【正文】 圖 電容分組式單相異步電動(dòng)機(jī)原理圖 1— 工作繞組； 2— 起動(dòng)繞組 K— 離心式開(kāi)關(guān)； C— 電容器 單相異步電動(dòng)機(jī)的突出特點(diǎn)是沒(méi)有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和固定的轉(zhuǎn)向。為此要設(shè)置啟動(dòng)裝置，以及電機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)與主磁場(chǎng)在空間和時(shí)間上不同相得磁場(chǎng)，從而形成一定大小的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 單相交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速與三相交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速不同，將單相220V 輸入、三相輸出的變頻器的三個(gè)輸出端子（ U、 V、 W），接任意兩端。輸出單相變頻調(diào)速電源在輸出端上串上一個(gè)足夠電感量的電 感，用于隔離電動(dòng)機(jī)電容對(duì)變頻器的危害作用（同時(shí)對(duì)變頻器的高載波率起到一定的濾波作用），并保護(hù)電動(dòng)機(jī)電容，此電路只適用于小功率單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式和罩極式電動(dòng)機(jī)，不適用于帶離心開(kāi)關(guān)的單相電動(dòng)機(jī)。另外，變頻器的輸出電壓和電動(dòng)機(jī)的輸出電壓相匹配，變頻器要留有足夠的容量（應(yīng)比電動(dòng)機(jī)的使用功率大三倍）。串聯(lián)的電感要有足夠的電感量和通過(guò)電流的流量，電感的磁性材料應(yīng)與變頻器的載波率相匹配。 變頻器和單相電容式運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的接線如圖 所示。 PLC 在倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用 15 變頻調(diào)速器R S U V W單相電容式運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電容AC 220 圖 變頻器與單相電容 式運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的接線圖 碼垛機(jī)貨叉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)定子的各相繞組按照一定的順序通電、斷電，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子按既定的方向一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)固定的角度，這個(gè)角度被稱(chēng)為“步距角”，通常用 ? 表示。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上均勻的分布著許多小齒，相鄰的兩個(gè)小齒的中心線間的角度稱(chēng)為齒距角?( 360? ? 轉(zhuǎn) 動(dòng) 齒 數(shù))。對(duì)于 m 相 n 拍的步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，則轉(zhuǎn) 子走過(guò)了 n 個(gè)步距角 ? ，所以步距角 ? ?360nn??? ? ?轉(zhuǎn) 子 步 數(shù) （ 21） 我們選用的 S7200 型 PLC 可以通過(guò) 和 兩個(gè)輸出端輸出脈沖串（ PTO）和脈寬調(diào)制（ PWM）。本文選用 PTO 控制方式，所以 PLC 的輸出端 用做高頻脈沖輸出端，電機(jī)選用兩相混合式電動(dòng)機(jī) 42BYG，步距角為? ? ? ?1 .8 0 .9整 步 半 步,該電機(jī)使用配套的 SH20403 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 。圖 是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的接線圖。 PLC 在倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用 16 PLCMA +A B +B 脈沖信號(hào)貨叉方向改變信號(hào)24 VDC公共端1 K 1 K42 BYG步進(jìn)電機(jī)SH 20403 驅(qū)動(dòng)器 圖 步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器接線圖 安全檢測(cè)傳感器的應(yīng)用 （ 1）貨架占有情況檢測(cè) 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)需要知道貨物是否存放在貨架，或者貨物在貨架的位置信息。以免造成誤動(dòng)作，損傷機(jī)械。入庫(kù)操作時(shí)，當(dāng)碼垛機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，先檢測(cè)貨位是否有貨物，若沒(méi)有貨物，則進(jìn)行伸叉作業(yè)，否則發(fā)出信號(hào)使碼垛機(jī)動(dòng)作停止；出庫(kù)時(shí)，若檢測(cè)出相應(yīng)貨位無(wú)貨物，則發(fā)出信號(hào)致碼垛機(jī)動(dòng)作停止。本文采用漫反射型的光電傳感器可以感 知貨物在貨架的存在或者位置。 （ 2）貨物突出貨架檢測(cè) 貨物存放在貨架上，可能由于異常的情況導(dǎo)致貨物突出貨架的情況。這些突出的貨物可能妨礙碼垛機(jī)垂直方向的運(yùn)行，導(dǎo)致貨架或碼垛機(jī)的損害。在碼垛機(jī)垂直軌道上頂端安裝長(zhǎng)距離光電傳感器可以監(jiān)視貨物突出，一旦有突出，向上位機(jī)報(bào)警，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)致碼垛機(jī)停止運(yùn)行。 