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自动化立体仓库系统






自动化立体仓库系统( Automated Storage and Retrieval System shorted for AS/RS)是现代物流系统的一个重要组成部分,广泛应用于各行各业中。目前, 它已经成为企业生产和管理信息化的标志之一。本文在立体仓库的规划设计方面 提供了利用仿真辅助设计的方法,对提高立体仓库作业的效率,合

理配置立体仓 库的物流设备,以及检验整个流程设计的合理性有着很大的实际应用价值。 本文内容分为以下四个部分: 第一部分是立体仓库的构成特点和功能。还有立体仓库的设计原则和步骤, 是以下几个部分的研究基础,这部分内容主要体现在第 1 章。第一部分是对 PLC 的介绍,主要体现在第 2 章。第三部分是立体仓库的设计阶层,阐述了自动化立 体仓库的仿真与建模理论,介绍了基于三菱 PLC 所设计的立体仓库的功能及控制 原理,主要体现在第 3 章。第四部分是步进电机及其驱动器,介绍了步进电机的 选型和其驱动器的工作原理及其型号。主要体现在第 4 章。 此次设计的效果可以改变参数输入,通过模拟生产情况及波动对系统造成的 冲击,从而避免了在理想化状态下系统设计所无法预料的各种因素,对系统的堵 塞有着形象和直观的解决方案。 总之,立体仓库因其较小的占地面较佳空间利用率,应用正逐渐普及。为满 足现代化生产和流通的需要,就必须采取以计算机控制主要手段的自动化立体仓 库。 关键词:立体仓库;PLC;物流

Abstract
AS/RS (Automated Storage and Retrieval System shorted for AS/RS) is an important part of modern material flow system and is widely applied to every walk of life.Presently it has become one of the signs in enterprise production automation and management information. This article puts forward the way to design and layout AS/RS assisted by computer simulation ,and it has very great practical application value to improve the operation efficient of the stereoscopic warehouse ,to distribute the logistics equipments of that warehouse rationally, and to test the whole design of the Material flow and Information flow. The content of the article is composed of the follow four parts: The first part, which is the basis of the study, concludes the statement of the structure of AS/RS, the characteristic of AS/RS, the function of the AS/RS and the principle and step of design. The first part is explained in the chapter one. The second part, which is the introduced of PLC. The second part is explained in the chapter two. The third part, which is the study of theory of design of AS/RS. expatiates on the theory of simulation and modeling, introduces the objects and modeling, and introduces the functions of the AS/RS which design of PLC. The third part is explained in the chapter three. The fourth part is introduces of stepper motor and actuator about type and Principle, The fourth part is explained in the chapter four. We can alse see the place where the block and bottle-neck have taken place and state how they develop, reflecting by the system of simulation. By changing the input of the parameters and simulating the process of production and the impulsion of system arosed by flactuation, we can avoid various unforeseen factors of system design in the state of idealization, have visual and intuitionistic solving way for the block of the system.. In conclusion, The application of automatic warehouse with less floor space and better space utilization ratio has been popularizing gradually. To meet the requirement of the modern production and negotiation, it should use the warehouse with the computer control technology Key Words: AS/RS; PLC;Logistics





引 言 第1章 概述 1.1 自动化立体仓库的发展情况概述 1.2 自动化立体仓库的发展过程及其发展趋势 第2章 可编程控制器的介绍 2. 1 PLC 的功能简述 2.2 PLC 的优势 2.3 PLC 的分类 2.4 PLC 的选型 25 三菱 FX 系列 PLC 简介 2.5.1 FX2, FX2C 系列 PLC 2.5.2 FX2N 系列 PLC 第3章 立体仓库的设计 3.1 立体仓库的系统功能及特点 3.2 立体仓库的设计原则及设计过程 3.3 立体仓库的基本组成 3.4 立体仓库的控制系统的设计 3.4.1/O 分配与功能 3.4.2 控制系统设计 3.4.3 直流电机的控制 3.4.4 译码器与 LED 显示器 第4章 步进电机及其驱动器 4.1 步进电机驱动器 4.2 步进电机 4.2.1 步进电机选型 4.2.2 步进电机控制 4.3 步进电机转速和转向的检测 第5章 结论 参考文献 致谢 附录 A 附录 B 附录 C

