立體倉庫畢業(yè)設(shè)計(jì)11

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)立體倉庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of Warehouse Electrical ControlSystem學(xué) 院：電子工程學(xué)院專業(yè) 班級：電氣工程及其自動化學(xué)生姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)教師：2011年 6 月畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要立體倉庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動化立體倉庫的應(yīng)用越來越廣泛。利用 立體倉庫設(shè)備可實(shí)現(xiàn)倉庫高層合理化，存取自動化，操作簡便化。自動化立體 倉庫的主體由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入 （出）庫工作臺和自動運(yùn)進(jìn)（出）及操 作控制系統(tǒng)組成。本課題的電氣控制主要由西門子公司的 PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 器、步進(jìn)電動機(jī)、直流電動機(jī)等器件組成。本文首先對本

2、課題進(jìn)行簡要的介紹，包括背景，研究意義，現(xiàn)狀等；其 次對該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了闡述和分析；再次對本系統(tǒng)用到的 器件進(jìn)行分別介紹，重點(diǎn)對 PLC程序進(jìn)行了編寫；最后對設(shè)計(jì)本課題所學(xué)到 的知識和結(jié)論進(jìn)行歸納和總結(jié)。關(guān)鍵詞：立體倉庫；電氣控制；PLC畢業(yè)設(shè)計(jì)外文摘要Design of Warehouse Electrical Control SystemAbstract: With the development of national economy of our country, The applicati on of automated warehouse will become

3、more widely. The mai n body of the automated warehouse is made up of shelves, stak ing cranes roadway, worktab and operatio n con trol system. Electrical con trol of the subject mai nly by Sieme ns PLC, stepper motor drive power modules and other devices.Firstly, It a brief introduction of the syste

4、m, including background, sig ni fica nee, status, etc. sec on dly, The hardware comp onents of the system, structure, prin ciple are described and an alyzed. Thirdly, the devices of this system are in troduced, focus ing on the PLCthe software is writte n. Fin ally, summarize the kno wledge about th

5、is paper.Keywords: Warehouse Electrical Control ； PLC;目錄1. 緒論 11.1本課題研究背景與現(xiàn)狀 11.2本課題研究發(fā)展趨勢 21.3本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 21.4可編程控制器（PLC簡介 22. 系統(tǒng)控制方案 42.1 立體倉庫系統(tǒng)的功能 42.2 采用PLC控制立體倉庫的優(yōu)點(diǎn) 43. 系統(tǒng)的硬件配置 53.1 立體倉庫系統(tǒng)控制 53.2 電氣原理圖的設(shè)計(jì) 53.3 立體倉庫電氣硬件的介紹與選擇 63.4 PLC俞入輸出分配 124. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 154.1 系統(tǒng)流程圖 154.2 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 175. 程序的仿真與調(diào)試 345.1

6、程序的仿真 345.2 程序的調(diào)試 36總 結(jié) 39致 謝 40參考文獻(xiàn) 411. 緒論1.1 本課題研究背景與現(xiàn)狀由于世界經(jīng)濟(jì)、 現(xiàn)代科技的快速發(fā)展， 物流產(chǎn)業(yè)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的新興的一 個服務(wù)部門。在國際上， 物流產(chǎn)業(yè)成為了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動脈， 其發(fā)展的程度成 為一個國家的現(xiàn)代化程度以及綜合鍋里的重要標(biāo)志之一。 在我們國家， 由于市場 經(jīng)濟(jì)的不斷深入，單純依賴商流而賺取利潤的機(jī)會將會變少。因此， 企業(yè)需要將 目標(biāo)轉(zhuǎn)向物流。在 20 世紀(jì)六、七十年代，一些發(fā)達(dá)國家都開始重視倉儲管理。立體倉庫一般是指采用幾層、 十幾、幾十層的貨架儲存單元貨物，用相應(yīng)的 物料搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物的出、 入庫操作。 因

7、為這類倉庫能充分的利用空間存儲貨 物，所以將它稱為立體倉庫。 1我國立體倉庫與物料搬運(yùn)的研究也并不是很晚， 1973 年開始研究立體倉庫， 1980 年就有立體倉庫應(yīng)用于實(shí)踐。自動化立體倉庫有很高的空間利用率、 很強(qiáng)的入出庫能力、 采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行 控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特點(diǎn)， 已經(jīng)成為了企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不 可缺少的倉儲技術(shù)。自動化立體倉庫的主要優(yōu)點(diǎn)如下： (1)倉庫作業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。 (2)采 用高層貨架、立體儲存，能有效地利用空間， 減少占地面積， 降低土地購置費(fèi)用。 (3)采用托盤或貨箱儲存貨物，貨物的破損率顯著降低。 (4)貨位集中，便于控制 與管理， 特別是使用電子

