PLC堆垛式立體車庫設(shè)計(jì)說明

1、. . . . 畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)（論文）題目： PLC控制的堆垛式立體車庫設(shè)計(jì)下 達(dá) 日 期：  2011  年    2  月    21 日開 始 日 期：  2011  年    2  月    21 日完 成 日 期：  2011  年    4  月    1  日指 導(dǎo) 教 師：  

2、60;         學(xué) 生 專 業(yè)：    班     級(jí)：         學(xué) 生 姓 名：            教 研室主任：   電氣工程      學(xué)院27

3、 / 30基于松下PLC的立體車庫控制摘 要隨著汽車的急劇增加，致使城市停車難問題不斷惡化，而作為解決城市靜態(tài)交通的有效措施-向空間、向高層發(fā)展的自動(dòng)化立體停車設(shè)備，以其占地面積少，停車率高、布置靈活、高效低耗、性價(jià)比高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。 立體車庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個(gè)重要組成部分，是一種多層存放貨物的高價(jià)倉庫系統(tǒng)，有自動(dòng)控制與管理系統(tǒng)、巷道堆垛機(jī)、高位貨架、自動(dòng)入庫以與其他輔助設(shè)備組成。 立體停車庫生產(chǎn)在中國(guó)是個(gè)新興行業(yè)，立體停車庫可緩解城市動(dòng)、靜態(tài)交通問題，改善居住環(huán)境，有效利用土地價(jià)值。本系統(tǒng)采用PLC，按動(dòng)按鈕即可完成汽車存取過程，操作簡(jiǎn)單，存取方便?？刂?/p>

4、電路部分采用交流接觸器傳統(tǒng)方式，使運(yùn)行安全可靠。設(shè)計(jì)采用可分組合，模塊式安裝，方便靈活，具備維護(hù)使用方便，造價(jià)低等特點(diǎn)。立體車庫是在不直接進(jìn)行人工參與的情況下，自動(dòng)存儲(chǔ)和取出物料的系統(tǒng)。它是采用高層貨架存儲(chǔ)貨物，用專門的倉儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備進(jìn)行貨物出入作業(yè)的倉庫。針對(duì)都市住宅小區(qū)、商業(yè)區(qū)、寫字樓等繁華地帶短時(shí)間停車難的問題,提出了采用松下PLC作為主控器控制立體車庫的方案,設(shè)計(jì)開發(fā)一種堆垛式立體車庫的自動(dòng)控制系統(tǒng)并構(gòu)建研制了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团?提高經(jīng)濟(jì)。它可以實(shí)現(xiàn)利用空間多層停車,不但節(jié)省占地空間,而且堆垛外觀可設(shè)計(jì)成多用途的商業(yè)廣告效益和實(shí)用性,堆垛式立體車庫對(duì)于解決現(xiàn)代化密集型城市的汽車停放問題具有重要的

5、開發(fā)價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便,自動(dòng)化程度高,運(yùn)行速度快、可靠性高等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞 巷道式堆垛起重機(jī)/立體車庫/可編程控制器目錄摘要I第一章緒論11.1 本課題的設(shè)計(jì)背景11.2 本課題的主要任務(wù)11.3 本課題研究的主要意義2第二章立體車庫的概述32.1 立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)32.2 FP0系類PLC的特點(diǎn)與配置62.2.1 該型PLC還具有如下特點(diǎn)62.2.2 FP0系列PLC的I/O配置72.3 設(shè)計(jì)程序清單82.4 系統(tǒng)流程框圖92.5 PLC實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)庫位的定位122.5.1 PLC部分122.5.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器132.5.3 步進(jìn)電機(jī)的工作原理與特點(diǎn)132.5.4 P

6、LC位置控制指令152.2.5傳感器的選擇172.6 立體車庫的編程設(shè)計(jì)202.6.1 系統(tǒng)初始化設(shè)置202.6.2 脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)算222.6.3 鍵盤取低四位232.6.4 鍵盤輸入各庫位編號(hào)23結(jié)論28致29主要參考資料：30第一章 緒論1.1 本課題的設(shè)計(jì)背景1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）首先研制成功第一臺(tái)可編程序控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了產(chǎn)業(yè)控制的新局面。至80年代，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC得到了驚人的發(fā)展。使PC在概念、設(shè)計(jì)、性能、價(jià)格以與應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)

