立體倉庫模型實驗指導(dǎo)書.doc

第1章系統(tǒng)介紹一、QSPLC-CK1立體倉庫系統(tǒng)簡介 QSPLC-CK1立體倉庫模型是用來儲存、分類貨物的。送貨時，根據(jù)貨物的屬性將不同的物體送入到指定的倉位中去；取貨時，根據(jù)需求從指定的倉位中取出貨物，由四層十二個倉位組成,采用滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌、普通絲桿作為傳動裝置，由PLC編程實現(xiàn)X、Y、Z軸位置控制，可完成倉庫車模的自動或手動存取。 該裝置從機(jī)構(gòu)上分為：1）立體倉庫本體單元、2）PLC控制單元、3）接口單元、4）電源單元等組成。 1、立體倉庫本體單元：該單元由四層十二層倉位、巷道起重機(jī)等組成。 2、PLC控制單元：該單元可分別由松下PLC、西門子PLC、OMRON型PLC、三菱PLC等廠家組成。PLC主體具有脈沖輸出功能，能同時實現(xiàn)兩軸定位功能。 3、接口單元：該單元將系統(tǒng)中所有控制單元、執(zhí)行單元、檢測單元、輸入輸出單元的信號都引到面板上，由學(xué)生自行完成線路連接設(shè)計，不同性質(zhì)的節(jié)點采用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)識，并且每個單元自身的線路具有獨(dú)立性，具備擴(kuò)展功能。 4、電源單元：電源單元是由開關(guān)電源提供系統(tǒng)工作的直流24V電壓。 保護(hù)功能：該系統(tǒng)在設(shè)計上設(shè)置了各種包括功能，包括短路保護(hù)、反向保護(hù)、限位保護(hù)、定位保護(hù)。TVT-99C立體倉庫系統(tǒng)中為了防止不確定因素對于系統(tǒng)硬件的損壞，分別在機(jī)械手臂運(yùn)行的橫軸和縱軸上設(shè)置了倉庫的定位孔，當(dāng)機(jī)械手臂運(yùn)行時，位于移動模塊下方的光電傳感器分別檢測運(yùn)行X軸、Y軸的定位點，當(dāng)且僅當(dāng)機(jī)械手臂停止于定位孔點時，對應(yīng)的Z軸才能進(jìn)行取貨和移貨的動作。二、系統(tǒng)各部件名稱與功能 該系統(tǒng)由倉庫本體、巷道起重機(jī)、PLC控制單元、電源單元、接口單元，其部件的實物結(jié)構(gòu)如下圖所示：QSPLC-CK1立體倉庫模型 QSPL-CK1立體倉庫結(jié)構(gòu)實物示意圖1、 倉庫本體倉庫本體分為二個區(qū)，分別為轉(zhuǎn)貨區(qū)、儲貨區(qū)。轉(zhuǎn)貨區(qū)是主要由載貨臺組成，用來周轉(zhuǎn)貨物的，當(dāng)貨物入庫以及貨物出庫時，都是通過轉(zhuǎn)貨區(qū)來完成的；儲貨區(qū)是由十二個倉位組成，分成四行、三列，主要用于儲存不同的貨物。 在轉(zhuǎn)貨區(qū)、儲貨區(qū)都分別安裝了檢測傳感器，用于檢測實現(xiàn)對貨物的定位。 轉(zhuǎn)貨區(qū)、儲貨區(qū)如下圖所示：2、巷道起重機(jī) 巷道起重機(jī)由二軸行走機(jī)構(gòu)、送料臺、驅(qū)動器等組成，如下圖所示：巷道起重機(jī)總共具有三個自由度，能實現(xiàn)水平移動、垂直移動、前后移動等操作，貨物的轉(zhuǎn)移主要是由其完成操作的。 操作流程：1、送操作：復(fù)位到初始位水平移動到轉(zhuǎn)貨臺位置取貨水平、垂直移動指定倉位放貨復(fù)位到初始位 2、取操作：復(fù)位到初始位水平、垂直移動指定倉位取貨水平、垂直移動到轉(zhuǎn)貨臺放貨復(fù)位到初始位3、PLC控制單元 PLC控制單元采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200CPU226型可編程序控制器，型號為CPU226CNDC/DC/DC，所有操作控制指令都是由PLC發(fā)出的。 其基本參數(shù)如下表所示：4、電源單元電源單元是用于給系統(tǒng)提供DC24V電源，輸出功率為150W。三、系統(tǒng)功能 該裝置是將PLC控制技術(shù)、位置控制技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)、直流電機(jī)驅(qū)動技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)等有機(jī)結(jié)合成一種的教學(xué)儀器設(shè)備，適用于大中專院校學(xué)生畢業(yè)設(shè)計、課程設(shè)計、實習(xí)實驗等，也可作為教師研究開發(fā)等實物實訓(xùn)。在實訓(xùn)過程中，主要完成下面兩方面的訓(xùn)練：（1）硬件方面的訓(xùn)練 該裝置中所有器件的接口全部開放，在認(rèn)真學(xué)習(xí)了該設(shè)備硬件原理的基礎(chǔ)上，按照系統(tǒng)原理接線框圖，可要求學(xué)生單獨(dú)完成系統(tǒng)的硬件接線工作。（2）軟件方面的訓(xùn)練 在充分了解機(jī)械手工作過程基礎(chǔ)上以及熟悉PLC指令系統(tǒng)后，按照系統(tǒng)流程框圖進(jìn)行編程訓(xùn)練；可要求學(xué)生理解系統(tǒng)程序設(shè)計思想，掌握系統(tǒng)的編程設(shè)計方法。出廠配置：1、立體倉庫一套（含滾珠絲桿三套、立體倉庫本體一臺）2、主機(jī)模塊（S7-200CPU226）1個3、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2個4、電源單元1個5、編程電纜1根6、接口板1塊7、連接導(dǎo)線若干四、控制原理及工作流程 系統(tǒng)在電氣設(shè)計上，電機(jī)主要采用步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)，分別控制水平移動、垂直移動及送貨臺的動作。