小型立體倉庫電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(含完整程序)

小型立體倉庫電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院綜合畢業(yè)實踐第2頁共1頁綜合畢業(yè)實踐報告(論文)小型立體倉庫電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計小型立體倉庫電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,自動化立體倉庫必然會在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，由自動控制與管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機、自動入庫、自動出庫、計算機管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。本課題的電氣控制是由日本三菱公司生產(chǎn)的FX2型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。該電氣控制系統(tǒng)分手動和自動兩種方式。它實現(xiàn)的功能主要有：?。ㄓ闪阄怀霭l(fā)到指定倉位號取貨并送到入貨臺）；入（到零位取貨并送入指定倉位號）等等，在執(zhí)行完任務(wù)后自動返回到零位等待下一個指令。本文首先對該課題的可行性及課題實現(xiàn)的現(xiàn)實意義和價值進行了介紹；其次對該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進行了闡述和分析；再次對本控制系統(tǒng)的核心——軟件進行了編寫，論文中即有梯形圖又有相應(yīng)的語句表；最后對設(shè)計本課題所學(xué)到的知識和結(jié)論進行歸納和總結(jié)，并對本論文有待完善的地方進行扼要的說明。關(guān)鍵詞:立體倉庫電氣控制PLC步進電機物流管理目錄第1章緒論………………………11.1立體倉庫在自動化生產(chǎn)過程中………………11.2此課題的設(shè)計內(nèi)容及主要思路………………11.3設(shè)計此課題的可行性…………21.4設(shè)計此課題的實用價值及現(xiàn)實意義…………3第2章硬件部分………………42.1立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)…………42.2立體倉庫的硬件原理…………52.2.1步進電機的原理…………52.2.2步進電機驅(qū)動器的原理…………………52.2.3傳感器的工作原理………62.2.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理…………………6第3章元器件的選擇………93.1步進電機的選擇……………93.2步進電機驅(qū)動器的選擇……………………123.3傳感器及微動開關(guān)的選擇…………………163.4PLC的選擇…………………183.4.1I/O點的選擇…………183.4.2PLC型號的選擇………18第4章軟件部分………………204.1I/O地址分配表……………204.2PLC設(shè)計的梯形圖…………214.3PLC的語句表………………31第5章結(jié)論與展望…………………395.1結(jié)論………………………395.2展望………………………39參考文獻…………41致謝………………42小型立體倉庫電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計PAGE42第一章緒論隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,自動化立體倉庫必然會在各行業(yè)中得到越來越廣的應(yīng)用。自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng)，由自動控制與管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機、自動入庫、自動出庫、計算機管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。通過出入輸送系統(tǒng)將貨物送至倉庫貨架前，由巷道堆垛機實現(xiàn)自動出庫和入庫存，整個過程通過計算機網(wǎng)絡(luò)化管理和自動控制系統(tǒng)。1.1立體倉庫在自動化生產(chǎn)過程中的重要性自動化立體倉庫具有普通倉庫無可比擬的優(yōu)越性。首先是節(jié)約空間、節(jié)約勞力。據(jù)國際倉庫自動化會議資料：以庫存11000托盤、月吞吐10000托盤的冷庫為例，自動化立體倉庫與普通倉庫比較情況為：用地面積為13%、工作人員為21.9%、吞吐成本為55.7%、總投資為63.3%。立體倉庫的單位面積儲存量為普通倉庫的4-7倍。其次是提高倉庫管理水平，減少貨損，優(yōu)化、降低庫存，縮短周轉(zhuǎn)期，節(jié)約資金。近年來，特別在冷凍行業(yè)，自動化立體倉庫的發(fā)展極快。

自動化立體倉庫（以下簡稱立庫）系統(tǒng)，能在計算機的控制下，實現(xiàn)自動化入庫管理、在庫管理、出庫管理、盤庫管理、具有自動查詢管理功能。系統(tǒng)管理計算機能與上位（工廠）中心計算機連通，能與全廠計算機相互通訊，及時匯總提供庫存信息；監(jiān)視貨物流向；具有經(jīng)濟情報分析功能；具有先進的功能及設(shè)備進行故障檢測和查詢顯示功能。立庫可充分利用空間，減少占地面積，有效利用倉儲能力，合理減少庫存，高速存取,加快儲備資金周轉(zhuǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的柔性化生產(chǎn)。可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、電子、汽車、機械、化工等行業(yè)。1.2此課題的設(shè)計內(nèi)容及主要思路該立體倉庫主體由底盤、四層十二倉位庫體、運動機械及電氣控制等四部分組成。機械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機械元件組成，采用步進電機作為拖動元件。