【正文】 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diào)速，能滿足像堆垛機(jī)這樣動態(tài)特性要求較高，并且在低頻時輸出高轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速精度要求較高的場合。由于堆垛機(jī)在工作過程中是頻繁啟動和停車的，在高速運(yùn)行的狀態(tài)下還要求堆垛機(jī)能夠快速精準(zhǔn)地停在目的地，因此在制動方面采用了動能制動，將電動機(jī)運(yùn)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(dá)到快速停車的目的。根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，三相異步電動機(jī)采用泰安伊萬福電機(jī)有限公司生產(chǎn)的2Y系列2Y6322型電機(jī)，額定功率300W，額定電壓380V， 額定頻率50Hz， 轉(zhuǎn)速2720minr。PLC控制器（PID算法）變頻器主電路（IGBT逆變器）三相異步電動機(jī)（負(fù)載系統(tǒng)）光電編碼器反饋 17華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第17頁 變頻器參數(shù)設(shè)定如表24所示。表24 變頻器參數(shù)設(shè)定參數(shù)號 設(shè)定值 功能說明P0003 3專家模式，使能讀/寫所有參數(shù)P0004 0全參數(shù)P0700 2外部按鈕或上位機(jī)啟動/停止系統(tǒng)P1000 2上位機(jī)或PLC程序給定設(shè)定P1300 1帶磁通電流的V/f控制方式P2010 6通訊波特率設(shè)為9600P2011 0MM440變頻器通訊地址垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 垂直運(yùn)行電動機(jī)采用200W的單向交流異步電動機(jī)，運(yùn)行速度要求為2m/min~80m/min。垂直方向變頻調(diào)速系統(tǒng)與水平方向變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，但是由于單相異步電動機(jī)和三相異步電動機(jī)有所區(qū)別，所以垂直變頻調(diào)速系統(tǒng)和水平變頻調(diào)速系統(tǒng)也有不同的地方。從結(jié)構(gòu)上看單相異步電動機(jī)與三相籠型異步電動機(jī)相似，其轉(zhuǎn)子也為籠型，只是釘子繞組為單相工作繞組，但通常為起動的需要，定子上除了工作繞組外，還設(shè)有起動繞組，它的作用是產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，一般只在起動時接入，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到70%~80%的同步轉(zhuǎn)速時，由離心開關(guān)將其從電源自動切除，所以正常工作時只有工作繞組在電源上運(yùn)行。但也有一些電容或電阻電動機(jī)，在運(yùn)行時將起動繞組接于電源上，這實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一臺兩相電機(jī)，但由于它接在單相電源上，故稱為單相異步電動機(jī)。理圖。單相異步電動機(jī)的突出特點(diǎn)是沒有啟動轉(zhuǎn)矩和固定的轉(zhuǎn)向。為此要設(shè)置啟動裝置，以及電機(jī)中產(chǎn)生一個與主磁場在空間和時間上不同相得磁場，從而形成一定大小的旋轉(zhuǎn)磁場以產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩。單相異步電動機(jī)因有反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，與相同容量的三相異步電機(jī)比較，具有勵磁電流大、功率因數(shù)低、過載能力小、效率也比較低等缺點(diǎn)。但因其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，使數(shù)瓦至三百瓦左右的小功率電機(jī)得以廣泛采用。 18華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第18頁 圖 電容分組式單相異步電動機(jī)原理圖1— 工作繞組；2—起動繞組K—離心式開關(guān)；C—電容器 單相交流電動機(jī)的變頻調(diào)速與三相交流電動機(jī)的變頻調(diào)速不同，將單相220V輸入、三相輸出的變頻器的三個輸出端子（U、V、W），接任意兩端。輸出單相變頻調(diào)速電源在輸出端上串上一個足夠電感量的電感，用于隔離電動機(jī)電容對變頻器的危害作用（同時對變頻器的高載波率起到一定的濾波作用），并保護(hù)電動機(jī)電容，此電路只適用于小功率單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式和罩極式電動機(jī)，不適用于帶離心開關(guān)的單相電動機(jī)。另外，變頻器的輸出電壓和電動機(jī)的輸出電壓相匹配，變頻器要留有足夠的容量（應(yīng)比電動機(jī)的使用功率大三倍）。串聯(lián)的電感要有足夠的電感量和通過電流的流量，電感的磁性材料應(yīng)與變頻器的載波率相匹配。根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，單相異步電動機(jī)選用許昌萬通電機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的YY7112型電機(jī)，額定功率250W，效率67，額定轉(zhuǎn)速2800，堵轉(zhuǎn)電流10A。 