【正文】 gn 為速度給定量， KU 為 PLC 輸出的控制量， u 為變頻器輸出電壓， n 為被控量，控制算 法為 PID。 水平方向變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 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(zhuǎn)速閉環(huán)控制方式。 通訊接口： RS485 通訊、 USS 協(xié)議。 模擬量輸入： 2 路 (0~10) V 模擬量輸入。 數(shù)字量輸入： 6 路帶隔離的數(shù)字量輸入。 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(diào)制頻率，實現(xiàn)輸出電壓、頻率可調(diào)。 輸出頻率： (0650)Hz 可調(diào)。 輸出功率： 。 MM440 變頻器各項參數(shù)指標如下： 輸入電壓： 3 相 380VAC， 50Hz。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。 變頻器的選型 （ 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。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。所選模塊型號如表 22 所示。 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。 PLC 在倉庫碼垛機中的設(shè)計應(yīng)用 10 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(yīng)。 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。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。輸入部分則輸出控制信號，控制工業(yè)過程中的設(shè)備。 型號選擇 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(shè)備中。 （ 4）相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)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(shè)備，主要有編程設(shè)備、人際操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 （ 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。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。 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。它結(jié)構(gòu)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(lǐng)域的技術(shù)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。 系列 PLC 概述 PLC 在倉庫碼垛機中的設(shè)計應(yīng)用 9 S7200 系列 PLC 是德國西門子公司生產(chǎn)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。如圖 所示，梯形速度曲線碼垛機以加速度 ma 啟動加速，當勻加速到最大運行速度 mv 時，保持該速度運行一段時間，再以 ma 勻減速運行，直到零速?？俊? 上對準光電下對準光電低位置中間計數(shù)光電上對準光電中間計數(shù)光電下對準光電高位置 圖 碼垛機垂直方向認址傳感器分布圖 PLC 在倉庫碼垛機中的設(shè)計應(yīng)用 8 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 ?? 碼垛機速度曲線分析 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。所以在碼垛機的升降 臺上安裝三個光電開關(guān)，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。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。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(yīng)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。在立體倉庫巷道通道中的激光測距范圍 (激光發(fā)射器與反射板之間 )內(nèi)不得有任何物體遮擋激光光線。 認址方式確認 為完成對碼垛 機的位置控制，必須能檢測出碼垛機的運行位置，本文設(shè)計的碼垛機系統(tǒng)認址方式有： （ 1）水平認址系統(tǒng) 水平方向采用激光測距傳感器，當前數(shù)據(jù)為位移值，經(jīng)過 PLC 計算后的數(shù)據(jù)為當前速度值。 （ 4）激光測距定位：激光測距定位是近年來應(yīng)用于碼垛機準確定位的新技術(shù)，用激光測距儀通過測量碼垛機到基準點的距離和事先存儲的位置數(shù)據(jù)比較來確定碼垛機的當前位置。從動輪與軌道旋轉(zhuǎn)計數(shù)測定方式。每經(jīng)過一個貨位，就對地址編碼進行加 1 或減 1，一直移動到和預(yù)定位置號一致時停止運行。 認址檢測方式 1）絕對認址：絕對認址是將每一個貨位賦予唯一的開關(guān)狀態(tài)，給每個貨位制作一個專用的認址片，碼垛機上相應(yīng)安裝一個識別器，通常是二進制編碼板和一組光電開關(guān)的組合，通過讀取認址片的代碼來判斷碼垛機的當前位置。這樣每個貨位就有了獨立的三維坐標地址，碼垛機自動檢測目前的坐標地址，使其能到達目標位置。自動倉庫的認址檢測系統(tǒng)有兩項任務(wù)：一是實現(xiàn)自動尋址，使碼垛機自動找到被指定到達的位置；二是自動準確停準，即碼垛機停準位置不超出規(guī)定的精度。 監(jiān)控計算機 S7200 PLC 碼垛機水平認址系統(tǒng) 碼垛機縱向認址系統(tǒng) 碼垛機縱向變頻系統(tǒng) 碼垛機水平變頻系統(tǒng) 碼垛機貨叉控制系統(tǒng) 碼垛機縱向運行機構(gòu) 碼垛機水平運行機構(gòu) 碼垛機貨叉運行機構(gòu) 碼垛機貨物檢測系統(tǒng) 碼垛機限位保護系統(tǒng) PLC 在倉庫碼垛機中的設(shè)計應(yīng)用 6 碼垛機速度位置控制的實現(xiàn)方法如圖 所示，控制系統(tǒng)由 PLC 控制器、調(diào)速系統(tǒng)、編碼器、認址片和認址器組成，實現(xiàn)位置和速度的雙閉環(huán)控制。