該控制系統(tǒng)主要由日本三菱公司生產(chǎn)的FX2型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。小型立體倉庫的電氣控制系統(tǒng)由PLC來實現(xiàn)，控制系統(tǒng)分手動和自動兩種方式。此系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要有：?。ㄓ闪阄怀霭l(fā)到指定倉位號取貨并送到入貨臺）；入（到零位取貨并送入指定倉位號）等功能，在執(zhí)行完任務(wù)后自動返回到零位等待下一指令。小型立體倉庫的應(yīng)具備的功能主要有幾下幾點：1、開機時首先要回零位操作，這樣的目的就是給堆垛機有個工作參考點；2、堆垛機（機械手）要有三個自由度，即：前進、后退；上、下；左、右；3、堆垛機的運動由步進電機驅(qū)動，伸縮由直流電機控制（Y方向）；4、堆垛機前進（或后退）運動和上（或下）運動可同時進行；5、堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護；6、每個倉位必須有檢測裝置（微動開關(guān)），當(dāng)操作有誤時發(fā)出錯誤報警信號；7、倉位共有12個，3行4列；8、當(dāng)按完倉位號后，沒按入或取前，可以按取消鍵進行取消該操作。9、整個電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕，以防發(fā)生意外。本系統(tǒng)設(shè)計的主要思路是：第一、對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃，此階段主要進行資料搜集和閱讀工作；第二、對系統(tǒng)的硬件原理的理解和消化并對其進行合理地選擇；第三、對系統(tǒng)軟件的編寫并在模擬系統(tǒng)中進行軟件的核對；第四、在時間允許的情況下對系統(tǒng)進行運行調(diào)試；最后、整理資料進行論文撰寫工作。1.3此課題設(shè)計的可行性由于倉儲物流設(shè)備是在通用的場合使用，工作并不很繁重，因此具有操作方便，易維護并具有耐久性、無故障性和良好的經(jīng)濟性，以及較高的安全性、可靠性和環(huán)保性。這類設(shè)備批量較大、用途廣，考慮綜合效益，可降低外型高度，簡化結(jié)構(gòu)，降低造價，同時也可減少設(shè)備的運行成本。隨著物流的多樣性，物流活動的系統(tǒng)性、一致性、經(jīng)濟性、機動性和快速化，要求一些設(shè)備向?qū)ｉT化方向發(fā)展，又有一些設(shè)備向通用化、標準化方向發(fā)展。此課題的控制系統(tǒng)主要由PLC來控制，目前PLC生產(chǎn)廠商較多易于購買，且使用壽命和低故障率是世人所共認的。又因PLC控制程序能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化，降低物流系統(tǒng)的故障率，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。而PLC所用的電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。PLC不用進行額外布線可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。從硬件設(shè)備購置方面來說已備設(shè)計條件；其次此課題從設(shè)計時間和系統(tǒng)的調(diào)試角度考慮也完全可以做到，因為該課題有四個月左右的時間，設(shè)計時間應(yīng)該足夠；再次，此課題的設(shè)計是在具有四年P(guān)LC設(shè)計和維護工作經(jīng)驗的侍壽永老師的指導(dǎo)下進行的，并在我校實驗室已有設(shè)備的基礎(chǔ)上設(shè)計和調(diào)試的。從這以上幾個方面來說，此課題的設(shè)計是完全可行的。1.4設(shè)計此課題的實用價值及現(xiàn)實意義1、低成本利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點就是成本低。由于利用電力線上網(wǎng)，直接使用現(xiàn)有電力網(wǎng)就可以實現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)電話線、光電纜等，大大地減少了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的投資。2、范圍廣無所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。因為家家都有電力線，由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一個家庭.因此，這一技術(shù)一旦進入商業(yè)化階段，將會促進電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。3、高速利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商RWE承諾，運用他們的電力線上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比ISDN拔號上網(wǎng)快30多倍,比ADSL更快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的PLC產(chǎn)品正在研制之中。4、便捷不管在家里的哪個角落,只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有PLC帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受!5、永遠在線PLC屬于"即插即用"，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！6、結(jié)構(gòu)靈活通過PLC技術(shù)實現(xiàn)Internet接入，可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率。目前還未有效解決電力線信號通過變壓器的技術(shù)，因此，電力線通信設(shè)備都是集中在220V線路變壓器的用戶端。