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引 言
随着经济的发展和技术的进步,企业物资仓储的手段在不断地改善,自动 化立体仓库己成为当今企业发展的强劲趋势。 近年来,随着物流内涵的不断扩展,物流管理手段、技术都在不断地改善 和提高,缩短物流时间、节省物流费用、提高物流效率、使物流组织合理化是经 济发达国家物流发展的共同特征。为了实现物流对国民经济发展的支持目标,各 国政府在物流活动的各个环节投入巨额资金,以便扩大基础设施规模、提高基础 设施质量,使物流业水平不断提高,目前已拥有了现代化的物流业基础设施 为适应我国经济的快速增长的势头,自动化立体仓库起到不可磨灭的作 用,此次设计用 PLC 作为控制机灵活、方便也就是为了适应其步伐。随着国民经 济持续快速发展,我国物流也呈现出快速增长的势头。国民经济发展对物流的依 赖程度越来越高。物流增加值增长继续快于服务业的发展速度,现代物流已经成 为加快发展第三产业,推动经济结构调整的必不可少的重要措施。另一方面,由 于我国物流刚刚摆脱计划经济体制的束缚,目前还没有形成一个比较完整的体 系。另外,我国物流企业与物流组织的总体水平低,设备陈旧,损失率大、效率 低,运输能力严重不足,效率偏低,制约了物流的发展。因此,从总体来说,我 国的物流的发展仍处于起步阶段。 现代科技的发展对立体仓库的要求也越来越高了主要体现在几个方面: (l) 自动化程度不断提高,近年来采用可编程控制器 (PLC)和微机控制搬运设备的仓 库和采用计算机管理与 PLC 联网控制的全自动化仓库在全部立体仓库中的比重不 断增加。在生产企业,自动化仓库作为全计算机集成制造系统(CIMS)的一部分与 全厂计算机系统联网的应用也日益增多,成为今后的趋势。 (2)大型自动化仓库系 统己不再是发展方向。为了适应工业发展的新形势,出现了规模更小,反应速度 更快,用途更广的自动化仓库系统。它结合先进的控制技术,应用到分段输送和 按预定线路输送方面,保持了高度的柔性和高生产率,满足了工业库搬运的需 要。(3)应用领域日趋广泛,从制造工厂、商场、机场、港口、军需部门到地下室 冷库等各行各业均有采用。仓库存储货物品种类也日益多样化,除了大多数仍是 制成品外,储存品种越来越多。大到 6m 以上、重 4 至 10t 的钢板、钢管等长、 大件,小到电子原器件的立体仓库,还有专门用作汽车存储的立体仓库等均己出 现。(4)提高仓库运转的可靠性与安全性。在仓库自动控制与信息传输中采用高可 靠性的硬、软件,增强抗干扰能力。国外自动化仓库这方面发展的一个方向是普 遍采用扫描技术,提高信息的传输速度和准确性,采用射频数据通信技术,数据 的采集、处理和交换能够在搬运工具与中央计算机之间快速进行,使货物的存取 和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。

本次设计既着眼与未来又考虑到现在,通过 PLC 对步进电机及直流电机的 控制实现了各个方向的进给。步进电机有其专门的驱动器来驱动,通过人机界面 可以模拟控制同时也可以遥控。

第1章

绪 论

1.1 立体仓库的发展情况概述 自动化立体仓库作为现代化物流的重要组成部分,具有提高仓储自动化水平 及管理水平、提高物流效率等诸多优点,是一种多层存放货物的高架仓库系统, 主要由多排高层货架、巷道、若干台巷道堆垛机、出入库输送设备、自动控制与 管理系统所组成。巷道堆垛机及出入库辅助设备能够在计算机管理下,自动完 成。 货物的出入库作业、对货物进行自动化管理,实施综合库房管理并与上级管 理系统联网,实现管理现代化,是企业实现现代化管理的重要手段。 1.2 自动化立体仓库的发展过程及其发展趋势 立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。 50 年代初,美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库;50 年代末 60 年代初出现了 司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库;1963 年美国率先在高架仓库中采用计算 机控制技术,建立了第一座计算机控制的立体仓库。此后,自动化立体仓库在美 国和欧洲得到迅速发展,并形成了专门的学科。60 年代中期,日本开始兴建立体 仓库,并且发展速度越来越快,成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家 之一。 总结其过程,到现在大致经历了四代的发展,并逐步向第五代过渡。 (1) 20 世纪 60 年代产生的第一代机械式立体仓库系统(Mechanical High-rise Warehouse System)中,操作人员可通过一些电器按钮和开关来控制一些机械设备 进行入、出库作业,实现了搬运的机械化; (2)到了 70 年代末期,随着可编程控制器 PLC、自动存取 AS/RS(Automatic Storage and Retrieval System),自动导向小车 AGVS Automatic Guided Vehicles)条形 码阅读器,(Bar--code Scanner)等设备在立体仓库中的应用,第二代自动化仓库系统 (Automated High-rise Warehouse System)实现了控制自动化; (3)到上世纪 80 年代末,计算机技术的异军突起及其在自动化仓库系统中的 成功应用,导致了第三代集成化立体仓库系统 (Integrated High-rise Warehouse System)的诞生,形成了由管理级、监控级、控制级组成的三级分布式控制结构, 上位管理机协调控制整个仓库系统的出、入库作业和库存管理,并且与上位工厂 计算机信息管理网相联结,实现管理微机化; (4) 进入 90 年代,出现了第四代智能型立体仓库系统 (Intelligent High-rise Warehouse System),该类仓库系统不仅实现了对出、入库任务和仓库信息的全自 动处理,而且还可根据生产计划报表分析、制定出所需材料与劳动力,并依据物 资的现有库存量提出外购建议,当某些物资库存量不能满足生产需要时,系统还