傳感器采用對射式、反射式傳感器以及微動開關(guān)，用于完成貨物的檢測和限位保護(hù)等。 系統(tǒng)在機(jī)構(gòu)設(shè)計上采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動機(jī)構(gòu)。當(dāng)碼垛機(jī)平臺移動到貨架的指定位置時，送貨臺向前伸出可將貨物取出或送入，當(dāng)取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。整個系統(tǒng)需要三維的位置控制。其工作流程如下： 1）接通電源。 2）系統(tǒng)自檢。 3）將功能開關(guān)置于自動位置。 4）將一帶托盤汽車模型置于10#倉位，放置模型時，入位要準(zhǔn)確，并注意到倉位底部檢測開關(guān)已動作。 5）執(zhí)行取指令 a)選擇欲取倉位號（如10#），按動倉位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號。 b)按動“取”指令按鈕，執(zhí)行取出動作，若0#倉位內(nèi)已有汽車，則該指令不被執(zhí)行。需要由用戶手動將貨物移走。 c)指令完成后，機(jī)系統(tǒng)自動返回。 d)如執(zhí)行取出指令前，被選倉位（如10#）無汽車，則送指令將不被執(zhí)行。 6）執(zhí)行送指令 a)選擇欲送倉位號（如10#），按動倉位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號。 b)按動送指令按鈕，若被選擇10#倉位內(nèi)已有汽車，則該指令不被執(zhí)行。需要由用戶手動將貨物移走。 c)指令完成后，系統(tǒng)自動返回。 d)如執(zhí)行送入指令前，0#倉位無汽車，則送指令將不被執(zhí)行。 根據(jù)前面的分析，該立體倉庫系統(tǒng)的運(yùn)行情況歸納如下： 當(dāng)按下啟動按鈕后，允許進(jìn)行立體倉庫運(yùn)行的控制。在正常的情況下，按下某一倉位的按鈕和“取”或“送”按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)行相應(yīng)的動作，此時控制面板上的數(shù)碼管顯示相應(yīng)的倉位號。當(dāng)出現(xiàn)故障時，電機(jī)停止運(yùn)行。在緊急情況下，按下緊急按鈕，送貨物送回原來的位置，只有當(dāng)故障排除后，才能重新運(yùn)行。第2章使用說明一、安裝環(huán)境： 避免將設(shè)備安裝到下列場所： 1、日光直射或者環(huán)境溫度超出0到50范圍的場所。 2、相對濕度超出35%RH到75%范圍或者由于劇烈溫度變化產(chǎn)生結(jié)露的場所。 3、空氣中存在腐蝕氣體或可燃?xì)怏w場所。 4、對本體造成直接振動或撞擊的場所。 5、粉塵、鐵屑或鹽分較多的場所。 6、會使本設(shè)備附著水、油或化學(xué)物質(zhì)的場所。 7、空氣中含有有機(jī)溶濟(jì)的例如苯、涂料稀釋濟(jì)、酒精或者強(qiáng)堿物質(zhì)如氨和苛性堿的場所。二、靜電防護(hù)： 在干燥的環(huán)境下有產(chǎn)生靜電累積的危險，所以當(dāng)需要觸摸設(shè)備時，應(yīng)選通過接地設(shè)備對其進(jìn)行放電再觸摸。三、清洗 四不要使用稀料或類似的溶液清洗，因為會溶解本體的某些部件并且會造成褪色。四、供電順序 在給變頻器供電之前控制單元應(yīng)處于停止工作狀態(tài)。五、在接通電源之前 當(dāng)您是第一次接通供電時，請注意以下事項： 1、請確認(rèn)沒有接線的碎屑或者尤其是導(dǎo)電物質(zhì)在印制電路板上。 2、確認(rèn)電源接線、輸入/輸出接線和電壓是正確的。 3、確認(rèn)控制單元是處于停止工作狀態(tài)。第3章安裝 一、設(shè)備的安裝1、 實驗桌的選擇：QSPLC-CK1采用平板式結(jié)構(gòu)，應(yīng)放置在一個平臺上，同時為了實驗需要，最好配備一臺電腦，其尺寸應(yīng)滿足：長度1600mm寬度800mm高度750mm2、電源的選擇供電電壓：交流AC220V輸出功率：大于150W3、電腦配置CPU：主頻600MHz以上。RAM：256MB內(nèi)存（推薦512MB）空余磁盤空間：600MB以上。顯示設(shè)備：XGA，支持1024*768分辨率，16bit以上彩色深度。二、接線（1）電源引線的連接在接口單元板上每一側(cè)都有電源輸出端，如下圖所示：當(dāng)系統(tǒng)需要DC電源供電時，只需要從最近的電源輸出端引出電源線。注意上述圖示的四個電源輸出正端部已經(jīng)內(nèi)部短接，四個電源輸出負(fù)端也已經(jīng)內(nèi)部短接。 如果電源輸出電壓不正常，請先檢查外部供電電源是否正常，然后再檢查保險絲是否損壞，檢查完畢如果都正常，請查看開關(guān)電源是否正確。（2）PLC的輸入輸出接線PLC的輸入輸出端子在接線之前，應(yīng)將其對應(yīng)的公共端與電源的相關(guān)的端子進(jìn)行連接。具體連接方式如下：PLC輸入端的“M”接電源輸出正端，PLC輸出端的“M”接電源輸出的負(fù)端，“L+”接電源輸出的正端。見下圖所示。 連接完P(guān)LC的公共端以后，根據(jù)系統(tǒng)的I/O接線圖將對應(yīng)的輸入輸出端子與各執(zhí)行器或檢測器件進(jìn)行連接，以I0.0接SQ2，Q0.0接Z軸F端（正轉(zhuǎn)）為例，如下圖所示：（3）外圍設(shè)備的接線1）傳感器的接線在該系統(tǒng)中，涉及到的傳感器從功能上分為：光電傳感器、光電開關(guān)、行程開關(guān)等。