7、家庭數(shù)字化PLC技術(shù)能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室內(nèi)的設(shè)備之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡(luò)來控制自己家里的電器設(shè)備。第2章硬件部分2.1立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)立體倉庫主體由底盤、四層十二倉位庫體、運動機械及電氣控制等四部分組成。機械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機械元件組成，采用步進電機、直流電機作為拖動元件。電氣控制是由日本三菱公司生產(chǎn)的FX2型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。圖一控制面板上的開關(guān)及按鈕功能圖二控制面板上的倉位號表一、控制面板上的按鈕功能表 按鍵號功能選擇定義1自動選擇1號倉位手動機構(gòu)水平向左移動2自動選擇2號倉位手動機構(gòu)垂直向下移動3自動選擇3號倉位手動機構(gòu)水平向右移動4自動選擇4號倉位手動機構(gòu)水平向后移動5自動選擇5號倉位手動機構(gòu)垂直向上移動6自動選擇6號倉位手動機構(gòu)水平向前移動7自動選擇7號倉位手動無意義8自動選擇8號倉位手動無意義9自動選擇9號倉位手動無意義10自動選擇10號倉位手動無意義11自動選擇11號倉位手動無意義12自動選擇12號倉位手動無意義

2.2立體倉庫的硬件原理

2.2.1步進電機的原理步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機時，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)目就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進電動機時，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，就能控制步進電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。步進電動機的這種控制功能，是其它電動機無法替代的。步進電動機可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進電動機的相數(shù)可分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進電動機的性能，但電動機的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源就會復(fù)雜，成本就會增加，應(yīng)按需要合理選用。2.2.2步進電機驅(qū)動器的原理當(dāng)物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號與原先的信號相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進行放大，再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。2.2.3傳感器的工作原理（1）、反射式傳感器的工作原理：當(dāng)物體相對于傳感器移動時，反射回來的信號與原先的信號相比較，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號進行放大，再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。圖三反射式傳感器結(jié)構(gòu)圖（2）、對射式傳感器的工作原理：對射式傳感器的輸出狀態(tài)一般為NPN輸出，輸出晶體管的動作狀態(tài)可分為入光時ON和遮光時ON兩種。入光時為ON的對射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖四所示，圖四對射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)24V電壓加到發(fā)光二極管LED1時，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，LED2不導(dǎo)通，三極管也不導(dǎo)通，輸出為OFF。2.2.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理(1)、并聯(lián)型開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是由開關(guān)晶體管V和二極管及儲能電感L、濾波電容C組成的。除此以外，通常還有較為復(fù)雜的驅(qū)動電路，調(diào)節(jié)電路、保護電路、基準電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合電路等各個部分，用來對輸出電壓的大小以及特性進行控制和調(diào)節(jié)，圖五并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖。圖五并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理?？驁D設(shè)開關(guān)晶體管V的開關(guān)轉(zhuǎn)換周期T，導(dǎo)通期的時間為，截止期的時間為，占空比為δ(δ＝／T)。圖六并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電路的電壓、電流波形其工作原理如下：當(dāng)開關(guān)晶體管V處于導(dǎo)通期間，輸入電壓加到儲能電感L的兩端(這里我們忽略了V的飽和壓降)，二極管因被反向偏置而截止。在此期間流過L的電流為近似線性地增加的鋸齒波電流(見圖十六)，并以磁能的形式儲存在L中。當(dāng)開關(guān)晶體管V截止時，儲能電感L兩端的電壓極性相反，此時二極管被正向偏置而導(dǎo)通。儲存在L中的能量通過二極管輸送給負載電阻和濾波電容C。在此期間，L中的泄放電流是鋸齒波電流的線性下降部分。