【文章內容簡介】 光發(fā)射器與反射板之間)內不得有任何物體遮擋激光光線。激光測距的原理是通過發(fā)射出的激光光線長度來測定距離，其光線就好比一把光尺，如果物體遮擋激光光線，讓它脫離原標準原點的測定位置，將影響實際要求的測定距離，從而使道碼垛機走位偏離所設定的位置，產生貨叉取/存儲錯位或起始點撞擊巷道碼垛機端部緩沖制動器的情況。因此，在巷道碼垛機工作時不允許有任何物體遮擋激光光線，對于激光光線通道應采取隔離保護措施，保證激光測距的準確性和自動化系統(tǒng)的安全性。（2）縱向認址系統(tǒng)碼垛機縱向方向的層定位采用光電開關和認址片組合定位，即在碼垛機的上下安裝兩個光電開關，在每層的貨位上安裝認址片。低位為取貨開始伸叉或放貨完畢收叉的位置，高位為放貨開始伸叉或取貨完畢收叉的位置。為使貨叉能完成作業(yè)，碼垛機在垂直方向上必須要提供使貨叉能停在高位或低位的檢測裝置。所以在碼垛機的升降臺上安裝三個光電開關，與升降臺一起上升下降，中間的一個共用，其他兩個分別為上位置和下位置。存貨開始或取貨結束時，升降臺貨叉停在高位置，下面兩個光電開關處于認址片內；取貨開始或存貨結束時，貨叉停在低位置，此時上面兩個光電開關處于認址片內。 碼垛機垂直方向認址傳感器分布圖其認址狀態(tài)如表21所示：表21 認址狀態(tài)表 上升下降傳感器存貨高位取貨低位存貨高位 取貨低位A1……計數(shù)、減速、定位 ……定位、停止 A2計數(shù)、減速、定位定位、停止定位、停止計數(shù)、減速、定位A3 ……計數(shù)、減速、定位 ……常見的速度運行曲線有三種，分別為三角形與梯形速度曲線、拋物線與直線形速度曲線、正弦形速度曲線。本文采用最常用的梯形速度曲線。，梯形速度曲線碼垛機以加速度啟動加速，當勻加速到最大運行速度時，保持該速度運行一段時間，再以勻減速運行，直到零速?？?。 V A B C S1 S2 S3 S 梯形速度曲線 PLC及資源配置根據(jù)實際的控制點數(shù)和系統(tǒng)需要實現(xiàn)的控制要求，在本設計中選用西門子的S7200系列的PLC作為控制中心。S7200系列PLC是德國西門子公司生產的一種超小型PLC,超小型是指其功能具有大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的價格一樣?？梢詥螜C運行，也可以輸入/輸出擴展。它結構小巧，可靠性高，運行速度快，繼承和發(fā)揮了它在大、中型PLC領域的技術優(yōu)勢，又極豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時特性，配有功能豐富的擴展模塊，性能價格比非常高。因此，它一經推出，即受到了廣泛的關注。S7200硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機中包含一定數(shù)量的I/O輸入輸出，同時還可以擴展各種功能模塊。（1） 基本單元：基本單元有時又稱作CPU模塊，也有的稱之為主機或本機。特包括CPU、存儲器、基本輸入輸出點和電源等,是PLC的主要部分。它實際上就是一個完整的控制系統(tǒng)，可以單獨的完成一定的控制任務。（2）擴展單元：主機I/O數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時，用戶可以根據(jù)需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數(shù)量和實際所能使用的I/O點數(shù)是多種因素共同決定的。（3）特殊功能模塊：當需要完成某些特殊功能的控制任務時，可與SIMATIC S7200主機相連，已完成某種特殊的控制任務而特制的一種裝置。（4）相關設備：相關設備是為了充分和方便的利用SIMATIC S7200系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設備，主要有編程設備、人際操作界面和網絡設備等。（5）工業(yè)軟件：工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要有標準工具、工程工具、運行軟件和人機接口等幾大類構成。SIMATIC S7200的CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU負責執(zhí)行程序，以便對工業(yè)自動化控制任務或過程進行控制。輸入部分則輸出控制信號，控制工業(yè)過程中的設備。根據(jù)控制點數(shù)來計算，可以選用CPU226這個型號的CPU，CPU226有24輸入/16輸出，最大可以擴展為248點數(shù)字量或35點模擬量。其特點如下：① 集成的24V電源：可直接連接到傳感器和變送器、執(zhí)行器，可用作負載電源。② 高速脈沖輸出：具有2路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達20KHZ，用于控制步進電機或伺服電機，實現(xiàn)定位任務。