基于plc立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

基于plc立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著物流行業(yè)的迅速發(fā)展，立體倉(cāng)庫(kù)因其高效的空間利用率和自動(dòng)化程度而受到廣泛關(guān)注。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化貨物存取的重要手段是PLC控制技術(shù)在立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。該設(shè)計(jì)旨在開(kāi)發(fā)一套立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)械控制系統(tǒng)，具有高效、穩(wěn)定和易于維護(hù)的特點(diǎn)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的PLC作為核心控制單元，結(jié)合人機(jī)界面（HMI）進(jìn)行操作監(jiān)控，通過(guò)精確的邏輯編程實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)入庫(kù)和出庫(kù)功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮了多種傳感器如光電傳感器、位置傳感器等的集成，以確保精準(zhǔn)定位和安全操作。同時(shí)，利用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同貨物尺寸和重量的要求。關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù)；PLC；自動(dòng)化控制；機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)；物流Designofmechanicalcontrolsystemofthree-dimensionalwarehousebasedonplcMajor:MechatronicEngineeringStudent:ChenLunInstructor:LiuYingAbstract:Withtherapiddevelopmentofthelogisticsindustry,thethree-dimensionalwarehousehasattractedextensiveattentionbecauseofitsefficientspaceutilizationandautomation.AnimportantmeanstorealizeautomaticgoodsstorageandretrievalistheapplicationofPLCcontroltechnologyinthemechanicalcontrolsystemofthree-dimensionalwarehouse.Thedesignaimstodevelopathree-dimensionalwarehousemachinerycontrolsystem,whichisefficient,stableandeasytomaintain.ThesystemusesadvancedPLCasthecorecontrolunit,combinedwithhuman-machineinterface(HMI)foroperationmonitoring,andrealizestheautomaticwarehousingandoutboundfunctionsofgoodsthroughpreciselogicprogramming.Thesystemdesigntakesintoaccounttheintegrationofmultiplesensorssuchasphotoelectricsensors,positionsensors,etc.,toensureprecisepositioningandsafeoperation.Atthesametime,themotorisadjustedbyusingtheinvertertoadapttotherequirementsofdifferentcargosizesandweights.Keywords:three-dimensionalwarehouse,PLC,automaticcontrol,mechanicalsystemdesign,logistics

目錄1.緒論 11.1課題設(shè)計(jì)的背景 11.2課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 21.3課題設(shè)計(jì)的目的和意義 32.系統(tǒng)控制方案的確定 32.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述 32.2采用PLC控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) 42.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 52.4系統(tǒng)控制方案 62.5立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)參數(shù)的確定 83.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 93.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 93.2可編程控制器(PLC)的選型 103.2.1PLC概述 103.2.2PLC的選型 103.3步進(jìn)電機(jī)的選擇 123.3.1步進(jìn)電機(jī)的原理 123.3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 133.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇 163.5傳感器的選擇 183.6微動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇 203.7PLC輸入輸出分配表 203.8電氣原理圖的設(shè)計(jì) 224系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì) 234.1PLC梯形圖概述 234.2三菱編程軟件的特點(diǎn) 244.3系統(tǒng)流程圖 254.4梯形圖的設(shè)計(jì) 265.系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論 265.1梯形圖程序的下載（傳送） 265.2程序運(yùn)行過(guò)程記錄 275.3結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 291.緒論1.1課題設(shè)計(jì)的背景常見(jiàn)的立體倉(cāng)庫(kù)是指以相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行貨物入庫(kù)和出庫(kù)的操作，可通過(guò)多層貨架達(dá)到幾層、十幾層甚至更高的高度。通常被形象地稱(chēng)為“立體倉(cāng)庫(kù)”。這種倉(cāng)庫(kù)可以大大的增加空間的利用率，找到貨物更加便捷，更加節(jié)約時(shí)間。立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展和興起，是生產(chǎn)和技術(shù)在第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)物。垂直倉(cāng)庫(kù)的橋吊是美國(guó)在1850年代初開(kāi)始引進(jìn)的。由操作員操作的垂直式倉(cāng)庫(kù)巷道式堆垛起重機(jī)在1850年代后期至1850年代初期逐漸興起。1963年，美國(guó)在架空倉(cāng)庫(kù)中首次引進(jìn)了電腦控制技術(shù)，建立了第一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)，由電腦控制。隨后自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的趨勢(shì)也在美歐迅速興起。日本在1960年代中期開(kāi)始建造立體倉(cāng)庫(kù)，目前已成為世界上自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)最多的國(guó)家之一，隨著其發(fā)展速度的加快。我國(guó)第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)(北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所)是1963年我國(guó)自主研制成功的，我國(guó)立體倉(cāng)庫(kù)和物料搬運(yùn)設(shè)備的研制起步并不晚。1973年，我國(guó)開(kāi)始研制第一個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，由機(jī)械部負(fù)責(zé)吊裝，高達(dá)15米，采用電腦控制系統(tǒng)；1980年，該庫(kù)正式啟用。目前已完成自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)全國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)200余個(gè)。立體倉(cāng)庫(kù)成為空間利用率高、出入庫(kù)能力強(qiáng)、管理計(jì)算機(jī)化的企業(yè)物流和生產(chǎn)管理中必不可少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)。企業(yè)對(duì)此越來(lái)越重視。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，使用的行業(yè)幾乎是無(wú)所不包。