7、，功耗和體積減小，本錢下降，可靠性進(jìn)步，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程I/O和通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以與圖象顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的貯存器，用來在其部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、程序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 利用可編程控制器（PLC），可以設(shè)計(jì)出成本低、效率高的自動(dòng)化立體車庫。本系統(tǒng)以PLC為主控制器，結(jié)合步進(jìn)電機(jī)、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)四層十二倉位庫體自

8、動(dòng)存儲(chǔ)物品。自動(dòng)化立體倉庫是以四層十二倉位庫體為主體，以成滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)為搬運(yùn)設(shè)備，以松下電工fp0PLC為控制核心，實(shí)現(xiàn)高效率物流、大容量存儲(chǔ)的機(jī)電一體化高科技集成系統(tǒng)，系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點(diǎn)。1.2 本課題的主要任務(wù)課題的主要任務(wù)是基于松下FP0系列PLC的立體倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。立體倉庫的機(jī)構(gòu)由倉庫本體、PLC控制單元、接口單元、巷道式堆垛起重機(jī)、和電源單元等組成。它利用立體倉庫模型，采用滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌、普通絲杠作為傳動(dòng)裝置，通過PLC編程控制實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸位置控制，可完成簡(jiǎn)單的取車或送車動(dòng)作。1.3 本課題研究的主要意義自動(dòng)化立體倉庫系

9、統(tǒng)是指在不需要人工干預(yù)的情況下，運(yùn)輸設(shè)備能自動(dòng)存儲(chǔ)和取出貨物的多層倉庫存儲(chǔ)系統(tǒng)。自動(dòng)化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個(gè)重要組成部分。立體車庫庫應(yīng)用圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國(guó)，自動(dòng)化倉庫應(yīng)用的行業(yè)主要有機(jī)械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機(jī)場(chǎng)、港口等。隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通的發(fā)展以與人們生活水平的不斷提高，車輛無處停放的問題入去突出。采用立體倉庫進(jìn)行存放車輛與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面顯示出優(yōu)越性。首先，立體倉庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。倉庫可以大幅度的向高空發(fā)展，充分利用倉庫地面和空間，節(jié)省了庫存占地面積，提高了空間利用率。立體倉庫存放車輛與傳統(tǒng)

10、地下車庫相比更加有效的保證人身和車輛的安全，立體車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。因此對(duì)這個(gè)課題的研究是具有重大意義的。第二章立體車庫的概述2.1 立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)立體車庫的外形結(jié)構(gòu)下圖2-1所示。圖2-1 立體車庫的外形結(jié)構(gòu)1-垂直方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2-汽車 3-立體車庫本體 4-垂直方向定位傳感器 5-垂直方向滾珠絲杠 6-貨臺(tái)叉車 7-貨臺(tái)直流電動(dòng)機(jī) 8-急停按鈕 9-水平方向定位傳感器 10-按鈕 11-倉位檢測(cè)傳感器（13個(gè)） 12-定位標(biāo)條 13-水平方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 14-PLC 15-接口板 16-按鈕板 17-底板立體倉庫主體由立體車庫本體單元、PLC控制單元、接口單元與電源

11、單元等組成。如下圖2-2所示。圖2-2 立體倉庫組成圖1立體車庫本體單元。該單元由12個(gè)倉位和巷道式堆垛起重機(jī)等組成。2PLC控制單元。該單元可分別選用松下PLC、西門子PLC、歐姆龍PLC、三菱PLC等。PLC主體具有脈沖輸出功能，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)二軸定位功能。3接口單元。給單元將系統(tǒng)中所有控制單元、執(zhí)行單元、檢測(cè)單元、輸入/輸出單元的信號(hào)都引到面板上，由學(xué)生自行完成電路的設(shè)計(jì)，不同性質(zhì)的節(jié)點(diǎn)采用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并且每個(gè)單元自身的電路具有獨(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DC 24V電壓。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上設(shè)置了各種保護(hù)功能，包括短路保護(hù)、反向保護(hù)、限位保護(hù)、定位

12、保護(hù)。TVT-99V立體倉庫系統(tǒng)中為了防止不確定因素對(duì)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(shí)，位于移動(dòng)模塊下方的光電傳感器分別檢測(cè)運(yùn)行X軸、Y軸的定位點(diǎn)，當(dāng)且僅當(dāng)機(jī)械手臂停止于點(diǎn)位孔點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的Z軸才能進(jìn)行取貨和移貨的動(dòng)作。 機(jī)械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機(jī)械元件組成，采用步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)作為拖動(dòng)元件。電氣控制是由松下電工生產(chǎn)的FP0型可編程序控制器(PLC)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。本系統(tǒng)采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠作為主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)，其關(guān)鍵部分是堆垛機(jī)，它由水平移動(dòng)、豎直移動(dòng)與伸叉