從接線方式上分為兩種，一種是三線式，另一種是二線式。光電傳感器采用三線式接線方式，光電開關(guān)、行程開關(guān)是二線式。三線式傳感器分為電源線和信號線，其中電源線為兩根，分別接24V直流電源的正負(fù)端子，信號線根據(jù)I/O分配表與PLC的輸入端進(jìn)行連接。（關(guān)于與PLC之間的連接可參見PLC的輸入輸出接線方式）。具體的接線方式如下圖所示：二線式傳感器分為信號線和公共線，公共線接24V直流電源的負(fù)端子，信號線根據(jù)I/O分配表與PLC的輸入端進(jìn)行連接。具體接線方式如下圖所示： 在系統(tǒng)設(shè)計時，為了節(jié)省接線，將傳感器的電源線都短接在一起，因此在使用過程中可以預(yù)先將傳感器的電源線與電源輸出端進(jìn)行連接（參見電源引線的連接）。 下面以光電開關(guān)SQ1為例說明一下傳感器的連接。光電開關(guān)的信號SQ1與PLC的輸入端I0.0進(jìn)行連接。其接線如下圖所示：2）矩陣鍵盤及倉庫檢測的接線 為了方便外部指令的輸入，系統(tǒng)設(shè)置了矩陣鍵盤區(qū)。矩陣輸入是一種高效的輸入方式，通過設(shè)定系統(tǒng)的掃描時鐘，可以方便的以矩陣的行數(shù)a和列數(shù)b來表征矩陣內(nèi)部各點的狀態(tài)，即以較少的點數(shù)（a+b）來表示較多的狀態(tài)（a*b）。 在PLC的接線方面，一般是將行系列（H0、H1、H2、H3）設(shè)定為掃描檢測，列系列（D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7）設(shè)定為輸入檢測，即將PLC的輸出端口接到矩陣的行系列，將PLC的輸入端口接到矩陣的列系列，下面以PLC的輸入端口I0.0、I0.1、I0.2、I0.3作為列系列，輸出端口Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3作為行系列為例說明，其接線如下圖所示：3）調(diào)試開關(guān)的接線 為了實驗方便，在每個接口板的右下方都設(shè)有調(diào)試開關(guān)區(qū)，用作手動調(diào)試時作為輸入信號使用，也可作為PLC的模擬輸入信號。 開關(guān)的接線方式為二線式，其中一根為信號線，另一根為公共端。 信號線與PLC的輸入端連接，公共端與電源輸出的負(fù)端進(jìn)行短接。 在設(shè)計實驗單元板時，為了節(jié)省布線，將所有開關(guān)的公共端短接在一起。 以一個開關(guān)的接線為例，假設(shè)開關(guān)的信號線為I0.0，則其實際接線圖如下所示：4)直流電機(jī)的接線 直流電機(jī)的控制是應(yīng)用PLC控制外部繼電器的吸合從而控制直流電機(jī)兩端的電壓方向，達(dá)到控制電流電機(jī)正反轉(zhuǎn)的目的，其直流電機(jī)控制接線如下所示：5)步進(jìn)電機(jī)的接線 步進(jìn)電機(jī)的控制是應(yīng)用PLC的脈沖輸出功能，對于西門子S7-200CPU來說，只有晶體管輸出型能輸出高速脈沖列和脈沖寬度可調(diào)的波形。因此對于步進(jìn)電機(jī)的接線方式來說，脈沖端CP只能與Q0.0或Q0.1連接。在習(xí)慣上為了接線方便，一般將Q0.2或Q0.3作為步進(jìn)電機(jī)的方向控制。步進(jìn)電機(jī)的公共端接電源輸出的負(fù)端。 步進(jìn)電機(jī)是接有源的器件，因此在控制之前，需要外接24V直流電源。這樣步進(jìn)電機(jī)控制的接線如下所示： 對于脫機(jī)電平，當(dāng)輸入高電平信號時，電機(jī)處于無扭矩狀態(tài)，是用來保護(hù)電機(jī)運(yùn)行的，在正常情況下，可以不需要接此信號。第4章系統(tǒng)的實訓(xùn)實驗課題4.1基本指令操作訓(xùn)練實驗1、輸入輸出指令操作訓(xùn)練例題1：撥動控制開關(guān)SW0,信號燈L0亮，撥動控制開關(guān)SW1，信號燈L0熄滅。例題解析：（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）梯形圖程序如下所示：（4）思考題：1）用一個開關(guān)如何完成題目要求的實驗內(nèi)容。2）按照下述時序圖編寫程序。提示：采用上升沿指令和下降沿指令來完成控制。3）按照下述時序圖編寫程序。提示：可以采用計數(shù)器指令來完成實驗控制。例題2：在三個不同的地方分別用三個開關(guān)控制一盞信號燈，任何一地的開關(guān)動作都可以使燈的狀態(tài)發(fā)生改變，即不管開關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)是打開還是關(guān)閉，只要有開關(guān)動作則燈的狀態(tài)就發(fā)生改變。例題解析：根據(jù)該控制，系統(tǒng)用三個開關(guān)實際上達(dá)到了12種狀態(tài)的輸入，這12種狀態(tài)分別是：1）開關(guān)1打開時，指示燈處于閉合狀態(tài)；2）開關(guān)1打開時，指示燈處于打開狀態(tài)；3）開關(guān)1閉合時，指示燈處于打開狀態(tài)；4）開關(guān)1閉合時，指示燈處于閉合狀態(tài)；5）開關(guān)2打開時，指示燈處于閉合狀態(tài)；6）開關(guān)2打開時，指示燈處于打開狀態(tài)；7）開關(guān)2閉合時，指示燈處于打開狀態(tài)；8）開關(guān)2閉合時，指示燈處于閉合狀態(tài)；9）開關(guān)3打開時，指示燈處于閉合狀態(tài)；10）開關(guān)3打開時，指示燈處于打開狀態(tài)；11）開關(guān)3閉合時，指示燈處于打開狀態(tài)；12）開關(guān)3閉合時，指示燈處于閉合狀態(tài)；上述12狀態(tài)分別對應(yīng)于兩種結(jié)果，實際上就類似于一個“翻轉(zhuǎn)”操作，可以成對使用置位指令和復(fù)位指令。