【正文】 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟不但可以使思維更加清晰易懂，更有助于良好的科學(xué)的 習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成。 機(jī)械部分采用步進(jìn)電機(jī)作為拖動(dòng)元件。(2)步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，螺紋桿，可以以Y方向和X方向托起重物向目標(biāo)前進(jìn)，步進(jìn)電機(jī)是為了讓輸出更加的精準(zhǔn)，而螺紋桿則是承載步進(jìn)電機(jī)的載體?？傊姍C(jī)的框架圖如31所示 PLCFX2N32MR 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器按鈕 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接近開關(guān) 步進(jìn)電機(jī) 氣動(dòng)回路圖31 系統(tǒng)外部框架圖 PLC 選擇 PLC 型號(hào)的選擇 本設(shè)計(jì)是以PLC為控制主體，由它來實(shí)現(xiàn)按鈕與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接。在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程計(jì) 選型。因此，工程設(shè)計(jì)選型 和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和只采確定所 需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格與的 PLC 和設(shè)計(jì)相 應(yīng)的控制系統(tǒng)。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。2．存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大此，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大此，因此程序容量此于存儲(chǔ)器容量。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。因此本課 題的 PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ) 5000 相梯形圖，這樣電能在以后的改造過程中 有足夠的空間。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。（2）編程功能 離線編程方式：PLC 和編程器公用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123）同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如 Basic 等，以電足特殊控制場(chǎng)合的控制要求（3）診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。通過軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和 功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交 換功能進(jìn)行診斷是外診斷。4．機(jī)型的選擇 (1)PLC 的類型FX2系列可編程控制器主機(jī)分為123680、128 點(diǎn)六檔，還有各種輸入和輸出擴(kuò)展單元，這樣在增加 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，不必改變機(jī)型，可以通過擴(kuò)展 模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。其中，外部輸入元件包括：檢測(cè)元件、啟動(dòng)按鈕、急停按鈕、限位開關(guān)、復(fù)位按鈕；輸出有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反向、動(dòng)作指示等。因此我所選型號(hào)為 FX2N32MR。考在經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考在應(yīng)用的可擴(kuò) 展性、可操作性、投入它出與等因素，進(jìn)行與較和兼顧，最終選出較滿意的它。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU 選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能只采等選擇都有不不。本課題所設(shè)計(jì)的立體倉庫的于此型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考在因此選擇帶體型 PLC。 FX2N PLC的介紹　FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。 FX2N系列PLC編輯本段FX2N系列PLC特點(diǎn)FX2n系列是FX系列PLC為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能開發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要模擬I/O，高速計(jì)數(shù)器。對(duì)每一個(gè)FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)特殊功能模塊。 FX2N系列PLC其它功能：內(nèi)置式24V直流電源：24V、400mA直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器或其它元件。時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能：在所有的FX2NPLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。小時(shí)表功能對(duì)過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。輸入濾波器調(diào)節(jié)功能：可以用輸入濾波器平整輸入信號(hào)（在基本單元中x000到x017）。在線程序編輯：在線改變程序不會(huì)損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)程維護(hù)：遠(yuǎn)處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測(cè)、上載或卸載程序和數(shù)據(jù) 。 PLC I/O 點(diǎn)的分配由于PLC的I/O口的數(shù)量是一定的，特殊的I/O口有著特殊的作用，如何正確的分配I/O口，對(duì)程序的執(zhí)行有著重要的影響。同時(shí)要充分利用好輸入和輸出擴(kuò)展單元，提高主機(jī)的利用率，在增加 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，不必改變機(jī)型，可以通過擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。由于步進(jìn)電機(jī)輸入的是高速脈沖所以用Y0,Y1作為步進(jìn)電機(jī)的輸入口，Y2,Y3分別控制電機(jī)的運(yùn)行方向。另外輸入部分以X0，X1，X2，X3分別作為啟動(dòng)，停止，復(fù)位，檢測(cè)按鈕。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器， 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每 發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。 所有型號(hào)驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)都相同，共有三路信號(hào)，它們是：步進(jìn)脈沖信號(hào) CP、方向電平信號(hào) DIR、驅(qū)機(jī)信號(hào) FREE(此端為低電平有效，這時(shí)電機(jī)處于無 力有狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電機(jī)可正常運(yùn)行)。在該立體倉庫中由于FP0 提供的電平為24V，而輸入部分的電平為 5V，所以須外部另加 的限流電阻 R。初相位信號(hào)是指步進(jìn)電機(jī)每次運(yùn)行到初相位期間，此信號(hào)就輸出為高電平，否則為低電平。②、報(bào)報(bào)輸出信號(hào)：每每驅(qū)動(dòng)器都有多種保護(hù)每每(如：過壓、過流、過溫 等)。如要通知系統(tǒng)，就要用到‘報(bào)報(bào)輸出信號(hào)’。