13、機(jī)構(gòu)三部分組成，其水平和豎直移動(dòng)分別用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來完成，伸叉機(jī)構(gòu)有一臺(tái)直流電機(jī)來控制它分為上下兩層，上層為貨臺(tái)，可前后伸縮，下層裝有絲杠等傳送機(jī)構(gòu)。當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，伸叉電機(jī)驅(qū)動(dòng)貨臺(tái)向前伸出可將貨物取出或送入，當(dāng)貨物已送入，則鏟叉向后縮回?？刂泼姘迳系拈_關(guān)與按鈕功能與倉位號(hào)（見圖2-3、圖2-4）圖2-3 控制面板上的開關(guān)與按鈕功能 圖2-4 控制面板上的倉位號(hào)表2-1、控制面板上的按鈕功能表按鍵號(hào)功能選擇定義1自動(dòng)選擇1號(hào)倉位手動(dòng)機(jī)構(gòu)水平向左移動(dòng)2自動(dòng)選擇2號(hào)倉位手動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直向下移動(dòng)3自動(dòng)選擇3號(hào)倉位手動(dòng)機(jī)構(gòu)水平向右移動(dòng)4自動(dòng)選擇4號(hào)倉位手動(dòng)機(jī)構(gòu)水平向后移動(dòng)5

14、自動(dòng)選擇5號(hào)倉位手動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直向上移動(dòng)6自動(dòng)選擇6號(hào)倉位手動(dòng)機(jī)構(gòu)水平向前移動(dòng)7自動(dòng)選擇7號(hào)倉位手動(dòng)無意義8自動(dòng)選擇8號(hào)倉位手動(dòng)無意義9自動(dòng)選擇9號(hào)倉位手動(dòng)無意義10自動(dòng)選擇10號(hào)倉位手動(dòng)無意義11自動(dòng)選擇11號(hào)倉位手動(dòng)無意義12自動(dòng)選擇12號(hào)倉位手動(dòng)無意義2.2 FP0系類PLC的特點(diǎn)與配置FP0系列可編程控制器（PLC）是松下電工生產(chǎn)的一種超小型PLC，其體積小巧（W25×H90×D60mm），不受安裝場(chǎng)所限制。FP0系列PLC主機(jī)有10點(diǎn)（FP0-10R）、14點(diǎn)（FP0-14R）為繼電器輸出，16點(diǎn)（FP0-16T）、32（FP0-32T）點(diǎn)為晶體管輸出，I/O最大可擴(kuò)

15、展到3個(gè)單元128點(diǎn)，并且3個(gè)I/O擴(kuò)展單元采用堆疊方式不需要任何電纜，結(jié)構(gòu)緊湊。FP0系列PLC功能強(qiáng)大，執(zhí)行每個(gè)基本指令只需0.58s,同時(shí)脈沖捕捉和中斷輸入滿足了高速響應(yīng)的需要。此外該P(yáng)LC具有32K步的大容量存與豐富的指令系統(tǒng)。2.2.1 該型PLC還具有如下特點(diǎn)1脈沖輸出功能（限于晶體管輸出型）裝配了2通道，最大的為10kHz的脈沖輸出。（2通道輸出時(shí)為5kHz）各自可以獨(dú)立進(jìn)行控制，因此可以和2軸獨(dú)立的位置控制用途相對(duì)應(yīng)。配備了自動(dòng)梯形控制，原點(diǎn)返回和JOG運(yùn)行的專用指令，設(shè)定非常簡(jiǎn)單。2高速計(jì)數(shù)的功能對(duì)單相配備了4通道，2相則為2通道。在單相的情況下，4通道合計(jì)為10kHz；2相

16、的情況下，2通道合計(jì)為2kHz。以此計(jì)數(shù)速度，可用于對(duì)變頻器進(jìn)行控制等。3PWM輸出功能（限于晶體管輸出型）使用專用指令，可以實(shí)現(xiàn)頻率1kHz占空比0.1%99.9%的脈沖輸出。由于它的超小型尺寸和高度兼容性，F(xiàn)P0擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如：繼電器順序控制、室檢測(cè)、傳送控制、自動(dòng)貨架、給料機(jī)、食品加工和包裝機(jī)、停車器、行車限距儀等。本系統(tǒng)采用FP0-C16T型PLC作為控制單元，該型PLC屬于晶體管輸出型，共有16點(diǎn)I /O，其中輸入用X表示，有8點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的地址為X00-X07；輸出用Y表示，有8點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的地址為Y00-Y07。該型PLC程序容量為2720步，支持83條基本指令與114條高級(jí)指令