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：（2）系統(tǒng)接線圖（3）程序梯形圖如下所示：（4）思考題1）、現(xiàn)在一些賓館和家庭客廳中的裝飾燈，是利用一個開關(guān)來實現(xiàn)不同的控制組合。例如，房間內(nèi)有1，2，3號三個燈，按動一下開關(guān)，三個燈全亮；再按一下，1，3號燈亮，2號滅；再按一下，2號燈亮，1，3號滅；再按一下全部滅。寫出I/O分配表，設(shè)計梯形圖程序。實驗2、順序控制指令操作訓(xùn)練例題3：撥動控制開關(guān)SW0，延遲10S后信號燈L0亮，經(jīng)過10S后信號燈斷開。例題解析：（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）程序設(shè)計如下圖所示：程序解釋： 當(dāng)控制開關(guān)I0.0上電閉合時，中間繼電器M0.0得電自鎖，定時器T37開始工作，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時間10s后，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，故M0.0失電，Q0.0得電自鎖.此時定時器T38得電開始工作，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值10s后，Q0.0斷開。（4）思考題 1）、設(shè)計一個密碼鎖控制電路，用撥碼開關(guān)輸入，正確輸入65后2秒室內(nèi)照明燈開。正確輸入87后2秒室內(nèi)空調(diào)通電運(yùn)行。例題4：用控制開關(guān)SW0控制三盞信號燈的動作。要求：打開控制開關(guān)SW0，信號燈L0亮，延遲2S后熄滅，緊接著信號燈L1亮，延遲2S后熄滅，緊接著信號燈L2亮，延遲2S后熄滅，然后信號燈L0亮，依次循環(huán)下去，直到控制開關(guān)SW0關(guān)閉，所有動作停止。例題解析：（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下： (2)系統(tǒng)接線圖（3）梯形圖程序如下所示：（4）程序解釋： 當(dāng)控制開關(guān)I0.0觸發(fā)時，Q0.0得電自鎖，啟動定時器T37，經(jīng)過2秒后斷開，將Q0.0復(fù)位。 當(dāng)定時器T37觸發(fā)后，Q0.1得電自鎖，同時啟動定時器T38，經(jīng)過經(jīng)過2秒后斷開，將Q0.1復(fù)位。 當(dāng)定時器T38觸發(fā)后，Q0.2得電自鎖，同時啟動定時器T39，經(jīng)過經(jīng)過2秒后斷開，將Q0.2復(fù)位。 當(dāng)定時器T39觸發(fā)后，Q0.0得電自鎖，同時啟動定時器T37，經(jīng)過經(jīng)過2秒后斷開，將Q0.0復(fù)位，依次循環(huán)下去。（5）思考題： 設(shè)計一個梯形圖程序完成如下功能：有9盞彩燈，排列成同心圓形狀，其中L1為圓心，L2、L3、L4、L5排列為小圓，L6、L7、L8、L9排列為大圓。要求當(dāng)啟動按鈕按下后，首先是L1亮，延時1s后L1滅，L2、L3、L4、L5亮，再延時1s后，L2、L3、L4、L5滅，L6、L7、L8、L9亮，形成內(nèi)外的放射效果，再延時1s后L6、L7、L8、L9滅，L1亮，開始下一個循環(huán)。任何時候按下停止按鈕，所有的燈都滅。但在下一次啟動時應(yīng)接著上一次停止時的狀態(tài)重新開始循環(huán)。實驗3、鍵盤裝置掃描檢測及顯示技術(shù)操作訓(xùn)練例題5：利用矩陣描述技術(shù)和數(shù)碼管顯示完成實驗要求。當(dāng)按下矩陣鍵盤K1K3時，對應(yīng)的數(shù)碼管顯示13，當(dāng)按下矩陣鍵盤K5K7時，對應(yīng)的數(shù)碼管顯示46，當(dāng)按下矩陣鍵盤K9K11時，對應(yīng)的數(shù)碼管顯示79，當(dāng)按下矩陣鍵盤K13K15時，對應(yīng)的數(shù)碼管顯示1012，按下K4鍵時，顯示歸零。例題解釋: 鍵盤掃描技術(shù)就是要求通過掃描H0、H1、H2、H3端口來判斷當(dāng)前按鈕的狀態(tài)。當(dāng)按下K5時，H1觸發(fā)時，X4輸入信號有效，這樣就可以進(jìn)行判斷是哪一個按鍵。 數(shù)碼顯示是采用BCD編碼方式的，故采用四個端口就可以表示16個數(shù)字狀態(tài)。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：輸入接口輸出接口PLC端單元板端口注釋PLC端單元板接口注釋I0.4D4矩陣按鈕的第一列Q1.4B00數(shù)碼顯示的0位I0.5D5矩陣按鈕的第二列Q1.5B01數(shù)碼顯示的1位I0.6D6矩陣按鈕的第三列Q1.6B02數(shù)碼顯示的2位I0.7D7矩陣按鈕的第四列Q1.7B03數(shù)碼顯示的3位 (2)系統(tǒng)接線圖主程序SCAN子程序：（4）程序分析1）程序第一段是用于調(diào)用子程序，VW238是用于存儲當(dāng)前的按鍵號，VW270是用于存儲數(shù)碼顯示區(qū)的數(shù)據(jù)，通過位傳送給輸出端口用于七段碼顯示。 2）程序第二段是用于將子程序判斷的數(shù)字傳送給VW238。 3）程序第三段是用于清除當(dāng)前顯示數(shù)字。 SCAN子程序是用于判斷哪個按鍵被按下。 子程序的的第一段是用于狀態(tài)初始化，對狀態(tài)寄存器MW10清零。子程序的第二段是制作一個脈沖發(fā)生器，用于產(chǎn)生周期為0.08s的周期時序脈沖。