同理，當(dāng)開關(guān)晶體管V導(dǎo)通期間在儲能電感L中增加的電流數(shù)值應(yīng)該等于開關(guān)管V截止期間在儲能電感L中減少的電流值。只有這樣才能達到動態(tài)平衡，才能給負載電阻提供一個穩(wěn)定的輸出電壓。(2)、開關(guān)式穩(wěn)壓電源的選擇在該立體倉庫控制系統(tǒng)中，考慮到PLC和步進電機驅(qū)動器都要求直流24V電源，綜合考慮系統(tǒng)用電量、系統(tǒng)運行可靠性和系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)整性，我們選用了DM150-24型并聯(lián)式開關(guān)電源。DM150系列開關(guān)電源輸出功率大，體積小，重量輕，高可靠性，適應(yīng)寬范圍的輸入電壓變動，具有完備的過壓、過流保護功能；內(nèi)置輸入EMI濾波器，具有高抗干擾能力；根據(jù)UL478標準設(shè)計，耐壓1500Vac／1分鐘；采用端子方式連接，全金屬外殼，有臥式和立式兩種安裝方式。DM150系列開關(guān)電源的性能指標見表二表二、DM150系列開關(guān)電源的性能指標型號DMl50-24輸入電壓ACl70V～264V輸入頻率50～60Hz輸入浪涌電流60A(ACIN220V，Ta25℃，冷啟動)輸出電壓24V輸出電流6.5A輸出功率156W輸出可調(diào)范圍約±10％過流保護外部短路撤除，輸出自動恢復(fù)過壓保護27±1V輸入-輸出絕緣AC1500V，1分鐘，10mA；DC500V，絕緣電阻>60MΩ輸入-機殼絕緣AC1500V，1分鐘，10mA；DC500V，絕緣電阻>50MΩ輸出-機殼絕緣AC1500V，1分鐘，10mA；DC500V，絕緣電阻>10MΩ相對濕度Ta=25℃相對濕度=80％工作環(huán)境溫度-10℃～40℃儲存溫度-20℃～55℃尺寸／重量200X118X49mm(長X寬X高)顏色黑色冷卻方式風(fēng)冷第3章元器件的選擇3.1步進電機的選擇（1）、步進電動機的特點①、步進電動機是一種作為控制用的特種電機，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差(精度為100％)，所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。②、步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比③、步距值不容易因為電氣、負載、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)就能進行良好的定位控制。④、起制動、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。⑤、價格便宜,可靠性高。⑥、步進電動機的主要缺點是效率較低,并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動電源。⑦、步進電動機帶負載慣性的能力不強,在使用時既要注意負載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負載轉(zhuǎn)動慣量的大小,只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時,電機才能獲的滿意的運行性能。⑧、由于存在失步和共振，因此步進電機的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。（2）、步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成與交直流電動機不同，僅僅接上供電電源，步進電機不會運行的。為了驅(qū)動步進電動機，必須由一個決定電動機速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進行位置控制）、一個使電動機繞組圖七步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機正常運行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng)，如圖七所示。（3）、步進電動機的選擇計算在選擇步進電動機時首先考慮的是步進電動機的類型選擇，其次才是具體的品種選擇，在該立體倉庫控制系統(tǒng)中要求步進電動機電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，確定步進電動機采用2相8拍混合式步進電機；在進行步進電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比i、軸向力F、負載轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩和運行頻率，以確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。由于我們使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，已知條件和要求條件為：移動部分總重M=25kg外力Fa=4kg.cm磨擦系數(shù)=0.04螺栓機構(gòu)的效率=O.9螺栓軸徑=1.2cm螺栓長=42cm螺距P=3mm分辨率L=0.01mm移動距離=0.0075mm/步速度V=2m／min計算：設(shè)擬選用2相、1.8°步距角的HB型電動機速比(設(shè)使用直接驅(qū)動方式)i=m×/(360×L)=2×1.8／(360×O.01)=1軸向力F=Fa+M=4+0.04×25=5kg.cm負載轉(zhuǎn)矩=F×P／(2)+(××)/2=5×0.3／(2×3.14×0.9)+(0.3×1.67×0.3)/(2×3.14)=0.289kg.cm螺栓的慣量=（×××）/32=（3.14×7.9××42×）/32=0.0675kg.移動體的慣量=M×=25×=0.0571kg.負載慣量為=+=0.0675+0.00571=0.1246kg.根據(jù)以上計算可以初步選定步進電動機，其慣量為=0.03kg.，空載起動頻率=3000H。由要求的速度可求出運行的頻率：f=V／L=2000／(60×0.01)=3333HZ可知需要加減速的驅(qū)動方式。