要完成對碼垛機自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，首先要保證碼垛機能夠準確到達目標位置，所以在設(shè)計碼垛機自動控制系統(tǒng)時，關(guān)鍵在于準確可靠的認址和定位保證碼垛機準確無誤的定位在目標貨位。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖如圖 所示。采用組態(tài)系統(tǒng)建立監(jiān)控界面，同時將運行系統(tǒng)的狀態(tài)反饋到監(jiān)控計算機。 本系統(tǒng)由上位監(jiān)控級與直接控制級組成。 PLC 在倉庫碼垛機中的設(shè)計應(yīng)用 5 ⑤ 安全保護：水平行走、載貨臺升降及貨叉的伸縮等都有限位保護。 ③ 速度調(diào)整和準確停車：根據(jù)碼垛機和目標位置的距離， PLC 輸出速度調(diào)整的控制信號給變頻器，通過變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，在停車之前先把碼垛機的運行速度降低到低速檔，使碼垛機以低速接近目標位置，保證碼垛機的穩(wěn)定性。 ② 位置技術(shù)及判斷：沿著碼垛機的行進方向和載貨臺的升降方向設(shè)置認址片， PLC 通過檢測認址片來判斷碼垛機位置和載貨臺的位置，每經(jīng)過一個認址片，PLC 的高速計數(shù)器就自動計數(shù)一次，前進加一，后退減一，上升加一，下降減一。 （ 3）在本文設(shè)計的碼垛機控制系統(tǒng)中上位機完成的只是數(shù)據(jù)輸入和傳送，主要的控制任務(wù)是由 PLC 來完成。界面操作時，應(yīng)具備對貨物的單送、單取操作。手動操作主要用于安裝、調(diào)試和排除故障。同時運動速度也可以手動選擇。 主要技術(shù)指標和和主要設(shè)計參數(shù) 碼垛機運行的速度范圍： 水平方向： 2m/min~360m/min； 垂直方向： 2m/min~80/min； 貨叉： 2m/min~60/min （ 2）本文碼垛機的控制方式有自動和手動控制。 伸叉機構(gòu)電機采用兩相混合式步進電機，由西門子 S7200 通過步進電機驅(qū)動器進行控制。 PLC 在倉庫碼垛機中的設(shè)計應(yīng)用 4 第二章 碼垛機控制技術(shù)的硬件設(shè)計 控制技術(shù)要求和系統(tǒng)總體設(shè)計 （ 1）本系統(tǒng)中碼垛機運行機構(gòu)由水平運行的行走機構(gòu)，垂直運行的起升機構(gòu)及取送貨的伸叉機構(gòu)三部分組成。 本章小結(jié) : 本章主要介紹了自動化倉庫的組成、應(yīng)用優(yōu)點和發(fā)展，并初步介紹了碼垛機的發(fā)展和研究現(xiàn)狀。例如，碼垛機的運行驅(qū)動己由 20 世紀70 年代的子母電動機改為變頻調(diào)速，速度由 5~50m/min 提升至 4~160m/min，國外小載重量的碼垛機最高可達 300m/min；提升驅(qū)動己由 20 世紀 70 年代的雙速電動機改進為變頻調(diào)速，速度由 4~16m/min 提升至 0~25m/min；貨叉運行也由單速電動機驅(qū)動改進為變頻調(diào)速，速度由 8m/min 提升至 4~35m/min；在碼垛機自動控制方面還采用閉環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)、 Profibus 總線控制等先進技術(shù)。 體現(xiàn)碼垛機動態(tài)性能優(yōu)劣的指標主要有：運行速度、提升速度、貨叉速度、平穩(wěn)性、認址精度等。 碼垛機技術(shù)的研究現(xiàn)狀 按現(xiàn)行機械行業(yè)標準，有軌巷道式碼垛機分類方式很多，如按支承方式、用途、控制方式、結(jié)構(gòu)、運行軌跡等分類。目前的碼垛機技術(shù)取得了重大的發(fā)展，控制技術(shù)、定位精度、運行速度都得到了很大程度的提高。 1960 年左右在美國出現(xiàn)了巷道式碼垛機，隨后巷道式碼垛機逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式碼垛機。盡管各廠家各有獨創(chuàng)，結(jié)構(gòu)形式有些差異，但可以說大同小異，所有的碼垛機都不外乎由機架、載貨臺、伸縮貨叉、軌道和控制系統(tǒng)等部分組成。無論何種類型的碼垛機，一般都由水平行走機構(gòu)、起升機構(gòu)、載貨臺及PLC 在倉庫碼垛機中的設(shè)計應(yīng)用 3 貨叉機構(gòu)、機架和電氣設(shè)備等基本部分組成。 我國對自動化立體倉庫及其物料搬運設(shè)備的研制并不晚， 1963 年研制成第一臺橋式碼垛起重機 (機械部北京起重運輸機械研究所 )， 1973 年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫 (高巧米，機械部起重所負責 )，該庫 1980年投入運行。 自動化技術(shù)在倉儲領(lǐng)域中的發(fā)展分為五個階段：人工倉儲階段、自動化倉儲階段、集成化倉儲階段、智能化階段和智能自動化階段。 1950 年美國首先產(chǎn)生手動控制的橋式碼垛機起重機，與此同時提出了高層貨架的概念，被認為是自動化倉庫的雛形。 自動化立體倉庫的發(fā)展 高層貨架倉庫的出現(xiàn)和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)以后生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。 （ 3） 計算機控制與管理：計算機能夠準確無誤的對倉庫的各種信息進行存儲和管理，不僅降低了操作人員的勞動強度，還減少了貨單處理和信息處理過程中的差錯，從而提高了倉庫的管理水平。 自動化立體倉庫的優(yōu)點 （ 1） 層貨架：立體倉庫由于使用了高層貨架存儲貨物，存儲區(qū)可以大幅度的向空間發(fā)展，充分利用了倉庫的空間，提高了空間利用率。 （ 3）控制及管理設(shè)施 控制管理系統(tǒng)采用分布式控制，即由管理計算機、中央控制計算機和直接控制碼垛機、入 /出庫輸送機等現(xiàn)場設(shè)備的控制器組成控制系統(tǒng)。輸送系統(tǒng)必須是具有高度的可靠性，在立體倉庫中一般只有一套輸送系統(tǒng)，所以應(yīng)保證輸送系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)上的設(shè)備可靠、耐用、