【文章內(nèi)容簡介】 電器元件，并制訂元器件目錄清單。 對于比較簡單的控制線路，例如普通機床的電氣配套設(shè)計，可以省略前兩步，直接進行原理圖設(shè)計和選用電器元件。但對于比較復(fù)雜的自動控制線路，例如專用的數(shù)控生產(chǎn)機械或者采用微機或電子控制的專用檢測與控制系統(tǒng)，要求有程序預(yù)選、刀具調(diào)整與補償和一定的加工精度、生產(chǎn)效率、自動顯示、各種保護、故障診斷、報警、打印記錄等，就必須按述過程一步一步進行設(shè)計。只有各個獨立部分都達到技術(shù)要求，才能保證總體技術(shù)要求的實現(xiàn)，保證總裝調(diào)試的順利進行。 電氣原理圖的設(shè)計方法分析設(shè)計法 所謂分析設(shè)計法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求去選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)（單元電路）或經(jīng)過考驗的成熟電路，按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補充和修改，綜合成滿足控制要求的完整線路。當(dāng)找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計，將主令信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕M合與變換，在一定條件下得到執(zhí)行元件所需要的工作信號。設(shè)計過程中，要隨時增減元器件和改變觸點的組合方式，以滿足拖動系統(tǒng)的工作條件和控制要求，經(jīng)過反復(fù)修改得到理想的控制線路。由于這種設(shè)計方法是以熟練掌握各種電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)和具備一定的閱讀分析電氣控制線路的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，所以又稱為經(jīng)驗設(shè)計法。 分析設(shè)計法的特點是無固定的設(shè)計程序，設(shè)計方法簡單，容易為初學(xué)者所掌握，對于具有一定工作經(jīng)驗的電氣人員來說，也能較快地完成設(shè)計任務(wù)，因此在電氣設(shè)計中被普遍采用。其缺點是設(shè)計方案不一定是最佳方案，當(dāng)經(jīng)驗不足或考慮不周時會影響線路工作的可靠性。經(jīng)驗設(shè)計法的基本步驟： 主電路設(shè)計。主要考慮電動機的起動、電動、正反轉(zhuǎn)、制動及多速電動機的調(diào)速。 控制電路設(shè)計。主要考慮如何滿足電動機的各種運轉(zhuǎn)功能及生產(chǎn)工藝要求，包括實現(xiàn)加工過程自動或半自動的控制。 輔助電路設(shè)計。主要考慮如何完善整個電路的設(shè)計、包括短路、過載、零壓、聯(lián)鎖、照明、信號、充電測試等各種保護環(huán)節(jié)。 反復(fù)審核電路是否滿足設(shè)計原則。在條件允許的情況下，進行模擬試驗，直至電路動作準確無誤，并逐步完善整個電器控制電路設(shè)計。 邏輯設(shè)計法 邏輯設(shè)計法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來進行電路設(shè)計，即根據(jù)生產(chǎn)機械的拖動要求及工藝要求，將執(zhí)行元件需要的工作信號以及主令電器的接通與斷開狀態(tài)看成邏輯變量，并根據(jù)控制要求將它們之間的關(guān)系用邏輯函數(shù)關(guān)系式來表達，然后再運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律進行簡化，使之成為需要的與或關(guān)系式，根據(jù)最簡式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，最后再作進一步的檢查和完善，即能獲得需要的控制線路。 采用邏輯設(shè)計法能獲得理想、經(jīng)濟的方案，所用元件數(shù)量少，各元件能充分發(fā)揮作用，當(dāng)給定條件變化時，能指出電路相應(yīng)變化的內(nèi)在規(guī)律，在設(shè)計復(fù)雜控制線路時，更能顯示出它的優(yōu)點。邏輯設(shè)計方法的一般步驟： 充分研究加工工藝過程，做出工作循環(huán)圖或工作示意圖。 按工作循環(huán)圖做執(zhí)行元件節(jié)拍表及檢測元件狀態(tài)表。 根據(jù)狀態(tài)表，確定中間記憶元件的開關(guān)邊界線，設(shè)計中間記憶元件。 列寫中間記憶元件邏輯函數(shù)式及執(zhí)行元件邏輯函數(shù)式。 根據(jù)邏輯函數(shù)式建立電路結(jié)構(gòu)圖。 