8、計(jì)算機(jī)， 不但能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)過程的自動控制， 而且能夠 進(jìn)行信息處理。本論文主要是基于 PLC 所設(shè)計(jì)的立體倉庫電氣控制系統(tǒng)。 下面簡單闡述 PLC 的發(fā)展背景。1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號不斷更新， 提出把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、 價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到一起， 做成了一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境 的通用控制裝置， 并把其編程方法及程序輸入方法簡化， 使不熟悉計(jì)算機(jī)的人員 也能夠快速掌握其使用技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想，美國數(shù)字設(shè)備公司于 1969 年率先研制出第一臺可編程控制 器(簡稱PLC)，并在通用汽車公司的自動裝配線

9、上試用獲得成功。由于 PLC 的可靠性高，操作簡單，可以大大減少設(shè)備的維修和停產(chǎn)所造成 的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前PLC已經(jīng)成為了電氣自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心 控制裝置。1985年國際電工委員會(IEC)對PLC的定義如下： 可編程控制器是一種 進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)， 是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器， 它 采用了可以編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、 計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令， 并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出， 控制各種類 型機(jī)械的生產(chǎn)過程。 ”2因此，進(jìn)行立體倉庫的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展， 擴(kuò)大 PLC 在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)

10、用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。1.2 本課題研究發(fā)展趨勢由于自動化立體倉庫的廣泛應(yīng)用、 計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， 使得立體 倉庫的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展的趨勢主要有 3 點(diǎn)：1. 立體倉庫向柔性化發(fā)展。 隨著柔性化的普及， 自動化立體倉庫的儲運(yùn)作業(yè) 也將向柔性化發(fā)展。國外已經(jīng)開始出現(xiàn)一批可拆卸的和移動式的倉庫結(jié)構(gòu)。2. 立體倉庫作業(yè)管理自動化水平逐步提高。 具體來說，就是在要求的時(shí)間內(nèi)、 在準(zhǔn)確的地點(diǎn)、按準(zhǔn)確的順序與方法、提供準(zhǔn)確的品種及數(shù)量的貨物。3. 立體倉庫中智能技術(shù)將會取得應(yīng)用。 人工智能技術(shù)的發(fā)展， 推動了自動化 技術(shù)向其高級階段 -智能化方向發(fā)展。1.3 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 自

11、動化立體倉庫的主體由貨架、巷道式堆垛起重機(jī)、入 （出）庫工作臺和自動 運(yùn)進(jìn)（出）及操作控制系統(tǒng)組成。堆垛機(jī)是立體倉庫的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)全部貨物的 入庫承運(yùn)作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)三個自由度的運(yùn)動。該系統(tǒng)通過傳感器采集信號， PLC 控制程序，可以實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)和直流電 機(jī)較復(fù)雜的速度與位置控制規(guī)模。在入庫作業(yè)時(shí)，當(dāng)檢測傳感器檢測到零位平臺上有貨物，那么起動機(jī)械手， 將零位平臺上的貨物放到指定的庫位上。在出庫操作時(shí)， 啟動機(jī)械手，到達(dá)指定庫位，將指定庫位上的貨物取出放到 零位平臺。機(jī)械手在執(zhí)行每次的去放任務(wù)， 都會自動回到零位， 等待下一條指令。論文中機(jī)械手可以進(jìn)行三個維度的變化，就是可以進(jìn)行前進(jìn)、后退，上、

12、 下，左、右的變化。為了系統(tǒng)的安全，在各個限位處都裝有超限位保護(hù)開關(guān)，每 個庫位都有檢測裝置，判斷庫位是否已有貨物，禁止雙重入庫和空的取操作。1.4可編程控制器（PLC）簡介1.4.1可編程控制器（PLC）的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)由輸入 /輸出模塊、中央處理單元、電源部件和編 程器等組成。PLC與計(jì)算機(jī)的基本組成一致，它實(shí)際上就是一種工業(yè)控制計(jì)算器。（1）輸入/輸出模塊 在PLC中，CPU是通過輸入/輸出模塊與外界連接的。 輸入模塊用于將控制現(xiàn)場輸入信號變換成 CPU 能接收的信號， 并對其進(jìn)行濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和放大等；輸出模塊用于將 CPU的決策輸出信號變換成驅(qū)動控制對象執(zhí)行機(jī)