子程序的第三段是用脈沖發(fā)生器掃描輸出端口Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7，使其處于順序接通狀態(tài)，接通周期與掃描周期一致。 子程序的第四段就是用于傳送狀態(tài)信號至VD200，為主程序作邏輯判斷提供依據(jù)。（5）思考題 1）、理解矩陣掃描的思想，利用上述程序，請編寫一個顯示程序，顯示最后一個入庫的貨物的倉位號。 2）如果倉庫的倉位數(shù)量超過16個，如何顯示？4.2步進(jìn)電機(jī)控制操作訓(xùn)練實驗1、單軸步進(jìn)電機(jī)定位控制例題1：當(dāng)按下控制開關(guān)SW0時，機(jī)械手從當(dāng)前位置沿X軸右行10cm，當(dāng)撥回控制開關(guān)SW0時，機(jī)械手回到初始位置。例題解釋：根據(jù)題意，電機(jī)的運(yùn)動軌跡可以描述如下圖所示： 由于題意中未設(shè)定電機(jī)的運(yùn)行速度，不妨假設(shè)的電機(jī)的速度為1000脈沖/s，這樣問題就歸結(jié)于控制一個電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)一段脈沖的問題，只需要用PLC自帶的脈沖輸出信號PLS指令就可以完成要求。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）系統(tǒng)程序設(shè)計如下：（4）程序分析： 第一段程序是用于初始化脈沖發(fā)生器PTO0，通過對控制字節(jié)SMB67傳送16#8D，實現(xiàn)單段脈沖輸出，掃描時間為1ms.。對控制字SMW68、SMD72傳送0實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化。 第二段程序是用于控制脈沖發(fā)生器PTO0發(fā)出13300個脈沖，用于完成10cm的行走。 第三段程序是用于控制步進(jìn)電機(jī)的方向信號Q0.2。 第四段程序是用于控制巷道起重機(jī)回到初始位置。（5）思考題： 1）、如何測算電機(jī)的脈沖數(shù)與其實際行走距離之間的換算關(guān)系？參考：可以測算1000個單位脈沖所行走的距離，然后進(jìn)行換算。 2）、如果考慮電機(jī)的左右限位，應(yīng)該如何修改程序。 3）、參照程序，編寫電機(jī)行走15cm的梯形圖程序，并上機(jī)調(diào)試。實驗2、單軸步進(jìn)電機(jī)速度控制例題2：當(dāng)按下控制開關(guān)SW0時，機(jī)械手從當(dāng)前位置以500Hz速度運(yùn)行5cm，然后以1000Hz速度運(yùn)行5cm，接著以1500Hz速度運(yùn)行5cm，最后以500Hz速度運(yùn)行5cm結(jié)束，打開控制開關(guān)SW0時，系統(tǒng)回到初始位置。例題解釋：該要求與上題的區(qū)別之處在于系統(tǒng)要求改變運(yùn)行速度，這就要求改變PTO/PWM周期值SMB68并且考慮行進(jìn)的時序性，可以采取步進(jìn)指令來完成該程序設(shè)計。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）系統(tǒng)程序設(shè)計如下： （4）程序分析 1）程序第一段是用于完成脈沖發(fā)生器PTO0的初始化。 2）程序第二段至第八段是完成第一速度的行進(jìn)，第九段至第十四段完成第二速度的行進(jìn)，第十五段至第二十段完成第三速度的行進(jìn)，第二十一段至二十五段完成第四速度的進(jìn)。 3）程序第二十六段完成系統(tǒng)的復(fù)位。（5）思考題 1）不用步進(jìn)指令，完成題目要求。 2）仔細(xì)觀察電機(jī)在不同速度下的行走情況，試分析其原理，找出一個最佳速度，并說明理由。實驗3、雙軸步進(jìn)電機(jī)定位控制例題3、使用下面圖示的兩種路徑完成起重機(jī)的動作。要求起重機(jī)從初始點A運(yùn)行到目標(biāo)點B，以兩種路徑進(jìn)行，速度要求為1000脈沖/s（1）路徑A：起重機(jī)從X軸右行20cm，然后沿Y軸下行15cm，如路徑1所示軌跡到達(dá)B點。（2）路徑B：起重機(jī)的X軸、Y軸同動，合成軌跡為路徑2，同樣到達(dá)B點。例題解釋： 起重機(jī)的雙軸控制實際上就是同時控制兩個脈沖發(fā)生器的動作。兩路脈沖的輸出可分成兩種形式： 1）串行輸出方式。顧名思義，就是讓脈沖發(fā)生器一個一個的動作，依次完成脈沖輸出的動作，所有的動作軌跡均為直線。 2）并行輸出方式。多路脈沖發(fā)生器同時動作，被控對象以合成速度運(yùn)行，動作軌跡既可以是直線，也可以是曲線。 本題目就是要求分別用上述兩種方式完成實驗。第一種輸出方式的控制可以參見前面的實驗。第二種輸出方式所走的軌軌跡是一條直線，故要求電機(jī)所給的速度應(yīng)該與其路徑成正比。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）程序設(shè)計如下所示：1）按照軌跡1設(shè)計的梯形圖程序如下所示： 2）按照軌跡2設(shè)計的梯形圖程序如下所示： 程序分析： 軌跡1的程序?qū)嶋H就是順序控制兩個脈沖發(fā)生器動作，起到過渡作用的信號是第一個脈沖發(fā)生器的狀態(tài)標(biāo)志位SM66.7，通過巧妙的取其動作邊沿，達(dá)到了在脈沖發(fā)生器PTO0完成脈沖輸出后立即啟動脈沖發(fā)生器PTO1的作用。 軌跡2的程序相對而言比較易于理解，利用一個控制信號同時控制兩個脈沖發(fā)生器，達(dá)到實現(xiàn)兩個脈沖發(fā)生器動作的目的。（5）思考題 1）試分析上述兩種控制方法的適用環(huán)境。參考：由于運(yùn)行軌跡不同，故其適用的場合有差異。 