17、，定時(shí)器為100個(gè)，對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)為0-99，計(jì)數(shù)器為44個(gè)，對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)為100-143。該型PLC支持32點(diǎn)主控（MC0-MC31），16個(gè)子程序（SUB0-SUB15），7中斷（外部6點(diǎn)，部1點(diǎn)）。2.2.2 FP0系列PLC的I/O配置用X表示，外部輸出用Y表示。具體的輸入和輸出的編號(hào)用十進(jìn)制和16 進(jìn)制的組合表示，如圖2-5所示。：圖2-5 FP0系列PLC的外部輸入地址編號(hào)外部的輸入和輸出既可以用位表示，也可以用字表示，即輸入輸出狀態(tài)字，如：WX0則表示0號(hào)輸入狀態(tài)字。WX0對(duì)應(yīng)X00-X0F共16位外部輸入的狀態(tài)。當(dāng)PLC控制單元的I/O點(diǎn)數(shù)不足時(shí)，可進(jìn)行I/O單元擴(kuò)展，F(xiàn)P0系列PL

18、C連接到一個(gè)控制單元的擴(kuò)展單元最多為三個(gè)，如圖2-6所示。圖2-6 FP0系列PLC控制單元與擴(kuò)展單元連接各型擴(kuò)展單元對(duì)應(yīng)的輸入輸出地址如表2-2所示。 表2-2 FP0系列PLC各型擴(kuò)展單元對(duì)應(yīng)的輸入輸出地址對(duì)照表單元的種類分配點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展單元1擴(kuò)展單元2擴(kuò)展單元3FP0擴(kuò)展單元FP0-E8X輸入（8點(diǎn)）X20-X27X40-X47X60-X67FP0-E8R輸入（4點(diǎn)）X20-X23X40-X43X60-X63輸出（4點(diǎn)）Y20-X23Y40-X43Y60-X63FP0-E8Y T/PFP0-E8YR輸出（8點(diǎn)）Y20-X27Y40-X47Y60-X67FP0-E16X輸入（16點(diǎn)）X20-X

19、2FX40-X4FX60-X6FFP0-E16RFP0-E16T/P輸入（8點(diǎn)）X20-X27X40-X47X60-X67輸出（8點(diǎn)）Y20-X27Y40-X47Y60-X67FP0-E16YT/P輸出（16點(diǎn)）Y20-X2FY40-X4FY60-X6FFP0-E32T/P輸入（16點(diǎn)）X20-X2FX40-X4FX60-X6F輸出（16點(diǎn)）Y20-X2FY40-X4FY60-X6F2.3 設(shè)計(jì)程序清單I/O地址分配表如表2-3所示 表2-3 立體倉庫I/O分配表輸 入 部 分輸 出 部 分X0Y0橫軸脈沖X1Y1豎軸脈沖X2Y2橫軸方向I0X3Y3豎軸方向I0X4貨臺(tái)回位限位Y4X5貨臺(tái)到位

20、限位Y5X6貨臺(tái)是否有物Y6貨臺(tái)前升X7自動(dòng)手動(dòng)(01)Y7貨臺(tái)退回X20十六進(jìn)制輸入鍵盤值1位Y20顯示部分就緒X21鍵盤值2位Y21取X22鍵盤值3位Y22放X23鍵盤值4位Y23十位顯示X24橫軸右限位Y24BCD碼輸出顯示BCD碼1位X25橫軸左限位Y25BCD碼2位X26豎軸上限位Y26BCD碼3位X27豎軸下限位Y27BCD碼4位 注：X40X4C為0至12個(gè)倉庫的微動(dòng)開關(guān)2.4 系統(tǒng)流程框圖系統(tǒng)存取車輛的流程圖如圖2-7所示，系統(tǒng)流程框圖如圖2-8所示圖2-7系統(tǒng)存取車輛的流程圖復(fù)位 選擇倉位號(hào) 顯示倉位號(hào)N 選擇操作方式 取貨？ 送貨？YYNNN 取消操作 被選擇倉位有貨？ 轉(zhuǎn)

