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正文內(nèi)容

立體倉庫巷道堆垛機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(參考版)

2025-06-30 05:16本頁面
  

【正文】 正在執(zhí)行39。amp。amp。出庫完畢39。未執(zhí)行39。+\\本站點(diǎn)\當(dāng)前作業(yè)+39。+\\本站點(diǎn)\條碼+39。amp。amp。amp。amp。amp。amp。在設(shè)計(jì)的過程中最重要的步驟是進(jìn)行PLC控制梯形圖的設(shè)計(jì),這部分內(nèi)容本人們綜合了很多資料的內(nèi)容經(jīng)過多次修改最終確定了設(shè)計(jì)圖。堆垛機(jī)作為核心部件,其最重要的控制功能就是定位控制,即實(shí)現(xiàn)精確定位和速度控制。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)化立體倉庫在物流工業(yè)中的優(yōu)越性日益突出。 (3)為了進(jìn)一步的提高立體倉庫堆垛機(jī)工作效率,采用半閉環(huán)控制原理,使用變頻控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的高速運(yùn)行,準(zhǔn)確停準(zhǔn)。本論文完成的主要任務(wù)如下: (l)分析了國內(nèi)外堆垛機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r,針對(duì)目前國內(nèi)立體倉庫貨位使用率低、堆垛機(jī)認(rèn)址精度差等不足,提出了一套以西門子PLC為核心的控制方案,給出系統(tǒng)硬件配置的具體配置。然后通過計(jì)算機(jī),進(jìn)行PLC程序與組態(tài)界面的聯(lián)機(jī)、調(diào)試和運(yùn)行,完成本次設(shè)計(jì)。俯視的場(chǎng)景可以較為清晰的展現(xiàn)立體倉庫中行和列的布局。構(gòu)建數(shù)據(jù)詞典,并編寫好組態(tài)界面的動(dòng)作程序。單擊“畫面/打開”命令,從“打開畫面”窗口中選擇“Test”畫面。 運(yùn)行和調(diào)試.在堆垛機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,就可以進(jìn)入運(yùn)行和調(diào)試階段。命令語言利用C語言編寫。單擊“確認(rèn)”,及“確定”回到開發(fā)系統(tǒng)。單擊“命令語言...”按鈕,彈出畫面命令語言對(duì)話框。組態(tài)王提供了21中動(dòng)畫連接方式。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”。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(chǔ)在數(shù)據(jù)詞典中。在畫面運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),它包含所有數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。操作者根據(jù)屏幕上顯示的動(dòng)態(tài)畫面來掌握工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)情況,用計(jì)算機(jī)發(fā)布指令控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。設(shè)置通訊故障恢復(fù)參數(shù),默認(rèn),單擊“下一步”,彈出“設(shè)備配置向?qū)А?,設(shè)備定義完成。本文使用西門子仿真PLC和組態(tài)王進(jìn)行通訊,仿真PLC可以模擬PLC為模擬現(xiàn)場(chǎng)提供數(shù)據(jù),假設(shè)仿真PLC與計(jì)算機(jī)的COM1口相連接。外部設(shè)備包括:儀表、PLC、變頻器、板卡、模塊等下位機(jī),據(jù)。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(jìn)行立體倉庫堆垛機(jī)監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)。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(chǎng)的圖形界面。單擊“完成”,工程“堆垛機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)”創(chuàng)建完成。在工程路徑文本框中輸入一個(gè)有效的工程路徑。單擊“下一步”繼續(xù)。 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(jì)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(dòng)畫連接;5) 運(yùn)行和調(diào)試。