2）選擇一種理解方便的方法，完成三個坐標(biāo)點之間的轉(zhuǎn)移。實驗4、雙軸步進(jìn)電機(jī)速度控制課題4：控制機(jī)械手完成例題3所要求的路徑B的同時，機(jī)械手的運(yùn)行過程分為三個過程：起動、運(yùn)行、停止，其速度曲線如下圖所示：例題解釋： 在實際的電機(jī)控制過程中，電機(jī)的啟停體現(xiàn)在速度的變化上一般是某種特定的曲線，最常見的方式就是如上圖所示的包絡(luò)線。 西門子公司為了方便用戶控制電機(jī)實際包絡(luò)線控制電機(jī)，在軟件設(shè)計上增加了向?qū)Чδ?，利用向?qū)Э梢苑奖愕膶崿F(xiàn)電機(jī)的控制。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）程序設(shè)計： 1）進(jìn)入指令向?qū)Ы缑?。點擊“工具”，進(jìn)入“位置控制向?qū)А?。彈出的對話框要求用戶選擇是用內(nèi)置的脈沖發(fā)生器還是使用擴(kuò)展單元EM253，根據(jù)設(shè)備情況，我們選擇“配置S7-200PLC內(nèi)置PTO/PWM操作“模式，如下圖所示。設(shè)置完成后，點擊下一步。 2）在彈出的對話框中要求用戶選擇一個脈沖發(fā)生器。S7-200型PLC提供了兩個脈沖發(fā)生器，一個分配在數(shù)字輸出點Q0.0，另一個分配在數(shù)字輸出點Q0.1。首先選擇脈沖發(fā)生器Q0.0，如下圖所示：3）在彈出的對話框中選擇“線性脈沖串輸出（PTO）”方式，如下圖所示，設(shè)置完成后點擊下一步：4）彈出的對話框是要求用戶設(shè)置電機(jī)的速度，分別設(shè)置電機(jī)的最高速度為5000脈沖/秒，啟停速度為500脈沖/秒，如下圖所示：5）彈出的對話框是要求用戶設(shè)置加減速時間，分別設(shè)定為300ms，如下圖所示：6）彈出的對話框是要求用戶實際包絡(luò)線的繪制，點擊新包絡(luò)線，系統(tǒng)會提示您是否“增加一個新的運(yùn)動包絡(luò)線”，如下圖所示：7）確認(rèn)完成增加一個新的運(yùn)動包絡(luò)線后，系統(tǒng)將要求定義包絡(luò)線，包括指定的目標(biāo)速度和位置。設(shè)定操作模式為相關(guān)位置，目標(biāo)速度為1500脈沖/秒，目標(biāo)位置為1500個脈沖，如下圖所示，設(shè)定完成后點擊“繪制包絡(luò)線”，在右邊的方框中則會顯示出預(yù)期的包絡(luò)線圖案，如下圖所示：8）完成包絡(luò)線的定義后，需要給系統(tǒng)分配一定的存儲區(qū)，用于存儲上述的設(shè)定。系統(tǒng)會自動從VB0開始，根據(jù)配置要求自動完成地址的輸入，如下圖所示：9）完成上述設(shè)定后，系統(tǒng)會自動生成三個子程序，如下圖所示，在程序中直接調(diào)用即可。10）配置另一個脈沖發(fā)生器，基本步驟與上述方式一致，只是在選擇脈沖發(fā)生器的對話框中選擇“Q0.1”，如下圖所示：11）設(shè)定完成后系統(tǒng)會自動為Q0.1同樣生成一組子程序用于完成包絡(luò)線的控制。12）回到主程序，調(diào)用剛才設(shè)定的子程序，如下圖所示：（4）程序分析： 利用向?qū)瓿傻奈恢每刂瞥绦?，簡單易讀，程序的第一段和第二段分別是用于控制脈沖發(fā)生器的停止操作。 第三段和第四段是用于控制脈沖發(fā)生器按照繪制的包絡(luò)線完成步進(jìn)電機(jī)的動作。（5）思考題： 1）根據(jù)上述程序，完成兩軸同時動作程序設(shè)計 參考：兩軸同時動作的程序在第一段和第二段的設(shè)計上面沒有什么差導(dǎo)，只是在控制信號上選擇同個信號即可，如下圖所示：（2）利用指令向?qū)В謩e完成前面幾個課題的設(shè)計任務(wù)。4.3傳感器檢測技術(shù)訓(xùn)練實驗1、光電傳感器定位及限位檢測技術(shù)操作訓(xùn)練例題1：分別用六個傳感器檢測三個軸的原點及限位，要求：當(dāng)系統(tǒng)初始化時，各個軸回到自己的原點；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中達(dá)到某個軸的限位時，立即停止當(dāng)前軸的動作。例題解釋： 傳感器在系統(tǒng)的設(shè)計過程中一般是用于定位及限位作用的。定位就是利用傳感器來判定系統(tǒng)是否處于指定位置，而限位就是要求系統(tǒng)不能超過指定位置。因此在程序設(shè)計中常利用傳感器實現(xiàn)系統(tǒng)的定位以及限位保護(hù)。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：（2）系統(tǒng)接線圖（3）系統(tǒng)程序設(shè)計如下所示：（4）程序分析： 程序第一段、第二段、第三段是實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，即讓各個軸回到初始位置。 程序的第四段、第五段、第六段、第七段是實現(xiàn)各個軸的限位的。 關(guān)于子程序PLS_CH0、PLS_CH1是分別用于控制脈沖發(fā)生器PTO1、PTO1輸出脈沖的。STOP_CH0、STOP_CH1是分別控制脈沖發(fā)生器PTO1、PTO1停止輸出脈沖的。至于其詳細(xì)程序，請參見后述章節(jié)的說明。（5）思考題： 1）分析傳感器限位和定位在程序設(shè)計中不同點。 2）思考在限位過程中為何需要用上升指令？4.4倉庫管理操作訓(xùn)練實驗一、倉庫的倉位坐標(biāo)定位例題1、倉庫的形狀如下圖所示，已經(jīng)倉位0的坐標(biāo)是（10，7.9），倉庫上下層及左右層之間的間隔是87，試用程序分別計算出各個倉位的坐標(biāo)。