1CK2M19華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第19頁 變頻調(diào)速器R S U V W單相電容式運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī)運(yùn)行電容AC220 變頻器與單相電容式運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī)的接線圖 堆垛機(jī)貨叉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)堆垛機(jī)貨叉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)堆垛機(jī)貨叉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)堆垛機(jī)貨叉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)定子的各相繞組按照一定的順序通電、斷電，從而帶動轉(zhuǎn)子按既定的方向一步一步轉(zhuǎn)動固定的角度，這個角度被稱為“步距角”，通常用θ表示。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上均勻的分布著許多小齒，相鄰的兩個小齒的中心線間的角度稱為齒距角?(360?=轉(zhuǎn)動齒數(shù))。對于m相n拍的步進(jìn)電機(jī)來說，則轉(zhuǎn)子走過了n個步距角θ，所以步距角 ()360nnθ?==轉(zhuǎn)子步數(shù) （21）（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）。本文選用PTO控制方式，端，電機(jī)選用森創(chuàng)兩相混合式電動機(jī)42BYG，步距角為()()整步半步,該電機(jī)使用配套的SH20403兩相混合式步進(jìn)電動機(jī)細(xì)分驅(qū)動器。圖。二相混合式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的特點(diǎn)是：恒流控制，極低的電源損耗，極高的開關(guān)頻率，驅(qū)動電流和細(xì)分?jǐn)?shù)可由撥碼開關(guān)設(shè)定，并具有半流鎖定功能，脫機(jī)控制功能，所有輸入信號與功率放大部分光電隔離。20華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第20頁 PLCMA+AB+B脈沖信號貨叉方向改變信號24VDC公共端1K1K42BYG步進(jìn)電機(jī)SH20403驅(qū)動器 安全檢測傳感器的應(yīng)用安全檢測傳感器的應(yīng)用安全檢測傳感器的應(yīng)用安全檢測傳感器的應(yīng)用 （1）貨架占有情況檢測自動化倉庫需要知道貨物是否存放在貨架，或者貨物在貨架的位置信息。以免造成誤動作，損傷機(jī)械。入庫操作時，當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置時，先檢測貨位是否有貨物，若沒有貨物，則進(jìn)行伸叉作業(yè)，否則發(fā)出信號使堆垛機(jī)動作停止；出庫時，若檢測出相應(yīng)貨位無貨物，則發(fā)出信號致堆垛機(jī)動作停止。本文采用漫反射型的光電傳感器可以感知貨物在貨架的存在或者位置。（2）貨物突出貨架檢測貨物存放在貨架上，可能由于異常的情況導(dǎo)致貨物突出貨架的情況。這些突出的貨物可能妨礙堆垛機(jī)垂直方向的運(yùn)行，導(dǎo)致貨架或堆垛機(jī)的損害。在堆垛機(jī)垂直軌道上頂端安裝長距離光電傳感器可以監(jiān)視貨物突出，一旦有突出，向上位機(jī)報(bào)警，控制系統(tǒng)發(fā)出信號致堆垛機(jī)停止運(yùn)行。21華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第21頁 元器件的選型元器件的選型元器件的選型元器件的選型 主要的元器件的選擇如下表25所示。 表25 元器件使用表名稱 代號符號 個數(shù) 規(guī)格符號 備注PLC PLC 1 S7200CPU226，AC/DC繼電器輸出擴(kuò)展模塊11. EM22116路數(shù)字輸入擴(kuò)展模塊22. EM2354模擬量輸入、1模擬量輸出接觸器KM 3 CJ20100線圈電壓220V電阻R 2 2K限流保護(hù)器FR 1 JRS4140365d整定電流80104A熔斷器FU 4 RLS1100額定電壓380V額定電流20100A指示燈HL 5 AD1622GLED顯示，220V行程開關(guān)SQ 14 LF0124LB額定電壓1030VDC按鈕開關(guān)SA KD2B21帶自鎖，24V激光測距傳感器1ODSL8型 檢測距離2545米光電傳感器3. E3GMR19光電編碼器4. 755A增量式三相交流異步電動機(jī)M 1 Y26322額定電壓380V，額定功率300W單相交流異步電動機(jī)M 1 YY7112額定電壓380V，額定功率250W步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器1. SH20403 2470VDC二相混合式步進(jìn)電動機(jī)M 1 42BYG第22頁 通信方案的確定通信方案的確定通信方案的確定通信方案的確定 為了控制無人運(yùn)轉(zhuǎn)堆垛機(jī)，必須向堆垛機(jī)發(fā)送運(yùn)轉(zhuǎn)和作業(yè)的信息。一個指令執(zhí)行完了之后，必須從堆垛機(jī)向地面發(fā)送響應(yīng)信號，即確認(rèn)信號，之后才能執(zhí)行下一個指令。堆垛機(jī)的信息傳遞順序是：堆垛機(jī)首先接受的作業(yè)信息是從什么地方取貨，之后把它存入什么貨位。堆垛機(jī)控制盤在收到作業(yè)信息之后向地面控制盤發(fā)出響應(yīng)信息。