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。 5 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) “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。當(dāng)變量為OFF時(shí),表明堆垛機(jī)還沒有完成該動(dòng)作,為ON時(shí),表明已完成該動(dòng)作。所以,程序中必須要能夠?qū)⑦@3種不同的運(yùn)動(dòng)區(qū)分開來。工作過程中,要區(qū)別小車是處于前進(jìn)或者是存放貨物,還是完成了預(yù)定任務(wù)返回的過程。貨臺(tái)到達(dá)預(yù)定位置后,計(jì)時(shí)并微降,計(jì)時(shí)到,貨臺(tái)縮回,堆垛機(jī)返回初始位置,入庫操作完成。根據(jù)目標(biāo)地址與當(dāng)前地址的差值確定運(yùn)動(dòng)速度:高速、中速、低速。此時(shí)開始計(jì)時(shí),貨臺(tái)微升,計(jì)時(shí)到,貨臺(tái)縮回。 運(yùn)行過程如下:堆垛機(jī)根據(jù)事先輸入計(jì)算機(jī)的狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)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(shí),叉伸報(bào)站裝置動(dòng)作。到達(dá)指定層后松開按鈕或者超過運(yùn)行極限碰到限位開關(guān)LBLB4,堆垛機(jī)升降抱閘裝置啟動(dòng),堆垛機(jī)到位停準(zhǔn)。到達(dá)指定地點(diǎn)松開按鈕或者到運(yùn)行極限超過限位開關(guān)LBLB2,堆垛機(jī)行走抱閘裝置啟動(dòng),堆垛機(jī)到位停準(zhǔn)。 工作方式為手動(dòng)運(yùn)行時(shí),按下相應(yīng)的動(dòng)作按鈕,堆垛機(jī)將執(zhí)行按鈕控制的動(dòng)作,直到該動(dòng)作完成。堆垛機(jī)存、 所示。貨叉伸縮運(yùn)動(dòng):載貨臺(tái)到達(dá)目標(biāo)位置后,進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)以完成貨物的存取任務(wù)。當(dāng)堆垛機(jī)準(zhǔn)備離開倉庫時(shí),通過比較當(dāng)前層與源層的值來精確定位。垂直層向運(yùn)動(dòng):當(dāng)堆垛機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)入倉庫時(shí),通過對(duì)比目標(biāo)層與當(dāng)前層的值來準(zhǔn)確定位。當(dāng)堆垛機(jī)準(zhǔn)備離開倉庫時(shí),通過對(duì)比源列與當(dāng)前列的值進(jìn)行精確定位。水平列向運(yùn)動(dòng):當(dāng)堆垛機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)入倉庫時(shí),通過對(duì)比目標(biāo)列與當(dāng)前列的值來精確定位。出庫運(yùn)行程序則相反。 運(yùn)行方式的選擇網(wǎng)絡(luò)2和網(wǎng)絡(luò)3是手/自動(dòng)的選擇,選擇自動(dòng)方式,然后調(diào)用自動(dòng)子程序(SBR_0),選擇手動(dòng)運(yùn)行方式,然后調(diào)用手動(dòng)子程序(SBR_1)。VW103決定堆垛機(jī)執(zhí)行入庫還是出庫程序。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(dòng)旋鈕行走貨叉變頻器反向手動(dòng)行走按鈕行走叉伸速度1手動(dòng)升降按鈕行走叉伸速度2手動(dòng)正向按鈕升降變頻器向上手動(dòng)反向按鈕升降變頻器向下手動(dòng)左右按鈕升降速度1變頻器故障升降速度2認(rèn)址片上址叉伸電機(jī)認(rèn)址片中址行走電機(jī)認(rèn)址片下址行走抱閘認(rèn)址片前址升降抱閘認(rèn)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(cè)光電 I/O分配 PLC主程序設(shè)計(jì) 程序初始化這段程序主要是對(duì)所需的計(jì)數(shù)器、寄存器進(jìn)行初始化復(fù)位。分配1/0點(diǎn)時(shí),將相同設(shè)備、相似功能的輸入輸出點(diǎn)集中在一起,以方便線路的連接、記憶。作業(yè)任務(wù)信息包括目標(biāo)位置及當(dāng)前貨物存、取動(dòng)作的識(shí)別。(3) 貨叉回位后,堆垛機(jī)行走、升降機(jī)構(gòu)再次運(yùn)行,返回初始位置后準(zhǔn)確停車。通過定位系統(tǒng),堆垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置后準(zhǔn)確停車。