10#11#12#7#8#9#4#5#6#0#1#2#3#例題解釋： 在倉庫的管理系統(tǒng)中，各倉位坐標(biāo)是一個基本參數(shù)，關(guān)于坐標(biāo)的計算方法，原本可歸結(jié)于一個數(shù)學(xué)問題，之所以單獨(dú)列出，是想提出一種利用PLC計算坐標(biāo)系統(tǒng)的方案，為后面進(jìn)行倉庫管理提供一個平臺。 為了便于后面章節(jié)的引用，故程序采用子程序的方式進(jìn)行編寫。子程序的入口參數(shù)為指定的倉位號（從0-12），出口參數(shù)包括該倉位的X軸坐標(biāo)值和Y軸坐標(biāo)值。在程序中用#DEPOT來代表指定的倉位號，用#OUT_X和#OUT_Y來代表該倉位的X軸坐標(biāo)值和Y軸坐標(biāo)值。X軸坐標(biāo)值分別存放在數(shù)據(jù)寄存區(qū)VD616、VD620、VD624、VD628中，Y軸的坐標(biāo)值分別存放在數(shù)據(jù)寄存區(qū)VD600、VD604、VD608、VD612中。（1）程序設(shè)計如下所示： （2）程序分析 程序的第一段是用來計算倉庫0、倉庫1、倉庫2、倉庫3的X軸坐標(biāo)值，第二段是用業(yè)計算倉庫1、倉庫4、倉庫7、倉庫10的Y軸坐標(biāo)值。 程序的第三段至第十段是分別計算各個倉位的X軸、Y軸坐標(biāo)值。由于倉位是一個長方形結(jié)構(gòu)，故任何一個倉位的坐標(biāo)值都可以通過倉庫0倉庫3的X軸坐標(biāo)值和倉庫1、倉庫4、倉庫7、倉庫10的Y軸坐標(biāo)值來表示。 程序的第十一段是用于給其它程序傳送倉位的坐標(biāo)值。 這種程序設(shè)計方法的優(yōu)點是于機(jī)動靈活，便于倉庫擴(kuò)展及修改坐標(biāo)參數(shù)，在實際倉庫控制系統(tǒng)中被大量采用。（3）思考題： 1）如果倉庫的數(shù)量擴(kuò)展到十五個（高度上面再增加一層），如何修改程序？ 2）直接采用數(shù)字傳遞的方式編寫一個程序，完成上述功能，試對比程序的差異及優(yōu)缺點。實驗2、絕對坐標(biāo)系統(tǒng)下的位置控制訓(xùn)練例題2、編寫步進(jìn)電機(jī)程序，要求在絕對坐標(biāo)系統(tǒng)下實現(xiàn)系統(tǒng)的位置控制。要求：步進(jìn)電機(jī)根據(jù)系統(tǒng)提供的脈沖坐標(biāo)數(shù)進(jìn)行移動，當(dāng)目標(biāo)值大于當(dāng)前值時，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)目標(biāo)值小于當(dāng)前值時，電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)目標(biāo)值與當(dāng)前值相等時，電機(jī)不動作。例題解釋： 在倉庫的控制系統(tǒng)中，由于起重機(jī)運(yùn)行于各個倉位之間，而每個倉位的坐標(biāo)是一個定位，故要求其位置控制最好在一個絕對系統(tǒng)下工作，這樣通過輸入不同的倉位坐標(biāo)值，系統(tǒng)能自動完成起重機(jī)的上下左右行進(jìn)工作。 在程序的編寫過程中，僅僅依靠前面章節(jié)講述的步進(jìn)控制方式，已經(jīng)不足以完成系統(tǒng)的控制，故下面介紹一種方式，通過自制子程序完成步進(jìn)電機(jī)的絕對控制方式。這個子程序就是在前面章節(jié)中用到的PLS_CH0，這個子程序的入口參數(shù)有三個，包括電機(jī)的起始速度、運(yùn)行速度和目標(biāo)值，分別用參數(shù)#speed_L，#speed_H，#position來表示。其中目標(biāo)值是采用絕對坐標(biāo)方式來描述的，它代表的含義是系統(tǒng)即將到達(dá)的目標(biāo)脈沖數(shù)，而不是常規(guī)意義下的增量脈沖數(shù)。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：（2）子程序梯形圖如下所示： 程序分析： 該子程序是用于PLC發(fā)出三段包絡(luò)線的脈沖。對于給定了起始頻率、運(yùn)行頻率以及行程的包絡(luò)線，可以根據(jù)公式計算出頻率上升的斜率，基于此原則，子程序是假定外部給定三個孌量：起始頻率、運(yùn)行頻率、脈沖數(shù)（即行程），計算出各段運(yùn)行脈沖數(shù)。 網(wǎng)絡(luò)2中用于將步進(jìn)電機(jī)的當(dāng)前脈沖值存儲于VD4200中，通過運(yùn)算得出設(shè)定值與當(dāng)前脈沖值的差值A(chǔ)C0，即為步進(jìn)電機(jī)將要行走的距離。 網(wǎng)絡(luò)3用于將實際走行距離轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)量，通過直接外部輸入工程坐標(biāo)值，系統(tǒng)就可以將其轉(zhuǎn)換成實際運(yùn)行脈沖值。在本例中，由于要求的脈沖數(shù)，故其當(dāng)量值為1。 網(wǎng)絡(luò)4是實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)操作。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的距離為正值時，方向信號Q0.2為正，電機(jī)向左運(yùn)行，同時將走行距離直接傳送給AC2；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的距離為負(fù)值時，方向信號Q0.2復(fù)位，電機(jī)向右運(yùn)行，同時將走行距離取反后直接傳送給AC2。 