通信方案的確定 PLC 在倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用 17 為了控制無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)碼垛機(jī)，必須向碼垛機(jī)發(fā)送運(yùn)轉(zhuǎn)和作業(yè)的信息。一個(gè)指令執(zhí)行完了之后，必須從碼垛機(jī)向地面發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，即確認(rèn)信號(hào)，之后才能執(zhí)行下一個(gè)指令。碼垛機(jī)的信息傳遞順序是：碼垛機(jī)首先接受 的作業(yè)信息是從什么地方取貨，之后把它存入什么貨位。碼垛機(jī)控制盤(pán)在收到作業(yè)信息之后向地面控制盤(pán)發(fā)出響應(yīng)信息。碼垛機(jī)根據(jù)作業(yè)信息進(jìn)行作業(yè)。作業(yè)完了之后，向地面發(fā)出“作業(yè)結(jié)束”信息。這樣把一系列作業(yè)進(jìn)行完了之后，成為等待下一個(gè)作業(yè)信息的待機(jī)狀態(tài)。 串行通信中最常用的物理層協(xié)議為 RS232C 和 RS485。本文采用 RS485標(biāo)準(zhǔn)。主要基于以下兩點(diǎn)考慮： （ 1） RS232C 接口標(biāo)準(zhǔn)只能用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，而 RS485 能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。 RS485 允許平衡電纜上連接 32 個(gè)發(fā)送器 /接收器。立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)要 求監(jiān)控系統(tǒng)和 3 臺(tái)碼垛機(jī)控制系統(tǒng)連接，要求物理層的協(xié)議必須支持一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。 （ 2） RS485 采用差動(dòng)發(fā)送 /接收，所以共模抑制比高，抗干擾能力強(qiáng)。立體倉(cāng)庫(kù)的工作環(huán)境較惡劣，熱、電、磁等干擾信號(hào)較多，要求通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力較強(qiáng)，才能保證數(shù)據(jù)的正確接收。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)除上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 由于 PLC 帶有串行通信接口，只需用 RS485 總線分別連接到計(jì)算機(jī)即可，可見(jiàn)系統(tǒng)的構(gòu)建十分簡(jiǎn)單。當(dāng)需要增加新設(shè)備時(shí)，只需要將新設(shè)備也連接到計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)的擴(kuò)展也較容易。為了利用計(jì)算機(jī)帶有的 RS232 接口與下層的各個(gè)模塊通信，在計(jì)算機(jī)上需要安裝 232485 轉(zhuǎn)換器。 輸入輸出點(diǎn)的分配 碼垛機(jī)控制系統(tǒng)采用的 PLC 是 S7200 CPU226，總共使用了所有的 24 個(gè)輸入點(diǎn)和 11 個(gè)輸出點(diǎn)，具體 I/O 點(diǎn)分配如表 24 所示碼垛機(jī)控制系統(tǒng)使用擴(kuò)展 I/O模塊 EM221，其 I/O 分配表如表 25 。擴(kuò)展模塊 EM235 是模擬量 4 輸入 /1 輸出模塊，在本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，只用到兩個(gè)擴(kuò)展模塊 EM235 的輸出通道MO、 VO，接變頻器 MM440 的端口 3 和 4。 表 24 PLC（ CPU226）輸入輸出 I/O 點(diǎn)分 輸入部分 輸出部分 十六 進(jìn)制 顯示 鍵盤(pán)值 1 位 機(jī)械手控制脈沖 鍵盤(pán)值 2 位 機(jī)械手方向改變 鍵盤(pán)值 3 位 升降臺(tái)上升 鍵盤(pán)值 4 位 升降臺(tái)下降 PLC 在倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用 18 機(jī)械手到位限位 小車(chē)向前運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手回位限位 小車(chē)向后運(yùn)動(dòng) 貨臺(tái)是否有物 存物指示燈 自動(dòng) /手動(dòng)（ 1/0） 取物指示燈 小車(chē)前限 BCD輸出 顯示 BCD 碼 1 位 小車(chē)后限 BCD 碼 2 位 升降臺(tái)上限 BCD 碼 3 位 升降臺(tái)下限 BCD 碼 4 位 層尋址 1 小車(chē)停止向前運(yùn)動(dòng) 層尋址 2 小車(chē)停止向后運(yùn)動(dòng) 列尋址 1 手動(dòng)時(shí)層到位指示燈 列尋址 2 手動(dòng)時(shí)列到位指示燈 表 25 EM 221 模塊 I/O 點(diǎn)分配 1 水平左限位 9 縱向認(rèn)址下對(duì)準(zhǔn) 2 水平右限位 10 左端歪斜傳感器 3 垂直上限位 11 右端歪斜傳感器 4 垂直下限位 12 左探有貨傳感器 5 水平前對(duì)準(zhǔn) 13 右探有貨傳感器 6 水平認(rèn)址計(jì)數(shù) 14 低速按鈕 7 縱向認(rèn)址上對(duì)準(zhǔn) 15 中速按鈕 8 縱向認(rèn)址計(jì)數(shù) 16 高速按鈕 本章小結(jié)： 本章依據(jù)設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)的有關(guān)參數(shù)，對(duì)碼垛機(jī)電氣控制的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，碼垛機(jī)的控制方式、通訊方案及認(rèn)址方式的選擇，并設(shè)置了相應(yīng) 的安全保護(hù)措施。 