自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行都包含入庫和出庫操作、位置控制和速度控制。 控制電路設(shè)計(jì)、。若實(shí)際制作還需要對(duì)原理圖上所有元件選擇具體型號(hào)。 進(jìn)一步完善電路,增加必要的聯(lián)鎖,保護(hù)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(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象等。 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。 按工作循環(huán)圖做執(zhí)行元件節(jié)拍表及檢測(cè)元件狀態(tài)表。 采用邏輯設(shè)計(jì)法能獲得理想、經(jīng)濟(jì)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(shí),能指出電路相應(yīng)變化的內(nèi)在規(guī)律,在設(shè)計(jì)復(fù)雜控制線路時(shí),更能顯示出它的優(yōu)點(diǎn)。在條件允許的情況下,進(jìn)行模擬試驗(yàn),直至電路動(dòng)作準(zhǔn)確無誤,并逐步完善整個(gè)電器控制電路設(shè)計(jì)。主要考慮如何完善整個(gè)電路的設(shè)計(jì)、包括短路、過載、零壓、聯(lián)鎖、照明、信號(hào)、充電測(cè)試等各種保護(hù)環(huán)節(jié)。主要考慮如何滿足電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)功能及生產(chǎn)工藝要求,包括實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)或半自動(dòng)的控制。主要考慮電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、電動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)及多速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。其缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)方案不一定是最佳方案,當(dāng)經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不周時(shí)會(huì)影響線路工作的可靠性。由于這種設(shè)計(jì)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(yàn)為基礎(chǔ),所以又稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。當(dāng)找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時(shí),可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì),將主令信號(hào)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(hào)。只有各個(gè)獨(dú)立部分都達(dá)到技術(shù)要求,才能保證總體技術(shù)要求的實(shí)現(xiàn),保證總裝調(diào)試的順利進(jìn)行。 對(duì)于比較簡(jiǎn)單的控制線路,例如普通機(jī)床的電氣配套設(shè)計(jì),可以省略前兩步,直接進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和選用電器元件。按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分聯(lián)成一個(gè)整體。對(duì)于每一部分的設(shè)計(jì)總是按主電路→控制電路→輔助電路→聯(lián)鎖與保護(hù)→總體檢查→反復(fù)修改與完善的步驟進(jìn)行。1)根據(jù)選定的拖動(dòng)方案及控制方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理框圖,擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和主要技術(shù)參數(shù)。(4) 堆垛機(jī)的入口和出口是危險(xiǎn)區(qū)域,可在該區(qū)域安裝多光束安全光柵防護(hù)人體的侵入。(2) 使用用條碼閱讀器讀取貨物信息。 (10)若干接線端:用于控制柜內(nèi)電氣線路的連接。 (8)用于保護(hù)及控制220 V 交流電源輸入的強(qiáng)電電路。 (6)手動(dòng)操作按鈕:用于手動(dòng)控制堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的啟停,便于調(diào)試。