可根据现有在库物资适当修改生产计划,并上报工厂相关部门,诸如此类人工智 能己逐步溶入了立体仓库系统中; (5)此外,随着电子数据交换 EDI(Electronic Data Interchange)技术的日臻完 善 , 目 前 , 自 动 化 仓 库 系 统 逐 步 向 第 五 代 “ 3I ” (Intelligent , Integrated, Information )仓库系统过渡。 总之,随着经济的发展和技术的进步,企业物资仓储的手段在不断地改善, 自动化立体仓库己成为当今企业发展的强劲趋势。未来自动化立体仓库的发展趋 势主要表现为: (l)自动化程度不断提高,近年来采用可编程控制器 (PLC)和微机控制搬运设 备的仓库和采用计算机管理与 PLC 联网控制的全自动化仓库在全部立体仓库中的 比重不断增加。日本 1991 年投产的 1628 座自动化仓库中,64%是计算机管理和 控制的全自动化仓库,而人工操纵的一座都没有。在生产企业,自动化仓库作为 全计算机集成制造系统 (CIMS) 的一部分与全厂计算机系统联网的应用也日益增 多,成为今后的趋势。 (2)大型自动化仓库系统己不再是发展方向。美国 Hallmark 公司安装的多达 120 个巷道的系统己达到了顶峰,甚至 10 至 20 个巷道的系统也经常不是首选。 为了适应工业发展的新形势,出现了规模更小,反应速度更快,用途更广的自动 化仓库系统。它结合先进的控制技术,应用到分段输送和按预定线路输送方面, 保持了高度的柔性和高生产率,满足了工业库搬运的需要。 (3)在堆垛机方面,不断推出具有新的物理外形和更高性能的设备。最新的开 发包括提高电子和控制技术,在使堆垛机具有更高定位精度的同时,提高搜索能 力和运行速度,以期获得更短的操作周期和更大的生产能力。目前,巷道式堆垛 机的起升速度己经可以达到 90m/min,运行速度达到 240m/min,货叉伸缩速度达 到 30m/min。在有的高度较大的立体仓库中,采用上、下两层分别用巷道堆垛机 进行搬运作业的方法提高出入库能力。 (4)应用领域日趋广泛,从制造工厂、商场、机场、港口、军需部门到地下室 冷库等各行各业均有采用。仓库存储货物品种类也日益多样化,除了大多数仍是 制成品外,储存品种越来越多。大到 6m 以上、重 4 至 10t 的钢板、钢管等长、 大件,小到电子原器件的立体仓库,还有专门用作汽车存储的立体仓库等均己出 现。 (5)提高仓库运转的可靠性与安全性。在仓库自动控制与信息传输中采用高可 靠性的硬、软件,增强抗干扰能力。国外自动化仓库这方面发展的一个方向是普 遍采用扫描技术,提高信息的传输速度和准确性,采用射频数据通信技术,数据 的采集、处理和交换能够在搬运工具与中央计算机之间快速进行,使货物的存取 和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。在仓库安全性方面,采用自动消防系 统,货架涂刷耐火涂层,开发新的更可靠的检测与认址器件。

(6)在拣选作业自动化方面,各国正加紧研究开发可供实用的拣选自动化设备 和系统,但尚未真正达到能可靠实用阶段。目前提高拣选作业自动化程度的途径 仍只限于计算机指导拣选,包括优选作业路线、自动认址、提示挑选品种和数量 等等,而拣选动作大多仍由人工完成。

第 2 章可编程控制器的介绍
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控 制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller),简称 PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的 发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称 作可编程控制器,简称 PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简 称混淆,所以将可编程控制器简称 PLC。 国际电工委员会给 PC 作了如下定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的 电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其 内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的 指令,并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控 制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功 能的原则设计。” 2. 1 PLC 的功能简述 2.1.1 PLC 的主要特点 1、高可靠性 所有的 I/0 接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与 PLC 内部电路 之间电气上隔离。 各输入端均采用 R-C 滤波器,其滤波时间常数一般 10-20ms. 各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰。 采用性能优良的开关电源。 对采用的器件进行严格的筛选。 良好的自诊断功能,一旦电源或其他软,硬件发生异常情况,CPU 立即采用 有效措施,以防止故障扩大。 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使 可靠性更进一步提高。 2、丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号,如:交流或直流;开关量或模拟量;电压或电流: 脉冲或电位; 强电或弱电等。有相应的 Il0 模块与工业现场的器件或设备,如 :按 钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能,它还有多种人—机对话的接口模块;为了组成工业局 部网络,它还有多种通讯联网的接口模块,等等。 3、采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型 PLC 以外,绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件,包括 CPU,电源,I/O 等均采用模块化设 计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行 组合。 4、编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式,对使用者来说, 不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 5、安装简单,维修方便 PLC 不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现 场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接,即可投入运行。各种模块上均有运行 和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。 由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的 方法,使系统迅速恢复运行。 2.1. 2 基本控制功能 随着自动化技术、计算机技术及网络通信技术的发展,使 PLC 的功能日益 增多,不仅能实现单机控制,而且能实现多机群控制;不仅能实现逻辑控制,还能 实现过程控制、运动控制和数据处理等。其主要功能有: 1、基本控制功能: PLC 提供与、或、非等各种逻辑指令,可实现继电器触点的串联、并联和串 并联等各种联结的开关量控制。同时 PLC 提供的定时、计数指令可实现定时、计 数功能,其定时值和计数值可由用户在编程时设定,又可用数字拨盘开关来设 定,其值可在线修改,操作十分方便。 2、步进控制功能: PLC 提供专门用于步进控制的步进指令,编程使用方便。所谓步进控制,即 多工步控制中,按照一定的顺序分步动作,也就是上一个工序完成后,才开始下 一个动作。 3、模拟控制功能: PLC 提供各种智能模块,如模拟输入模块、模拟输出模块、模拟输入输出模 块、热电阻用模拟输入模块、热电偶用模拟输入模块等,通过使用这些模拟输入 输出模块,可实现温度、流量、压力、速度、位移等模拟量的控制。 4、定位控制功能: PLC 提供高速计数模块、定位模块、脉冲输出模块等智能模块,以实现各种 要求的定位控制。联等各种联结的开关量控制。同时 PLC 提供的定时、计数指令 可实现定时、计数功能,其定时值和计数值可由用户在编程时设定,又可用数字 拨盘开关来设定,其值可在线修改,操作十分方便。 5、网络通信功能:

通过 RS232C 接口可与各种 RS232C 设备进行通信,如可与 PC、打印机、 条形码读出器等具有 RS232C 接口的外部设备相连;通过 RS422 接口可与数据存储 单元 (DU)、人机界面(GOT)相连:通过 RS485 通讯适配器和机能扩充板,可用计 算机作主机,PLC 作就地控制机,形成一个 PLC 网络系统,对 PLC 进行集中监 视管理,从而对整个生产线,乃至整个工厂进行监视。 6、自诊断功能: PLC 本身具有较强的自诊断功能,保证在 CPU, RAM, UO 总线等核心硬件 都下沉的情况下,执行用户控制程序。一旦出现故障,立即给出出错信息,并采 取相应的处理措施。为了提高 PLC 的可靠性,在硬件,采用屏蔽、滤波、隔离、 电源保护以及模块式结构等措施;在软件上,采取定期进行故障检测,注意对出现 偶发性故障时的信息保护和恢复,加强对程序的校验和死循环的检查以及对程序 和动态数据的电池后备等措施。 7、显示监控功能: 借助于编程器或数据设定单元,可直观的显示有关部分的运行状态,并可 方便的调整定时器、计数器的设定值,为调试和维护提供方便。 2.2 PLC 的优势 PLC 与传统的继电器控制系统相比,具有以下优点:

1、用性好,接线简单,通过选配相应的模块便可适用于各种工业控制系统。继 电器控制系统是针对各种控制要求专门设计的,只要控制要求改变,其接线就要 跟着改变。因而专用性强、通用性差。而 PLC 是专为工业控制而设计的,通过选 配相应的模块就可以适应各种不同的工业控制系统。当生产工艺改变或生产设备 更新时,不必更改 PLC 硬件,只要修改用户程序就可以满足控制要求:同一台也 可用于不同的控制系统中,只需要改变程序即可实现不同的控制要求。 2、功能强。 现代 PLC 使用程序可实现任意复杂的控制功能,PLC 不仅具有逻辑运算和逻 辑控制功能外,还具有模拟量控制、顺序控制、位置控制、高速计数以及网络通 信等功能。这些都是传统的继电器控制系统实现不了或很难实现的。 3、可靠性高。 PLC 是以面向用户、面向现场的需要而设计的,其大量的开关动作由无触点 的电子电路来完成的,大部分的继电器和复杂的连线都被软件所取代,因而可靠 性高,寿命长。此外在硬件的设计和制造上采用了电磁屏蔽、滤波、光电隔离等 一系列抗干扰措施;在软件上,采用故障检测、信息保护和恢复、设置警戒时钟、 加强对程序的检查和校验、对程序和动态数据进行电池后备等措施,进一步提高 其可靠性和抗千扰能力。而在继电器控制系统中,由于使用大量的机械触点,连

线复杂,触点在开闭时易受电弧的损害,因而继电器易受触点寿命和接触不良的 限制。 4、接线和编程简单,使用方便。 PLC 是一种为适应工业环境而设计的专计算机,其输入输出接口都已做好。 使用时可与控制系统的用户设备直接相连。输入接口可与各种开关、按钮、传感 器相连,输出接口具有较强的驱动能力,可以直接与继电器、接触器、电磁阀、 驱动器等连接,使用方便。PLC 常用的语言是面向控制的梯形图语言。采用与实 际电路接线图非常相近的图形编程方式,即有传统继电器控制线路的清晰直观, 有兼顾大多数电气技术员的读图习惯,易学易懂并且程序改变也很容易,方便灵 活。而用继电器控制完成一项工和时,必须首先按工艺要求画出电气原理图,然 后再画出继电器控制柜的布置和接线图,其设计、安装、装配、接线和试验等工 作所需时间较长,若以后要修改十分不便。 2.3 PLC 的分类 PLC 的品种繁多,各种型号、规格和性能各不相同,因此 PLC 的分类一般 按以下两种: 1、按照结构形式来分: (1),整体式: 整体式又叫单元式,它将 PLC 的 CPU 板、输入板、输出板、电源板都集中 在一个箱状机壳中,形成一个整体.这种结构的 PLC 具有体积小、重量轻、结构 紧凑、成本低、安装方便等优点。小型的 PLC 一般采用整体式机构。整体式 PLC 由不同输入/输出(I/O)点数的基本单元和扩展单元组成。 (2)、模块式: 模块式 PLC 将 CPU,输入、输出、电源等各个单元做成独立的、尺寸统一 的模块,使用时,通过机架将它们组合起来,因此模块式 PLC 又称积木式 PLC. 2、按 I/o 点数和存储器容量来分: (l)、小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下,其特点是体积小、结构紧凑,整 个硬件融为一体,除了开关量 I/O 以外,还可以连接模拟量 I/O 以及其他各种特 殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传 送、通讯联网以及各种应用指令。 (2)、中型 PLC 中型 PLC 采用模块化结构,其 I/O 点数一般在 256~1024 点之间。1/O 的处 理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外,还能采用直接处理方式,即在 扫描用户程序的过程中,直接读输入,刷新输出。它能联接各种特殊功能模块, 通讯联网功能更强,指令系统更丰富,内存容量更大,扫描速度更快。