驅(qū)動(dòng)器正常時(shí)，觸點(diǎn)為常 開狀態(tài)。一一來說，對(duì)于兩相四根線電機(jī)可以直接和驅(qū)動(dòng)器相連。主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分組成。此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)細(xì)分?jǐn)?shù)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)相數(shù)類別通過撥位開關(guān)設(shè)定SH2H057二相或四相混合式 ,DC(24V40V)工作電源。下面簡(jiǎn)要的介紹一下步進(jìn)電機(jī)的基本組成以及工作原理。步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于開環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和直線電機(jī)主要應(yīng)用于半閉環(huán)或閉環(huán)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)器每給步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，稱為步距角，其轉(zhuǎn)動(dòng)角s度與電脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動(dòng)速度與電脈沖信號(hào)的頻率成正比。但步進(jìn)電機(jī)在大負(fù)載和速度較高的情況下容易失步，而且，能耗也大。、結(jié)構(gòu)及工作原理1. 步進(jìn)電機(jī)的種類步進(jìn)電機(jī)的分類方式很多，常見的分類方式有按相數(shù)、按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。相數(shù)越多，步距角越小，輸出轉(zhuǎn)矩越大，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。2）按力矩產(chǎn)生的原理分類步進(jìn)電機(jī)根據(jù)磁場(chǎng)建立方式可分為反應(yīng)式、永磁反應(yīng)式和混合式三類。永磁反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均有勵(lì)磁繞組（或轉(zhuǎn)子用永磁材料制成），由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，具有輸出轉(zhuǎn)矩大、步距角小和額定電流小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子容易失磁，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩下降。3） 按輸出力矩的大小分類根據(jù)步進(jìn)電機(jī)輸出力矩的大小可分為快速步進(jìn)電機(jī)和功率步進(jìn)電機(jī)兩類。功率步進(jìn)電機(jī)輸出力矩在5 Nm～50 Nm以上，可以直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)。軸向式步進(jìn)電機(jī)是沿著軸向長度分成磁性能獨(dú)立的幾段，每一段都用一組繞組勵(lì)磁，形成一相。2. 徑向分相式步進(jìn)電機(jī)的組成及工作原理如圖32所示，步進(jìn)電機(jī)由定子1和轉(zhuǎn)子3兩部分組成。轉(zhuǎn)子用軟磁材料制成無繞組。若A相斷電，B相通電，產(chǎn)生新的磁場(chǎng)，其電磁力矩又吸引轉(zhuǎn)子的4齒與BB′磁極對(duì)齊，此時(shí)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過30176。若A、B相斷電，C相通電，電磁力矩又吸引轉(zhuǎn)子的3齒與CC′磁極對(duì)齊，轉(zhuǎn)子再沿順時(shí)針轉(zhuǎn)過30176。依此類推，若三相定子繞組順序通電，轉(zhuǎn)子則不停的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖429所示，步距角α為30176。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果定子繞組按 AB → BC → CA→ AB→…或AC → CB → BA→ AC→…方式通電，則稱為雙三拍通電方式，步距角仍為30176。如果定子繞組按 A → AB → B → BC → C → CA → A …或按A → AC → C→ CB → B → BA →A…順序通電，稱為三相六拍方式，如圖34所示以三相六拍通電方式工作，當(dāng)A相通電轉(zhuǎn)為A和B同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的磁極將同時(shí)受到A相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)和B相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)的共同吸引，轉(zhuǎn)子的磁極則停在A和B兩相磁極之間，此時(shí)步距角為15176。圖34 步進(jìn)電機(jī)三相六拍通電方式工作原理圖由此可見，改變定子繞組的通電順序，可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。步進(jìn)電機(jī)的步距角與定子繞組的相數(shù)、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)以及通電方式有關(guān)。步距角越小，脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床的控制精度越高。式中m——定子繞組的相數(shù)；z——轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；k——步進(jìn)電機(jī)的通電方式，為m相m拍時(shí)，k=1；為m相2m拍時(shí)，k=2；依此類推。定子磁極的齒距與轉(zhuǎn)子的齒距相同，只是定子磁極的齒依次與轉(zhuǎn)子的齒錯(cuò)開齒距的1/m（m為步進(jìn)電機(jī)相數(shù)）。若在三相定子的每個(gè)磁極上有5個(gè)小齒，齒槽等寬，齒間夾角為9176。轉(zhuǎn)子上均勻分布40個(gè)小齒，齒槽等寬，齒間夾角也為9176。），C相磁極齒超前（或滯后）轉(zhuǎn)子齒2/3齒距角。連續(xù)走若干步時(shí)，上述誤差形成累積值。影響步進(jìn)電機(jī)步距誤差和累積誤差的主要因素有：齒與磁極的分度精度、鐵心疊壓及裝配精度、各相矩角特性之間差別的大小、氣隙的不均勻程度等。為了在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能知道當(dāng)前的倉庫是否有貨需要在每一個(gè)倉位里裝有一個(gè)傳感器，以此來判斷倉庫是否有貨，繼而控制程序的執(zhí)行。電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。根據(jù)操作原理，接近傳感器大致可以分為以下三類：利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型，使用磁鐵的磁力型和利用電容變化的電容型。無觸點(diǎn)輸出，操作壽命長。反應(yīng)速度快。類型（1）按配置來分（2）、按檢測(cè)方法分通用型：主要檢測(cè)黑色金屬（鐵）。有色金屬型：主要檢測(cè)鋁一類的有色金屬。振蕩器在傳感器檢測(cè)面產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測(cè)面時(shí)，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。下面為詳細(xì)介紹：（1）通用型接近傳感器的工作原理振蕩電路中的線圈L產(chǎn)生一個(gè)高頻磁場(chǎng)。隨著目標(biāo)物接近傳感器，感應(yīng)電流增強(qiáng)，引起振蕩電路中的負(fù)載加大。傳感器利用振幅檢測(cè)電路檢測(cè)到振蕩狀態(tài)的變化，并輸出檢測(cè)信號(hào)。（2）所有金屬型傳感器的工作原理所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩型。目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，不論目標(biāo)物金屬種類如何，振蕩頻率都會(huì)提高。（3）有色金屬型傳感器工作原理有色金屬傳感器基本上屬于高頻振蕩型。當(dāng)鋁或銅之類的有色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，振蕩頻率增高；當(dāng)鐵一類的黑色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，振蕩頻率降低。所以從各方面考慮本課題選用通用的