21、貨臺(tái)有貨？ 取消操作YYX軸右移Y軸上移X軸右移Y軸上移NN貨臺(tái)前伸到位？貨臺(tái)前伸到位？ 到達(dá)制定倉位？ 到達(dá)轉(zhuǎn)貨臺(tái)？YY貨臺(tái)前伸貨臺(tái)前伸NNYYY軸上移Y軸上移貨臺(tái)回縮貨臺(tái)回縮NN貨臺(tái)前伸到位？貨臺(tái)前伸到位？YYX軸右移Y軸上移X軸右移Y軸上移 到達(dá)轉(zhuǎn)貨臺(tái)？ 到達(dá)制定倉位？YY貨臺(tái)前伸貨臺(tái)前伸NN貨臺(tái)前伸到位？貨臺(tái)前伸到位？YYY軸下移Y軸下移 貨臺(tái)回縮 貨臺(tái)回縮 圖2-8系統(tǒng)流程框圖2.5 PLC實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)庫位的定位PLC實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)庫位的定位主要由PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠組成，如圖2-9所示。圖2-9 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.5.1 PLC部分系統(tǒng)中脈沖信號(hào)由PL

22、C提供，采用松下電工生產(chǎn)的FP0-C16T。其中FP0-C16T是晶體管輸出型的PLC，具備2路最高可達(dá)10KHz的脈沖輸出，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，常用于兩軸位置控制。通過輸出端子Y0，Y1分別產(chǎn)生一個(gè)50%占空比脈沖串，然后接到兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而控制X軸，Y軸步進(jìn)電機(jī)，構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)位置的開環(huán)控制系統(tǒng)。脈沖周期和數(shù)量由PLC程序進(jìn)行控制。通過輸出端子Y2，Y3分別接到兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方向控制端，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)接線圖如圖2-10所示。圖2-10 步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)接線圖2.5.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是一種脈沖放大電路，使脈沖具有一定的功率

23、驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)電路是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵，是影響其性能發(fā)揮和可靠運(yùn)行的一個(gè)最重要的因素。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用森創(chuàng)Syntron SH-20403兩相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分七種模式，利用驅(qū)動(dòng)器上六位撥碼開關(guān)的1、2、3位可以組合出不同的狀態(tài)如圖2-11所示。當(dāng)前的設(shè)置為2細(xì)分即改善半步。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)的意義如下：公共端：輸入信號(hào)采用共陽極接線方式，應(yīng)將輸入信號(hào)的電源正極接到該端子上，將輸入的控制信號(hào)接到相應(yīng)的信號(hào)端子上?？刂菩盘?hào)低電平有效，此時(shí)對(duì)應(yīng)得部光耦導(dǎo)通，控制信號(hào)輸入控制器中。脈沖：脈沖信號(hào)輸入端，共陽極時(shí)該

24、脈沖信號(hào)下降沿被驅(qū)動(dòng)器解釋為一個(gè)有效脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行一步。方向：方向信號(hào)輸入端，該信號(hào)的低電平和高電平控制電機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)向。脫機(jī)：脫機(jī)信號(hào)輸入端，共陽極低電平時(shí)，電機(jī)相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。2.5.3 步進(jìn)電機(jī)的工作原理與特點(diǎn)1步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使速度、位置等控制變得非常的簡(jiǎn)單。當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)加到步進(jìn)電

25、機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動(dòng)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)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)寬廣圍速度的無級(jí)平滑控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的這種控制功能，是其它電動(dòng)機(jī)無法替代的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)可分為：?jiǎn)蜗?、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高

26、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能，但電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)復(fù)雜，成本就會(huì)增加，應(yīng)按需要合理選用。2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)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。（2）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比（3）步距值不容易因?yàn)殡姎?、?fù)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(jìn)行良好的定位控制。（4）起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。（5）價(jià)格便宜,可靠性高。（6）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率較低,并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源。（7）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載慣性的能力不強(qiáng),在使用時(shí)既要注

27、意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小,只有當(dāng)兩者選取在合適的圍時(shí),電機(jī)才能獲的滿意的運(yùn)行性能。（8）由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機(jī)的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。本系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)采用森創(chuàng)Syntron 42byg250C，該電機(jī)為兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，靜態(tài)相電流1.5A，步距角1.8°，即在無細(xì)分的條件下200個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈（細(xì)分精度最高可以達(dá)到12800個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈）。步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)組件采用滾珠絲杠，絲杠的導(dǎo)程為3mm，即絲杠轉(zhuǎn)一圈，螺母直線運(yùn)動(dòng)距離為3mm。當(dāng)螺紋是單頭時(shí),則螺距與導(dǎo)程相等。PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制首先要確立坐標(biāo)系,可以設(shè)為相對(duì)坐標(biāo)系,也可以