(3)、大型 PLC 一般 I/O 点数在 1024 点以上的称为大型 PLC。大型 PLC 的软、硬件功能极 强。民有极强的自诊断功能。通讯联网功能强,有各种通讯联网的模块,可以构 成三级通讯网,实现工厂生产管理自动化。大型 PLC 还可以采用三 CPU 构成表 决式系统,使机器的可靠性更高。 2.4 PLC 的选型 随着工业的发展,PLC 在工业上应用越来越广泛,PLC 的产品种类也越来 越多,PLC 的技术也日益完善。美国、日本、德国等国家以及国内各厂家开发和 生产的 PLC 七品的种类已有几十个系列,上百个型号。各种 PLC 产品的结构、 性能、指令系统、使用范围也各有不同,因此合理的选用 PLC 产品对该课题有着 重要的意义。 在 PLC 产品的选择上,有以下几个方面应注意: 1、机型的选择: 由于本机组工艺过程固定,环境较好,控制相对简单,可选用整体式 PLC. 由于立体仓库的控制点数不多,选用小型机即可满足控制要求。 PLC 的特点之一是使用灵活,在被控设备的工艺过程改变时,只需修改程序 就指满足新的控制要求。 2、容量的选择: 容量的选择指储存器的容量和 I/O 点数的选择。在选择上应适当的留有一定 富余以作备用。在容量上一般按实际需要的 25%考虑裕量,在 I/O 点数上一般按 实际需要的 10~15%考虑裕量。 3. 1/O 模块的选择: I/0 模块的选取包括输入模块和输出模块的选取。 输入模块的作用是采集和接受现场各检测和控制信号,选择应注意允许电 压和输入隔离等; 输出模块用来控制各种执行机构和各种指示灯、数字显示器和报警装置。选 择是应注意输出方式、输出电流等等。 2.5 三菱 FX 系列 PLC 简介 FX 系列 PLC 是继 F1/F2 系列之后,三菱公司新推出的小型(超小型)机.主要 有 FXOS, FXON, FX2, FX2C 等几种机型。 FX 系列 PLC 是整体式结构的可编程序控制器。它的基本单元由电源,CPU, 存储器和输入/输出组成。 PLC 电源和输入形式的组合方式主要有 AC 电源/DC 输入型、AC 电源/AC 输入型、DC 电源/DC 输入型三种。输出方式有继电器输出、晶体管输出、可控

硅输出三种。 FX 系列 PLC 配有许多扩展单元和扩展模块,这些单元、模块与基本单元连 接配合使用,可方便地增加 PLC 的输入点数或输出点数,以改变系统的输入、输 出点数的比例,满足实际控制要求。 FX 系列 PLC 还配有许多特殊单元、特殊模块。这些单元、模块与基本单元 连接配合使用后,PLC 可实现模拟控制、定位控制、高速计数、数字通信等功能. FX 系列 PLC 的基本单元可独立工作构成控制系统;而扩展单元、扩展模块、 特殊单元、特殊模块需要与基本连接使命使用,不能单独构成系统。 三菱 FX 系列 PLC 通用性能(见表 2-1 ); 表 2-1:三菱 FX 系列 PLC 通用性能
环境温度 环境湿度 抗振 0~55 度(使用时),-22~+70 度(贮藏时) 35%~85%RH (不结露)——使用时 JIS C0911 标准 10~55Hz 0.5mm (最大 2g),3 轴方向各 2 小时 (但用 DIN 导轨安装时 0.5g) 抗冲击 抗噪声干扰 JIS C0912 标准 10g 3 轴方向各 3 次 用噪声仿真器产生电压为 1000v 脉冲宽度为 1?s, 频率为 30~100Hz 的噪声.