13、構(gòu)的控制信號，并對輸出信號進(jìn)行功率放大、隔離PLC內(nèi)部和外部執(zhí)行元件等。(2) 中央處理單元 中央處理器單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲器和用 戶程序存儲器。微處理器CPU是PLC的核心部件。(3) 電源部件 電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向PLC提 供所需的高質(zhì)量直流電源?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖所示：編程器輸入模塊CPU部分微處理器輸出模塊系統(tǒng)程序存儲器/1f電源部件用戶程序存儲器圖1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)1.4.2可編程控制器(PLC)的特點(diǎn)(1) .可靠性高，抗干擾強(qiáng)。(2) .功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。(3) .編程簡易，現(xiàn)場可修改。(4) .配套齊全，使用方便。(5) .壽命長，體積小，

14、能耗低。(6) .系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維修方便。.22. 系統(tǒng)控制方案2.1 立體倉庫系統(tǒng)的功能系統(tǒng)采用滾珠絲杠、 滑杠以及普通絲杠作為主要傳動機(jī)構(gòu)、 點(diǎn)擊采用步進(jìn)電 機(jī)和直流電機(jī)，其關(guān)鍵部分是機(jī)械手，它由水平移動、垂直移動、貨臺機(jī)構(gòu)三部 分組成， 其水平和垂直移動分別用兩臺步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠來完成， 伸叉機(jī)構(gòu) 由一臺直流電機(jī)來控制。 當(dāng)堆垛機(jī)平臺移動到貨架的指定位置時(shí)， 直流電機(jī)驅(qū)動 貨臺向前伸出可將貨物取出或者送入，當(dāng)取到貨物貨已送入，則貨臺向后縮回。在此設(shè)計(jì)的立體倉庫需要滿足一下功能： 1、機(jī)械手要有三個自由度，即：前進(jìn)、后退；上、下；左、右；2、機(jī)械手的運(yùn)動由步進(jìn)電

15、機(jī)驅(qū)動；3、機(jī)械手前進(jìn)（或后退）運(yùn)動和上（或下）運(yùn)動可同時(shí)進(jìn)行；4、機(jī)械手前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動時(shí)必須有超限位保護(hù)；5、每個庫位必須有檢測裝置（微動開關(guān)） 。6、當(dāng)按完庫位號后，沒按入或沒取前，可以按手動取消該操作。2.2 采用 PLC 控制立體倉庫的優(yōu)點(diǎn)PLC 的應(yīng)用非常廣泛，例如：電梯控制、防盜系統(tǒng)的控制、交通分流信號燈 控制、樓宇供水自動控制、噴水池自動控制、消防系統(tǒng)自動控、供電系統(tǒng)自動控 制及各種生產(chǎn)流水線的自動控制等。按 PLC 編程功能可分為 4 大類：開關(guān)量順序控制、通信功能、模擬量控制、 運(yùn)動控制。PLC 的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用性、并且降低了系統(tǒng)成本。 其控制系

16、統(tǒng)簡單，更改容易，施工周期短；系統(tǒng)維護(hù)容易。自動化立體倉庫， 少不了自動化倉庫管理系統(tǒng)， 只有使用強(qiáng)大的倉庫管理系 統(tǒng)才能使得倉庫管理和業(yè)務(wù)流程上一個臺階，才能將先進(jìn)的硬件設(shè)備發(fā)揮作用、 產(chǎn)生效益，針對這一倉庫管理系統(tǒng)，我選擇了 PLC。選擇PLC是因?yàn)樗姆€(wěn)定 性比單純的使用單片機(jī)要穩(wěn)定的多，所能實(shí)現(xiàn)的功能也強(qiáng)大的多?？偟膩砜?，基于 PLC 的自動化立體倉庫可以總結(jié)為如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：低成本、 范圍廣、高速、便捷、永遠(yuǎn)在線、結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)字化等。3. 系統(tǒng)的硬件配置3.1立體倉庫系統(tǒng)控制立體倉庫系統(tǒng)的控制圖如下圖3.1所示。構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)的主要電氣硬件 有控制立體倉庫的Z軸的直流電動機(jī)，控制X