堆垛機(jī)根據(jù)作業(yè)信息進(jìn)行作業(yè)。作業(yè)完了之后，向地面發(fā)出“作業(yè)結(jié)束”信息。這樣把一系列作業(yè)進(jìn)行完了之后，成為等待下一個作業(yè)信息的待機(jī)狀態(tài)。串行通信中最常用的物理層協(xié)議為RS232C和RS485。本文采用RS485標(biāo)準(zhǔn)。主要基于以下兩點(diǎn)考慮： （1） RS232C接口標(biāo)準(zhǔn)只能用于點(diǎn)對點(diǎn)的通信，而RS485能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。RS485允許平衡電纜上連接32個發(fā)送器/接收器。立體倉庫控制系統(tǒng)要求監(jiān)控系統(tǒng)和3臺堆垛機(jī)控制系統(tǒng)連接，要求物理層的協(xié)議必須支持一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。（2） RS485采用差動發(fā)送/接收，所以共模抑制比高，抗干擾能力強(qiáng)。立體倉庫的工作環(huán)境較惡劣，熱、電、磁等干擾信號較多，要求通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力較強(qiáng)，才能保證數(shù)據(jù)的正確接收。RS485標(biāo)準(zhǔn)除上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。由于PLC帶有串行通信接口，只需用RS485總線分別連接到計(jì)算機(jī)即可，可見系統(tǒng)的構(gòu)建十分簡單當(dāng)需要增加新設(shè)備時，只需要將新設(shè)備也連接到計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)的擴(kuò)展也較容易。為了利用計(jì)算機(jī)帶有的RS232接口與下層的各個模塊通信，在計(jì)算機(jī)上需要安裝232485轉(zhuǎn)換器。在自動化立體倉庫控制系統(tǒng)中選用Modbus通訊協(xié)議作為其通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議。Modbus通訊協(xié)議是Modicon公司設(shè)計(jì)的一種適用于工業(yè)控制的主從結(jié)構(gòu)式串口通訊協(xié)議，已經(jīng)成為通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Modbus串行鏈路協(xié)議是一個主從協(xié)議，采用請求響應(yīng)方式，主站發(fā)出帶有從站地址的請求報(bào)文，具有該地址的從站收到后發(fā)出響應(yīng)報(bào)文進(jìn)行應(yīng)答。采用該協(xié)議，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以互連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。許多工控產(chǎn)品，例如PLC、變頻器、人機(jī)界面、DCS和自動化儀表等，都在廣泛地使用Modbus協(xié)議。本系統(tǒng)中使用的變頻器和PLC都支持Modbus協(xié)議。而且Modbus協(xié)議編程簡單、容易實(shí)現(xiàn)。在筆者所研制的自動化立體倉庫控制系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、可靠。23華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第23頁 輸入輸出點(diǎn)分配輸入輸出點(diǎn)分配輸入輸出點(diǎn)分配輸入輸出點(diǎn)分配為方便系統(tǒng)施工時的硬件連接，方便上位機(jī)查詢、修改系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)狀態(tài)，在系統(tǒng)程序編寫前，需對系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行合理的規(guī)劃分配。分配1/0點(diǎn)時，應(yīng)注意系統(tǒng)公共點(diǎn)的帶載能力，以免燒毀設(shè)備。在進(jìn)行1/0分配時，將相同設(shè)備、相似功能的輸入輸出點(diǎn)集中在一起，即便于線路連接、記憶，又便于上位機(jī)查詢系統(tǒng)的工作狀態(tài)及設(shè)備的位置。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)采用的PLC是S7200 CPU226，總共使用了所有的24個輸入點(diǎn)和11個輸出點(diǎn)，具體I/O點(diǎn)分配如表26所示堆垛機(jī)控制系統(tǒng)使用擴(kuò)展I/O模塊EM221，其I/O分配表如表27 。擴(kuò)展模塊EM235是模擬量4輸入/1輸出模塊，在本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，只用到兩個擴(kuò)展模塊EM235的輸出通道MO、VO，接變頻器MM440的端口3和4。表26 PLC（CPU226）輸入輸出I/O點(diǎn)分配序號 控制元件 編程地址 序號 控制元件 編程地址1啟動 19貨叉右伸按鈕2停止 20貨叉左伸按鈕3復(fù)位 21貨叉原位按鈕4存貨 22貨叉電機(jī)脈沖輸出5取貨 23堆垛機(jī)上升6自動 24堆垛機(jī)下降7水平編碼器反饋A 25貨叉方向改變8水平編碼器反饋B 26堆垛機(jī)前進(jìn)9手動 27堆垛機(jī)后退10貨叉右伸到位 28低貨位指示燈11貨叉到中位 29高貨位指示燈12貨叉左伸到位 30水平停準(zhǔn)指示燈13垂直編碼器反饋A 31垂直停準(zhǔn)指示燈14垂直編碼器反饋B 32警示燈