耐压 绝缘电阻 接地 使用环境

AC 1500VI min 5M 以上 (DC550V 兆欧表) 第三种接地 不能接地时也可浮空 无腐蚀性气体,无尘埃

所有端子与地之间 所有端子与地之间

2.5.1

FX2, FX2C 系列 PLC FX2 系列 PLC 是小型机。它的基本单元 I/0 点数为 16~128 点,在基本单元 上连接扩展单元、扩展模块后,I/O 点数最大可达 256 点。该系列机型具有容量 大(用户程序容量可达 8K 步),运行速度快( 0.48 a S/基本指令),指令功能完善等 特点。 为了能实现一些特殊功能,FX2 系列 PLC 配有许多特殊单元和特殊模块.例 如,在基本单元上连接 F2-6A-E 模拟量单元,F2-32RM 可编程凸轮控制器,F230GM 位置控制单元等特殊模块后,PLC 可实现模拟量控制、凸轮控制、位置控

制等功能。 此外,FX2 系列 PLC 在数据通信功能方面也比较强。它配有各种特殊功能 适配器。例如,使用 FX2-40AP(光纤通信)和 FX2-40AW(双绞线通信)适配器,可 实现 PLC 与 PLC 之间的数据通信,FX-232AW(协议通信)、FX-232ADP(无协议 通信)适配器,可实现 PLC 与上位计算机的通信。FX-484ADP 通信模块,不仅可 实现 PLC 与上位计算机的通信,还能实现 PLC 与打印机、条形码读出器等各种 有 RS232C 端口的设备的连接。而使用 FX-16NP/NT 网络接口单元,可实现 FX2 系列 PLC 与 A 系列 PLC 以及其他三菱产品之间的网络通信。 2.5.2 FX2N 系列 PLC FXZN 系列 PLC 是超小型机,I/O 点数最大可扩展到 256 点。它有内置 8K 步的 RAM,使用存储卡盒后,最大容量可扩大到 16K 步。编程指令达 327 条。 PLC 运行时,对一条基本指令的处理时间只要 0.08uS。它不仅能完成逻辑控制, 顺序控制、模拟量控制、位置控制、高速计数等功能。还能做数据检索、数据排 列、三角函数运算、平方根以及浮点数运算、PID 运算等更为复杂的数据处理。 所以 FX2N 系列 PLC 具有容量大、运行速度快、指令功能完善等特点。 在 FX2N 系列 PLC 基本单元上,可连接扩展单元、扩展模块以及各种功能 的特殊单元、特殊模块,还可在基本单元左侧接口上,连接一台功能扩展板。完 成 FX2N 系列 PLC 与各种外部设备的通信,实现模拟量设定功能。通过功能扩展 模板还可将 FXON 系列适配器与 FX2N 基本单元连接,增强 PLC 与外部设备的 通信功能。 FX 系列 PLC 各系列机型性能及配置可参看表 2-2:

表 2-2: FX 系列 PLC 各系列机型性能及配置
项目 最大 I/O 点数 机 型 基本单 元 I/O 点 数 64/80/128 FX2C 256 31 种 16/24/32/48/ 256 4种 64/96/128/160 FX2 FX2N 256 17 种 16/32/48/ 64/80/128

扩 展单 元 扩 展模 块

5种

5

5种

22 种

22

7种

指令

基本

基本(顺控)指令 20 条,步进指令 2 条 95 种 228 条 128 种 298 条

应用

程序 容量

存储形 式内附

2000 步 EEPROM ( 可 装 EEPROM, EPROM 存储卡盒)

8000 步 EEPROM ( 可 装 EEPROM, EPROM 盒) 存 储 卡

处理 速度

基 本 指 令 一 般 用

0.48? S/步

0.08? S/步

500 点 M0—M499

辅助继电 器

锁存用

1036 点 M500~M1535

2572 点 M500~M3071

特殊用 状态继电 器 初始化 用 一般用 锁存用 报警用 定时器 100ms 10ms 1ms

256 点 M8000~M8255 10 点 S0~S9 490 点 S10~S499 400 点 S500~S899 100 点 S900~S999 200 点 T0~T199 46 点 T200~T245 4 点 T246~T249 4 算) 点 500 S0~S499 点

T246~T249 ( 积 100ms ( 算) 计数器 增计数 一 般 用 锁 存 用 加/减 一 般 用 锁 存 用 高速用 一相 100KHz 3 点 7 KHz 3 点 60 KHz 2 点 10 KHz 4 点 32 位增减 计数 两相 2 KHz 2 点 30KHz 2 点 5 KHz 1 点 15 点(32 位) C220~C234 20 点(32 位) C200~C219 100 点(16 位) C100~C199 100 点(16 位) C0~C99 积 6 点 T250~T255

综合以上分析,再结合实际用到的 I/O 点数 ( 输入点数 :22 点 ; 输出点数 :16 点),决定选用一个型号为 FX2N-128MT 的 PLC 作为基本器件。 三菱 FX2N 系列 PLC 电源规格见表 2-3: 表 2-3: 三菱 FX2N 系列 PLC 电源规格
项目 机种 电源电压 允许瞬 时 断电时 间 FX2N—16M AC 电 源 FX2N—32M FX2N 基本 扩展 单元 FX2N—48M FX2N—48E FX2N—32E AC100v~24 0v +10% 15% 50/60HZ — 瞬时 断电 时间 在 10?S 继续 工作 250V 5A 5× 20m m FX2N—64M 60VA 50VA 48E 45VA DC24V 460mA 以下 250v 315A (3A) 5× 20 mm 40VA (32E35VA) 35VA DC24V 250mA 以下 电源熔 丝 消耗功率 传感器 电源