③ 通信口：CPU226具有2個RS485通信口，支持PPI、MPI協(xié)議，有自由口通信能力。④ 模擬電位器：CPU226有兩個模擬電位器，用來改變特殊寄存器中的數(shù)值，以改變程序運行的參數(shù)，如定時器、計數(shù)器的預設值，過程量的控制參數(shù)。⑤ 中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿做出響應。⑥ 數(shù)字量輸入/輸出點：CPU226具有24輸入/16輸出，輸出點為24V直流雙向偶看光電耦合輸入電路，輸出有繼電器和直流兩種類型，可擴展模塊為7個。⑦ CPU226有6個30KHZ的高速計數(shù)器，用于捕捉比CPU掃描頻率更高的脈沖信號。由于S7200CPU226的集成24輸入/16輸出不能滿足設計的要求，所以又選用了EM221擴展模塊和EM235擴展模塊，正好滿足設計的需要。所選模塊型號如表22所示。表22 擴展模塊選型表系列號類別描述選型型號數(shù)量EM221輸入擴展模塊DI166ES72211BH220XA01EM235輸入/輸出擴展模塊AI4/AO16ES72350KD220XA02由于CPU226的輸入點只有24個，不能滿足設計的輸入點的需要，所以加入一個EM221模塊，該模塊有16個數(shù)字輸入點，總體上可以滿足系統(tǒng)輸入的要求。另外加入兩個EM235模擬量輸入/輸出模塊是為控制水平和垂直運行的交流電機。： 系統(tǒng)總體結構圖為了實現(xiàn)碼垛機的準確定位，提高存取效率和保證碼垛機的穩(wěn)定性，必須對碼垛機三個機構的速度進行合理有效的控制，由于水平和垂直運行電機分別采用三相交流異步電動機和單相交流異步電動機，所以對這兩個方向的速度控制采用閉環(huán)變頻調速控制。（1） 變頻器的概念變頻器的工作原理是通過改變交流電頻率方式實現(xiàn)交流電的控制。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功率。（2） 變頻器的選型本文根據(jù)綜合考慮選擇西門子MM440變頻器，MM440型使用PID控制器，具PID微調等功能，MM440可用于矢量控制，可以實現(xiàn)高性能的應用，帶內置制動單元，可以快速制動。MM440變頻器各項參數(shù)指標如下：輸入電壓：3相380VAC，50Hz。輸入電流：。輸出功率：。輸出電壓：3相(0380)VAC可調。輸出頻率：(0650)Hz可調。輸出電流：。輸出控制：變頻器由微機處理器控制絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的脈沖寬度調制頻率，實現(xiàn)輸出電壓、頻率可調?？刂谱饔茫?，矢量—轉矩、光電編碼器反饋的速度控制等。數(shù)字量輸入：6路帶隔離的數(shù)字量輸入。數(shù)字量輸出：8路繼電器輸出。模擬量輸入：2路(0~10) 模擬量輸入。模擬量輸出：2路(0~20) 模擬量輸出。通訊接口：RS485通訊、USS協(xié)議。操作功能：AOP盤、BOP控制盤、電位器與外接端子操作。水平行走電機采用220W的三相交流異步電動機，運行速度要求為2m/min~360m/min，系統(tǒng)采用轉速閉環(huán)控制方式。S7200PLC的模擬量輸出信號作為MM440變頻器的模擬量輸入，來控制變頻器輸出頻率和輸出電壓的變化，從而控制三相異步電動機的運行；，構成閉環(huán)變頻調速系統(tǒng)。，為速度給定量，為PLC輸出的控制量，為變頻器輸出電壓，為被控量，控制算法為PID。 擾動 三相異步電動機（負載系統(tǒng)）變頻器主電路（IGBT逆變器） PLC控制器（PID算法） 光電編碼器反饋 PLC變頻調速閉環(huán)系統(tǒng)結構圖（1）運用指令系統(tǒng)中的PID指令，偏差信號按照PID算法計算出控制量，用傳送指令輸出電壓控制量到變頻器的模擬量輸入AIN1口。（2）運用指令系統(tǒng)中的HDEF、HSC指令，進行高速計數(shù)中斷程序設計，高速計數(shù)器設為HSC0和模式9，增計數(shù)，實時采集并存儲光電編碼器反饋的A、B兩相正交脈沖數(shù)。（3）在上位機監(jiān)控系統(tǒng)中，實時測取系統(tǒng)各參數(shù)和輸出特性，并能在上/下位機進行系統(tǒng)控制。（4）采用模塊化程序結構設計出控制程序，包括主程序、子程序和中斷程序。采用帶傳感器矢量控制閉環(huán)調速，能滿足像碼垛機這樣動態(tài)特性要求較高，并且在低頻時輸出高轉矩以及轉速精度要求較高的場合。由于碼垛機在工作過程中是頻繁啟動和停車的，在高速運行的狀態(tài)下還要求碼垛機能夠快速精準地停在目的地，因此在制動方面采用了動能制動，將電動機運行在發(fā)電狀態(tài)下所回饋的能量消耗在制動電阻中，從而達到快速停車的目的。變頻器參數(shù)設定如表23所示。 表23 變頻器參數(shù)設定參數(shù)號 設定值 功能說明P0003