【正文】 行走 線位 聯(lián)動 自動 堆垛機動 作指示燈 堆垛機控制 PLC:Fx2n80mr 反射式傳感器 第 9 頁 共 41 頁 立體倉庫技術(shù)參數(shù)的確定 立體倉 表 21 立體倉庫具體參數(shù) 出 /入貨柜臺最重物品 20Kg 每個倉位的高度 4． 5CM 倉位的上下距離 0． 5CM 倉位的平行距 0． 5CM 倉位的體積 4M3 可編程控制器（ PLC）電源 24V DC 堆垛機電源 220V AC,50Hz 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計是運用 PLC 控制系統(tǒng)來控制立體倉庫的運動的方式。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。 PLC 是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的 。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于 啟 動 手動 /自動 取 出 送 進 取 消 急 停 1號 倉 庫 鍵 12號倉 庫 鍵 檢 驗 0號 倉 庫 檢 驗 12號倉 庫 前進限制 后退限制 后退超過 向上限制 向下限制 向下超過 前時限制 取出限制 取出超過 前 進 后 退 向 上 向 下 送 進 取 出 顯 示 取 出 顯 示 送 進 顯 示 操 作 錯 誤 顯 示 1號倉 庫 顯 示 12 號倉 庫 P L C 第 11 頁 共 41 頁 維修及抗干擾等問題 ,入出信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是 PLC 實現(xiàn)控制的兩個基本要點。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。 可以說，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能， PLC 幾乎也都可以做到。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。 PLC 的選型 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計選型。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應的控制系統(tǒng) 。 余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。 根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O 點數(shù)為輸入 40 點，輸出 21 點。設(shè)計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（ 16位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 3． 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 （ 1） 控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機 CPU 負責 現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。 五種標準化編程語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。 （ 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 PLC 內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。 4． 機型的選擇 (1)PLC 的類型 FX2 系列可編程控制器主機分為 1 2 3 6 80、 128 點六檔，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加 I/O 點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟投入 。其中，外部輸入元件包括： 檢測 元件 、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護等等 ； 輸出有三個步進電機的正反向、動作指示、錯誤顯示等等。因此我所選型號為 FX2N80MR?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。當點數(shù)增加 到某一數(shù)值后，相應的存儲器容量相應增加，因此，點數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。 本課題所設(shè)計的立體倉庫屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟性的考慮因此選擇 整體型 PLC。 步進電機的選擇 步進電機的原理 步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，當系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當電脈沖按某一相序加到電動機時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。當電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進電動機時，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。步進電動機的這 種控制功能，是其它電動機無法替代的。增加相數(shù)能提高步進電動機的性能，但電動機的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源就會復雜，成本就會增加，應按需要合理選用。 ② 、步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比 ③ 、步距值不容易因為電氣、負載、環(huán)境條件的變化而改變 ,使用開環(huán)控制 (或半閉環(huán)控制 )就能進行良好的定位控制。 ⑤ 、價格便宜 ,可靠性高。 ⑦ 、步進電動機帶負載慣性的能力不強 ,在使用時既要注意負載轉(zhuǎn)矩的大小 ,又要注意負載轉(zhuǎn)動慣量的大小 ,只有當兩者選取在合適的范圍時 ,電機才能獲的滿意的運行性能。 第 14 頁 共 41 頁 （ 2）、步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成 與交直流電動機不同，僅僅接上供電電源，步進電機不會運行的。 圖 32 步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成 （ 3）、步進電動機的選擇計算 在選擇步進電動機時首先考慮的是步進電動機的類型選擇，其次才是具體的品種選擇，在該立體倉庫控制系統(tǒng)中要求步進電動機電 壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，確定步進電動機采用 2 相 8 拍混合式步進電機；在進行步進電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比 i、軸向力 F、負載轉(zhuǎn)矩 lT 、額定轉(zhuǎn)矩 NT 和運行頻率 yf ，以確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。步距角的 HB 型電動機 速比 (設(shè)使用直接驅(qū)動方式 ) i=mb? /(360L)=2／ (360)=1 軸向力 第 15 頁 共 41 頁 F=Fa+? M=4+25=5kg. ? cm 負載轉(zhuǎn)矩 lT =FP／ (2 ? ? )+( 0? 0F P )/2 ? =5／ (2 )+ ( )/(2 ) =. ? ? cm 螺栓的慣量 BJ =（ ? ? BL 4BD ） /32 =（ 310? 42 ） /32 =. ? ? 2cm 移動體的慣量 tJ =M 2)2/( ?P =25 2)( = kg. ? ? 2cm 負載慣量為 LJ = BJ + tJ =+ =. ? ? 2cm 根據(jù)以上計算可以初步選定步進電動機，其慣量為 MJ = kg.? ? 2cm ，空載起動頻率sf =3000H。 齒輪比： G=? 360176。/ (176。型號： 42BYGHl01?？旖泳€插頭：紅色表示 A 相，藍色表示 B 相；如果發(fā)現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)向不對時可以將 A 相或 B 相中的兩條線對調(diào)。所以步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。它們在驅(qū)動器內(nèi)部的接口 電路都相同，見下圖。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。 M 第 17 頁 共 41 頁 圖 34 輸入信號接口電路 圖 35 外接限流電阻 R 步進電機驅(qū)動器 的輸出信號有兩種 : ①、 初相位信號：驅(qū)動器每次上電后將使步進電機起始在一個固定的相位上，這就是初相位。此信號和控制系統(tǒng)配合使田，可產(chǎn)生相位記憶功能，其接口見圖 36。當保護發(fā)生時，驅(qū)動器進入脫機狀態(tài)使電機失電，但這時控制系統(tǒng)可能尚未知曉。此信 號占兩個接線端子，此兩端為一繼電器的常開點，報警時觸點立即閉合。觸點規(guī)格： DC24V／ 1A 或 AC11OV／ O． 3A。 圖 37 電機與驅(qū)動器接線圖 所以我 采用 SH系列步進電動機驅(qū)動器，型號為 SH2H057。 SH2H057 步進電動機驅(qū)動器采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動器 ,這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風機，其外殼即為散熱 體，所以使用時要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導熱硅脂，在其旁邊加一個風機也是一種較好的散熱辦法。 第 19 頁 共 41 頁 圖 39 反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖 它有三根連接線 (紅、藍、黑 )，紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、藍色為輸 出信號，當與擋塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。 此傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為 : 表 33 傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 型 號 EESPY402 形 狀 立式 檢測方式 反射型 檢測距離 5mm(反射率 90﹪ 15179。 10﹪ 脈動 (pp)5﹪以下 消耗電流 平均值 15mA 以上 50mA 以下 控制輸出 NPN 電壓輸出 負載電源電壓 DC5～ 24V 負載電流 80mA 以下 殘留電壓 以下 (負載電流 80mA 時 ) 殘留電壓 以下 (負載電流 10mA 時 ) 應答頻率 100HZ 使用環(huán)境照度 受光面照度 白熾燈 太陽光：各 3， 000? x 以下 環(huán)境溫度 動作時： 10～ +55176。 C(不結(jié)冰 ) 環(huán)境濕度 動作時： 5～ 85﹪ RH 保存時 5～ 95﹪ RH (不結(jié)露 ) 耐久振動 10～ 55HZ 上下振幅 XYZ 各方向 2h 第 20 頁 共 41 頁 耐久沖擊 500m/ 2s X、 Y、 Z 各方向三次 保護構(gòu)造 IEC 規(guī)格 IP50 連接方式 接插件式 (不可進行軟釬焊 ) 質(zhì)量 約 g 外殼材質(zhì) 聚碳酸酯 (PC) 微動開關(guān)的選擇 在該立體倉庫控制系統(tǒng)中共有 13 個倉位（ 四 層十二個倉位加 0 號倉位）分別采用 13只微動開關(guān)作為貨物檢測，當有貨物時相應開關(guān)動作，其信號對應 PLC的輸入點是 X22X36；另外為 保險起見，在 X 軸的左限位和 Y 軸的下限位處還分別加裝了 1 只微動開關(guān)作限位保護，以確保立體倉庫在程序出錯時不損壞；微動開關(guān)原理圖如圖 310 所示。 表 34 PLC 輸入輸出 I/O 分配 X0 啟 動 X24 檢驗 2