中國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋機(jī)械電子、冶金、化工、航空航天、醫(yī)藥食品、煙草、印刷、集散中心、機(jī)場(chǎng)港口等多個(gè)行業(yè)，是我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域中的美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)于1969年開(kāi)發(fā)出全球首款可編程控制器，并在美國(guó)(GE)的生產(chǎn)線上成功應(yīng)用。但當(dāng)時(shí)的可編程邏輯控制器(PLC)只具有基本的邏輯運(yùn)算功能，所以簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC。20世紀(jì)70年代后期，PLC開(kāi)始演變?yōu)檎嬲饬x上的電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速。由開(kāi)關(guān)量邏輯控制向數(shù)字化控制、生產(chǎn)工藝控制等領(lǐng)域拓展。所以叫可編程控制器。簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC(ProgrammableLogicController)。因PC易與PC混淆，故改稱(chēng)PLC。所以，人們還是習(xí)慣于把PLC簡(jiǎn)稱(chēng)為可編程邏輯控制器。PLC的定義是：1985年國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)。工業(yè)環(huán)境中的電子系統(tǒng)通常被設(shè)計(jì)為可編程控制器(ProgrammingController)。它使用了用于工業(yè)控制的可編程存儲(chǔ)器。該指令用于內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行各種機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，如邏輯操作、順序控制、時(shí)間、計(jì)數(shù)、算術(shù)操作等，輸入、輸出等均通過(guò)數(shù)字或仿真進(jìn)行控制。PLC是一種先進(jìn)的控制技術(shù)，是在電氣邏輯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以在數(shù)學(xué)操作和順序控制上有一定的優(yōu)越性。繼電器在控制系統(tǒng)中的作用主要有兩種操作：(1)進(jìn)行邏輯操作；2、做到以弱制強(qiáng)，以弱制強(qiáng)。新型工控裝置PLC，集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)于一體，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的重要支柱之一。PLC是ProgrammableLogicController(可編程邏輯控制器)的縮寫(xiě)。是一種新型的基于集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的工控設(shè)備。它具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，安裝維修方便，功能強(qiáng)大，通用性廣，開(kāi)發(fā)成功率快，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也是一款可靠性高，通用性高的產(chǎn)品，具有小巧輕巧，低功耗的特點(diǎn)?，F(xiàn)已在各種自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。相對(duì)于繼電接觸器系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)的可靠性更高，占用空間也更小。具有與繼電器相媲美的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力和接觸器控制系統(tǒng)；支持現(xiàn)場(chǎng)手續(xù)變更，易操作、易維護(hù)；可以直接控制電磁閥、觸頭等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；可以與中控系統(tǒng)相銜接?？梢詫?shù)據(jù)直接傳送到中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。因此，在經(jīng)濟(jì)和理論研究上具有一定價(jià)值、能夠推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)發(fā)展、擴(kuò)大自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的三維倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)。1.2課題設(shè)計(jì)的目的和意義在傳統(tǒng)的庫(kù)房管理中，裝卸作業(yè)主要依靠人工，效率低下，浪費(fèi)人力物力，特別是一些大型物資，安全隱患也比較嚴(yán)重。與此同時(shí)，大量庫(kù)房空地也被占用。3D立體金庫(kù)的啟用，解決了這一棘手難題。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)帶來(lái)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)上的收益是巨大的。它采用了高置物架收納，使收納面積向上擴(kuò)大，空間利用率也得到了提高。通過(guò)層疊存放、微機(jī)管理等方式，自動(dòng)化立體庫(kù)房輕松做到超前，有效防止了自然老化、變質(zhì)、破壞物品的發(fā)生。物流作業(yè)和處理效率加快，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高，通過(guò)自動(dòng)存取系統(tǒng)(AS/RS)減輕作業(yè)人員的工作負(fù)擔(dān)。即使在黑暗、低溫、污染、有毒、易爆等特殊環(huán)境下使用自動(dòng)化技術(shù)后，物品的儲(chǔ)存需求也能得到有效滿(mǎn)足。電腦控制能始終對(duì)各種信息進(jìn)行準(zhǔn)確的存儲(chǔ)和管理，減少了搬運(yùn)貨物時(shí)的差錯(cuò)，減少了搬運(yùn)資料時(shí)的差錯(cuò)。通過(guò)微機(jī)管理，使倉(cāng)容得到有效利用，便于清點(diǎn)盤(pán)庫(kù)，庫(kù)存得到合理降低，資金周轉(zhuǎn)速度加快，流動(dòng)資金得到節(jié)約，倉(cāng)容管理水平得到提升。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的信息系統(tǒng)可以無(wú)縫整合企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的企業(yè)信息化管理。自動(dòng)化庫(kù)房的引進(jìn)，對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)管理科學(xué)化，減少浪費(fèi)，保證生產(chǎn)平衡，促進(jìn)經(jīng)營(yíng)管理人員和管理人員素質(zhì)的提高都有很大的幫助。1.3課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容任務(wù)的核心是三維立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，基于三菱FX2N系列PLC。頭寸主體骨架為12個(gè)庫(kù)位，另設(shè)物品進(jìn)站口和出站口各1個(gè)。另外，探測(cè)開(kāi)關(guān)也設(shè)置在各庫(kù)位底部，以便探測(cè)庫(kù)房?jī)?nèi)是否有物品進(jìn)入。有對(duì)象的，按相對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行開(kāi)合探測(cè)；無(wú)物則放出相應(yīng)的偵測(cè)開(kāi)關(guān)，使之?dāng)嗔选?/p>

2.系統(tǒng)控制方案的確定2.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的概述立體自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)是指以立體置物架系統(tǒng)為主要依托，利用完備的搬運(yùn)設(shè)備，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)物品的收納和取出，無(wú)需人工干預(yù)。它是由PLC集成自動(dòng)控制、通信和機(jī)電的高效大容量存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化立體庫(kù)房的引入，標(biāo)志著庫(kù)房功能從傳統(tǒng)的以保管為主向全面流通為主的轉(zhuǎn)變，立體庫(kù)房的功能得到了全面的提升。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，采用PLC控制，倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)全面自動(dòng)化。主要有以下幾個(gè)板塊的PLC自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)：高層貨架：鋼結(jié)構(gòu)，用來(lái)收納物品。目前主要有兩種基本形態(tài)：焊接架和組合架。托盤(pán)(貨箱)：載貨用的器具，也叫工位器具。堆垛機(jī)是一種智能機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)貨物自動(dòng)存取?？