17、Y軸的步進(jìn)電動機(jī)以及供給系統(tǒng)能 源的直流開關(guān)電源，還有各種傳感器，如系統(tǒng)中采用的反射式和對射式傳感器以 及微動開關(guān)（用來完成貨物的檢測以及限位保護(hù)）。圖3.1立體倉庫系統(tǒng)控制框圖3.2電氣原理圖的設(shè)計(jì)根據(jù)以上的控制要求，得到如下電氣原理圖:榊iWNU IJ 兒4 I：J ILS1 陽 00.0 呱2咖入卩犯鼬桃魁羅制器例 廠扼韌般俐廠I：JnoIL210.0IllI0J103QL4 Qlj PLS QI JftK* UUCPSDLR車帰I0JId血I0JS7-200CPI 冊DCQ(UQ(U呱6POJ2UQLlQL2Hjwt-_z#WJUDIl01翱辦肚 鮫孵君祐【艸圖3.2 PLC外部接線圖

18、3.3立體倉庫電氣硬件的介紹與選擇3.3.1 可編程控制器（PLC）在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。所以，權(quán)衡利弊、合 理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)當(dāng)是要分析控制過程的特點(diǎn)、要求、范圍。然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、 所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，選擇有較高性價(jià)比的PLC、 設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1 輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算在我們設(shè)計(jì)時(shí)，我們先對 I/O 點(diǎn)數(shù)估算，并且考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng) 計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展，

19、以此來確定我們所需要的PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)。根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O 點(diǎn)數(shù)為輸入 40點(diǎn)，輸出 21 點(diǎn)。 2存儲器容量的估算 存儲器容量是指可編程序控制器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(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容 量。設(shè)計(jì)階段， 為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定估算， 通常采用存儲器容量 的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 1015倍，加上 模擬量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16位為一個字） ，另外再按 此數(shù)的 25%考慮余量。因此本課題 PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲 50

20、00條梯形圖， 這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 33控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)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。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動控制的需要，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， 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(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能， 一方 面要提高 PLC 的處理速度，另一方面節(jié)省存儲器容量。（ 2）診斷功能PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。 硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定 硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)

21、部的性能和功能進(jìn)行的診斷是內(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(jìn)行的診斷就是外診斷。PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱， 直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求， 并影 響平均維修時(shí)間。（ 3 ）編程功能離線編程方式：PLC和編程器共用一個 CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。 完成編程之后， 編程器切換到運(yùn) 行模式， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，就不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系 統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在本設(shè)計(jì)中選用的是此方式。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并 在一個掃描周期內(nèi)與

22、編程器進(jìn)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(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但 系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中經(jīng)常被采用。五種標(biāo)準(zhǔn)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。17（ 4、機(jī)型的選擇S7-200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮著強(qiáng)大功能。使用范圍可覆 蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。S7-200 CPU 226 集成24輸入/16輸出共 40個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7個擴(kuò) 展模塊，最大擴(kuò)展至 248路數(shù)字量 I/O

23、 點(diǎn)， 35路模擬量 I/O 點(diǎn)。 13K 字節(jié)程序 和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸 出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊 協(xié)議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排可以很容易地整體拆卸。用于較高要求的 控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和 功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)所采用的 PLC 是西門子 S7-200 CPU226 DC24 V, 繼電器輸出。 3.3.2 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種由電脈沖控制的特殊同步電動機(jī)， 它的作

24、用是將脈沖電信號 變換為相應(yīng)的角位移或者線位移。因此， 步進(jìn)電動機(jī)又稱為脈沖電動機(jī)。 它可以 實(shí)現(xiàn)信號變換， 是自動控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件。 下面簡 單介紹步進(jìn)電機(jī)的工作原理及其特點(diǎn)與選擇。（1）步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機(jī)。 當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步 進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)動一步。當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn) 子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。 因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大??； 改變輸入脈沖的通電相序， 就能控制步進(jìn)電機(jī)電 動機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)對位置的控制。（ 2）步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)a）位移與

25、輸入脈沖信號的信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成 結(jié)構(gòu)簡單且具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)， 也可以在需要更高精度時(shí)組成閉環(huán)控 制系統(tǒng)。b）速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。c）易于起動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，快速響應(yīng)性能好。d）具有自鎖的能力。當(dāng)控制脈沖停止輸入且讓最后一個脈沖控制的繞組繼 續(xù)通電時(shí)，電機(jī)可以保持在固定的位置上，即停在最后一個控制脈沖所控制的角 位移的終點(diǎn)位置上。所以步進(jìn)電機(jī)具有帶電自鎖能力e）步距角選擇的范圍大，可以在幾十角分至 180范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。在小 步距情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行， 可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動負(fù) 載。f）電動機(jī)本身沒有電刷、轉(zhuǎn)子上沒有繞組

