選擇FX2N80MR型號的PLC。（2）經(jīng)濟性考慮選擇PLC時，應(yīng)考慮性價比。考慮經(jīng)濟性的同時應(yīng)考慮其可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，來進行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點書對價格有直接的影響。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，以便使整個控制系統(tǒng)有較合理的性價比。該智能倉庫屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟性的考慮選擇整體型PLC。根據(jù)其輸入點數(shù)為40點，輸出點數(shù)為21點，所以選擇FX2N80MR型號的PLC。 步進電機的選擇 步進電機的原理步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機時，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)目就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的大??；改變輸入脈沖的相序，就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進電動機時，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。步進電動機的這種控制功能，是其它電動機無法替代的。步進電動機可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進電動機的相數(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)能提高步進電動機的性能，但電動機的結(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。 步進電機的選擇步進電動機的特點（1）步進電動機時一種作為控制用的特種電機，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（步距角）一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差（精度為100%），所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。（2）步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。（3）步距值不容易因為電氣、負載、環(huán)境條件的變化而改變，使用開環(huán)控制（或半閉環(huán)控制）就能進行良好的定位控制。（4）起制動、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。（5）價格便宜，可靠性高。（6）步進電動機的主要缺點是效率較低，并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動電源。（7）步進電機帶負載慣性的能力不強，在使用時既要注意負載轉(zhuǎn)矩的大小，又要注意負載轉(zhuǎn)動慣量的大小，只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時，電機才能獲得滿意的運行性能。（8）由于存在失步和共振，因此步進電機的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。步進電動機的選擇計算在選擇步進電動機時首先應(yīng)考慮的是步進電動機的類型的選擇，其次才是具體的品種選擇，在該智能倉庫控制系統(tǒng)中要求步進電動機電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，確定步進電動機采用2相8拍混合式步進電動機；在進行電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比i、軸向力F、負載轉(zhuǎn)矩Tl、額定轉(zhuǎn)矩TN和運行頻率fy，已確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。由于我們使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，已知條件和要求條件為：移動部分總重 M=25kg外力 Fa=摩擦系數(shù) μ=螺栓機構(gòu)的效率 η=螺栓軸徑 D=螺栓長 L=42cm螺距 P=3mm分辨率 L1=移動距離 S=速度 V=2m/min計算：設(shè)擬選用2相、速比（設(shè)使用直接驅(qū)動方式）速比 i=m（360L1）=2（360）=1軸向力 F= Fa+μM=4+25=負載轉(zhuǎn)矩 Tl=FP/(2η)+（μ0F0P）/（2） =5 (2)+（）/（2） =螺栓的慣量 JB=（421200）/32=㎡移動體的慣量 Jt=M（P/2） = 25（） = ㎡負載慣量為JL= JB+ Jt =+ = ㎡根據(jù)以上計算可以初步選定步進電動機，其慣量為JM= ㎡，空載起動頻率fs=3000Hz有要求的速度可以求出運行的頻率：f=V/L=2000/（60）=3333Hz可知需要加減速的驅(qū)動方式。齒輪比：G=360/（）=150換算到電機軸的負載轉(zhuǎn)矩為：T=GL（Tl+F）/(2) = 150（+5）/(2) =隊首次設(shè)計的裝置來講，所選用的電動機通常留有2~3倍的余量，所以電機轉(zhuǎn)矩TN=3T=3= =所以控制系統(tǒng)中的步進電動機采用混合式步進電機，它的主要特點是：體積小、大轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。型號：42BYGH101。42BYGH101型號的步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)如表3—1所示：表31 步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)電機型號相數(shù)步距角相電流驅(qū)動電壓額定轉(zhuǎn)矩重量42BYGH1012DC24V 步進電機驅(qū)動器的選擇步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成與交直流電動機不同，僅僅接上供電電源，步進電機是不會運行的。為了驅(qū)動步進電動機，必須由一個決定電動機速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該智能倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進行位置控制）、一個使電動機繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器，一個保證電動機正常運行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng)，如圖3—2所示：圖32 步進電機驅(qū)動部分的組成步進電機驅(qū)動器步進電機要有一種電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電機的驅(qū)動器，他是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，或者說是控制系統(tǒng)每發(fā)出一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。