砂礃?gòu)造形式分為單柱、雙柱兩種基本型式，也可按服務(wù)型式分為三種基本型式：直路、彎道、轉(zhuǎn)車(chē)。傳送機(jī)系統(tǒng)是立體庫(kù)的主要外圍設(shè)備，其作用是將貨物運(yùn)至堆頭，或者將貨物移出堆頭，從而將貨物從堆頭上轉(zhuǎn)移出去，從而將貨物從堆頭上轉(zhuǎn)移到堆頭輸送設(shè)備的種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有滾筒輸送機(jī)，鏈條輸送機(jī)，舉升臺(tái)，清理車(chē)，抬升機(jī)，皮帶機(jī)等。AGV系統(tǒng)：即小型車(chē)的自動(dòng)導(dǎo)向。按其導(dǎo)向方式分為兩種，一種是感應(yīng)式導(dǎo)向的小車(chē)，一種是LASER導(dǎo)向的小車(chē)。自動(dòng)控制系統(tǒng)(AutomaticControlSystem)是一種驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行的系統(tǒng)，目前主要以現(xiàn)場(chǎng)總線方式作為控制方式。股票信息管理系統(tǒng)：也叫中央電腦管理系統(tǒng)。是全自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)(Full-AutomaticSystem)的核心。目前典型的自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)都是采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建典型的客戶(hù)端/服務(wù)器系統(tǒng)(如ORACLE、SYBASE等)，這些系統(tǒng)可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)或整合(如ERP系統(tǒng)等)。2.2采用PLC控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)1、在利用電力線路上網(wǎng)方面，由于可以實(shí)現(xiàn)低成本的網(wǎng)絡(luò)連接，最大的好處就是費(fèi)用低廉。利用電力線路上網(wǎng)，利用現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，從而降低基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的投資成本，而不需要額外鋪設(shè)電話線或光纜線。2、電源線網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、無(wú)處不在是該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的電源線，其龐大的體量是任何一家其它網(wǎng)絡(luò)都望塵莫及的。戶(hù)戶(hù)通上電源線，讓運(yùn)營(yíng)商可以方便地滲透到家家戶(hù)戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)中去。這一技術(shù)一旦商用，肯定會(huì)對(duì)電信市場(chǎng)的變化起到引領(lǐng)作用。提供了一個(gè)很大的機(jī)會(huì)，讓互聯(lián)網(wǎng)得到普及。3、可以提供高速傳輸?shù)碾娫淳€高速利用電源線上網(wǎng)。德國(guó)最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商RWE公司承諾，將以超過(guò)ISDN拔號(hào)上網(wǎng)30倍的速度，比美國(guó)電力公司(ADSL)使用其電力線路上網(wǎng)技術(shù)的速度更快！支持各種app在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上就夠了。更便捷的PLC產(chǎn)品也在持續(xù)開(kāi)發(fā)中。4、PLC帶來(lái)便捷網(wǎng)絡(luò)，無(wú)論您身處家中哪個(gè)角落，只要連接室內(nèi)任意電源插口，即刻擁有！5、永久在線PLC無(wú)需繁瑣的撥號(hào)步驟，只需接上電源，就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)連接，擁有「即插即用」的特性！6.利用結(jié)構(gòu)靈活的PLC技術(shù)，可以靈活的增加接入端口的數(shù)量，這樣就可以實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)，然后就能夠保持資源的高利用率。220V電源變壓器用戶(hù)端仍需安裝電源線通信設(shè)備，目前還沒(méi)有攻克電力線路信號(hào)通過(guò)變壓器傳輸?shù)募夹g(shù)難題。7、家庭數(shù)字化PLC技術(shù)可以將家中所有的電器設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)通過(guò)電源線連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間信息的自由互通，在室內(nèi)建有局域網(wǎng)絡(luò)(LAND)，人們可以遠(yuǎn)程控制家中的電器設(shè)備。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)調(diào)試步驟按圖2-1介紹。設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：立體倉(cāng)控系統(tǒng)1、對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的流程條件、管控要求等進(jìn)行詳細(xì)的了解和分析。根據(jù)立體倉(cāng)控系統(tǒng)的功能需求，選擇合適的輸入輸出設(shè)備加以確定。3.根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類(lèi)型。分配I/O點(diǎn)，規(guī)劃PLC輸入輸出點(diǎn)，制作輸出表接線圖或輸入端接線表，使PLC輸入輸出表接線圖根據(jù)工作要求精心調(diào)配的、在整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中起到至關(guān)重要核心作用的、周密完整的立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)梯形圖程序已經(jīng)設(shè)計(jì)完成。這也是在設(shè)計(jì)三維立體倉(cāng)庫(kù)體系的整個(gè)流程中，重中之重的工作。6.為進(jìn)一步完善系統(tǒng)程序，在PLC中加載程序進(jìn)行軟件測(cè)試，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并糾正。7、立體倉(cāng)庫(kù)整體調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，逐一排除調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，直至PLC軟硬件設(shè)計(jì)完畢，現(xiàn)場(chǎng)施工完畢，再進(jìn)行調(diào)試。立體倉(cāng)控系統(tǒng)圖2-SEQ圖2-\*ARABIC1設(shè)計(jì)步驟

2.4系統(tǒng)控制方案需建立體倉(cāng)庫(kù)12個(gè)倉(cāng)庫(kù)位置，包括貨物進(jìn)出和出口。各部位均可自檢，動(dòng)作示意圖請(qǐng)以圖(2)為準(zhǔn)。如下圖2-2所示的立體建倉(cāng)結(jié)構(gòu)示意圖。自動(dòng)堆垛機(jī)自動(dòng)堆垛機(jī)堆垛機(jī)伸叉稱(chēng)重儀供步進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊行走步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊升降步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊堆垛機(jī)電源直流開(kāi)頭電源直流開(kāi)頭電源四層三列立體庫(kù)緊停按鈕緊停叉中聯(lián)動(dòng)單動(dòng)手動(dòng)復(fù)位功能伸叉升降行走線位聯(lián)動(dòng)自動(dòng)堆垛機(jī)動(dòng)作指示燈堆垛機(jī)控制PLC:Fx-2n-80mr反射式傳感器圖2-2立體倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)示意圖本專(zhuān)題設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)根據(jù)某物流公司對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)的特定要求，具有如下作用：1、堆高機(jī)(機(jī)械手)的自由度要有三個(gè)，分別是：向前走，向后走；漲跌互現(xiàn)；向左走，向右走；2、堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；3、堆高車(chē)可同時(shí)作前進(jìn)(或后退)、升高(或下落)的動(dòng)作，可采用堆高車(chē)或堆高車(chē)同時(shí)4、堆高車(chē)必須有一個(gè)超限位保護(hù)，在前進(jìn)后的后退和上下移動(dòng)過(guò)程中；在每個(gè)位置上都必須安裝諸如微動(dòng)開(kāi)關(guān)等偵測(cè)裝置，以便在錯(cuò)誤操作時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤的警報(bào)訊號(hào)。6、按倉(cāng)位號(hào)后，可在注銷(xiāo)操作時(shí)按銷(xiāo)號(hào)操作，不進(jìn)不出均可。7、緊急停車(chē)按鈕一定要設(shè)置在整個(gè)電氣控制系統(tǒng)中，以防不測(cè)。2.5立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)參數(shù)的確定三維倉(cāng)表二維一維倉(cāng)具體參數(shù)出/入貨柜臺(tái)最重物品20Kg每個(gè)倉(cāng)位的高度4．5CM倉(cāng)位的上下距離0．5CM倉(cāng)位的平行距0．5CM倉(cāng)位的體積4M3可編程控制器（PLC）電源24VDC堆垛機(jī)電源220VAC,50Hz