26、，也不需要位置傳感器，可靠性 高。（3）步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成介紹步進(jìn)電動機(jī)是應(yīng)用較早的一種機(jī)電一體化的產(chǎn)品，電機(jī)的本體與驅(qū)動器構(gòu)成一個不可分割的有機(jī)整體，步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行性能很大程度上取決于所使用的驅(qū) 動控制器的類型。圖3.3步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制器的構(gòu)成（4）步進(jìn)電動機(jī)的選擇在選擇步進(jìn)電動機(jī)時(shí)，首先要考慮的是步進(jìn)電動機(jī)的類型，其次才是具體的 品種。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，要求步進(jìn)電動機(jī)的電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn) 矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，所以確定步進(jìn)電動機(jī)采用二相八拍混合式步進(jìn)電 動機(jī)。八拍混合式步進(jìn)電動機(jī)的主要特點(diǎn)是體積小，具有較高的起動和運(yùn)行頻率， 有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。3.3.3步進(jìn)

27、電動機(jī)驅(qū)動器（1）步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器輸入輸出信號介紹步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行需要有電子裝置進(jìn)行驅(qū)動， 這種裝置就是步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動 器?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)出一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使得步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一個步距 角，也就是說，它把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電動機(jī)的角位移。因此,步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。所有型號驅(qū)動器的輸入信號都相同，它們是步進(jìn)脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機(jī)信號FREE （此端為低電平有效時(shí)，電動機(jī)處于無轉(zhuǎn)矩狀態(tài)；此端 為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電動機(jī)可以正常運(yùn)行）。它們在驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都相同如圖3.1所示。該立體倉庫中，由于提供的電平為24V，而輸入部分

28、的電平為5V，所以需要外部另加1.8KQ的限流電阻R。駆動器外部| 驅(qū)動器內(nèi)部R I270信號輸入端 二圖3.4輸入輸出接口電路(2) 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器選擇我們這里采用SH系列的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，它主要由電源輸入部分、信號輸 入部分、信號輸出部分組成。(3) 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)和電動機(jī)電流設(shè)定SH系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)的，只需根據(jù)面板上 的提示進(jìn)行設(shè)定即可。對于兩相步進(jìn)電動機(jī)，細(xì)分后電動機(jī)的步距角等于電動機(jī) 整步步距角除以細(xì)分?jǐn)?shù)。細(xì)分后完全消除了電動機(jī)的低頻振蕩，而且提高了電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電動機(jī)的分辨率。所以， 采用細(xì)分驅(qū)動器只要改變細(xì)分?jǐn)?shù)， 就能 改變步距角。(4)

29、 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器電源接口對于超小型驅(qū)動器，采用一組 DC 2440V供電。因?yàn)镻LC需要采用開關(guān)式 穩(wěn)壓電源供電，所以該立體倉庫中應(yīng)該選用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。3.3.4 傳感器(1)反射式傳感器工作原理：當(dāng)物體相對于傳感器移動時(shí)，反射回來的信號和原來的信號進(jìn)行 對比，產(chǎn)生頻移，然后集成電路放大微弱的頻移信號。經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后得到的是和物品移動信號相關(guān)的直 流信號輸出電平。11111*藍(lán)1感應(yīng)休_1黑1111傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)Q輸出圖3.5變調(diào)光式傳感器的結(jié)構(gòu)紅百電源正電源負(fù)在該立體倉庫中采用反射式傳感器作為貨物檢測裝置，并采用能抗周圍外來 光干擾的變調(diào)光式。采用變調(diào)光式，與直流光

30、式相比，不易受外來光干擾的影響， 其電源電壓為DC524V的大量程電壓輸入型，帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識，還帶 有動作確認(rèn)的入光顯示燈。下面是反射式傳感器的輸出電路圖：圖3.6反射式傳感器的輸出電路（2）對射式傳感器對射式傳感器的工作原理：對射式傳感器的輸出狀態(tài)一般是NPN輸出，輸出晶體管的動作狀態(tài)可以分為：入光時(shí) ON和遮光時(shí)ON兩種。入光時(shí)ON的對 射式傳感器的電路如圖3.7所示。當(dāng)24V電壓加到發(fā)光二級管VL時(shí)，它將光發(fā) 射給光敏二級管VD，VD接收到光導(dǎo)通，于是晶體管導(dǎo)通，輸出為 ON。當(dāng)發(fā)光 二極管VL發(fā)射出的光被物體擋住，使得光敏二級管接收不到時(shí)，VD不導(dǎo)通，則晶體管不導(dǎo)通，輸出為 O