所有型號的驅(qū)動器的輸入信號都相同，共有三路信號，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，這時電機處于無力矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電機可正常運行）。它們在驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都相同，如圖3—3所示：圖33 輸入信號接口電路OPTO端為三路信號的公共端，三路輸入信號在驅(qū)動器內(nèi)部接成共陽方式，所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，如果VCC是+5V則可直接輸入；如果VCC不是+5V則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光耦提供8~18mA的驅(qū)動電流，如圖33和表32所示。在在智能倉庫中由于FP0提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V。表32 外接限流電阻R信號幅值外接限流電阻R5V不加12V680Ω24V步進電機驅(qū)動器的輸出信號有兩種：（1）初相位信號：驅(qū)動器每次上電后將使步進電機起始在一個固定的相位上，這就是初相位。初相位信號是指步進電機每次運行到初相位期間，此信號就輸出為高電平，否則為低電平。此信號和控制系統(tǒng)配合使用，可以產(chǎn)生相位記憶功能，其接口如圖34所示：圖34 初相位信號接口電路（2）報警輸出信號：每臺驅(qū)動器都有多種保護措施（如：過壓、過流、過濕等）。當(dāng)保護發(fā)生時，驅(qū)動器進入脫機狀態(tài)使電機失電，但這時控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知系統(tǒng)，就要用到報警輸出信號，此信號占兩個接線端子，此兩端為一繼電器的常開點，報警時觸電立即閉合。驅(qū)動器正常時，觸電為常開狀態(tài)。觸電規(guī)格有：DC24V/1A、AV110V/。一般來說，對于兩相四根線電機，可以直接和驅(qū)動器相連，如圖35所示：圖35 電機與驅(qū)動器接線圖所以在此采用SH系列步進電機驅(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步進電動機驅(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，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)機也是一種較好的散熱辦法。此步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)如表33所示：表33 步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)表驅(qū)動器型號相數(shù)類別細分?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（24~40）步進電動機驅(qū)動器接線示意圖如36所示：圖36 步進電動機驅(qū)動器接線示意圖 傳感器的選擇 反射式傳感器的選擇在智能倉庫中采用歐姆龍EESPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測，它是日本歐姆龍公司的產(chǎn)品，采用能抗周圍外來光干擾的便調(diào)光式。采用表那調(diào)光式與直流光式相比，不易受外來光干擾影響；電源電壓為DC5~24V的大量程電壓輸出型；帶有容易調(diào)整光的光軸標(biāo)識；帶有便于調(diào)整動作確認(rèn)的入光顯示燈；反射式傳感器的時間圖和輸出回路如圖37所示：圖37 反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖它有三根連接線（紅、藍、黑），紅色接電源的正極，黑色接電源的負極，藍色為輸出信號，當(dāng)與擋塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測距離不要離傳感器太近，否則傳感器不能動作；連接是采用插件方式，千萬不要對端子（讀出頭）進行焊接。EESPY402型傳感器的電氣技術(shù)參數(shù)如表34所示：表34 EESPY402型傳感器的電氣技術(shù)參數(shù)表型號EESPY402形狀立式檢測方式反射型應(yīng)差距離（檢測距離3mm，橫方向）檢測距離5mm（反射率90%15X15mm）光源（發(fā)光波長）GaAs~紅外發(fā)光二極管（940mm）顯示燈入光時燈亮（紅）電源電壓DC5~24V 脈動（pp）5%以下消耗電流平均值15mA~50mA控制輸出NPN電壓輸出負載電源電壓DC5~24V負載電流80mA以下（負載電流80mA時）（負載電流10mA時）應(yīng)答頻率100Hz使用環(huán)境照度受光面照度、白熾燈、太陽光各3000ex以下環(huán)境溫度動作時：10 ~C ，保存時25~C（不結(jié)冰）環(huán)境濕度動作時：5~85%RH，保存時5~95%RH（不結(jié)露）耐久振動10~耐久沖擊500m/ X、Y、Z各方向三次保護構(gòu)造IEC規(guī)格IP50連接方式接插件式質(zhì)量外殼材料聚碳酸酯（PC） 微動開關(guān)的選擇在該智能倉庫控制系統(tǒng)中共有13個倉位（四層十二個倉位加0號倉位）分別采用13只微動開關(guān)作為貨物檢測，當(dāng)有貨物時相應(yīng)開關(guān)動作，其信號對應(yīng)PLC的輸入點是X22X36；另外為保險起見，在X軸的左限位和Y軸的下限位出乎安分別加裝了1只微動開關(guān)作限位保護，以確保智能倉庫在程序出錯時不損壞；微動開關(guān)原理如圖38所示：圖38 微動開關(guān)原理圖 PLC輸入輸出I/O的分配根據(jù)該智能倉庫PLC輸入輸出的控制要求，可以得出PLC輸入輸出I/O的分配，如表35所示：表35 I/O口分配表表X0啟動X25檢驗3號倉庫Y2 向上X1手動或自動X26檢驗4號倉庫Y3 向下X2取出X27檢驗5號倉庫Y4送進X3送進X30檢驗6號倉庫Y5取出X4取消X31檢驗7號倉庫Y6 顯示取出X5急停X32檢驗8號倉庫Y7顯示送進X61號倉庫的鍵X33檢驗9號倉庫Y10顯示操作錯誤X72號倉庫的鍵X34檢驗10號倉庫Y11顯示1倉庫X103號倉庫的鍵X35檢驗11號倉庫Y12顯示2倉庫X114號倉庫的鍵X36檢驗12號倉庫Y13顯示3倉庫X125號倉庫的鍵X37前進限制Y14顯示4倉庫X136號倉庫的鍵X40后退限制Y15顯示5倉庫X147號倉庫的鍵X41后退超過Y16顯示6倉庫X158號倉庫的鍵X42向上限制Y17顯示7倉庫X169號倉庫的鍵X43向下限制Y20顯示8倉庫X1710號倉庫的鍵X44向下超過Y21顯示9倉庫X2011號倉庫的鍵X45前時限制Y22顯示10倉庫X2112號倉庫的鍵X46取出限制Y23顯示11倉庫X22檢驗0號