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一設(shè)計(jì)通過(guò)PLC控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)移動(dòng)的控制，從而對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行快速反應(yīng)，從而達(dá)到修復(fù)的目的。圖3-1見(jiàn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。手動(dòng)/自動(dòng)鍵鍵前進(jìn)限制后退限制后退超過(guò)向上限制向下限制向下超過(guò)前時(shí)限制取出限制取出超過(guò)PLC圖3-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2可編程控制器(PLC)的選型3.2.1PLC概述在本專(zhuān)題中，我們將使用ProgrammableController的英文全稱(chēng)PLC作為可編程控制器的縮寫(xiě)?？筛臑椋褐饕獞?yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、在繼電器控制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展演變的電子控制器的主流應(yīng)用PLC，采用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)。它是通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)在內(nèi)存中的程序，通過(guò)輸出電路的物理過(guò)程，控制負(fù)載，通過(guò)輸出電路的物理過(guò)程，將輸入電路傳輸?shù)奈锢硇盘?hào)轉(zhuǎn)換為所需的輸出信息，從而實(shí)現(xiàn)的。可以改為：雖然PLC是以電子電腦為基礎(chǔ)的，但是和一般的電腦不完全一樣。一般電腦在做信息輸入和輸出的時(shí)候，一般只把注意力放在信息本身上，而對(duì)物理過(guò)程的信息輸入和輸出考慮得不是很多。PLC需要考慮的問(wèn)題包括信息的可信度、應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)時(shí)性與實(shí)用性等方面。PLC控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，需要特別考慮包括易安裝、易維護(hù)、抗干擾等因素在內(nèi)的適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的能力。同時(shí)要充分考慮信息的輸入和輸出，以及物理上的可靠實(shí)現(xiàn)，這可以說(shuō)是PLC控制實(shí)現(xiàn)的兩大要素，而PLC控制正是PLC控制實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。PLC可以通過(guò)它的外設(shè)和通信接口與外界進(jìn)行信息傳輸。其作用比繼電裝置的作用要大得多。PLC具有豐富的指令系統(tǒng)，包含多樣的I/O介面、通訊介面、超大容量記憶體以及可靠的自控系統(tǒng)，以達(dá)到下列基本功能：邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；準(zhǔn)確定時(shí)功能；高速計(jì)數(shù)功能；中斷處理（可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；聯(lián)網(wǎng)通信功能；自檢測(cè)、自診斷功能?？梢哉f(shuō)，PLC幾乎也可以實(shí)現(xiàn)所有普通小型機(jī)可以實(shí)現(xiàn)的功能。PLC的功能非常豐富，其他控制器都不具備，這比傳統(tǒng)繼電控制電路的容量要大得多。豐富的功能使PLC應(yīng)用范圍廣泛，支持遠(yuǎn)程化、信息化、智能化的自動(dòng)化門(mén)行業(yè)。3.2.2PLC的選型在進(jìn)行PLC整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在進(jìn)行PLC工程設(shè)計(jì)選擇前，首先要確定它的控制方案。工藝過(guò)程的特點(diǎn)和應(yīng)用需求是確定設(shè)計(jì)方案時(shí)的主要考慮因素。因此，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)選型與估算時(shí)，需要對(duì)工藝過(guò)程的特點(diǎn)與控制要求進(jìn)行認(rèn)真分析，并根據(jù)需要明確控制任務(wù)與控制范圍、確定作業(yè)與動(dòng)作并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)內(nèi)存容量的需求進(jìn)行評(píng)估，確定PLC的功能和外接裝置的特性，再對(duì)性能價(jià)格相對(duì)較高的PLC進(jìn)行選擇，并對(duì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。1．輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算輸入/輸出點(diǎn)的評(píng)估要留有余地，要慎重考慮。通常會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將可伸縮性提高10%~20%進(jìn)行估算。在訂貨時(shí)，輸入和輸出點(diǎn)需要根據(jù)廠家PLC的產(chǎn)品特性做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。本題的投檔分預(yù)計(jì)為40分，本題的投檔分預(yù)計(jì)為21分。2．存儲(chǔ)器容量的估算內(nèi)存容量(MemoryController)是一個(gè)可編程控制器本身所能提供的硬件存儲(chǔ)單元尺寸，而程序容量則是用戶(hù)應(yīng)用項(xiàng)目在內(nèi)存中實(shí)際占用的在設(shè)計(jì)階段，程式容量必須在程式完成調(diào)試后才能確定，在設(shè)計(jì)階段并不為人所知，因?yàn)樯形淳帉?xiě)用戶(hù)應(yīng)用程式。在進(jìn)行選型設(shè)計(jì)時(shí)，為了對(duì)程序容量有一定的估計(jì)，通常采用內(nèi)存容量估算為替代估計(jì)記憶體的記憶體容量并不是固定的數(shù)學(xué)，而且許多文獻(xiàn)提供了各種不同的差值，以10~15倍計(jì)算的大進(jìn)I/O點(diǎn)數(shù)。將模擬I/O的點(diǎn)數(shù)乘以100，就可以得到這個(gè)數(shù)值，這個(gè)數(shù)值就是內(nèi)存的全部字?jǐn)?shù)了。另外再考慮25%的數(shù)值作為保管余量。因此，在今后的更新?lián)Q代過(guò)程中，選擇一款可存儲(chǔ)5000個(gè)梯形圖的PLC內(nèi)存容量是很有必要的，這樣才能保證有充足的可用空間。3．控制功能的選擇此選項(xiàng)涵蓋了操作功能的選擇，控制功能的選擇，通訊功能的選擇，編程功能的選擇，診斷功能的選擇，處理速度的選擇。下面這幾個(gè)功能的選擇主要是討論Automatic車(chē)門(mén)禁閉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。（1）控制功能順序邏輯控制的實(shí)現(xiàn)一般都采用PLC，所以很多時(shí)候我們處理模擬量控制都會(huì)選擇單回路或者多回路控制器。有時(shí)為了實(shí)現(xiàn)所需的控制功能，還會(huì)采用專(zhuān)門(mén)的智能輸入輸出單元。對(duì)PLC的處理速度進(jìn)行了優(yōu)化，存儲(chǔ)空間得到節(jié)省。（2）編程功能離線編程方式是指在編程器處于編程模式的情況下，在不控制現(xiàn)場(chǎng)裝置的情況下，PLC與專(zhuān)門(mén)為編程器提供服務(wù)的編程器共用一臺(tái)CPU。編程器編程完成后，會(huì)切換到運(yùn)行方式，這時(shí)就不能再編程了，CPU開(kāi)始控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。雖然離線編程對(duì)系統(tǒng)成本的降低有一定的幫助，但在使用和調(diào)試上卻會(huì)增加一定的不便。在網(wǎng)上編程方式中，主機(jī)CPU與編程器各有一款自主研發(fā)的CPU。每個(gè)掃描期內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)控制工作由主機(jī)CPU負(fù)責(zé)，數(shù)據(jù)與編程器進(jìn)行交換。編程器向主機(jī)發(fā)送在線編輯的程序或數(shù)據(jù)，根據(jù)接收到的新程序，在下一個(gè)掃描期內(nèi)由主機(jī)運(yùn)行。這種方式成本較高，但在大中型PLC中經(jīng)常采用的一種方式，系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行起來(lái)卻更為簡(jiǎn)便。5種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：3種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表(IL)，結(jié)構(gòu)文本(ST)，即順序函數(shù)圖(SFC)，梯形圖(LD)，函數(shù)模塊圖(FBD)。