31、FF。R1R2NPNR3()+14VOOUTQov圖3.7對射式傳感器的電路在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，采用8個對射式傳感器作限位控制。其中4個對 射式光電傳感器分別作為 X軸丫軸的限位控制；2個對射式光電傳感器分別作 為X軸丫軸的到位檢測；如果貨架未到達(dá)正確位置，Z軸電動機(jī)將不能運(yùn)行，以確保當(dāng)PLC程序出錯時(shí)也不會損壞設(shè)備；2個對射式光電傳感器作為 Z軸的 限位控制，此時(shí)遮光時(shí)輸出晶體管 ON。佝3.3.5 微動開關(guān)該立體倉庫控制系統(tǒng)中共有13個庫位（四層十二個庫位加0號庫位）分別 采用13個微動開關(guān)作為貨物的檢測裝置，當(dāng)有貨物時(shí)相應(yīng)開關(guān)動作；為了保險(xiǎn) 起見，在X軸的左限位和丫軸的下限位處還安裝

32、了 1個微動開關(guān)作限位保護(hù)， 以確保立體倉庫的安全。3.3.6 直流電動機(jī)立體倉庫采用直流電機(jī)作為 Z軸的拖動元件。直流電動機(jī)具有良好的起動性 能，且能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、均勻地調(diào)速。在自動控制系統(tǒng)中，小功率直流電 動機(jī)的應(yīng)用也很廣泛。本系統(tǒng)采用的直流電動機(jī)的輸入電壓為 12-24V。輸入信號由PLC提供，輸 入電源由電源模塊提供，輸出信號驅(qū)動直流電動機(jī)。3.3.7 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出功率大、體積小、重量輕、可靠性高、適應(yīng)變動 寬范圍的輸入電壓，具有完備的過電壓過電流保護(hù)功能，內(nèi)置輸入EMI濾波器，具有較高的抗干擾能力。在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，考慮到 PLC和步進(jìn)電動機(jī)

33、驅(qū)動器都要求DC24V 電源，綜合考慮系統(tǒng)的用電量、系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)整性， 我們選 用并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源。3.4 PLC輸入輸出分配根據(jù)系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)的I/O分配見下表所示。表3.1 系統(tǒng)的I/O分配輸入接口輸出接口PLC端單元板端口注釋PLC端單元板接口注釋I0.0DO矩陣掃描第1列Q0.0X 軸-cp平移電動機(jī)脈沖信號I0.1D1矩陣掃描第2列Q0.1Y 軸-cp升降電動機(jī)脈沖信號I0.2D2矩陣掃描第3列Q0.2X 軸-DIR平移電動機(jī)方向信號I0.3D3矩陣掃描第4列Q0.3Y 軸-DIR升降電動機(jī)方向信號I0.4D4矩陣掃描第5列Q0.4H0矩陣掃描第1行I0.5D5

34、矩陣掃描第6列Q0.5H1矩陣掃描第2行I0.6D6矩陣掃描第7列Q0.6H2矩陣掃描第3行I0.7D7矩陣掃描第8列Q0.7H3矩陣掃描第411.0SQ5(ZLMT-)Z軸原點(diǎn)Q1.011.1SQ6(ZLMT+)Z軸限位Q1.1Z軸-F貨物前伸11.2SN檢測貨臺上是否有Q1.2Z軸-R貨物回縮貨物11.3SW0手動控制開關(guān)Q1.311.4SQ2(XLMT+)X軸限位Q1.4B00數(shù)碼顯示區(qū)第0位11.5SQ1(XLMT-)X軸原點(diǎn)Q1.5B01數(shù)碼顯示區(qū)第1位11.6SQ4(YLMT+)Y軸限位Q1.6B02數(shù)碼顯示區(qū)第2位11.7SQ3(YLMT-)Y軸原點(diǎn)Q1.7B03數(shù)碼顯示區(qū)4.

