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文檔簡介
1、PLC的自動尋跡運(yùn)輸車控制系統(tǒng)設(shè)計提高現(xiàn)代化工廠部門之間物料搬運(yùn)和內(nèi)部運(yùn)輸?shù)膮f(xié)調(diào)性,是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全盤自動化的重要舉 措。傳統(tǒng)物料運(yùn)輸車具有設(shè)備復(fù)雜、功耗大、投資高、污染環(huán)境等缺點(diǎn),其中有軌運(yùn)輸車需 鋪設(shè)專門軌道,若生產(chǎn)程序改變,需重新鋪設(shè)軌道,破壞路面,投資高;無軌運(yùn)輸車包括叉 車及手推運(yùn)料小車,均需專人駕駛,勞動強(qiáng)度大,運(yùn)輸效率低。本設(shè)計采用光電檢測技術(shù),以日本三菱公司生產(chǎn)的FX-2N可編程控制器為控制核心,通過編程實(shí)現(xiàn)智能控制。 若生產(chǎn)工序改變,只需重新鋪設(shè)光軌便可以相應(yīng)改變。是一種新型、高效、無污染的自動尋跡運(yùn)輸車,無人駕駛、安全可靠、操作方便??山档蜕a(chǎn)成本,提高生 產(chǎn)效率。1系統(tǒng)總體方
2、案 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖 1所示,直流電機(jī)固定在運(yùn)輸車底座下側(cè),驅(qū)動后輪前進(jìn),步進(jìn)電 機(jī)控制前輪轉(zhuǎn)向,PLC作為控制系統(tǒng)中心,并與步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)及觸摸屏相連,得到電磁制動器及步進(jìn)電機(jī)。 觸速度、位置和障礙物信息同時輸出相應(yīng)的控制命令到直流電機(jī)、 摸屏作為操作界面,給用戶提供一個可視化的操作平臺。深圳租華人目動化培訓(xùn)WWWPK I冃潦電亠圈1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖系統(tǒng)設(shè)計可劃分為信號檢測部分和控制部分。其中,信號檢測部分包括軌道線檢測設(shè)計、障礙物檢測設(shè)計、速度檢測設(shè)計,控制部分包括驅(qū)動控制設(shè)計、制動控制設(shè)計、轉(zhuǎn)向控制設(shè)計。系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖如圖 2所示。fl速度5(對射式光聘憊進(jìn)檢測障W物數(shù)據(jù)處艸
3、制動控制匸圖2系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖運(yùn)輸車循跡采取光電探測法的原理。在車體底部安裝3只光電傳感器,運(yùn)輸車在地板上按照引導(dǎo)線自動運(yùn)行時不斷地向地面發(fā)射紅外光。由于光電管對不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn):當(dāng)紅外光遇到綠色引導(dǎo)線時發(fā)生漫反射,反射光被裝在運(yùn)輸車上的接收管接收,輸出為低電平; 如果遇到其他顏色則紅外光被吸收,輸出為高電平??删幊炭刂破鞅憧筛鶕?jù)3只光電傳感器的狀態(tài)編碼為依據(jù)來確定引導(dǎo)線的位置和運(yùn)輸車的行走路線閉。運(yùn)輸車自動尋跡的位置狀態(tài)編碼如圖3所示。S3話掙車驚狀態(tài)編碼圖深圳稻草人WWW.2系統(tǒng)硬件設(shè)計 2. 1轉(zhuǎn)向及驅(qū)動控制電路設(shè)計本設(shè)計運(yùn)輸車載重不超過70 kg,對電機(jī)的負(fù)
4、載能力有一定的要求,由于直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動力矩大,可以產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩,因此選擇xM4 10125A型直流減速電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī),該電機(jī)自帶一個小鏈輪,齒數(shù)z1為9,選取大鏈輪齒數(shù) z2為19,所以傳動比i為:深訓(xùn)才協(xié)目動比堀訓(xùn)6口“4+譏 吊+ K 廠) 2x90正常運(yùn)行時,運(yùn)輸車運(yùn)行速度 V為:I灣扯韜草人貝動需坯期 0.01 x -Y= (J,834 rrVs-3,0 krrVhwww.-dcraUto. com -式中:n為直流電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,4 r,s; d為運(yùn)輸車驅(qū)動輪直徑,14cm。深圳稻醸人旦動化IB訓(xùn) www, dcrautolZ220 V-2 :|GNDY2-00M1 h圖4