應(yīng)選用符合IEC6113123標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言，并應(yīng)支持滿(mǎn)足特殊控制場(chǎng)合控制需求的C、BASIC等多種編程形式。（3）診斷功能PLC的診斷功能涵蓋了兩大塊，一是硬件，二是軟件。硬件故障定位通過(guò)邏輯判斷，軟件故障排查分為兩種，一種是內(nèi)部故障排查，一種是外部故障排查。用軟件對(duì)PLC進(jìn)行內(nèi)部性能診斷和功能診斷稱(chēng)為內(nèi)部診斷，而用軟件對(duì)PLC進(jìn)行信息交換的部分稱(chēng)為外部診斷，如CPU診斷和外部輸入輸出等。直接影響運(yùn)維人員技術(shù)水平要求的PLC診斷功能優(yōu)劣，對(duì)平均維護(hù)時(shí)間也會(huì)產(chǎn)生影響。4．機(jī)型的選擇(1)PLC的類(lèi)型除提供多種輸入輸出擴(kuò)展單元選擇外，F(xiàn)X2系列可編程控制器主機(jī)可輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)需更換設(shè)備的I/O點(diǎn)數(shù)增加?？晒┻x擇的車(chē)型有16款、24款、32款、64款、80款和128款。經(jīng)濟(jì)成本可以通過(guò)模塊擴(kuò)展的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這座擁有40路輸入信號(hào)、21路輸出信號(hào)的立體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。外接通訊介面輸入元件包括：偵測(cè)元件，扣子，接取貨物，送貨，緊急停止按鈕，限位開(kāi)關(guān)，限位保護(hù)等。展示步進(jìn)馬達(dá)的狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)指示以及故障提示等資訊。按照配置要求，選擇的I/O點(diǎn)不能低于61：00，實(shí)際情況考慮，選擇的I/O點(diǎn)應(yīng)該是80個(gè)點(diǎn)。所以我選擇的車(chē)型是FX2N-80MR。（2）經(jīng)濟(jì)性的考慮在選擇PLC時(shí)，性能與售價(jià)的比值需要綜合考慮。在考慮經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，綜合多個(gè)方面的因素進(jìn)行比較和綜合考慮，最終選出符合需求的滿(mǎn)意產(chǎn)品，比如應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等。點(diǎn)數(shù)的進(jìn)出，對(duì)價(jià)格的影響是直接的。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值時(shí)，就會(huì)造成內(nèi)存容量的增加，進(jìn)而影響CPU的選擇，影響內(nèi)存容量，也影響到對(duì)功能范圍的控制。在估算和選擇時(shí)，為保證整個(gè)控制系統(tǒng)在性?xún)r(jià)比上更合理，應(yīng)給予充分考慮。項(xiàng)目設(shè)計(jì)的小型控制系統(tǒng)立體倉(cāng)庫(kù)，考慮到經(jīng)濟(jì)方面的考慮，選用了整體型的PLC。按照我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的40個(gè)出庫(kù)點(diǎn)、21個(gè)輸出功率的立體倉(cāng)庫(kù)來(lái)看，為此我們選擇了三菱FX2N-80MR。3.3步進(jìn)電機(jī)的選擇3.3.1步進(jìn)電機(jī)的原理此轉(zhuǎn)子以數(shù)位控制系統(tǒng)中執(zhí)行馬達(dá)的一種步距為單位旋轉(zhuǎn)，當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)電脈沖訊號(hào)作用于步進(jìn)馬達(dá)的定子繞組時(shí)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)等于接收到的電脈沖數(shù)量，當(dāng)電脈沖按特定相序作用于電動(dòng)機(jī)時(shí)，這種電脈沖就會(huì)發(fā)生作用。因此，可以通過(guò)修改輸入脈沖的數(shù)量來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械位移大??；通過(guò)對(duì)輸入脈沖的通電順序進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的控制，從而對(duì)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械位移方向進(jìn)行控制。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)施加特定順序的電脈沖力時(shí)，旋翼會(huì)沿著與電脈沖頻率成正比的特定方向旋轉(zhuǎn)。因此，可在廣泛的范圍內(nèi)，通過(guò)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，進(jìn)而改變電脈沖頻率和通電相序，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的連續(xù)平滑調(diào)整。這一控制功能對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)是其他電機(jī)所不能替代的。步進(jìn)電機(jī)可以分為磁阻式、永磁式、混合式，而其相數(shù)又有單相、雙相、三相、四相、五相、六相、八相等不同類(lèi)型，在這些類(lèi)型中又有不同相數(shù)的增加，可以提高步進(jìn)電機(jī)的性能，但同時(shí)也會(huì)增加電機(jī)的復(fù)雜度和成本，所以在選擇的時(shí)候還是要根據(jù)實(shí)際需要，慎重考慮，在選擇的時(shí)候一定要考慮好步進(jìn)電機(jī)選擇時(shí)必須結(jié)合實(shí)際，選擇時(shí)必須重視3.3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇（1）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)馬達(dá)(StepMotor)是用來(lái)控制運(yùn)動(dòng)的特殊馬達(dá)，以固定角度(稱(chēng)為“步距角”)循序漸進(jìn)地旋轉(zhuǎn)，不會(huì)累積誤差，精確度可達(dá)百分之百。因此在各種開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。②隨著脈沖信號(hào)頻率的升高，步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也隨之升高。③、良好的定位控制采用開(kāi)環(huán)控制(或半閉環(huán)控制)，由于電器的變化，負(fù)載的變化，環(huán)境條件的改變，步距值不容易改變。④便于對(duì)起剎、正反方向、變速等進(jìn)行控制。⑤、價(jià)格便宜,可靠性高。在需要匹配合適的驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，目前步進(jìn)馬達(dá)的主要缺點(diǎn)就是效率低下。這兩種都要選擇在合適的范圍內(nèi)才能派上用場(chǎng)，當(dāng)帶負(fù)載慣性的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要注意負(fù)載力矩的大小和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小時(shí)時(shí)，這兩種情況都是必須出現(xiàn)的。馬達(dá)一定要達(dá)到令人滿(mǎn)意的操作表現(xiàn)。由于步進(jìn)馬達(dá)容易失步，容易產(chǎn)生共振，由于工作狀態(tài)的不同，它的加減速方式也會(huì)變得復(fù)雜多樣。（2）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成與交流或直流電動(dòng)機(jī)不同的是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在輸入外部控制信號(hào)時(shí)，不會(huì)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)而只啟動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。控制電動(dòng)機(jī)繞組電流開(kāi)關(guān)狀態(tài)需要另一臺(tái)脈沖發(fā)生器按規(guī)定順序進(jìn)行的同時(shí)，還必須使用控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器(位置控制采用PLC作為這個(gè)三維倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的脈沖發(fā)生器)。功放及沖分器，確保電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。如圖3-2所示，設(shè)置了一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的直流電源。圖3-2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成（3）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算選擇階梯式電動(dòng)機(jī)首先考慮的是種類(lèi)，然后才是具體的種類(lèi)。