35、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)中， 電動機(jī)主要采用步進(jìn)電動機(jī)和直流電動機(jī)， 分別控制水 平移動、垂直移動及貨臺的動作(即 X 軸 Y 軸 Z 軸)。傳感器采用對射式和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(jì)上采用滾珠絲杠、 滑軌和普通絲杠作為傳動機(jī)構(gòu)。 當(dāng)堆垛機(jī) 平臺移動到貨架的指定位置時(shí)， 貨臺向前伸出可將貨物取出或取入， 當(dāng)取到貨物 或貨已經(jīng)送入時(shí)，鏟叉縮回。整個系統(tǒng)流程如圖 4.1 所示其工作流程如下：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) 執(zhí)行送貨指令。a) 選擇欲送庫位號，按動庫位好對應(yīng)按鈕，控制面板上的

36、數(shù)碼管顯示庫位 號。b) 按動送指令按鈕，若被選擇的庫位已有貨物，則該指令不被執(zhí)行。c) 指令完成后，系統(tǒng)自動返回。d) 如果執(zhí)行送入指令前，載貨臺上沒有貨物，則送指令也不被執(zhí)行。5) 執(zhí)行取貨指令。a) 選擇欲取的庫位，按動庫位號對應(yīng)的按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示庫 位號。b) 按動“取”按鈕，執(zhí)行取操作。如果載貨臺上有貨物，則取指令不被執(zhí) 行。c) 指令完成后，系統(tǒng)自動返回。d) 如執(zhí)行取出指令前，被選庫位無貨物，則取指令不被執(zhí)行。 因此，該立體倉庫系統(tǒng)的運(yùn)行情況可歸納為：當(dāng)按下起動按鈕后，允許進(jìn)行 立體倉庫允許的控制。 在正常的情況下， 按下某一庫位的按鈕以及 “取”或“送” 按鈕，系統(tǒng)

37、將進(jìn)行相應(yīng)的動作，此時(shí)控制面板上的數(shù)碼管顯示相應(yīng)的庫位號。而在緊急情況下， 按下緊急按鈕，貨物送回原來的位置，只有當(dāng)故障排除之 后，才能重新運(yùn)行。X軸衣形 丫軸下彫r軸下彩I圖 4.1 系統(tǒng)流程圖4.2 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)1. 系統(tǒng)的控制要求：1) 當(dāng)選擇開關(guān)置于自動位置時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位到初始位置，各個軸回到原點(diǎn)。2) 執(zhí)行入庫指令。 選擇欲入庫的庫位號，按動庫位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示 庫位號。 按動 K8 按鈕，起動入庫操作，當(dāng)載貨臺有貨物時(shí)，起重機(jī)自動將貨物送 到指定的庫位。 若被選擇庫位內(nèi)已有貨物時(shí)，則該入庫操作不被執(zhí)行。 完成入庫操作之后，機(jī)械自動返回初始位置。 載貨臺若無貨物，則

38、下一個入庫操作將不被執(zhí)行。3) 執(zhí)行出庫指令 選擇要出庫的庫位號，按動庫位號對應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示 庫位號。 按動 K8 按鈕，當(dāng)載貨臺上有貨物時(shí)，起重機(jī)不執(zhí)行任何操作。 如果被選擇的庫位內(nèi)無貨物時(shí)，則該出庫操作不被執(zhí)行。 當(dāng)按下 K8 按鈕時(shí)，載物臺上沒有貨物，且該庫位內(nèi)有貨物時(shí)，起重機(jī)自 動將貨物從指定的庫位轉(zhuǎn)移到載貨臺上。 完成出庫操作后，機(jī)械手自動返回到初始位置。2. 程序設(shè)計(jì)如下：主程序如下：JlOn_M3nIuin8K/MUNd/AAOWNdSCZ/A-I d I_ K II,w III_I I-8 憶W8ZAVt 93N OOHIH fOMQN0JC s)1 葉 |1

39、8- |oowLWflA0W8A01屮OM應(yīng)NPOWITOn0N3N3ra8CAkA-K9 9N I OH IU8A0陀8A(3 L08A9 9N(I L08AZ9 om；3NI_Iz FOOH彭砌羽YRPE 返、令孟函9C/AA L9NS 屮UNNetwock 14VV/238 V200.1V202.7 II 2V200 0 M6 6V200 0 M61 MO I SM0.1M6.6iiVW239 V200.2H-H HVW238 V200.3rl-H H11.2MOOIpC；）V200.03VW238 V2O1.1T 7 H 卜VW238 V201.2T t H 卜5VW238 V201.