齒輪比：G=360°/L=0.0075×360°/(1.8°×0.01)=150換算到電機軸的負載轉(zhuǎn)矩為T=G×L(+F)/2=150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9)=1.40kg.cm對首次設(shè)計的裝置來講，所選用的電動機通常留有2～3倍的余量，所以電機轉(zhuǎn)矩=3T=3×1.40=4.2kg.cm=0.41N.M根據(jù)以上的計算，我們在該立體倉庫控制系統(tǒng)中的步進電動機采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2相8拍混合式步進電機，它的主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。型號：42BYGHl01。電氣原理圖如圖八所示?？旖泳€插頭：紅色表示A相，藍色表示B相；如果發(fā)現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)向不對時可以將A相或B相中的兩條線對調(diào)。圖八步進電機的出線圈此步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為:電機型號相數(shù)步距角相電流驅(qū)動電壓額定轉(zhuǎn)矩重量42BYGH10121.801.7ADC24V0.44N·M0.24kg3.2步進電機驅(qū)動器的選擇(1)、步進電機驅(qū)動器的選擇步進電機的運行要有一電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電機驅(qū)動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進電機的轉(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，共有三路信號，它們是：步進脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機信號FREE(此端為低電平有效，這時電機處于無力矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電機可正常運行)。它們在驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都相同，見下圖。OPTO端為三路信號的公共端，三路輸入信號在驅(qū)動器內(nèi)部接成共陽方式，所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，如果VCC是+5V則可直接接入；如果VCC不是+5V則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光耦提供8-15mA的驅(qū)動電流，參見圖九和圖十。在該立體倉庫中由于FP0提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，所以須外部另加1.8K的限流電阻R。圖九輸入信號接口電路圖十外接限流電阻R步進電機驅(qū)動器的輸出信號有兩種:①、初相位信號：驅(qū)動器每次上電后將使步進電機起始在一個固定的相位上，這就是初相位。初相位信號是指步進電機每次運行到初相位期間，此信號就輸出為高電平，否則為低電平。此信號和控制系統(tǒng)配合使田，可產(chǎn)生相位記憶功能，其接口見圖十一。圖十一初相位信號接口電路②、報警輸出信號：每臺驅(qū)動器都有多種保護措施(如：過壓、過流、過溫等)。當(dāng)保護發(fā)生時，驅(qū)動器進入脫機狀態(tài)使電機失電，但這時控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知系統(tǒng)，就要用到‘報警輸出信號’。此信號占兩個接線端子，此兩端為一繼電器的常開點，報警時觸點立即閉合。驅(qū)動器正常時，觸點為常開狀態(tài)。觸點規(guī)格：DC24V／1A或AC11OV／O．3A。一般來說，對于兩相四根線電機，可以直接和驅(qū)動器相連，如圖十二所示。圖十二電機與驅(qū)動器接線圖所以我們采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的SH系列步進電動機驅(qū)動器，型號為SH-2H057。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。SH-2H057步進電動機驅(qū)動器采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動器,這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風(fēng)機，其外殼即為散熱體，所以使用時要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一個風(fēng)機也是一種較好的散熱辦法。此步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：

驅(qū)動器型號

相數(shù)

類別細分數(shù)通過撥位開關(guān)設(shè)定最大相電流開關(guān)設(shè)定

工作電源SH-2H057二相或四相混合式二相八拍3.0A一組直流DC(24V-40V)(2)、步進電機驅(qū)動器接線示意圖見圖十三圖十三步進電機驅(qū)動器接線示意圖(3)、步進電機驅(qū)動器細分數(shù)和電機相電流的設(shè)定①、細分數(shù)的設(shè)定要了解“細分”，先要弄清“步距角”這個概念：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。SH系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(shè)定細分數(shù)的，您只需根據(jù)面板上的提示設(shè)定即可。在系統(tǒng)頻率允許的情況下，盡量選用高細分數(shù)。對于兩相步進電機,細分后電機的步距角等于電機的整步步距角除以細分數(shù)，例如細分數(shù)設(shè)定為40、驅(qū)動步距角為0.9°/1.8°的電機，其細分步距角為1.8÷40=0.045?？梢钥闯?