要求將電壓低、電流小的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用于這一立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中，并配有采用2相8拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩螺栓機(jī)構(gòu)定位裝置。具體的步進(jìn)電機(jī)規(guī)格及控制裝置應(yīng)綜合考慮速比I、軸向力F、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩及運(yùn)行頻率等因素，并在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)予以綜合考量。由于我們使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，已知條件和要求條件為：移動(dòng)部分總重M=25kg外力Fa=4kg.cm磨擦系數(shù)=0.04螺栓機(jī)構(gòu)的效率=O.9螺栓軸徑=1.2cm螺栓長(zhǎng)=42cm螺距P=3mm分辨率L=0.01mm移動(dòng)距離=0.0075mm/步速度V=2m／min計(jì)算：設(shè)計(jì)采用HB型電動(dòng)機(jī)，2相，1.8°步距角度。速比(設(shè)使用直接驅(qū)動(dòng)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(fù)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(dòng)體的慣量=M×=25×=0.0571kg.負(fù)載慣量為=+=0.0675+0.00571=0.1246kg.初步選定按以上計(jì)算，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)慣量為0.03千克，空載起動(dòng)頻率為3000小時(shí)。由要求的速度可求出運(yùn)行的頻率：Thefrequency(f)iscalculatedasV/L=2000/(60×0.01)=3333Hz.可知需要加減速的驅(qū)動(dòng)方式。齒輪比：G=360°/L=0.0075×360°/(1.8°×0.01)=150換算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T(mén)=G×L(+F)/2=150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9)=1.40kg.cm最初設(shè)計(jì)的裝置通常選擇余量為2至3倍的電動(dòng)機(jī)，所以電動(dòng)機(jī)的扭力為3t，即3×1.40=4.2kg。cm等于0.41牛頓。請(qǐng)多提供一些上下文或者是具體的內(nèi)容，以便我對(duì)大家有更好的幫助。根據(jù)上述測(cè)算結(jié)果設(shè)計(jì)的北京斯達(dá)特機(jī)電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的以體積小為主要特征的2相8拍混合式步進(jìn)電機(jī)，應(yīng)用于此三維倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)。起步和運(yùn)轉(zhuǎn)頻率都比較高，而且還有諸如定位扭力之類(lèi)的好處。42BYGHL01型號(hào)動(dòng)力原理圖見(jiàn)圖3-3。插頭連接的時(shí)候要留意一下。紅色表示相位為A，藍(lán)色表示相位為B。若發(fā)現(xiàn)步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)向有誤，可試著在A或B兩個(gè)相位中任意兩條線進(jìn)行交換。圖3-3步進(jìn)電機(jī)的出線圈

表3-1步進(jìn)電機(jī)的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步距角相電流驅(qū)動(dòng)電壓額定轉(zhuǎn)矩重量42BYGH10121.8°1.7ADC24V0.44N·M0.24kg3.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇(1)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇需要借助將控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)角度位移的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。在控制系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器會(huì)將脈沖信號(hào)發(fā)送到馬達(dá)上，從而使馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度呈階梯狀。因此，Step-Mada的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所有型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器都有相同的輸入訊號(hào)，包括步進(jìn)脈沖訊號(hào)CP、方向電平訊號(hào)DIR、離線訊號(hào)FREE(LowPeaceEffect)三路訊號(hào)。馬達(dá)此時(shí)并未產(chǎn)生扭力。此功能會(huì)在輸入高電平或懸空狀態(tài)下失效，但馬達(dá)仍能運(yùn)作正常。它們的接口電路在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部都是相同的，具體可以看下面這張圖。OPTO端是在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部以共陽(yáng)方式連接三路輸入信號(hào)的公共端子，所以需要在外部系統(tǒng)的VCC上連接OPTO端。若VCC為+5V，則可直接連接使用。如果VCC不是+5V，則需要在外部加入限流電阻R，以保證將8-15mA的驅(qū)動(dòng)電流提供給光耦內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器，具體操作請(qǐng)看圖3-4和圖3-5。在這個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)中，外部需要增加一個(gè)1.8K的限流電阻R，因?yàn)镕P0提供的電平是24V，而輸入部分的電平是5V。通過(guò)與外部限流電阻R連接，圖3-4的輸入信號(hào)接口電路構(gòu)成圖3-5所示電路。有兩種輸出信號(hào)：步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器。①、初信號(hào)：每次開(kāi)機(jī)后，在固定的相位上，驅(qū)動(dòng)器就會(huì)開(kāi)始向馬達(dá)進(jìn)發(fā)，馬達(dá)是第一個(gè)相位。初始相位訊號(hào)指的是此訊號(hào)在運(yùn)行至初始相位的每一步中都會(huì)輸出較高的電平，反之則為較低的電平。這個(gè)訊號(hào)和控制系統(tǒng)互相配合，可以產(chǎn)生介面如圖3-6所示的相位記憶功能。圖3-6初相位信號(hào)接口電路2、各驅(qū)動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)輸出，具有多種保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫等問(wèn)題時(shí)。當(dāng)保護(hù)功能被觸發(fā)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)進(jìn)入脫機(jī)狀態(tài)，從而切斷電動(dòng)機(jī)的電源供應(yīng)，但此時(shí)控制系統(tǒng)可能尚未收到相應(yīng)的信息，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)控制系統(tǒng)失靈的情況。使用“警報(bào)輸出訊號(hào)”，需要通知系統(tǒng)。此訊號(hào)在兩個(gè)輸入接線端子中占據(jù)，而這兩個(gè)端子是在警報(bào)響起時(shí)，接線端子會(huì)立即關(guān)閉的繼電器一端的常開(kāi)觸頭(常開(kāi)觸頭)。觸點(diǎn)不變，處于正常駕駛狀態(tài)。觸點(diǎn)規(guī)格：DC24V/1A或AC11OV/O.3A。通常情況下，對(duì)于如圖3-7所示的兩相四線馬達(dá)，可以直接連接到Driver上。圖3-7電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線圖所以我用的是SH系列的SH-2H057步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。由POWERINPUT版塊，信號(hào)輸入版塊，輸出版塊組成。采用鑄鋁結(jié)構(gòu)的SH-2H057步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器適用于功率較小的驅(qū)動(dòng)器。結(jié)構(gòu)是不需要額外風(fēng)扇的緊湊密閉設(shè)計(jì)，外殼本身就是暖氣片。所以使用時(shí)要用金屬板厚一點(diǎn)的或者機(jī)柜厚一點(diǎn)的那種，導(dǎo)熱的硅脂要涂在接觸面之間。加個(gè)風(fēng)扇在旁邊，散熱法也很管用哦！馬達(dá)傳動(dòng)電氣技術(shù)資料本步驟如下：表3-2步進(jìn)馬達(dá)傳動(dòng)電器技術(shù)資料驅(qū)動(dòng)器型號(hào)相數(shù)類(lèi)別細(xì)分?jǐn)?shù)通過(guò)撥位開(kāi)關(guān)設(shè)定最大相電流開(kāi)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)圖3-8為跨入馬達(dá)行車(chē)接線示意圖。圖3-8圖示采用的是Step-Machine驅(qū)動(dòng)接線方式。