28、設(shè)為絕對(duì)坐標(biāo)系。PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須先計(jì)算出脈沖當(dāng)量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量3個(gè)參數(shù)：根據(jù)脈沖頻率確定PLC高速脈沖輸出頻率,根據(jù)脈沖數(shù)量確定PLC的位寬。2.5.4 PLC位置控制指令FP0-C16T型PLC使用F168(SPD1)指令，以位控指令實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。F168(SPD1)指令，可以從指定的輸出通道(Y0或Y1)輸出一個(gè)脈沖序列，如圖2-12所示。圖2-12 F168(SPD1)指令其中，參數(shù)S，表示存儲(chǔ)區(qū)的起始地址；參數(shù)n指定用于輸出脈沖的輸出通道Yn(n: K0或K1)。表2-4脈沖輸出通道參數(shù)對(duì)照表通道號(hào)控制標(biāo)志經(jīng)過值目標(biāo)值方向輸出ch0

29、R903ADT9044，DT9045(FPO-T32:DT90044.DT90045 )DT9046，DT9047(FPO-T32:DT90046 ,DT90047 )Y2ch1R903BDT9048,DT9049(FPO-T32:DT90048 ,DT90049 )DT9050,DT9051(FPO -T32:DT90050 , DT90051 )Y3存儲(chǔ)區(qū)參數(shù)設(shè)定：設(shè)定數(shù)據(jù)寄存器DT100DT106為第一通道參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)，用于控制Y0輸出脈沖；設(shè)定數(shù)據(jù)寄存器DT200DT206為第二通道參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)，用于控制Y1輸出脈沖，其中每個(gè)參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)依次為控制代碼、初始速度、最大速度、加減速時(shí)間、目標(biāo)值

30、和停止標(biāo)記，順序不可改變，具體參數(shù)設(shè)置如表2-13所示。圖2-13 指令參數(shù)設(shè)置圖如要實(shí)現(xiàn)巷道起重機(jī)的貨臺(tái)沿X軸和Y軸各運(yùn)各動(dòng)95mm，則PLC可按照如下梯形圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，如圖2-14所示。：圖3-14 PLC位置控制梯形圖與控制時(shí)序圖控制代碼H102，其中H1表示：約80us固定脈沖寬度；02表示：增量型正向OFF/反向ON；初始速度設(shè)定步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)、停止時(shí)的脈沖頻率為500Hz；最大速度設(shè)定步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率2000Hz；加減速時(shí)間設(shè)定步進(jìn)電機(jī)從初始速度到最大速度的加減速時(shí)間為500ms；目標(biāo)值設(shè)定輸出脈沖數(shù)為38000個(gè)。在相應(yīng)的控制標(biāo)志為OFF并且執(zhí)行條件(觸發(fā)器)為ON的情況下，從指

31、定的輸出通道(Y0為H0，Y1為H1)輸出一組脈沖序列。2.2.5傳感器的選擇1、反射式傳感器的選擇在該立體倉庫中采用歐姆龍EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測(cè) ，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變調(diào)光式；采用變調(diào)光式，與直流光式比，不易受外來光干擾的影響；電源電壓為DC5-24V的大量程電壓輸出型；帶有容易調(diào)整的光軸標(biāo)識(shí)；帶有便于調(diào)整，動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈；其結(jié)構(gòu)圖如圖2-15所示。工作原理：當(dāng)物體相對(duì)于傳感器移動(dòng)時(shí)，反射回來的信號(hào)與原先的信號(hào)相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)相

32、關(guān)的直流信號(hào)輸出電平。反射式傳感器的時(shí)間圖和輸出回路圖如圖2-16所示它有三根連接線(紅、藍(lán)、黑)，紅色接電源的正極、黑色接電源的負(fù)極、藍(lán)色為輸出信號(hào)，當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測(cè)距離不要離傳感器太近，否則傳感器不能動(dòng)作；連接是采用接插件方式，千萬不要對(duì)端子(讀出頭)進(jìn)行焊接。此傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為型號(hào)EE-SPY402形狀立式檢測(cè)方式反射型檢測(cè)距離5mm(反射率90 15×15mm)應(yīng)差距離0.2mm(檢測(cè)距離3mm,橫方向)光源(發(fā)光波長(zhǎng))GaAs紅外發(fā)光二級(jí)管(940nm)顯示燈入光時(shí)燈亮 (紅)電源電壓DC524V±10 脈動(dòng)(p-p