5、鑿動電機(jī)連接電路圖驅(qū)動電機(jī)連接電路圖如圖 4所示。電機(jī)通電后經(jīng)鏈條傳動使驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動。本設(shè)計將PLC輸出端Y2與兩相繼電器J5相連,當(dāng)Y2低電平時,J5活動觸點(diǎn)KM與觸點(diǎn)I連接,電機(jī)正轉(zhuǎn); 反之Y2高電平時,J5活動觸點(diǎn)KM與觸點(diǎn)2連接,電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)驅(qū)動器 (CT 一 30IA9) 通過J5連接電機(jī),調(diào)整 ADJ端子參數(shù)可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,檢測到的路況輸入信號,經(jīng)過PLC控制單元進(jìn)行計算并按結(jié)果的要求輸出控制信號到Y(jié)2端,控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車的前進(jìn)、后退。如圖5所示,PLC輸出端Yo連接到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的 Pu(步進(jìn)脈沖信號),丫1連接到DR(方 向控制)。PLC根據(jù)傳感器檢測到的信
6、號, 進(jìn)行程序控制,當(dāng)運(yùn)輸車偏離引導(dǎo)線時,Yo接通, 步進(jìn)電機(jī)開始工作(初始設(shè)置為右轉(zhuǎn)),當(dāng)判斷需要左轉(zhuǎn)時, Y1接通,控制步進(jìn)電機(jī)反方向 轉(zhuǎn)動。圖5步進(jìn)電機(jī)接拔圖2. 2光電檢測電路設(shè)計綜合各種光電檢測器件的性能及本設(shè)計的具體要求,采用RPR220型光電對管。其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管,而接收器是一個高靈敏度硅平面光電三極管。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時, 三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單,工作性能穩(wěn)定。光電檢測電路如圖6所示。車體上的3個光電管對路徑信息進(jìn)行檢測,將檢測到的信號送到PLC輸入端,從左至右記作:x1、x2、x3,當(dāng)PLC檢測到的信號為低電平時,則紅外光被
7、地上的綠色引導(dǎo)線反射,表明運(yùn)輸車處在綠色引導(dǎo)線上;反之運(yùn)輸車已經(jīng)偏離軌道。光電傳感器的輸入電壓為 5 V,而整體設(shè)計中輸入模塊采用的電壓為24 V。采用穩(wěn)壓管LM317 , 調(diào)整電位器使其輸出電壓恒為 5V,保證光電傳感器的正常工作。圖6光電檢測電路設(shè)計2. 3測速傳感器電路設(shè)計本設(shè)計采用測速傳感器來獲取運(yùn)輸車當(dāng)前速度,其作用主要有:1)監(jiān)控運(yùn)輸車速度變化,為彎道速度控制提供參考;2)實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制, 增加運(yùn)輸車穩(wěn)定性。 系統(tǒng)的主要控制對象是轉(zhuǎn)向輪和驅(qū)動輪。測速傳感器安裝于運(yùn)輸車驅(qū)動輪附近,測速輪安裝在靠近運(yùn)輸車驅(qū)動輪的軸上,測速輪上開有間隔均勻的30個小齒,即齒輪轉(zhuǎn)動一周,測速傳感器檢測
