【正文】 推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運動控制等功能。作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%～30%。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。 近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。 通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。PLC的特點（1）可靠性高，適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境原因：PLC在軟件和硬件上采取了提高可靠性的一些措施：硬件措施：屏蔽、濾波、電源調(diào)整與保護、聯(lián)鎖、模塊化結(jié)構(gòu)、環(huán)境檢測與診斷電路；軟件措施：自診斷程序、故障檢測、信息保護與恢復(fù)（2）編程簡單，使用方便（3）控制程序可變，具有很好的柔性（4）直接帶負載能力強（5）接口簡單、維護方便（6）功能完善、便于實現(xiàn)機電一體化（7）通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，便于實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)控制 PLC的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)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(yīng)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需要的操作和動作，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)備的特性等，最后選擇有較高性價比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。最終換需要根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。存儲器容量的估算存儲器容量是PLC本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲容量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定的估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。因此該課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)為能存儲5000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。根據(jù)該課題設(shè)計的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇：（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要的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。完成編成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(zé)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)送到主機上，下一掃描周期主機就根據(jù)新收到的程序運行。（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。PLC機型的選擇（1）PLC的類型FX2系列可編程控制器主機分為123680/128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。按照上述配置，所選I/O點應(yīng)不得低于61點，結(jié)合實際情況，所選I/O點為80點。（2）經(jīng)濟性考慮選擇PLC時，應(yīng)考慮性價比。輸入輸出點書對價格有直接的影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，以便使整個控制系統(tǒng)有較合理的性價比。根據(jù)其輸入點數(shù)為40點，輸出點數(shù)為21點，所以選擇FX2N80MR型號的PLC。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的大??；改變輸入脈沖的相序，就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。步進電動機可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進電動機的相數(shù)可分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。 步進電機的選擇步進電動機的特點（1）步進電動機時一種作為控制用的特種電機，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（步距角）一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差（精度為100%），所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。（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(dāng)兩者選取在合適的范圍時，電機才能獲得滿意的運行性能。步進電動機的選擇計算在選擇步進電動機時首先應(yīng)考慮的是步進電動機的類型的選擇，其次才是具體的品種選擇，在該智能倉庫控制系統(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拍混合式步進電動機；在進行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Tl、額定轉(zhuǎn)矩TN和運行頻率fy，已確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。齒輪比：G=360/（）=150換算到電機軸的負載轉(zhuǎn)矩為：T=GL（Tl+F）/(2) = 150（+5）/(2) =隊首次設(shè)計的裝置來講，所選用的電動機通常留有2~3倍的余量，所以電機轉(zhuǎn)矩TN=3T=3= =所以控制系統(tǒng)中的步進電動機采用混合式步進電機，它的主要特點是：體積小、大轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。42BYGH101型號的步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)如表3—1所示：表31 步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)電機型號相數(shù)步距角相電流驅(qū)動電壓額定轉(zhuǎn)矩重量42BYGH1012DC24V 步進電機驅(qū)動器的選擇步進電機驅(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，步進電機是不會運行的。