進一步完善電路，增加必要的聯(lián)鎖，保護等輔助環(huán)節(jié)，檢查電路是否符合原控制要求，有無寄生回路，是否存在競爭現(xiàn)象等。完成以上六部，則一張完整的繼電器控制原理圖設(shè)計完畢。若實際制作還需要對原理圖上所有元件選擇具體型號。 主電路設(shè)計，主電路包括帶有聲光報警裝置的三相三線制電源，PLC及其擴展模塊的電源接線端，升降變頻器和行走叉伸變頻器的電源接線端，升降、行走、叉伸電機抱閘裝置的線圈和接通行走電機和叉伸電機的中間繼電器線圈。 控制電路設(shè)計、。 4 控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計基于S7 200 PLC 的堆垛機自動控制系統(tǒng)是在Step7MicroWIN SMART軟件下開發(fā)的,主要有主程序、自動運行程序、手動運行程序。自動和手動運行都包含入庫和出庫操作、位置控制和速度控制。堆垛機控制系統(tǒng)的工作過程包括四個部分：(1) 接收入庫或出庫指令和存取貨物的目標(biāo)地址,堆垛機行走電動機、升降電動機順次起動。通過定位系統(tǒng),堆垛機到達目標(biāo)位置后準確停車。(2) 貨叉電動機起動時機由入庫和出庫指令決定貨叉伸出,執(zhí)行存、取操作后,貨叉縮回。(3) 貨叉回位后,堆垛機行走、升降機構(gòu)再次運行,返回初始位置后準確停車。(4) 堆垛機工作時,工作人員確定工作方式：手動或自動。作業(yè)任務(wù)信息包括目標(biāo)位置及當(dāng)前貨物存、取動作的識別。自動控制時,作業(yè)任務(wù)信息由上位機提供。 I/O分配為正確的進行硬件連接，方便修改系統(tǒng)的輸入/輸出點狀態(tài)，在編寫程序前，需對系統(tǒng)的輸入/輸出點進行規(guī)劃分配。分配1/0點時，將相同設(shè)備、相似功能的輸入輸出點集中在一起，以方便線路的連接、記憶。輸入、。PLC輸入/輸出端子分配輸入電氣輸入端子輸出電氣輸出端子限位1行走貨叉變頻器正向手/自動旋鈕行走貨叉變頻器反向手動行走按鈕行走叉伸速度1手動升降按鈕行走叉伸速度2手動正向按鈕升降變頻器向上手動反向按鈕升降變頻器向下手動左右按鈕升降速度1變頻器故障升降速度2認址片上址叉伸電機認址片中址行走電機認址片下址行走抱閘認址片前址升降抱閘認址片后址叉伸抱閘左叉限位升降變頻器速度3右叉限位行走叉伸變頻器速度3中叉限位限位2限位3限位4庫位光電1庫位光電2貨叉探測光電 I/O分配 PLC主程序設(shè)計 程序初始化這段程序主要是對所需的計數(shù)器、寄存器進行初始化復(fù)位。網(wǎng)絡(luò)1中VW100,VW101,VW102分別放置輸入的列數(shù)、層數(shù)和排數(shù)。VW103決定堆垛機執(zhí)行入庫還是出庫程序。網(wǎng)絡(luò)4對程序中置1的中間繼電器進行復(fù)位，并結(jié)束程序。 運行方式的選擇網(wǎng)絡(luò)2和網(wǎng)絡(luò)3是手/自動的選擇，選擇自動方式，然后調(diào)用自動子程序（SBR_0），選擇手動運行方式，然后調(diào)用手動子程序（SBR_1）。 PLC子程序設(shè)計、入庫的主要運動堆垛機無論手動還是自動運動，都包含出、入庫兩種情況，入庫運行程序主要完成從進貨點啟動到入貨臺停止的過程。出庫運行程序則相反。出、入庫的工作過程包含三個運動。水平列向運動：當(dāng)堆垛機準備進入倉庫時，通過對比目標(biāo)列與當(dāng)前列的值來精確定位。如果目標(biāo)列小于當(dāng)前列,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器減數(shù)計算，堆垛機做后退運動 ；反之,如果目標(biāo)列大于當(dāng)前列,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器加數(shù)計算，堆垛機做前進運動,直到目標(biāo)列等于當(dāng)前列,堆垛機不再做水平行走運動。當(dāng)堆垛機準備離開倉庫時,通過對比源列與當(dāng)前列的值進行精確定位。如果當(dāng)源列小于當(dāng)前列,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器加數(shù)計算，堆垛機向后運動；反之,如果源列大于當(dāng)前列,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器減數(shù)計算，堆垛機向前運動,直到當(dāng)前列等源列,堆垛機不再做水平運動。垂直層向運動：當(dāng)堆垛機準備進入倉庫時,通過對比目標(biāo)層與當(dāng)前層的值來準確定位。如果目標(biāo)層小于當(dāng)前層,PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器減數(shù)計算，堆垛機做下降運動；反之,如果目標(biāo)層大于當(dāng)前層,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器加數(shù)計算，堆垛機做上升運動,直到目標(biāo)層等于當(dāng)前層,堆垛機不再進行垂直升降運動。