網(wǎng)絡(luò)7、8、9是用于將包絡(luò)表傳送給系統(tǒng)相應(yīng)的存儲區(qū)。網(wǎng)絡(luò)7用于傳送第一段包絡(luò)線。首先根據(jù)前面計算公式（式5-2-1）得出周期增量為-9，傳送給VW4503，然后將公式（式5-2-1）進(jìn)行反推，可以從周期增量算出所走的脈沖數(shù)，這也是網(wǎng)絡(luò)7計算的原則，最終計算出脈沖數(shù)值傳送給VD4505，做為第一段包絡(luò)線所走的距離。經(jīng)過上面的計算可知，對于固定的加速率，每個起始頻率、運(yùn)行頻率都一一對應(yīng)于一個脈沖值。所以當(dāng)系統(tǒng)給定了速度以后，其加速段所走的距離是一個定值。 網(wǎng)絡(luò)8是用于將第二包絡(luò)表里面的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)，由于恒速度運(yùn)行，故其周期增量為0。由前面可知，在加速段和減速段運(yùn)行的脈沖值對于一個給定的系統(tǒng)是個定值，故將總共的脈沖數(shù)Pv減去加速段Pu和減速段Pd的數(shù)據(jù)就是在恒速運(yùn)行區(qū)所走的脈沖值?；诖嗽瓌t，網(wǎng)絡(luò)8給出了計算過程，最終將差值A(chǔ)C0傳送給VD4513。 網(wǎng)絡(luò)9是用于將第三段包絡(luò)表里面的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)。由于加速區(qū)和減速區(qū)的脈沖值相同，只是周期增量的方向相反，故可將第一段的脈沖值傳送給VD4521，將第二段的初始周期傳送給VW4517，周期增量VW4519為9。 網(wǎng)絡(luò)10是為了所行距離過短導(dǎo)致意外產(chǎn)生而設(shè)計的。當(dāng)脈沖總粗線條Pv小于加速段和減速段的脈沖之和時，恒速區(qū)所走的脈沖值就是一個負(fù)值，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不正常，故設(shè)定當(dāng)VD4513小于0時，即恒速區(qū)的脈沖值為負(fù)時，采用單段PTO輸出方式，速度恒度為1000Hz。 為了使包絡(luò)表可用，在網(wǎng)絡(luò)11中調(diào)用PLS指令，寫入系統(tǒng)參數(shù)。（3）思考題 1）、利用上述子程序完整編寫一個主程序，通過調(diào)用該子程序完成步進(jìn)電機(jī)訓(xùn)練課題中涉及到的實驗內(nèi)容。 2）、利用上述子程序?qū)崿F(xiàn)起重機(jī)從1號倉位移動到5號倉位的程序編寫。 3）、理解絕對坐標(biāo)系統(tǒng)與增量坐標(biāo)系統(tǒng)的差距。實驗3、倉庫操作訓(xùn)練例題3、倉庫操作主要包括入庫操作和出庫操作。入庫操作是指將轉(zhuǎn)貨臺上的貨物送入到指定的倉位中去。出庫操作是將指定的倉位中的貨位送入到轉(zhuǎn)貨臺上。 入庫操作動作順序包括：X軸電機(jī)右行Z軸電機(jī)前伸Y軸電機(jī)上升Z軸電機(jī)回縮X軸電機(jī)右行、Y軸電機(jī)上升Z軸電機(jī)前伸Y軸電機(jī)下降Z軸電機(jī)回縮復(fù)位出庫操作動作順序包括：X軸電機(jī)右行、Y軸電機(jī)上升Z軸電機(jī)前伸Y軸電機(jī)上升Z軸電機(jī)回縮X軸電機(jī)左行、Y軸電機(jī)下降Z軸電機(jī)前伸Y軸電機(jī)下降Z軸電機(jī)回縮復(fù)位試編寫子程序完成倉庫的入庫操作和出庫操作。例題解釋： 分析系統(tǒng)的入庫操作和出庫操作，都包括八個動作，動作過程是連貫無間斷的，所用Z軸的動作過程以及次序都是完全一致的，最大的區(qū)別在于取貨和放貨時X軸與Y軸所行走的距離不一致。但是當(dāng)系統(tǒng)選擇絕對坐標(biāo)系統(tǒng)后，就可以完全解決這個問題，將入庫和出庫過程看成是同一個過程的不同表現(xiàn)形式。 正基于此，在程序設(shè)計時，可以安排入庫操作和出庫操作在一個子程序中完成功能，通過采用順序指令依次完成八個連續(xù)的動作。為了區(qū)別入庫操作和出庫操作，設(shè)定兩個參數(shù)作為系統(tǒng)的入口參數(shù)。入口參數(shù)為#depot_nu1和#depot_nu2，#depot_nu1表示當(dāng)前貨物所在倉位號，#depot_nu2表示貨物移動后的目標(biāo)倉位號，假設(shè)貨物在載貨臺上為倉號0，則：1）出庫時，參數(shù)#depot_nu2設(shè)定為0；2）放庫時，參數(shù)#depot_nu1設(shè)定為0；考慮送貨臺在轉(zhuǎn)接貨物時為了防止與貨物發(fā)生碰撞，取貨時Y軸實際行走的距離應(yīng)該比際坐標(biāo)偏差小，放貨時Y軸實際行走的距離應(yīng)該比實際坐標(biāo)偏差大。經(jīng)過實際測量和試驗設(shè)定偏差為7.5，這樣第一次運(yùn)動到目標(biāo)倉位進(jìn)行取貨時，Y軸所走的實際行程l為l=Ld-Lc-7.5(其中Ld代表目標(biāo)坐標(biāo)值，Lc代表當(dāng)前坐標(biāo)值)運(yùn)動到目標(biāo)倉位進(jìn)行放貨時，Y軸所走的實際行程l為l=Ld-Lc+7.5(其中Ld代表目標(biāo)坐標(biāo)值，Lc代表當(dāng)前坐標(biāo)值)（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：（2）編寫子程序如下所示： 程序分析： 程序的第一段是進(jìn)行系統(tǒng)的初始化及傳送Y軸行走的偏差值。 程序的第二段至第八段是進(jìn)行X軸、Y軸的第一次的位移，到達(dá)指定的位置準(zhǔn)備取貨。