【正文】 輸入，如果有貨，開始計(jì)算運(yùn)動(dòng)參數(shù)，通過(guò)讀取伺服電動(dòng)機(jī)自帶的編碼器脈沖與計(jì)算參數(shù)比較，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)。存貨過(guò)程和取貨過(guò)程方式類似。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的控制原理該控制系統(tǒng)由三部分組成：人機(jī)交互界面、可編程控制器（PLC）、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的控制主要分為兩部分：堆垛機(jī)的水平運(yùn)動(dòng)控制和豎直運(yùn)動(dòng)控制，其中水平運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。取貨或存貨結(jié)束后，堆垛機(jī)先豎直返回，然后水平返回。該過(guò)程中，水平位移和豎直位移均由與伺服電機(jī)同軸連接的編碼器與伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)精確控制，從而使整個(gè)系統(tǒng)之間構(gòu)成半閉環(huán)。，伺服電機(jī)1控制堆垛機(jī)水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)2控制堆垛機(jī)豎直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。液壓缸1控制貨叉的伸縮，液壓缸2控制貨叉的升降。本控制系統(tǒng)的核心控制器采用歐姆龍PLC，相關(guān)參數(shù)由觸摸屏傳送給PLC，各伺服系統(tǒng)均由一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)伺服電機(jī)組成，其中水平進(jìn)給和豎直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都帶有一個(gè)減速裝置，且PLC向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出脈沖和方向信號(hào)，經(jīng)由伺服控制系統(tǒng)控制伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)，把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為堆垛機(jī)的往返移動(dòng)，分別帶動(dòng)堆垛機(jī)水平前進(jìn)、返回和豎直前進(jìn)、返回，貨叉的旋轉(zhuǎn)是采用普通電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。速度控制和扭矩控制模式均采用模擬量進(jìn)行控制，位置模式則是通過(guò)脈沖信號(hào)進(jìn)行控制的，具體采用何種控制方式要按照具體應(yīng)用環(huán)境分析，根據(jù)要求的運(yùn)動(dòng)功能來(lái)進(jìn)行選擇。 堆垛機(jī)的伺服控制本課題堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)主要有堆垛機(jī)的水平和豎直驅(qū)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)均采用交流伺服系統(tǒng)控制，由PLC作為核心控制器，根據(jù)要求選擇位置控制模式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。3 系統(tǒng)的組成及硬件連接設(shè)計(jì)本文所述系統(tǒng)由PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電動(dòng)機(jī)、普通電動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、行程開關(guān)、指示燈、按鈕開關(guān)、撥動(dòng)開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)等成熟的工控器件組成，本章主要對(duì)組成的硬件系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，說(shuō)明這些器件在系統(tǒng)中的用途，并詳細(xì)介紹硬件連接設(shè)計(jì)，以及歐姆龍PLC、伺服電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)設(shè)置。 工控計(jì)算機(jī)IPC(Industry personal puter)簡(jiǎn)稱工控機(jī)，伴隨著PC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工控機(jī)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。