8、到30個脈沖。當(dāng)運(yùn)輸車運(yùn)行時,測速傳感器不斷輸出脈沖,其脈沖個數(shù)存放到PLC的內(nèi)部寄存器中。測速傳感器電路設(shè)計如圖7所示。根據(jù)式(3)計算出驅(qū)動輪每分鐘轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)N,再結(jié)合驅(qū)動輪的直徑就可算出運(yùn)輸車當(dāng)前的運(yùn)行速度 V。820 axn24 VTpirGJ深圳稻草人自動化培訓(xùn) wwwt dcrauto* cam 眈川111深衛(wèi)弩人耳神您桶訓(xùn)www. dcrauto com式中:n為測速輪每一周測得脈沖數(shù),n=30 ; D5為測速傳感器測速時段輸出脈沖個數(shù);t為測速時段的計數(shù)時間,ms。I1深圳稻草人自動化培訓(xùn)0,kwwwt dcrauto. com圖8速度控制電路設(shè)計2. 4速度控制電路設(shè)計速度控
9、制電路如圖 &由傳感器采集到的信號輸入到PLC上,經(jīng)PLC處理后傳送到 Y端,3個輸出端Y11、Y12、Y13通過繼電器J1、J2、J3分別連接不同的分壓電路,電阻值的 不同使得所分電壓不同, 同時電機(jī)驅(qū)動器(CT 一 301A9)輸出發(fā)生變化,從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)速度控制。2. 5避障電路設(shè)計障礙物檢測電路設(shè)計如圖 9所示。在運(yùn)輸車的四周安裝有紅外光電傳感器,其檢測原理與路面檢測相似,當(dāng)運(yùn)輸車運(yùn)行時,傳感器檢測到人或其他障礙物,輸出為低電平,通過輸入端傳送到PLC,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,輸出報警信號,反之,輸出高電平。深圳稻革人自動化姑訓(xùn)dcrauto. cGNI)PLC圖9障碣輛檢測電路設(shè)計2.
10、 6制動電路設(shè)計制動電路設(shè)計如圖10所示。運(yùn)輸車遇到障礙物或到站時,需要自動停止。停止由PLC編程控制,因此只需將輸出端 Y4連接制動裝置即可。本設(shè)計由繼電器J4動作進(jìn)而通過電感的吸合作用帶動繞在驅(qū)動輪上的皮帶控制運(yùn)輸車的制動。Y1GNDUN12-1V圖10制動控創(chuàng)電路設(shè)計3系統(tǒng)軟件設(shè)計運(yùn)輸車的控制采用模塊化的結(jié)構(gòu), 其基本思路是:將位置傳感器采集來的道路信息、 速度傳 感器采集來的速度信息和避障傳感器檢測到的障礙物信息經(jīng) PLC處理,輸出PwM信號到 舵機(jī)和驅(qū)動電機(jī)。方向控制和速度控制系統(tǒng)分別構(gòu)成兩個閉環(huán)系統(tǒng), 兩者可相互影響,比如 根據(jù)路徑識別的結(jié)果來控制速度, 使得運(yùn)輸車在彎道上慢速,
11、而在直道上快速。軟件設(shè)計流 程圖如圖11所示。方向控制:運(yùn)輸車舵機(jī)是由舵輪、 機(jī)械結(jié)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)和控制電路組成的一個位置隨動系統(tǒng)。 通過內(nèi)部的位置反饋來實(shí)現(xiàn)舵輪輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的控制信號。本設(shè)計將位置傳感器反饋的路面信息、測速傳感器測得的速度信息和避障傳感器檢測到的障礙物信息,經(jīng)過PLC控制單元進(jìn)行計算并按結(jié)果的控制要求向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出命令(PWM信號形式),通過對步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制來實(shí)現(xiàn)舵輪的正反轉(zhuǎn),在脈寬改變時,使其自動變化到對應(yīng)值。速度控制:直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制采用PWM(脈寬調(diào)制)調(diào)速方法。為進(jìn)一步精確控制運(yùn)輸車速度,還需要引入閉環(huán)速度控制。利用位置傳感器、速度傳感器和避障傳感器檢測到的實(shí)時信息與期望速度之間的比較來確定輸出到直流電機(jī)的PWM信號,從而確定加速或減速強(qiáng)度的大小。4結(jié)論 本系統(tǒng)采用PLC作為核心控制器,采用機(jī)電一體化設(shè)計,已完成了樣機(jī)制作,可實(shí)現(xiàn)物料 的自動運(yùn)輸,目前處于程序優(yōu)化階段。相對于國內(nèi)常見的軌道運(yùn)輸系統(tǒng),本系統(tǒng)體積較小、 安裝方便,軌道鋪設(shè)簡單,根據(jù)生產(chǎn)工序
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