步進電機通過細分驅(qū)動器的驅(qū)動，其步距角變小了，如驅(qū)動器工作在40細分狀態(tài)時，其步距角只為電機固有步距角的十分之一，也就是說：當(dāng)驅(qū)動器工作在不細分的整步狀態(tài)驅(qū)動上例的電機時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉(zhuǎn)動1.8°；而用細分驅(qū)動器工作在40細分狀態(tài)時，電機只轉(zhuǎn)動了0.045°，這就是細分的基本概念。細分功能完全是由驅(qū)動器靠精確控制電機的相電流所產(chǎn)生的，與電機無關(guān)。驅(qū)動器細分后將對電機的運行性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，但是這一切都是由驅(qū)動器本身產(chǎn)生的，和電機及控制系統(tǒng)無關(guān)。在使用時，唯一需要注意的一點是步進電機步距角的改變,這一點將對控制系統(tǒng)所發(fā)出的步進信號的頻率有影響;因為細分后步進電機的步距角將變小，要求步進信號的頻率要相應(yīng)提高。驅(qū)動器細分后的主要優(yōu)點為：A、完全消除了電機的低頻振蕩。低頻振蕩(約在200Hz左右)是步進電機的固有特性，而細分是消除它的唯一途徑，如果您的步進電機有時要在共振區(qū)工作(如走圓弧)，選擇細分驅(qū)動器是唯一的選擇。B、提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對三相反應(yīng)式電機，其力矩比不細分時提高約30～4096。C、提高了電機的分辨率。由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，提高電機的分辨率是不言而喻的。以上這些優(yōu)點，尤其是在性能上的優(yōu)點，并不是一個量的變化，而是質(zhì)的飛躍。所以我們最好選用細分驅(qū)動器。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。但現(xiàn)在的情況不同了，細分驅(qū)動器的出現(xiàn)改變了這種觀念，用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。所以如果用戶采用細分驅(qū)動器，‘相數(shù)’將變得沒有意義。②、電機相電流的設(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)定電機的相電流，您只需根據(jù)面板上的電流設(shè)定表格進行設(shè)定。(4)、步進電機驅(qū)動器指示燈說明驅(qū)動器的指示燈共有兩種：電源指示燈(綠色或黃色)和保護指示燈(紅色)。當(dāng)任一保護發(fā)生時，保護指示燈變亮。(5)、步進電機驅(qū)動器電源接口對于超小型驅(qū)動器(SH—2H057、SH—3F075、SH—2H057M、SH-3F075M)，采用一組直流供電DC(24-40V)，注意正負極不要接錯，此電源可以由一變壓器變壓后加整流濾波(無須穩(wěn)壓)組成;或者由一開關(guān)電源提供,參考下圖。因為PLC需要采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電,所以在該用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，如圖十四所示。圖十四開關(guān)式穩(wěn)壓電源3.3傳感器及微動開關(guān)的選擇1、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，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)整的光軸標識；帶有便于調(diào)整，動作確認的入光顯示燈；反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖如圖十五所示。圖十五反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖它有三根連接線(紅、藍、黑)，紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、藍色為輸出信號，當(dāng)與擋塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測距離不要離傳感器太近，否則傳感器不能動作；連接是采用接插件方式，千萬不要對端子(讀出頭)進行焊接。此傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為型號EE-SPY402形狀立式檢測方式反射型檢測距離5mm(反射率90﹪15×15mm)應(yīng)差距離0.2mm(檢測距離3mm,橫方向)光源(發(fā)光波長)GaAs～紅外發(fā)光二級管(940nm)顯示燈入光時燈亮

(紅)電源電壓DC5～24V±10﹪脈動(p-p)5﹪以下消耗電流平均值15mA以上50mA以下

控制輸出NPN電壓輸出負載電源電壓DC5～24V負載電流80mA以下殘留電壓1.0以下(負載電流80mA時

)殘留電壓0.4以下(負載電流10mA時

)應(yīng)答頻率100HZ使用環(huán)境照度受光面照度白熾燈太陽光：各3，000x以下環(huán)境溫度動作時：-10～+55°C保存時-25～+65°C(不結(jié)冰)環(huán)境濕度動作時：5～85﹪RH保存時-5～95﹪RH(不結(jié)露)耐久振動10～55HZ上下振幅1.5mmXYZ各方向2h耐久沖擊500m/X、Y、Z各方向三次保護構(gòu)造IEC規(guī)格IP50連接方式接插件式(不可進行軟釬焊)質(zhì)量約2.6g外殼材質(zhì)聚碳酸酯(PC)(2)、對射式傳感器的選擇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只對射式光電傳感器分別作為X、Y軸的限位控制，當(dāng)入光時輸出晶體管ON；2只對射式光電傳感器分別作為貨架在X軸和Y軸的到位檢測，當(dāng)遮光時輸出晶體管ON，如果貨架未到達正確位置，Z軸電機將不能運行以確保當(dāng)PLC程序出錯時也不至于損壞設(shè)備；2只對射式光電傳感器作為Z軸的限位控制，當(dāng)遮光時輸出晶體管ON，其信號對應(yīng)PLC的輸入點是X4（后限位）和X5（前限位）。