行走和升降運(yùn)動(dòng)按照控制要求有高、中、低三檔速度,叉伸運(yùn)動(dòng)只有低檔速度。 (4)變頻器選型:按照變頻器總電流不超過額定電流的基本原則,本人選用西門子司生產(chǎn)的MM440 變頻器作為行走電動(dòng)機(jī)、貨叉電動(dòng)機(jī)和升降電動(dòng)機(jī)的變頻器。 (3)PLC的選型:選用西門子公司生產(chǎn)的S7 200 6ES7 CPU224 DC/DC/DC,14輸入/10輸出型作為堆垛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心。 (1)1個(gè)電源:使用帶有聲光報(bào)警系統(tǒng)的交流380V三相三線電源。有時(shí)設(shè)有合閘、正常工作、事故、分閘等指示信號(hào)。電氣控制線路應(yīng)具有完善的保護(hù)環(huán)節(jié),用以保護(hù)電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)、控制電器以及其他電器元件,消除不正常工作時(shí)的有害影響,避免因誤操作而發(fā)生故事。選用的電器元件要可靠、牢固、動(dòng)作時(shí)間少、抗干擾能力強(qiáng);正確連接電器元件的線圈;正確連接電器的觸點(diǎn);在控制線路中,采用小容量繼電器的觸點(diǎn)來斷開或接通大容量接觸器的線圈時(shí),要計(jì)算繼電器觸點(diǎn)斷開或接通容量是否足夠;在頻繁操作的可逆線路中,正反向接觸器應(yīng)加重型的接觸器,且應(yīng)有電氣和機(jī)械的聯(lián)鎖;防止觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象;防止寄生電路。盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、常用的或經(jīng)過實(shí)際考驗(yàn)過的環(huán)節(jié)和線路;盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長(zhǎng)度;盡量減少電氣的數(shù)量采用標(biāo)準(zhǔn)件;盡量減少不必要的觸點(diǎn),簡(jiǎn)化電路;線路在使用過程中除必要的電路必須通電以達(dá)到工作要求外,其余的盡量處于斷電狀態(tài)以節(jié)約電能,并延長(zhǎng)電路的使用使命。從而作為設(shè)計(jì)電氣控制線路的依據(jù)。一般在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循以下原則:1) 最大限度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械和工藝對(duì)電氣控制線路的要求。一般,電氣控制系統(tǒng)應(yīng)滿足工業(yè)生產(chǎn)的加工工藝要求,線路以安全為先,可靠為主,操作簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,節(jié)約成本等。變頻器的電路一般由4個(gè)部分組成:整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制。它結(jié)構(gòu)小巧,可靠性高,運(yùn)行速度快,擁有媲美大型和中型PLC的技術(shù)優(yōu)勢(shì),又有豐富的指令集,具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)特性和集成功能,配備有多種功能的擴(kuò)展模塊,性價(jià)比非常高。S7200系列PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種超小型PLC,大型和中型的PLC的功能應(yīng)有盡有,而價(jià)格卻和小型PLC的價(jià)格一樣。  堆垛機(jī)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制原理3 控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 核心元件簡(jiǎn)介可編程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是以微處理器為核心,綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。當(dāng)堆垛機(jī)距離目標(biāo)位置較遠(yuǎn)時(shí),先用較高的速度使堆垛機(jī)接近目標(biāo)位置,然后平穩(wěn)地過渡到較低的速度運(yùn)行,在到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)采取抱閘停準(zhǔn)。