3.5傳感器的選擇在這個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)中，貨物檢測(cè)采用的是使用變頻光技術(shù)，能夠抵御周?chē)鈦?lái)光源干擾的日本OMRON公司生產(chǎn)的E-SPY402凹槽反射式插口傳感器。采用變調(diào)光技術(shù)，受外界光線干擾的可能性相對(duì)于直流光而言要小得多；適用于供電電壓范圍較廣的DC5-24V；同時(shí)帶有方便調(diào)節(jié)的光軸標(biāo)識(shí)。圖3-9為進(jìn)光式顯示燈，方便調(diào)節(jié)，并具有動(dòng)作確認(rèn)功能；輸出回路地圖Timemap和反射傳感器。圖3-9為時(shí)間示意圖和輸出回路示意圖，反射式傳感器。裝備上為連裝紅色、藍(lán)色、黑色3枚。其中Power的正極接紅線，負(fù)極接黑線，而輸出訊號(hào)則使用藍(lán)線(BlueLine)。在裝置接近擋位時(shí)，輸出等級(jí)為較低等級(jí)；反之，就是水平高。一定要避免在使用感應(yīng)器時(shí)，過(guò)近距離安裝，以免對(duì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響；一定要用連接插頭的方式連接，千萬(wàn)不要將接線端子焊死，不要將插頭與插頭連接在一起。此傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為:表3-3傳感器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)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DC5～24V±10﹪脈動(dòng)(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(fù)載電源電壓DC5～24V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)境照度受光面照度燈光照明、自然照明：各3，000x以下環(huán)境溫度運(yùn)行溫度范圍為-10°C至+55°C，儲(chǔ)存溫度范圍為-25°C至+65°C(不凍)。環(huán)境濕度動(dòng)作時(shí)：5~85rh保存時(shí)5~95rh(不結(jié)露)。耐久振動(dòng)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(hù)構(gòu)造IEC規(guī)格IP50連接方式插接式(軟釬不能焊)質(zhì)量約2.6g外殼材質(zhì)聚碳酸酯(PC)3.6微動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇在這套立體的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中，共有13個(gè)頭寸，其中4個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)設(shè)12個(gè)頭寸，加上特殊的頭寸，編號(hào)為0。每個(gè)位置都設(shè)有貨物偵測(cè)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，對(duì)應(yīng)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)會(huì)在有貨物時(shí)觸發(fā)動(dòng)作。PLC的輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是X22-X36的這一信號(hào)。此外，為了提高安全性，確保在程序出錯(cuò)時(shí)不會(huì)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)造成破壞，微動(dòng)開(kāi)關(guān)分別安裝在X軸的左限位和Y軸的下限位上，作為限位保護(hù)。如下圖3-10所示的微動(dòng)開(kāi)關(guān)原理圖。圖3-10微動(dòng)開(kāi)關(guān)原理圖3.7PLC輸入輸出分配表PLC輸入輸出的分配是在PLC輸入輸出控制要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其具體規(guī)定可參照表3-4。表3-4PLC輸入輸出I/O分配X0啟動(dòng)X24檢驗(yàn)2號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y0前進(jìn)X1手動(dòng)/自動(dòng)X25檢驗(yàn)3號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y1后退X2取出X26檢驗(yàn)4號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y2向上X3送進(jìn)X27檢驗(yàn)5號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y3向下X4取消X30檢驗(yàn)6號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y4送進(jìn)X5急停X31檢驗(yàn)7號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y5取出X61號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X32檢驗(yàn)8號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y6顯示取出X72號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X33檢驗(yàn)9號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y7顯示送進(jìn)X103號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X34檢驗(yàn)10號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y10顯示操作錯(cuò)誤X114號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X35檢驗(yàn)11號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y11顯示1號(hào)倉(cāng)庫(kù)X125號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X36檢驗(yàn)12號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y12顯示2號(hào)倉(cāng)庫(kù)X136號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X37前進(jìn)限制Y13顯示3號(hào)倉(cāng)庫(kù)X147號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X40后退限制Y14顯示4號(hào)倉(cāng)庫(kù)X158號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X41后退超過(guò)Y15顯示5號(hào)倉(cāng)庫(kù)X169號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X42向上限制Y16顯示6號(hào)倉(cāng)庫(kù)X1710號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X43向下限制Y17顯示7號(hào)倉(cāng)庫(kù)X2011號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X44向下超過(guò)Y20顯示8號(hào)倉(cāng)庫(kù)X2112號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鍵X45前時(shí)限制Y21顯示9號(hào)倉(cāng)庫(kù)X22檢驗(yàn)0號(hào)倉(cāng)庫(kù)X46取出限制Y22顯示10號(hào)倉(cāng)庫(kù)X23檢驗(yàn)1號(hào)倉(cāng)庫(kù)X47取出超過(guò)Y23顯示11號(hào)倉(cāng)庫(kù)Y24顯示12號(hào)倉(cāng)庫(kù)

3.8電氣原理圖的設(shè)計(jì)下面這張圖3-11原理圖是根據(jù)題目的設(shè)計(jì)要求，按照立體倉(cāng)庫(kù)分析設(shè)計(jì)出來(lái)的。指示燈D指示燈Dc24vCP步進(jìn)脈沖DIR方向電平OPTO公共陽(yáng)端PLCFX2N-80MRX0X5X.2X.3X4X37X40X41X42X43X44X45X46X47X6……X21X22……X36X1COMCOMY6Y7Y10Y11…………Y24Y0Y1Y2Y3Y4Y5SB1SB3SB2SB4SB5限制開(kāi)關(guān)微動(dòng)開(kāi)關(guān)SB6SB21急停SB0啟動(dòng)手動(dòng)/自動(dòng) 圖3-11電氣原理圖