2、微動開關(guān)的選擇在該立體倉庫控制系統(tǒng)中共有13個倉位（四層十二個倉位加0號倉位）分別采用13只微動開關(guān)作為貨物檢測，當(dāng)有貨物時相應(yīng)開關(guān)動作，其信號對應(yīng)PLC的輸入點是X40-X4C；另外為保險起見，在X軸的左限位和Y軸的下限位處還分別加裝了1只微動開關(guān)作限位保護，以確保立體倉庫在程序出錯時不損壞；微動開關(guān)原理圖如圖十六所示。圖十六微動開關(guān)原理圖3.4PLC的選擇3.4.1PLCI/O點的選擇根據(jù)控制要求，將個輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細列表，準確的統(tǒng)計出被控設(shè)備對數(shù)需求量，然后在實際統(tǒng)計的I/O點數(shù)的基礎(chǔ)上增加15%～20%的備用量，以便以后調(diào)整和擴充。同時要充分利用好輸入和輸出擴展單元，提高主機的利用率，例如FX2系列可編程控制器主機分為16、24、32、64、80、128點六檔，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加I/O點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟投入。在確定好I/O點數(shù)后，還要注意它的性質(zhì)，類型和參數(shù)。例如是開關(guān)量還是模擬量，是交流還是直流以及電壓大小的等級，同時還要注意輸出端的負載的特點，以此選擇和培植相應(yīng)機型和模塊。小型倉庫電氣控制系統(tǒng)有輸入信號40個，輸出信號21個。其中，外部輸入元件包括：檢測元件、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護等等；輸出有三個步進電機的正反向、動作動作指示、錯誤顯示等等。按照上述配置，所選I/O點不得低于61點，結(jié)合實際情況，所選I/O點為80點。3.4.2PLC型號的選擇PLC選擇的一般原則為：1、PLC機型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。2、在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較小）的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。3、對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求。4、而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項目中（如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。對于一個大型企業(yè)系統(tǒng)，應(yīng)盡量做到機型統(tǒng)一。這樣，同一機型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計算機后即可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。本課題根據(jù)I/O的信號數(shù)量，類型及控制要求，同時考慮到維護和保養(yǎng)，改造和經(jīng)濟等諸多因素，可編程控制器擬選用FX2-80MR，足以滿足要求。第4章軟件部分4.1I/O地址分配表X0啟動X24檢驗2號倉庫Y0前進X1手動/自動X25檢驗3號倉庫Y1后退X2取出X26檢驗4號倉庫Y2向上X3送進X27檢驗5號倉庫Y3向下X4取消X30檢驗6號倉庫Y4送進X5急停X31檢驗7號倉庫Y5取出X6按下1號倉庫的鍵X32檢驗8號倉庫Y6顯示取出X7按下2號倉庫的鍵X33檢驗9號倉庫Y7顯示送進X10按下3號倉庫的鍵X34檢驗10號倉庫Y10顯示操作錯誤X11按下4號倉庫的鍵X35檢驗11號倉庫Y11顯示1號倉庫X12按下5號倉庫的鍵X36檢驗12號倉庫Y12顯示2號倉庫X13按下6號倉庫的鍵X37前進限制Y13顯示3號倉庫X14按下7號倉庫的鍵X40后退限制Y14顯示4號倉庫X15按下8號倉庫的鍵X41后退超過Y15顯示5號倉庫X16按下9號倉庫的鍵X42向上限制Y16顯示6號倉庫X17按下10號倉庫的鍵X43向下限制Y17顯示7號倉庫X20按下11號倉庫的鍵X44向下超過Y20顯示8號倉庫X21按下12號倉庫的鍵X45前時限制Y21顯示9號倉庫X22檢驗0號倉庫X46取出限制Y22顯示10號倉庫X23檢驗1號倉庫X47取出限制Y23顯示11號倉庫Y24顯示12號倉庫4.2PLC設(shè)計的梯形圖4.3PLC的語句表

第5章結(jié)論與展望5.1結(jié)論通過4個多月的立體倉庫電氣控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計，基本上在規(guī)定的時間內(nèi)完成了指導(dǎo)老師和學(xué)校下達的任務(wù)。經(jīng)過本次設(shè)計，使我更進一步了解到可編程控制器在現(xiàn)代工業(yè)以及其他行業(yè)中的應(yīng)用，以及它的優(yōu)點，如：成本底、使用范圍廣、高速、便捷、永遠在線、結(jié)構(gòu)靈活等等。PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機械的自動控制，擴展到以下應(yīng)用領(lǐng)域：中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活關(guān)連的機器、與環(huán)境關(guān)連的機器，而且均有急速的上升趨勢。值得注意的是，隨著PLC、DCS相互滲透，二者的界線日趨模糊的時候，PLC從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散的制造業(yè)向應(yīng)用到連續(xù)的流程工業(yè)擴展。從方案的論證到最終的設(shè)計，涉及的領(lǐng)域包括：可編程控制器的原理及應(yīng)用、電機電氣、我國物流設(shè)備發(fā)展趨勢及應(yīng)對措施等等；在進行畢設(shè)的同時，我還學(xué)到了許多新的知識，如CAD2000的使用和WORD、和畫板的使用等。我深刻的認識到，要想成為一名合格的工程設(shè)計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，我們應(yīng)該具有更加淵博的知識，如應(yīng)該對計算機應(yīng)用，市場營銷，外語交流等各個方面能力進行加強。