PLC 在倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用 19 第三章 碼垛機(jī)程序控制設(shè)計(jì) S7200 可編程控制器主要使用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件進(jìn)行編程和其它一些相關(guān)處理。 STEP7Micro/WIN 32 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，由西門(mén)子公司專(zhuān)為 SIMATIC S7200 系列可編程控制器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，功能強(qiáng)大，主要由用戶用來(lái)開(kāi)發(fā)控制程序，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序執(zhí)行狀態(tài)。 它提供三種編輯器來(lái)創(chuàng)建你的程序：梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊圖。用任何一種程序編寫(xiě)程序，都可以用另外一種程序編輯 器來(lái)瀏覽和編輯，但要遵守一些輸入規(guī)則。語(yǔ)句表編輯器按照文本語(yǔ)言的形式顯示程序，此編輯器允許你輸入指令助記條款來(lái)創(chuàng)建你的控制程序。 PLC 在倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用 20 本文設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)控制系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式，其中自動(dòng)又有自動(dòng)入庫(kù)和自動(dòng)出庫(kù)兩種工作狀態(tài)。 （ 1）自動(dòng)：由操作員在下層控制臺(tái)輸入貨單，發(fā)出運(yùn)行命令，碼跺機(jī)根據(jù)貨單和命令自動(dòng)運(yùn)行完成任務(wù)，實(shí)現(xiàn)甩手操作。 （ 2）手動(dòng)：由操作員親自駕駛碼跺機(jī)進(jìn)行取貨和放貨操作，其中可以操作貨叉的升降、伸縮，碼跺機(jī)的上升下降，前進(jìn)，后退操作，來(lái)完成貨單任務(wù)。 程序采用模塊化的方式進(jìn)行編寫(xiě)，最后再將 程序的各個(gè)部分集成為能完成完整功能的完整的程序。系統(tǒng)采用中間信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)具體運(yùn)行動(dòng)作的控制，從而更準(zhǔn)確更安全的完成作業(yè) 。并采用指示燈在現(xiàn)場(chǎng)指示系統(tǒng)具體的工作狀態(tài)，并將工作信息寫(xiě)入到內(nèi)存中，方便上位機(jī)對(duì)碼跺機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視。圖 是系統(tǒng)主程序流程圖。 PLC 在倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用 21 手動(dòng)方式 自動(dòng)方式 Y N N Y 圖 主程序流程圖 開(kāi)始 系統(tǒng)上電 碼垛機(jī)自檢子程序 執(zhí)行手動(dòng)操作子程序 碼垛機(jī)運(yùn)行方式選擇 送貨任務(wù) 取貨任務(wù) 執(zhí)行取貨子程序 執(zhí)行送貨子程序 向上位機(jī)上傳碼垛機(jī)狀態(tài) PLC 在倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用 22 碼垛機(jī)自檢和復(fù)位 /歸位程序 碼垛 機(jī)自檢程序 碼垛機(jī)每次開(kāi)機(jī)上電時(shí)， PLC 系統(tǒng)通電，然后執(zhí)行用戶編寫(xiě)的功能模塊程序。PLC 系統(tǒng)上電后，首先執(zhí)行圖 碼垛機(jī)自檢程序。碼垛機(jī)自檢子程序主要是判斷上次系統(tǒng)是否正常關(guān)機(jī)，如果屬于非正常關(guān)機(jī)，碼垛機(jī)有無(wú)不安全因素（貨叉是否在收叉位置，載貨臺(tái)上有無(wú)貨物，貨位位置是否正常等），如果存在不安全因素，碼垛機(jī)開(kāi)始報(bào)警，等待故障處理。如果正常關(guān)機(jī)，則判斷碼垛機(jī)工作模式。在手動(dòng)操作模式下，執(zhí)行手動(dòng)操作子程序。在自動(dòng)模式下，則由碼垛機(jī)機(jī)載控制柜上的觸摸屏操作下發(fā)作業(yè)任務(wù)。 Y N N Y 圖 碼垛機(jī)自檢子程序流程圖 開(kāi)始 檢測(cè)安全關(guān)機(jī)標(biāo)志位 上 次 安 全 關(guān)機(jī) ? 檢測(cè)貨叉位置及貨叉負(fù)載 存在不安全因素 ? 故障報(bào)警，等待故障處理 結(jié)束 PLC 在倉(cāng)庫(kù)碼垛機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用 23 碼垛機(jī)復(fù)位 /歸位程序 當(dāng)碼跺機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí) (如認(rèn)址認(rèn)數(shù)器計(jì)數(shù)錯(cuò)誤等 )，若不及時(shí)糾正，就會(huì)使倉(cāng)庫(kù)管理出現(xiàn)混亂，所以就需要系統(tǒng)能通過(guò)控制按鈕方便的恢復(fù)系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)或設(shè)置，及時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)不同錯(cuò)誤的嚴(yán)重情況，設(shè)立系統(tǒng)歸位和系統(tǒng)復(fù)位兩種方式。 碼跺機(jī)復(fù)位