當(dāng)堆垛機準備離開倉庫時,通過比較當(dāng)前層與源層的值來精確定位。如果源層小于當(dāng)前層,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器減數(shù)計算，堆垛機做下降運動；反之,如果源層大于當(dāng)前層,則PLC程序中相應(yīng)計數(shù)器計數(shù)器加數(shù)計算，堆垛機做上升運動,直到當(dāng)前層等于源層,堆垛機不再驚醒垂直升降運動。貨叉伸縮運動：載貨臺到達目標(biāo)位置后,進行伸縮運動以完成貨物的存取任務(wù)。根據(jù)存貨或是取貨要求，貨叉微降火微升。堆垛機存、 所示。 、取貨程序流程圖在手動工作方式下，按下手動控制按鈕，處于手動工作狀態(tài)的貨臺將執(zhí)行按鈕控制的動作，直到運動終點或按鈕抬起。 工作方式為手動運行時，按下相應(yīng)的動作按鈕，堆垛機將執(zhí)行按鈕控制的動作，直到該動作完成。 運行過程如下：轉(zhuǎn)動旋鈕LS1,堆垛機轉(zhuǎn)為手向按鈕，堆垛機水平列向行走。到達指定地點松開按鈕或者到運行極限超過限位開關(guān)LBLB2，堆垛機行走抱閘裝置啟動，堆垛機到位停準。按下“升降”按鈕 ，升降變頻器切換到準備啟動升降電機，再按下正向或反向按鈕，堆垛機垂直層向運動。到達指定層后松開按鈕或者超過運行極限碰到限位開關(guān)LBLB4，堆垛機升降抱閘裝置啟動，堆垛機到位停準。按下“左右”按鈕，堆垛機叉伸點擊啟動，按下正向或反向按鈕，堆垛機載貨臺隨叉伸裝置左右移動，將貨物運送到指定庫位。運動過程中碰到左叉限位、中叉限位和右叉限位的霍爾開關(guān)時，叉伸報站裝置動作。 自動運行方式下有入庫和出庫2個選擇。 運行過程如下：堆垛機根據(jù)事先輸入計算機的狀態(tài)。進行入庫操作時，堆垛機貨臺向右伸出，并叉伸抱閘起動。此時開始計時，貨臺微升，計時到，貨臺縮回。然后，堆垛機進行貨物入庫操作。根據(jù)目標(biāo)地址與當(dāng)前地址的差值確定運動速度：高速、中速、低速。到達目標(biāo)位置后，有VW102存儲的數(shù)值確定左伸還是右伸。貨臺到達預(yù)定位置后，計時并微降，計時到，貨臺縮回，堆垛機返回初始位置，入庫操作完成。進行出庫操作時，堆垛機先到達目標(biāo)位置，完成取貨操作，然后到達出庫位置，送出貨物，最后返回初試位置，出庫操作完成。工作過程中，要區(qū)別小車是處于前進或者是存放貨物，還是完成了預(yù)定任務(wù)返回的過程。但是由于PLC程序是逐行掃描的，所以僅僅能夠判斷小車是處于前進過程還是返回過程是不夠的，因為在返回過程中，還有貨叉從貨架上縮回、升降臺下降到初始位置等過程，如果無法有效區(qū)別，必然要發(fā)生事故。所以，程序中必須要能夠?qū)⑦@3種不同的運動區(qū)分開來。因此在編寫PLC程序的時候，、分別作為小車沿列向運行標(biāo)志、升降臺層向運行標(biāo)志、貨叉到位標(biāo)志。當(dāng)變量為OFF時，表明堆垛機還沒有完成該動作，為ON時，表明已完成該動作。 堆垛機PLC程序PLC程序見附錄A堆垛機PLC程序。5 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 “組態(tài)”這一概念，是伴隨這集散型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)而被人們所熟知的。組態(tài)軟件是能為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通訊層次的軟件。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢是實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化。該軟件集成了亞控科技公司自主研發(fā)的工業(yè)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫（King Historian）的支持，可以為企業(yè)提供一個對整個生產(chǎn)過程進行數(shù)據(jù)收集、分析及處理的智能系統(tǒng)，使企業(yè)能夠及時的獲取有效信息，迅速的做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)結(jié)果。 制作監(jiān)控系統(tǒng)的步驟建立新組態(tài)王工程的一般過程是：1） 設(shè)計圖形界面（定義畫面）；2） 定義設(shè)備；3） 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫（定義變量）4） 建立動畫連接；5） 運行和調(diào)試。 