4系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)4.1PLC梯形圖概述梯形圖被稱(chēng)為PLC領(lǐng)域首選的編程語(yǔ)言，是圖形編程語(yǔ)言中最常用的一種。對(duì)于開(kāi)關(guān)量邏輯控制特別合適的工廠電器人員來(lái)說(shuō)，梯形圖很像電氣控制系統(tǒng)的電路圖，很容易理解，也很直觀，很容易上手。梯形圖一般是用來(lái)表示電路或程序的，畫(huà)梯形圖叫編程。雖然以繼電器命名，但實(shí)際上并非真正意義上的物理繼電器，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等都是編程元件，應(yīng)用于PLC的梯形圖。這些并不是實(shí)際的存儲(chǔ)單元，而是稱(chēng)為軟繼電器的存儲(chǔ)單元，其中每一臺(tái)軟繼電器都對(duì)應(yīng)著一個(gè)映像寄存器存儲(chǔ)單元(plcmemorystorageUnit)，如果存儲(chǔ)單元的值為“1”，則說(shuō)明軟繼電器對(duì)應(yīng)的線圈在梯形圖中是帶電的，此時(shí)常開(kāi)的觸頭是閉合的，如果一個(gè)映像寄存器的存儲(chǔ)單元常閉的觸頭是打開(kāi)的，我們把這種處于“1”或“on”狀態(tài)的狀態(tài)稱(chēng)為軟繼電器。若儲(chǔ)存單位為「0」?fàn)顟B(tài)，則與前述相反之軟繼電器線圈及觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)之狀態(tài)，此時(shí)稱(chēng)為「0」或「閉」?fàn)顟B(tài)(閉)。這些“軟繼電器”在實(shí)際應(yīng)用中常被稱(chēng)作編程元件?？筛鶕?jù)電壓等級(jí)的不同區(qū)分開(kāi)關(guān)量，包括220VAC、110VAC、24VDC等，也可按隔離方式，如繼電器隔離、晶體管隔離等。模擬量按其精確度的不同，可分為不同等級(jí)，如12位、14位、16位等。傳感器可以根據(jù)不同的信號(hào)類(lèi)型分為多種類(lèi)別，如電流型(4MA-20MA、0MA-20MA)和電壓型(0V-10V、0V-5V、-10V-10V)。除常見(jiàn)的輸入/輸出方式外，還有熱電阻、熱電偶、脈沖模塊等特殊的輸入/輸出模塊。兩面垂直連接在梯形圖上的線叫母線。對(duì)梯形圖的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析，可以用左端為正極，右端為負(fù)極的直流電源電壓類(lèi)比左母線和右母線，使繼電器電路圖的分析方法得到借鑒。此類(lèi)比按左流到右流的電流。右邊主線不必勾畫(huà)。通過(guò)分析梯形圖中觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，可以在相應(yīng)的線圈上推導(dǎo)出編程元件的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程就叫做邏輯解算梯形圖按照從左到右、從上到下的順序，在梯形圖中依次進(jìn)行邏輯解法。解完了馬上用它的結(jié)果。邏輯解算不依賴(lài)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)或瞬時(shí)解算，而是基于輸入映像寄存器的值。輸入輸出模塊(I/O)與氣動(dòng)回路連接。輸入信號(hào)的狀態(tài)由輸入暫存器記錄，輸出點(diǎn)顯示輸出鎖存器的狀態(tài)，I/O模塊對(duì)PLC的輸入/輸出電路進(jìn)行了整合。輸入模組會(huì)將模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)位訊號(hào)，輸入到PLC系統(tǒng)中，而輸出模組則會(huì)進(jìn)行相反的操作。輸入與輸出可分為不同的模塊，有數(shù)量型輸入(DI)，數(shù)量型輸出(DO)，模擬型輸入(AI)，模擬型輸出(AO)等。可將開(kāi)關(guān)量按電壓等級(jí)、隔離方式進(jìn)行分類(lèi)，其中電壓等級(jí)包括220VAC、110VAC、24VDC，而隔離方式分為繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量按其精確度的不同，可分為不同等級(jí)，如12位、14位、16位等。根據(jù)訊號(hào)種類(lèi)的不同，可分為，電流訊號(hào)種類(lèi)(4-20mA、0-20mA)和電壓訊號(hào)種類(lèi)(0-10V、0-5V、-10-10V)等。除了常見(jiàn)的輸入/輸出介面之外，還有熱電阻、熱電偶、脈沖模塊等特殊的I/O模組。4.2三菱編程軟件的特點(diǎn)這一梯形圖設(shè)計(jì)采用的是GXDeveloper程序設(shè)計(jì)軟件，由三菱公司開(kāi)發(fā)。1、制作程序2.可編程控制器CPU寫(xiě)入/讀出監(jiān)視功能很重要，包括一邊監(jiān)視電路，一邊進(jìn)行軟體著陸監(jiān)視。當(dāng)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，這些功能是必不可少的。為驗(yàn)證程序是否能正常工作而進(jìn)行模擬調(diào)試，在可編程控制器的CPU中模擬加載已編寫(xiě)的可編程控制器程序。程序性檢查是完成自動(dòng)門(mén)程序時(shí)很關(guān)鍵的一點(diǎn)。PC的診斷功能能夠迅速檢測(cè)出錯(cuò)誤的狀態(tài)或故障的歷史，幫助使用者迅速恢復(fù)正常的運(yùn)作。這是一個(gè)重要的功能，可以在自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)之后找到故障。GXDeveloper7.0軟件的特長(zhǎng)：1、軟件的共通化GXDeveloper是一款適用于三菱Q系列、QNU系列QS系列、QNA系列、ANS系列、ANA系列、FX系列等全系列可編程控制器的三菱PLC編程軟件。支持梯形圖，指令表，SFC，ST和FB，Label等多種語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，可轉(zhuǎn)換成GPPQ，GPPA格式的Data系列。此外，在選用FX系列后，其編程界面和幫助文檔都已漢化，占用空間小，文檔也可轉(zhuǎn)換為FXGP(DOS)和FXGP(WIN)格式。將Windows的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致，操作更加方便，可以方便的復(fù)制、粘貼各種文檔和數(shù)據(jù)的高效利用。3、程序的標(biāo)準(zhǔn)化(1)標(biāo)號(hào)編程若使用記號(hào)程式制作可編程控制器程式，只需依照記號(hào)制作標(biāo)準(zhǔn)程式即可，無(wú)須了解軟體元件的編號(hào)?？筛鶕?jù)匯編使用標(biāo)號(hào)編程制作的程式，使之成為實(shí)際的程式。(2)功能塊FB是一種簡(jiǎn)化順序程序開(kāi)發(fā)流程，旨在提高開(kāi)發(fā)效率的常用順序程序回路模塊化的功能。此外，零件化還能防止順序輸入錯(cuò)誤被套用到其他程序中。(3)宏只需將宏定義名稱(chēng)(宏登錄)加入任意回路模式，通過(guò)簡(jiǎn)單命令，在登錄文檔后即可讀取已登錄的回路模式，從而更加靈活地進(jìn)行軟元件操作。4、能夠簡(jiǎn)單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接即使通過(guò)圖形界面實(shí)現(xiàn)了連接對(duì)象的指定，復(fù)雜的系統(tǒng)也能輕松設(shè)置。

4.3系統(tǒng)流程圖圖解四：1、分析系統(tǒng)工作過(guò)程。圖4-SEQ圖4-\*ARABIC1系統(tǒng)流程圖

4.4梯形圖的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)編寫(xiě)梯形圖順控程序采用SWOPC-FXGP/Win-C編程軟件，遵循以下編程規(guī)則編寫(xiě)。各繼電器線圈、觸點(diǎn)編號(hào)一致，不限次數(shù)使用元件觸點(diǎn)。梯形圖各線起于左側(cè)，線圈與右側(cè)相連，右側(cè)不允許再有接點(diǎn)。3.線圈不能直接接在左邊的母線上。節(jié)目中要避免重復(fù)使用會(huì)造成雙線圈輸出現(xiàn)象，容易造成操作失誤的同號(hào)線圈。在梯形圖中，為了便于分析plc的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，盡管實(shí)際上并沒(méi)有真正意義上的電流流動(dòng)，但我們假的有“電流”在流動(dòng)。梯形圖中只能單向流動(dòng)這種“電流”——也就是只能從左流到右流，只能從上往下進(jìn)行層次的變換。具體梯形圖見(jiàn)附錄I。

5.系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)論5.1梯形圖程序的下載（傳送）1．傳輸設(shè)置需要先配置網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)置，然后才能將已經(jīng)編寫(xiě)好的程序從GXDeveloper下載到PLC。先將PLC與電腦串口連接，然后點(diǎn)擊Online-Transfer設(shè)置，就可以開(kāi)啟傳輸設(shè)置對(duì)話框，將FX2NPLC設(shè)備設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)上?？梢栽谥С衷O(shè)定其他網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的同時(shí)，設(shè)置PLC與計(jì)算機(jī)之間的串口通信，包括設(shè)置通信端口和通信方式，并進(jìn)行通信測(cè)試。2．梯形圖寫(xiě)入PLC點(diǎn)擊ONLINE-C寫(xiě)入，開(kāi)啟相關(guān)設(shè)置并執(zhí)行的“C寫(xiě)入”對(duì)話框，將寫(xiě)好的程序?qū)懭氲紾XDeveloper中。圖5.1首頁(yè)可以看到。選擇好要下載到PLC的內(nèi)容后，點(diǎn)擊執(zhí)行，就可以把寫(xiě)好的梯形圖程序下載到PLC的CPU上了。圖5-1首頁(yè)5.2程序運(yùn)行過(guò)程記錄將所有程序燒錄到PLC后，先進(jìn)行模擬調(diào)試，通過(guò)PLC程序設(shè)計(jì)軟件完成。模擬調(diào)試成功后，再實(shí)地調(diào)試與外部連接線的連接?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的具體步驟見(jiàn)