FX2N—80M

70VA

FX2N—128M

100VA

第 3章

立体仓库控制系统

该立体库是一座现代化自动化立体库。体库主要由底盘、四层十二仓位库 体、传动机械及电气控制等四个部分组成传动机械部分采用滚珠丝杠、滑轨、普 通丝杠等机械元件组成;电气控制采用步进电机、直流电机作为拖动元件,由型 可编程序控制器(PLC )、步进电机驱动器模块、开关电源、位置传感器等器件 组成。并设有手动和自动两种控制方式,立体仓库通过传感器信号采集、PLC 编 程,实现对步进电机及直流电机的位置控制、速度控制及时序逻辑控制等功能。 3. 1 立体仓库系统功能与特点 1、系统功能 自动化仓库的功能一般包括存货、取货和信息查询等。 1) 存货是将卸下的货物存放到自动化系统规定的位置,一般是存放到高层货架 上。存货之前首先要确认存货的位置。某些情况下可以采取分区固定存放的原 则,即按货物的种类、大小和包装形式等实行分区分位存放。随着移动货架和自 动识别技术的发展,已经可以做到随意存放。既能提高仓库的利用率,又可以节 约存取时间。存货作业一般通过各种装卸机械完成。系统对保存的货物还可以定 期盘查,控制保管环境,减少货物受到的损伤。 2) 取货是指根据需求情况从库房取出所需的货物。可以有不同的取货原则,通 常采用的是先入先出(FIFO)方式,即在出库时,先存入的货物先被取出。某些自 动化仓库来说,必须能够随时存取任意货位的货物,这种存取要求搬运设备和地 点能频繁更换。这就需要有一套科学和规范的作业方式。 3) 信息查询是指能随时查询仓库的有关信息。可以查询库存信息、作业信息以 及其他相关信息。这种查询可以在仓库范围内进行,有的可以在其他部门或分厂 进行。 2、系统特点 历史和现实已充分证明,使用自动化立体仓库能够产生巨大的社会效益和经 济效益。立体仓库系统具有以下几方面特点: 1 ) 采用高层货架存储提高了空间利用率及货物管理质量。由于使用高层货架 存储货物,存储区可以大幅度地向高空发展,充分利用仓库地面和空间,因此节 省了库存占地面积,提高了空间利用率。目前世界上最高的立体仓库高度己达 50m。立体仓库单位面积的储存量可达 7. 5 t /m? ,是普通仓库的 5 倍~10 倍。 2) 自动存取,提高了劳动生产,降低劳动强度。 AS/RS 使用机械和自动化设 备,运行和处理速度快,提高了劳动生产率,降低操作人员的劳动强度。同时, 能方便地纳入企业的物流系统,使企业物流更趋合理化。

3) 科学储备,提高物料调节水平,加快储备资金周转。由于自动化仓库采用计 算机控制,对各种信息进行存储和管理,能减少货物处理和信息处理过程中的差 错。而利用人工管理不能做到这一点,同是地借助于计算机管理还能有效地利用 仓库储存能力,便于清点和盘库,合理减少库存,加快储备资金周转,节约流动 资金。从而提高仓库的管理水平。如某汽车厂的仓库,在采用自动化仓库后,库 存物资金额比过支降低了 50%,节约资金数百万元。 4) 有效地衔接生产与库存,加快物资周转,降低成本。作为生产过程的中间环 节,它应具有原材料、在制品和成品的缓冲存储功能。在自动化和机械化设备处 理下,自动化程度提高,各种物料库存周期缩短,从而降低了总成本。对不同运 输方式 ( 如 : 输送线运输、小车运输、悬挂运输等 ) 、不同装运方式 ( 如 : 集装、散 装、原包装等 )、不同状态的物料 (如 : 块状、粉末状、液体等 )衔接,改变运输方 式,改变装运方式和采用有效的技术,都会带来费用的降低。 5) 适当加工,衔接产需,合理利用资源,提高效益。许多仓库或多或少地承担 一些加工任务,如为存储进行组装、出货前的包装等。它可以提高原材料利用 率,方便用户,提高加工效率和设备利用率,充分发挥各种输送手段的最高效 率。通过存储环节,能把生产与需要有机地结合起来,减少生产的盲目性,充分 利用己有的资源。因此,提高了对市场变化的反应能力,减少损失,易于在激烈 的市场竞争中获胜。 6) 为企业的生产指挥和决策提供有效的依据。自动化仓库的信息系统可以与企 业的生产信息系统集成,实现企业信息管理的自动化。同时,由于使用自动化仓 库,促进企业的科学管理,减少了浪费,保证均衡生产。 3.2 立体仓库系统的设计原则与设计过程 1、设计原则 自 动 化 立 体 仓 库 系 统 是 一 个 分 层 分 布 式 计 算 机 控 制 系 统 (Hierarchical,Distributed Computer System),一般分为管理级、监控级、控制级和 设备级。系统的主体是高层货架、巷道式堆垛机和计算机系统。 高层货架类似于人工仓库系统,然而,由于堆垛机必须在不损伤设备的情况 下能准确地定位进行货物存取,货位安排更紧凑。尤其重要的是,稳固的基础是 高层货架安全和精确的保证。实践证明,遵循一定的设计原则会大大地提高工作 效率和产生最佳的生产效益。 (1) 明确设计目标。在设计过程中,必须始终牢记设计目标,避免其他次要因素 的干扰。 (2) 保持物料向前移动。保持物料始终向最终目的地移动,尽量避免返回、侧绕 和转向。直接从起点到终点的路线是最经济、最快捷和最有效的。 (3) 使用合适的设备。对于具体的应用,选择合适的设备可能是成功与失败的分