此外，我并沒有過多從經(jīng)濟性的角度來考慮系統(tǒng)，由于對材料成本方面了解的欠缺，我們只能從性能的角度來討論問題，經(jīng)濟性能方面的問題有所提及，但是涉及的非常少。這也是這篇論文的一個不足之處。通過大量資料的查找，使我不僅熟悉了立體倉庫的組成部分和運動過程，對其中的步進電機，微動開關(guān)，PLC原理及設(shè)計程序等有關(guān)事項有了深刻地認識與學(xué)習(xí)，并從方方面面深刻的體會到了立體倉庫在現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)中的重要性和必要性。5.2展望隨著時代的發(fā)展,當(dāng)今的技術(shù)也日趨完善、競爭愈演愈烈;單人工的操作已不能滿足于目前的制造業(yè)前景,也無法保證更高質(zhì)量的要求和高新技術(shù)企業(yè)的形象.權(quán)威人士預(yù)測，21世紀，可編程控制器會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上來看，計算機技術(shù)的新成果更多的應(yīng)用與可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、只能更強的品種出現(xiàn)。從產(chǎn)品的規(guī)模上來看，會進一步向小型和超小型的方向發(fā)展。從產(chǎn)品的配套性來看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)模更齊全。完美的人機界面，完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求。這是有利于可編程技術(shù)的發(fā)展及可編程產(chǎn)品的普及的。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)或國際網(wǎng)絡(luò)的重要的作成部分，將在工業(yè)幾工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。因時間倉促，加之本人能力有限，此課題設(shè)計未能全面，如：立體倉庫的動作只有兩個送、入，而沒有換（從這個倉位直接換到另一個倉位）；從手動切換到自動，必須先手動讓拖動機構(gòu)回零位，方可執(zhí)行自動動作，在這過程中控制系統(tǒng)沒有記憶功能，這就使得系統(tǒng)在執(zhí)行動作時運行時間較長，程序上編寫不太合理等。若以后還有機會從事此行業(yè)，我會把該系統(tǒng)不足之處全部完善起來。參考文獻1、吳嘵軍編《電氣控制與可編程控制器應(yīng)用》西安：西安建筑科技大學(xué)，20022、廖常初《可編程序的控制器的編程方法與工業(yè)應(yīng)用》重慶：重慶大學(xué)出版社，20013、陳立定，吳玉香，蘇開才編《電氣控制與可編程控制器》廣州：華南理工大學(xué)出版社4、臺方主編《可編程控制器應(yīng)用教程》北京：中國水利水電出版社，20015、宋德玉主編《可編程控制器原理應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)》北京：冶金工業(yè)出版社，20026、徐建俊主編《電機與電氣控制》清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社20047、天津源峰科技公司《步進電機應(yīng)用手冊》致謝從接觸到課題到完成課題的這段時間里，指導(dǎo)老師侍壽永給了我許多的幫助與支持，使得我從中積累了不少的知識，并獲得了一定的經(jīng)驗。侍老師淵博的知識、嚴謹治學(xué)的作風(fēng)和孜孜不倦的教誨深深地影響著我，使我受益匪淺，侍老師不論是在學(xué)習(xí)上還是在生活上都給予我無私的幫助，在此，謹向?qū)熤乱宰畛绺叩木匆夂妥钪孕牡馗兄x！在課題設(shè)計過程中，感謝江蘇省移動通信第二話務(wù)中心的領(lǐng)導(dǎo)和同事們給予的指導(dǎo)和幫助，他們的工作態(tài)度和敬業(yè)精神深深地感染著我，在此，對他們的幫助和支持表示誠摯的感謝！在論文完成過程中，本人有幸得到其他眾多老師、同學(xué)的各方面的極大幫助，使我能夠順利完成論文，在此，致以深深的謝意！最后，向所有評閱論文的老師、教授和學(xué)者表示誠摯的謝意！目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章總論 11.1項目概況 11.2可行性研究報告編制單位 41.3承辦單位簡介 41.4項目區(qū)概況 51.5可行性研究依據(jù) 91.6可行性研究的范圍 10第二章項目建設(shè)背景及必要性 112.1項目建設(shè)背景 112.2項目建設(shè)必要性 14第三章項目建設(shè)地址及條件 173.1項目建設(shè)地址 173.2項目建設(shè)條件 17第四章工程建設(shè)方案 224.1項目設(shè)計依據(jù)與原則 224.2工程規(guī)劃方案 234.3工程技術(shù)方案 254.4給排水工程 304.5供電工程 314.6采暖及通風(fēng) 354.7燃氣設(shè)計 37第五章環(huán)境保護 385.1環(huán)境保護標準 385.2環(huán)境影響初步分析 385.3施工期環(huán)境保護措施 395.4運營期間環(huán)境保護措施 415.5綠化 425.6環(huán)境影響評價 43第六章節(jié)能 446.1依據(jù)標準、法律、法規(guī)和規(guī)范 446.2能耗狀況和能耗指標分析 446.3節(jié)能措施 45第七章勞動安全衛(wèi)生消防 487.1設(shè)計依據(jù) 487.2危害因素及危害程度分析 487.3安全設(shè)施及措施 487.4消防設(shè)施 50第八章抗震設(shè)防 528.1編制依據(jù) 528.2建設(shè)場地條件 52