由于堆垛機(jī)水平行走、載貨臺(tái)的垂直升降、貨叉的左右伸縮三個(gè)運(yùn)動(dòng)的距離和運(yùn)行速度不同,貨叉的左右伸縮運(yùn)行的距離較短,可采用固定速度低速運(yùn)行,堆垛機(jī)水平行走速度、載貨臺(tái)垂直升降速度與目標(biāo)位置和當(dāng)前位置間的距離的相關(guān),N為實(shí)時(shí)狀態(tài)下堆垛機(jī)的位置與目標(biāo)位置相差的層數(shù)或列數(shù)。 速度曲線的設(shè)計(jì)、中速、低速三檔,根據(jù)光電傳感器反饋的信息判斷與目標(biāo)位置距離遠(yuǎn)近進(jìn)行速度控制。由電機(jī)學(xué)原理可知變頻器的變頻原理可表示為: ()式中:f是電源頻率,p是電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù),s是轉(zhuǎn)差率。采用這種技術(shù)的交流異步電動(dòng)機(jī),其性能可以超過現(xiàn)有任何一種交流調(diào)速方式,比如變極、調(diào)壓、串極等,也能和直流調(diào)速一較長(zhǎng)短,而且不需要經(jīng)常換碳刷,能夠節(jié)省費(fèi)用,并且驅(qū)動(dòng)裝置簡(jiǎn)單,不必使用電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與減速附加裝置,是交流調(diào)速的最佳方案。在保證精確定位的情況下,最大限度的提高堆垛機(jī)的運(yùn)行速度,提高整體的運(yùn)行效率。系統(tǒng)通過光電傳感器確定運(yùn)行過程中堆垛機(jī)的位置。 堆垛機(jī)垂直方向認(rèn)址傳感器分布圖 堆垛機(jī)速度控制堆垛機(jī)運(yùn)行效率的高低關(guān)系著整個(gè)立體倉庫的運(yùn)行效率以及生產(chǎn)計(jì)劃的完成。所以要在堆垛機(jī)的貨臺(tái)下面安裝三個(gè)光電開關(guān),與升降臺(tái)一起上升下降,中間的一個(gè)共用,其他兩個(gè)分別為上位置和下位置。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。PLC的計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算,而且定位用的光電開關(guān)也可用于停準(zhǔn)檢測(cè)。具體如下:1)水平認(rèn)址系統(tǒng)在堆垛機(jī)的水平軌道上,對(duì)應(yīng)貨架的每一列均要安裝一個(gè)認(rèn)址片,在堆垛機(jī)沿軌道上安裝前、后兩個(gè)光電開關(guān)。 為完成對(duì)堆垛機(jī)的速度控制,必須要檢測(cè)出堆垛機(jī)運(yùn)行時(shí)的當(dāng)前位置,本文設(shè)計(jì)的堆垛機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用相對(duì)認(rèn)址方式。相對(duì)認(rèn)址是通過對(duì)光電開關(guān)在經(jīng)過每一列或每一層的認(rèn)址片時(shí),通電狀態(tài)翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電脈沖對(duì)地址編碼進(jìn)行加、減1的操作,產(chǎn)生堆垛機(jī)當(dāng)前地址編碼的一種方式()。行走和升降機(jī)構(gòu)分別用一組光電開關(guān)和認(rèn)址裝置(認(rèn)址片和光電開關(guān)視層數(shù)、列數(shù)而定)來獲取堆垛機(jī)的當(dāng)前地址(),認(rèn)址裝置上的認(rèn)址片和每個(gè)地址編碼一一對(duì)應(yīng)。對(duì)此,可以采用2種方式:絕對(duì)認(rèn)址或相對(duì)認(rèn)址?,F(xiàn)在科技含量較高的檢測(cè)元件是光電開關(guān),它是利用安裝于軌道上對(duì)應(yīng)貨架每一列的行走認(rèn)址片及安裝在堆垛機(jī)立柱上對(duì)應(yīng)貨架每一層的升降認(rèn)址片,相應(yīng)光電開關(guān)在每次通過認(rèn)址片時(shí)會(huì)進(jìn)行透光或擋光,使光電開關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化,利用計(jì)算機(jī)對(duì)此變化狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),根據(jù)相應(yīng)算法可得到堆垛機(jī)的Y和Z方向的坐標(biāo),從而獲知堆垛機(jī)當(dāng)前所在的列數(shù)和層數(shù)。其中X方向即排數(shù),對(duì)于堆垛機(jī)的貨叉來說只有左和右2個(gè)運(yùn)動(dòng)方向,因此只需要檢測(cè)Z坐標(biāo)即層數(shù)與Y坐標(biāo)即列數(shù)。把排、列、層比作空間直角坐標(biāo)系X、Y、Z方向,就能確定每一個(gè)貨位的編號(hào)。為此.貨架上的每一個(gè)貨位必須具有堆垛機(jī)能識(shí)別的編碼。 堆垛機(jī)認(rèn)址方式
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