40、3H-H卜6VW238 V2O2.1十日H卜7VW238 V2O2.2H H 卜8VW238 V2O2.3T 7 H 卜9VW238 V2O3.1十T H卜*10T 7 H 卜*11VW238 V2O3.3T z H 卜12Ntlwuik 15MO.l MOllME 1HP H 卞 T1VW238 V2DD.1 V20G.711 2V200DM&6 M&lH - H HHH H*2VW23S V2OO.3T =T II - *3VW238V2D1.1T “ I_II丿卜VW238V2D1.2T 7 II丿卜-5VW238V2D1.3T “ I_I 7 卜*6W238V202.1十i H*7VW

41、238V2022十i卜 日VW238V2D2.3十i卜*9VW238V203.1T =* I_I丿卜+10VW238V2D3.2HHi卜+11VW238V2D3.3TI_I / 卜+123. 各部分程序分析：(1) 初始化程序，讓各個軸回到初始位置。子程序 SBR-0如下:| LiPFtOLlTlNE RLOI：Kinilial命Nelwnik 1 N elwork TitleSfMttaMG.1Neiwoik 2itqai.zI f I|_c:)1.1I控制腳皺生甜1以別口如(喲連度到達(dá)指足的麗瑩瀚、冷軸.確原點(diǎn)隹鈕.按下時(shí).hW1亶位.MQQS位11.711.0M0.1II(:)MO.OM

42、 H(2) 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中達(dá)到某個軸的限位時(shí)，應(yīng)當(dāng)停止當(dāng)前軸的動作。子程序SBR-1如下：序Network 1Tilelaiaza嘛點(diǎn).crLagfg110Q12IIR1Network 2lasaw施點(diǎn)，cm聲位n.1qi.1TIA)1Net work 3I犧艮宜點(diǎn)和馬點(diǎn)時(shí)，尊止膵沖壇生黔1,或者手動11.411.3(3) 倉庫的庫位坐標(biāo)定位計(jì)算程序設(shè)計(jì)。 在倉庫的管理中，各個庫位坐 標(biāo)的一個基本參數(shù)。本程序采用子程序的方法進(jìn)行編寫。 子程序的入口參數(shù)為指 定的庫位號(0-12)，輸出的參數(shù)為庫位的X軸和丫軸的坐標(biāo)。倉庫的庫位編 號下圖所示：號V號丁號&號g號4號5號6號D號1號2號3號圖4

43、.1倉庫的庫位編號子程序 SBR-2 如下所示：Coordinate坐標(biāo)值計(jì)算Netwdrk 1 Ne12Netwofk /ttDEPOTVD616-MOV.RENENOINOUTAC2ttDEPOT*1 ttOEPOTttOEPOTM0V_RrurunI _ 1ttDEPOTVD620-tNINtNUOUTAC23 Network 8ttDEPOT7Network 9 ttOEPOTM0V RENENOttDEPOTttOEPOTNetwork 10ttDEPOT+10ttOEPOT11ttDEPOT令I(lǐng)?.Network 11VD624-VD628-INOUTAC2SMO.OM0V.REN

44、ENOINOUTAC2AC2-INENO OUTttOUTENO OUTkttOUT程序中的第一段用來計(jì)算 0 號庫位、 1 號庫位、 2 號庫位、 3 號庫位的 X 軸 坐標(biāo)值。第二段是用于計(jì)算第 1號庫位、 4號庫位、 7號庫位、 10號庫位的 Y 軸 坐標(biāo)。程序中的第三段到第十段中分別計(jì)算各個庫位的 X 、Y 軸的坐標(biāo)。其中各 個庫位的坐標(biāo)值均可以用 0、 1、 2、 3 號庫位的 X 軸坐標(biāo)和 1、 4、 7、10 號庫位的 Y 軸坐標(biāo)來表示。最后一段是用于給其他的程序送出坐標(biāo)值。（4）立體倉庫的出入庫控制的程序設(shè)計(jì)。入庫的操作順序?yàn)椋篨軸電動機(jī)右行T Z軸電動機(jī)前伸T 丫軸電動機(jī)上升T Z軸電動機(jī)回縮T X軸電動機(jī)右行、丫軸電動機(jī)上升T Z軸電動機(jī)前伸T 丫軸電 動機(jī)下降T Z軸電動機(jī)回縮T復(fù)位。出庫的操作順序?yàn)椋篨軸電動機(jī)右行、丫軸電動機(jī)上升T Z軸電動機(jī)前伸T丫軸電動機(jī)上升T Z軸電動機(jī)回縮T X軸電動機(jī)左行、丫軸電動機(jī)下降T Z軸電 動機(jī)前伸T 丫軸電動機(jī)下降T Z