創(chuàng)建工程路徑打開組態(tài)王工程管理器（ProJmananger），單擊選項“文件/新建工程”，彈出對話框：“新建工程向?qū)б弧薄螕簟跋乱徊健崩^續(xù)。彈出對話框：“新建工程向?qū)е薄Ｔ诠こ搪窂轿谋究蛑休斎胍粋€有效的工程路徑。單擊“下一步”繼續(xù)，在彈出的工程名稱中輸入“堆垛機運行監(jiān)控系統(tǒng)”，該工程名稱同時將被當(dāng)作當(dāng)前工程的路徑名稱，描述對話框略。單擊“完成”，工程“堆垛機運行監(jiān)控系統(tǒng)”創(chuàng)建完成。 新建工程 創(chuàng)建組態(tài)畫面，可以根據(jù)實際情況建立若干個工程畫面。組態(tài)王采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，用戶可以利用繪圖工具繪制能夠模擬現(xiàn)場的圖形界面。第一步：定義新畫面進入新建工程“堆垛機運行監(jiān)控系統(tǒng)”，進入工程瀏覽器左側(cè)大綱項“文件/畫面”，雙擊“新建”圖標(biāo)，輸入畫面名稱：“立體倉庫監(jiān)控畫面”，背景色選取天藍色。第二步：在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中從“工具箱”中選擇工具進行立體倉庫堆垛機監(jiān)控畫面設(shè)計。 堆垛機監(jiān)控畫面 定義I/O設(shè)備組態(tài)王把那些需要與監(jiān)控系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的程序或設(shè)備都作為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括：儀表、PLC、變頻器、板卡、模塊等下位機，據(jù)。完成外部設(shè)備的定義后，組態(tài)王即可使用輸入/輸出變量和下位機交換數(shù)據(jù)。本文使用西門子仿真PLC和組態(tài)王進行通訊，仿真PLC可以模擬PLC為模擬現(xiàn)場提供數(shù)據(jù)，假設(shè)仿真PLC與計算機的COM1口相連接。 選擇開發(fā)系統(tǒng)左側(cè)大綱中的“設(shè)備/COM1”，雙擊開發(fā)系統(tǒng)右側(cè)窗口的“新建”圖標(biāo)，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒?，選取“仿真PLC”下的“串行”項，進行下一步，為外部設(shè)備輸入名稱：PLC，繼續(xù)下一步，選取連接串行接口，設(shè)為COM1，繼續(xù)下一步，在彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒蛑刑顚懺O(shè)備地址，假設(shè)為0，單擊“下一步”，彈出“通訊參數(shù)”。設(shè)置通訊故障恢復(fù)參數(shù)，默認，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，設(shè)備定義完成。 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫構(gòu)建數(shù)據(jù)庫是設(shè)計組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的最重要部分。操作者根據(jù)屏幕上顯示的動態(tài)畫面來掌握工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)情況，用計算機發(fā)布指令控制生產(chǎn)現(xiàn)場。要實現(xiàn)這一切的中介環(huán)節(jié)是構(gòu)建實時數(shù)據(jù)庫，可以說數(shù)據(jù)就是連接上位機與下位機之間的“跨海大橋”。在畫面運行系統(tǒng)運行時，它包含所有數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。在畫面開發(fā)系統(tǒng)中雙擊繪制好的圖形就可以定義變量，指定變量類型和變量名后，有時還需要其他附加信息。數(shù)據(jù)庫中變量的集合稱作“數(shù)據(jù)詞典”，用戶可使用的所有的數(shù)據(jù)變量都存儲在數(shù)據(jù)詞典中。在左側(cè)大綱中選擇“數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)詞典”，在右側(cè)雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出對話框定義變量。單擊“變量名”輸入變量名，在“變量類型”中選擇變量類型，在“連接設(shè)備”中選擇先前定義好的I/O設(shè)備：PLC；定義“寄存器”，定義“數(shù)據(jù)類型”。 建立動畫連接建立動畫連接是指在數(shù)據(jù)詞典中的數(shù)據(jù)變量與畫面中的圖形對象之間建立