33、)5以下消耗電流平均值15mA以上50mA以下控制輸出NPN電壓輸出負(fù)載電源電壓DC524V負(fù)載電流80mA以下殘留電壓1.0以下(負(fù)載電流80mA時(shí) )殘留電壓0.4以下(負(fù)載電流10mA時(shí) )應(yīng)答頻率100HZ使用環(huán)境照度受光面照度 白熾燈 太：各3，000x以下環(huán)境溫度動(dòng)作時(shí)：-10+55°C 保存時(shí)-25+65°C(不結(jié)冰)環(huán)境濕度動(dòng)作時(shí)：585RH 保存時(shí)-595RH (不結(jié)露)耐久振動(dòng)1055HZ 上下振幅1.5mm XYZ各方向2h耐久沖擊500m/ X、Y、Z各方向三次保護(hù)構(gòu)造IEC規(guī)格 IP50連接方式接插件式 (不可進(jìn)行軟釬焊)質(zhì)量約2.6 g外殼材質(zhì)聚

34、碳酸酯(PC)2.對(duì)射式傳感器的選擇(1)對(duì)射式傳感器的工作原理對(duì)射式傳感器的輸出狀態(tài)一般為 NPN輸出，輸出晶體管的動(dòng)作狀態(tài)可分為入光時(shí)ON和遮光時(shí)ON兩種。入光時(shí)為ON的對(duì)射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖十三所示，當(dāng)24V電壓加到發(fā)光二極管LED1時(shí)，它將光發(fā)射給發(fā)光二極管LED2，LED2接收到光導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，輸出為ON；當(dāng)發(fā)光二極管LED1發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管LED2接收不到時(shí)，LED2不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為OFF。 如圖2-17所示。 (2)對(duì)射式傳感器的選擇在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用8個(gè)對(duì)射式傳感器作限位控制，其中4只對(duì)射式光電傳感器分別作為X、Y軸的限位控制，當(dāng)入光

35、時(shí)輸出晶體管ON；2只對(duì)射式光電傳感器分別作為貨架在X軸和Y軸的到位檢測(cè)，當(dāng)遮光時(shí)輸出晶體管ON，如果貨架未到達(dá)正確位置，Z軸電機(jī)將不能運(yùn)行以確保當(dāng)PLC程序出錯(cuò)時(shí)也不至于損壞設(shè)備；2只對(duì)射式光電傳感器作為Z軸的限位控制，當(dāng)遮光時(shí)輸出晶體管ON，其信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC的輸入點(diǎn)是X4（后限位）和X5（前限位）。2.6 立體車庫的編程設(shè)計(jì)根據(jù)立體車庫的運(yùn)行控制要求, 軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu), 由初始化程序、存取車子程序和故障報(bào)警子程序組成。其中最復(fù)雜的是存取車子程序,也是軟件設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。2.6.1 系統(tǒng)初始化設(shè)置R9013為部特殊繼電器，它表示“只在運(yùn)行第一次掃描時(shí)為ON，從第二次掃描開始為OFF，并

36、保持此狀態(tài)”，一般用于系統(tǒng)的初始化。DT9052為部特殊數(shù)據(jù)寄存器，進(jìn)行高速計(jì)數(shù)器的復(fù)位、計(jì)數(shù)禁止、高速計(jì)數(shù)器指令(F168)的終止與清除?？刂拼a指定如圖2-18所示圖2-18指令控制碼其中H0 (0000)表示：不進(jìn)行軟件復(fù)位H9 (1001) 表示：進(jìn)行軟件復(fù)位、停止輸出脈沖 DT9052中的16bit 如圖2-19所示、每4bit分別對(duì)應(yīng)高速計(jì)數(shù)器的ch0到ch3。圖2-19部特殊數(shù)據(jù)寄存器DT9052的通道定義 使用數(shù)據(jù)傳輸指令F0（MV）指令可修改DT9052中的值，即改變脈沖數(shù)出指令F168（SPD）中脈沖的計(jì)數(shù)狀態(tài)。先輸入H99表示對(duì)X軸、Y軸脈沖進(jìn)行復(fù)位，在輸入H0表示X軸、Y