工控制是利用了個(gè)人計(jì)算機(jī)PCI總線和PC/104總線、采用功能板卡擴(kuò)展控制I/O點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的一種方便的控制設(shè)備。 歐姆龍PLC簡(jiǎn)介PLC（Programmable Logic Controller）【5】,中文全稱為可編程邏輯控制器，是一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的專用控制裝置，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破骱退挠嘘P(guān)設(shè)備，應(yīng)該按照易于和工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體，并易于擴(kuò)充功能的設(shè)計(jì)原則。歐姆龍公司的PLC產(chǎn)品分為大、中和小型機(jī)，大、中型機(jī)采用模塊式結(jié)構(gòu)，小型機(jī)采用整體式結(jié)構(gòu)。中型機(jī)：歐姆龍中型PLC主要有C200H、C200Hα、CQ1M、CJ1M、CJ1和CJ2系列等， C200Hα是C200H的升級(jí)產(chǎn)品，有品種齊全的通信模塊，CJ系列PLC結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)大，是近幾年來(lái)暢銷的機(jī)型。CP1H/CP1L、CJ1和CS1系列分別是歐姆龍的小、中、大型PLC。利用歐姆龍CP1H系列PLC作為該立體化自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的控制器，是考慮到其控制可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)潔性、與伺服系統(tǒng)的易連接性、對(duì)外環(huán)境的要求較低、功能強(qiáng)、適應(yīng)范圍廣，并且價(jià)格低廉，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和為維修比較方便。開環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)裝置，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般為步進(jìn)電機(jī)，閉環(huán)控制系統(tǒng)多采用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩種系統(tǒng)都有各自的特點(diǎn)。由于本課題有較高的精度要求，所以在本課題自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中選用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 一般（旋轉(zhuǎn)變壓器型可耐振動(dòng)） 溫升 運(yùn)行溫度高 一般 維護(hù)性 基本可以免維護(hù) 較好 價(jià)格 低 高 硬件設(shè)備選型 PLC選型堆垛機(jī)和出入庫(kù)的控制系統(tǒng)采用歐姆龍系列可編程控制器（PLC）作為控制核心通過(guò)分析控制要求可知，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)需要23個(gè)輸入，13個(gè)輸出，不同廠家，不同系列的PLC，其內(nèi)部的軟繼電器（編程元件）的功能和編號(hào)各不相同，因此在編程時(shí)，必須按照課題要求選擇PLC型號(hào)【6】，并且熟悉所選用的PLC的每條指令涉及編程元件的功能和編號(hào)。由于輸入端口比較多，需要拓展輸入單元，由于CP1H 能夠連接CPM1A 系列的擴(kuò)展單元，拓展8點(diǎn)輸入即可滿足要求，所以選擇CPM1A8ED型號(hào)。 CP1H系列PLC的輸入、輸出繼電器的數(shù)量類型類型名稱電源電壓型號(hào)通用內(nèi)置輸入通用內(nèi)置輸出X型基本型AC100240VCP1HX40DRADC輸入24點(diǎn)繼電器輸出16點(diǎn)DC24VCP1HX40DTA晶體管（漏型）輸出16點(diǎn)CP1HX40DT1A晶體管（源型）輸出16點(diǎn)XA型帶內(nèi)置模擬輸入輸出端子型AC100240VCP1HXA40DRA繼電器輸出16點(diǎn)DC24VCP1HXA40DTD晶體管（漏型）輸出16點(diǎn)CP1HXA40DT1D晶體管（源型）輸出16點(diǎn)Y型帶脈沖輸入輸出專用端子型DC24VCP1HY20DTDDC輸入12點(diǎn)晶體管（漏型）輸出8點(diǎn) CPM1A 擴(kuò)展單元的連接占有通道數(shù)拓展I/O單元單元名稱單元型號(hào)消耗電流（mA）占有CH數(shù)DC5VDC24V輸入輸出輸入輸出40點(diǎn)單元CPM1A40EDR80902CH2CHCPM1A40EDT160CPM1A40EDT1160輸入輸出20點(diǎn)單元CPM1A20EDR103441CH1CHCPM1A2EDT130CPM1A20EDT1130輸出16點(diǎn)單元CMP1A16ER42902CH輸入8點(diǎn)單元CMP1A8ED181CH輸出8點(diǎn)單元CMP1A8ER26441CHCMP1A8ET75CMP1A8ETI75 伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)的選型由于伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)必須要配合使用，不同的工況條件下，所選擇的伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)和伺服電機(jī)型號(hào)都不一樣。 伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)參數(shù)伺服驅(qū)動(dòng)器適配電機(jī)型號(hào)類型輸入電源型號(hào)電壓額定功率額定轉(zhuǎn)速編碼器規(guī)格MCDDT3120C型單相100VMSMD041P1*100V400W3000rpm5線制，2500P/rMSMD041S1*7線制，17位MCDDT3520C型單相/三相200VMSMD082P1*200V750W5線制，2500P/rMSMD082S1*7線制，17位MSMD042P1*400W5000rpm5線制，2500P/rMSMD042S1*7線制，17位 硬件連接設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)分析設(shè)計(jì)，硬件電路圖包括伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)器普通電動(dòng)機(jī)、可編程控制系統(tǒng)（PLC）、觸摸屏與外接電源的連接，PLC與觸摸屏選用24V外接電源，電機(jī)選用220V外接電源。普通電動(dòng)機(jī)控制貨叉正反轉(zhuǎn)，與380V外接電源連接。 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制采用的輸入/輸出設(shè)備和對(duì)應(yīng)的PLC端子輸入輸出輸入設(shè)備對(duì)應(yīng)端子功能說(shuō)明輸出設(shè)備對(duì)應(yīng)端子功能說(shuō)明SQ1伸出限位開關(guān)脈沖輸出0SQ2縮回限位開關(guān)SQ3微抬限位開關(guān)脈沖輸出1SQ4微降限位開關(guān)SQ5左轉(zhuǎn)限位開關(guān)SQ6右轉(zhuǎn)限位開關(guān)SQ7左限位開關(guān)SQ8下限位開關(guān)FR過(guò)載保護(hù)SB1轉(zhuǎn)位停止KA1繼電器SRV1ONSB2手動(dòng)左轉(zhuǎn)KA2繼電器SRV2ONSB3手動(dòng)右轉(zhuǎn)KM1交流接觸器左轉(zhuǎn)SB4手動(dòng)上升KM2交流接觸器右轉(zhuǎn)SB5手動(dòng)下降YA1電磁鐵伸出SB6手動(dòng)左行YA2電磁鐵縮回SB7手動(dòng)右行YA3電磁鐵微抬SB8手動(dòng)伸出YA4電磁鐵微降SB9手動(dòng)縮回HL伺服準(zhǔn)備好指示燈SB10手動(dòng)微抬SB11手動(dòng)微降轉(zhuǎn)換開關(guān)QS手動(dòng)自動(dòng)SB12伺服啟動(dòng)SB12伺服停止KA5觸點(diǎn)SR1RDYKA6觸點(diǎn)SR2RDY PLC與觸摸屏連接在實(shí)際操作過(guò)程中，為了觀察和使用方便，在PLC外部連接了觸摸屏【9】，在觸摸屏上，可以輸入堆垛機(jī)水平和豎直的運(yùn)行速度，隨意輸入行和列取貨或存貨，還可以在觸摸屏上得知此貨格是否有貨，如果取貨時(shí)無(wú)貨報(bào)警燈閃爍，并提示重新輸入，反之，存貨時(shí)此貨格如果有貨，報(bào)警燈閃爍，并提示重新輸入。圖 PLC與觸摸屏的連接 PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接 堆垛機(jī)的水平運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)都是由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的，伺服驅(qū)動(dòng)器與PLC連接高速脈沖輸出端接口是固定的，本課題需要兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)控制，即需要兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，,；,。、縮回液壓系統(tǒng)原理圖，、微降液壓系統(tǒng)原理圖。 3—溢流閥；4—液壓缸。當(dāng)貨叉伸出按鈕接通時(shí)，電磁閥1YA得電，缸4活塞先向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞桿上的擋塊壓下行程開關(guān)SQ1后，伸出停止，當(dāng)貨叉縮回按鈕接通時(shí)，2YA得電，缸4活塞退回，當(dāng)活塞上的擋塊壓下SQ2后，縮回停止。同理，當(dāng)微降按鈕接通時(shí)，3YA得電，缸4活塞先向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞上的擋塊壓下SQ4后，微降停止，當(dāng)貨叉微抬按鈕接通時(shí)，4YA得電，缸4活塞退回，當(dāng)活塞上的擋塊壓下SQ3，微抬停止。