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，如圖3—3所示：圖33 輸入信號接口電路OPTO端為三路信號的公共端，三路輸入信號在驅(qū)動器內(nèi)部接成共陽方式，所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，如果VCC是+5V則可直接輸入；如果VCC不是+5V則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光耦提供8~18mA的驅(qū)動電流，如圖33和表32所示。表32 外接限流電阻R信號幅值外接限流電阻R5V不加12V680Ω24V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)配合使用，可以產(chǎn)生相位記憶功能，其接口如圖34所示：圖34 初相位信號接口電路（2）報警輸出信號：每臺驅(qū)動器都有多種保護措施（如：過壓、過流、過濕等）。如要通知系統(tǒng)，就要用到報警輸出信號，此信號占兩個接線端子，此兩端為一繼電器的常開點，報警時觸電立即閉合。觸電規(guī)格有：DC24V/1A、AV110V/。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。此步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)如表33所示：表33 步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)表驅(qū)動器型號相數(shù)類別細分數(shù)通過撥位開關(guān)設(shè)定最大相電流開關(guān)設(shè)定工作電源SH2H057二相或四相混合式二相八拍一組直流DC（24~40）步進電動機驅(qū)動器接線示意圖如36所示：圖36 步進電動機驅(qū)動器接線示意圖 傳感器的選擇 反射式傳感器的選擇在智能倉庫中采用歐姆龍EESPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測，它是日本歐姆龍公司的產(chǎn)品，采用能抗周圍外來光干擾的便調(diào)光式。需要注意檢測距離不要離傳感器太近，否則傳感器不能動作；連接是采用插件方式，千萬不要對端子（讀出頭）進行焊接。示意圖如圖39所示，具體情況見附圖！圖39 電氣原理圖25 第4章 智能倉庫系統(tǒng)控制軟件設(shè)計 PLC梯形圖概述梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖被稱為電路或程序梯形圖的設(shè)計稱為編程。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸電斷開，稱這種狀態(tài)的軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”成為編程元件。模擬量 按其精度可分為12bit、14bit、16bit等；按信號類型可以分為電流型（4~20mA，0~20mA）、電壓型（0~10V，0~5V，10~10V）等。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線。右母線可以不畫出。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸電的狀態(tài)來進行的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反應(yīng)輸入信號的狀態(tài)，輸出點反應(yīng)輸出鎖存器的狀態(tài)。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。該智能倉庫的梯形圖程序分析如下： 初始化主控指令該段程序主要是用來控制其內(nèi)部的通用輔助繼電器觸點，如圖42所示。圖42 初始化梯形圖當(dāng)M30接通或M40而X00X00X004斷開時輸出M101，之后M101接通開始對各個動作進行檢測判斷，以便確定正確的位置來完成貨物的存取，如圖43所示。其它的動作執(zhí)行和其相似，具體情況詳見梯形圖：圖43 位置檢測梯形圖當(dāng)出現(xiàn)錯誤時可以通過以下程序來控制系統(tǒng)的運行，通過輸出操作錯誤，然后再改變操作來確保貨物存取的正確性。先將PLC與計算機的串口互連，然后可以進入【傳輸設(shè)置】對話框，進行FX2n PLC設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)設(shè)定，可以進行PLC和計算機的串口通信方式的設(shè)定，可以進行其他網(wǎng)絡(luò)電的設(shè)定，還可以實現(xiàn)通信測試。圖51 程序的調(diào)試……帶程序全部寫入PLC之后，首先運用PLC的編程軟件進行模擬調(diào)試，模擬調(diào)試成功后，接上外部接線進行現(xiàn)場調(diào)試，現(xiàn)場調(diào)試的具體情況如表51所示：表51 程序運行過程記錄PLC元件狀態(tài)運行結(jié)果X0ON啟動X1ON手動、自動X2ON取出X3ON送進X4ON取消X5ON急停X6ON1號倉庫的鍵X7ON2號倉庫的鍵X10ON3號倉庫的鍵X11ON4號倉庫的鍵X12ON5號倉庫的鍵X13ON6號倉庫的鍵X14ON7號倉庫的鍵X15ON8號倉庫的鍵X16ON9號倉庫的鍵X17ON10號倉庫的鍵X20ON11號倉庫的鍵X21ON12號倉庫的鍵X22ON檢驗0號倉庫X23ON檢驗1號倉庫X24ON檢驗2號倉庫X25ON檢驗3號倉庫X26ON檢驗4號倉庫X27ON檢驗5號倉庫X30ON檢驗6號倉庫X31ON檢驗7號倉庫X32ON檢驗8號倉庫X33ON檢驗9號倉庫X34ON檢驗10號倉庫X35ON檢驗11號倉庫X36ON檢驗12號倉庫X37ON前進限制X40ON后退限制X41ON后退超過X42ON向上限制X43ON向下限制X44ON向下超過X45ON前時限制X46ON取出限制X47ON取出超過72 結(jié)　論本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC強大的控制功能，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。通過本設(shè)計，我學(xué)到了很多東西，對待工作要的耐心、細心、嚴謹和求精。謝 辭經(jīng)過兩個多月的忙碌和工作，畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完成，作為一個?？粕漠厴I(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。黨老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從課題選擇到資料查閱，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。幾個月多來，黨老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我許多值得我學(xué)習(xí)和借鑒的品質(zhì)，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 然后還要感謝讀書以來所有的老師，不僅授我以文，而且教我做人，給以終生受益無窮之道。 其次要感謝511全體寢室成員，如果沒有他們的幫助、鼓勵和陪伴，學(xué)習(xí)生活將變得非常困難。 最后，向我的親愛的家人和親愛的朋友表示深深的謝意，他們給予我的愛、理解、關(guān)心和支持是我不斷前進的動力。 氣有浩然 ， 學(xué)