37、軸脈沖可以進(jìn)行計(jì)數(shù)。2-20系統(tǒng)初始化梯形圖將高速計(jì)數(shù)器的經(jīng)過值復(fù)位，設(shè)置1通道（Y軸脈沖）的數(shù)據(jù)表（DT100-DT106）：在DT100中輸入H112，表示脈沖為固定脈沖寬度80us，按照絕對(duì)型正向“OFF”、反向“ON”的形式輸出；在DT101中輸入K500，表示初始速度頻率為500Hz；在DT102中輸入K5000，表示最大速度頻率為5000Hz；在DT103中輸入K800，表示加、減速時(shí)間為800ms；在DT104中輸入-8388607，表示脈沖數(shù)為8388607，且反向；停止頻率為0Hz。設(shè)置0通道（X軸脈沖）的數(shù)據(jù)表同通道1，并將索引寄存器IX、IY清零。具體的梯形圖如圖2-20

38、所示。2.6.2 脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)算貨臺(tái)要達(dá)到不同行和列的庫位，需要由PLC向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出不同的脈沖個(gè)數(shù)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使巷道起重機(jī)沿X軸和Y軸達(dá)到對(duì)應(yīng)的庫位，從而實(shí)現(xiàn)不同庫位的定位功能。貨臺(tái)達(dá)到不同庫位所需的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算如下：通過步進(jìn)電機(jī)的銘牌可知其步距角為1.8°，即每發(fā)出一個(gè)脈沖可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)1.8°，由于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用2細(xì)分，所以通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，每向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出兩個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)才能轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角1.8°。所以，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周則需要轉(zhuǎn)動(dòng)360°，即400個(gè)脈沖。由于絲杠與步進(jìn)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，故步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一

39、周，絲杠前進(jìn)一個(gè)螺距d（通過測(cè)量已知d=3mm），所以，一個(gè)脈沖可使絲杠前進(jìn)d/400個(gè)螺距，即 0.0075mm。通過測(cè)量可知各庫位距離原點(diǎn)從原點(diǎn)到初始位置的距離為X軸：0mm，Y軸：5.625mm從原點(diǎn)到第一行（0號(hào)、1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)）庫位的距離為9mm每行庫位相隔的距離為87mm從原點(diǎn)到第一列（0號(hào)、1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)）的庫位的距離為92.25mm每列庫位相隔的距離為87mm通過計(jì)算可知：貨臺(tái)距離第一行庫位的距離為9mm到達(dá)第一行庫位所需的脈沖個(gè)數(shù)為1200貨臺(tái)距離第二行庫位的距離為96mm到達(dá)第二行庫位所需的脈沖個(gè)數(shù)為12800貨臺(tái)距離第三行庫位的距離為183mm到達(dá)第三行庫位所需的脈沖

40、個(gè)數(shù)為24400貨臺(tái)距離第四行庫位的距離為270mm到達(dá)第四行庫位所需的脈沖個(gè)數(shù)為36000貨臺(tái)距離第一列庫位的距離為95.25mm到達(dá)第一列庫位所需的脈沖個(gè)數(shù)為12700貨臺(tái)距離第二列庫位的距離為182.25mm到達(dá)第二列庫位所需的脈沖個(gè)數(shù)為24300貨臺(tái)距離第三列庫位的距離為269.25mm到達(dá)第三列庫位所需的脈沖個(gè)數(shù)為35900其梯形圖如圖2-21所示2-21系統(tǒng)初始化脈沖個(gè)數(shù)設(shè)置梯形圖2.6.3 鍵盤取低四位在巷道堆垛式立體車庫模型中，采用兩位八段數(shù)碼管表示“存車”、“取車”對(duì)應(yīng)得庫位編號(hào)，庫位編號(hào)的輸入與“存”、“取”動(dòng)作采取4×4的鍵盤，經(jīng)過編碼后由X20-X23輸入PLC，即WX2中只是第四位有效，所以采用F65（WAN）位“與”指令和HF進(jìn)行“與”操作，只取低四位。如圖2-22所示。圖2-22鍵盤輸入取低四位梯形圖2.6.4 鍵盤輸入各庫位編號(hào)采取比較指令來比較WR11中的值，當(dāng)值為“1”時(shí)，即表示選中“1號(hào)庫位”，同理，當(dāng)值為“12”時(shí)，即