本課題采用普通電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)分別來(lái)控制貨叉的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。當(dāng)左轉(zhuǎn)到位時(shí)，左轉(zhuǎn)停止，接著執(zhí)行下一步命令，當(dāng)右轉(zhuǎn)按鈕接通時(shí)，KM2線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，繼電器KA3得電，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)貨叉右轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到右限位時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。圖 貨格分布示意圖： Li=L0+jS0 （）：（） Lj=S02+i1S0其中 L0—堆垛機(jī)水平位置到第一個(gè)貨格的距離（mm）；i — 存貨或取貨輸入的行數(shù)； j — 存貨或取貨輸入的列數(shù)； S0—貨格的寬度（mm）； S1—貨格的高度（mm）。水平運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模與豎直運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模類似，下面詳細(xì)說(shuō)明水平運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)建模。當(dāng)程序調(diào)用水平返回子程序時(shí)，堆垛機(jī)開始水平返回，EF為水平加速返回階段，F(xiàn)G為水平返回勻速階段，GH為水平返回減速階段，HJ為返回運(yùn)動(dòng)停止階段。圖 水平運(yùn)動(dòng)和返回水平運(yùn)動(dòng)速度曲線示意圖LOB=Lj10V122aOB段長(zhǎng)度為減速點(diǎn)位移，：（）LOH=2Lj10V122： （）因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不是固定的，設(shè)伺服電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)速為n1，由于有傳動(dòng)比i1的存在，所以經(jīng)過(guò)齒輪后的轉(zhuǎn)速為n1i1,齒輪1直徑為d1 ,齒輪齒數(shù)為Z1,齒輪模數(shù)為m1,、： C1=πd1 （） 式中 C1—齒輪1周長(zhǎng)（mm）；v1=n1C1i160d1—齒輪1直徑（mm）。脈沖當(dāng)量是相對(duì)于每一脈沖信號(hào)的機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位移量，又稱作最小設(shè)定單位，現(xiàn)設(shè)伺服電動(dòng)機(jī)1自帶編碼器分辨率為P1,: Pm1=C1i1P1 （）式中 Pm1—伺服電動(dòng)機(jī)1脈沖當(dāng)量；C1— 齒輪1周長(zhǎng)（mm）；i1— 齒輪1傳動(dòng)比； P1—伺服電動(dòng)機(jī)編碼器分辨率。、fn1=i12C1260V1P1 （） fa1=i1C1a1250Pm1加速度轉(zhuǎn)化頻率時(shí)，對(duì)應(yīng)為每4ms的頻率增量，：（） 式中 a1—水平加速度（mm/s2）。同理，v2轉(zhuǎn)化頻率見公式（）：fn2=i12C1260v2P1 （） 式中 fn2—水平速度v2轉(zhuǎn)化的頻率。 同理，豎直運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模與水平運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)建模計(jì)算過(guò)程相同，這里不再重復(fù)。人機(jī)交互界面（HumanComputer Interface或HumanMachine Interface）大量運(yùn)用在工業(yè)與商業(yè)上，簡(jiǎn)單的區(qū)分為“輸入”（input）與“輸出”（Output）兩種，指的是由人來(lái)進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備的操作，如把手、開關(guān)、門、指令（命令）的下達(dá)等，而輸出指的是由機(jī)械或設(shè)備發(fā)出來(lái)的通知，如故障、警告、操作說(shuō)明提示等，好的人機(jī)界面會(huì)幫助用戶更簡(jiǎn)單、更準(zhǔn)確、更迅速的操作機(jī)械，也能使機(jī)械發(fā)揮到最大的性能并延長(zhǎng)使用壽命，而且目前市面上所指的人機(jī)界面則多界狹義的只在軟件人性化的操作接口上。圖 PC與HMI間的通訊連接PC也可以利用控制HMI上的系統(tǒng)保留寄存器（LB與LW），直接控制HMI。 觸摸屏的界