水岭,能完成物定任务最廉价而有效的设备是合适的设备。面对多种设备时,设 计者必须根据自己的经验和其他信息做出最佳选择。 (5) 最少的人工处理。人工处理是昂贵的,并且容易产生错误。 (6)考虑系统的安全。设计的物料系统应能保护人、产品和设备不受损伤。在系 统设计中必须考虑防撞、防掉落和防火等措施。 (7) 灵活活性原则。系统应能满足未来的需求和变化。生产者必须不断进行改进 以适应激列的市场竟争,这就需要在现在和未来需要之间做出平衡。系统的经济 性会限制其灵活活性。 (8) 自动化原则。最大限度地应用自动化控制进行操作恰当的自动控制能减少差 错,降低使用成本,提高利用率和产量。 (9) 最短移动距离原则。以物料和设备最短的移动距离达到希望的目的,移动 的距离越长,所需的时间和费用越多。 (10) 易于管理和操作原则。你设计的系统应当是容易管理和易于掌握的,这样 使用者才容易接受并使用。 2、系统设计过程 每个系统的设计都分几个主要阶段,各个阶段都有其要达到的目标。 (1)需求分析(准备阶段) 在这一阶段里要提出问题确定设计目标,并确定设 计标准。通过调研搜集设计依据和数据,找出各限制条件,并进行分析。主要包 括以下内容: 1)立体仓库是企业物流系统的子系统,必须要了解企业整个物流系统对子系统 的要求和物流系统总体设计的布置图,以便对仓储的子系统进行总体设计。要调 查过去进、出库房或料场物品的种类、数量及规律,以便预测未来,进行仓库容 量的计算和分析。 2)立体仓库是机械、结构、电气、土建等多专业的工程,这些专业在立体仓库 的总体设计中互相交叉,互相制约。因此,在设计时对各专业必须兼顾,如机械 的运动精度要根据结构制作精度和土建的沉降精度而选定。 3)要了解企业对仓储系统的投资、人员配置等计划,以确定仓储系统的规模和 机械化、自动化的程度。 4)调查库内储存的货物的品名,特征 (如易碎、怕光、怕潮等 ),外形及尺寸, 单件重量,平均库存量,最大库存量,每日进、出库数量,入库和出库频率等。 (2)确定自动化仓库的形式、作业方式和机械设备参数 在上述工作的基础上确定仓库形式,一般多采用单元货格式仓库。对于品种 不多而批量较大的仓库,也可以采用重力式货架仓库或者其他形式的贯通式仓 库。根据入出库的工艺要求 (整单元或零散货入出库 )决定是否需要拣选人和业。 如果需要拣选作业,则需确定拣选作业方式。

立体仓库的起重设备有很多种,它们各有特点。在设计时,要根据仓库的规 模、货物形式、单元载荷和吞吐量等选择合适的设备,并确定它们的参数。对于 起重设备,根据货物单元的重量选定起重量,根据出入库频率确定各机构的工作 速度。对于输送设备,则根据货物单元的尺寸选择输送机的宽度,并恰当地确定 输送速度。 (3)建立模型 建立模型主要是指根据单元货物规格确定货架整体尺寸和仓库内部布置。 首先要确定立体仓库的存取模式。在立体仓库中存取货物有两种基本模式:单 作业模式和复合作业模式。单作业就是堆垛机从巷道口取一个货物单元送到选定 的货位,然后返回巷道口(单入库):或者从巷道口出发到某一个给定的货位取出一 个货物单元送到巷道口 (单出库)。复合作业就是堆垛机从巷道口取一个货物单元 送到选定的货位 A,然后直接转移到另一个给定货位 B,取出其中的货物单元, 送到巷道口出库。本次设计采用单作业模式。 然后要进行出、入库作业周期的核算。仓库总体尺寸确定之后便可核算货物 出、入库平均作业周期,以检验是否满足系统要求。目前,国内外多采用计算机 对每一货位的作业都进行核算,从而准确地找出平均作业周期。 (4)选定控制方式和仓库管理方式 根据作业形式和作业量的要求确定堆垛机的控制方式,一般可分为手动控制 和自动控制。出、入库频率比较高,规模比较大,特别是比较高的仓库,使用自 动控制方式可以提高堆垛机的作业速度,提高生产率和运行准确性。高度在 l0m 以上的仓库大都采用自动控制。 提出自动化设备的技术参数和配置根据设计确定自动化设备的配置和参数。 例如,确定选择什么样的计算机(主频速度、内存容量、硬盘容量、系统软件和接 口能力等),堆垛机的速度、高度、电机功率和调速方式等。 3.3 立体仓库的基本组成 常用的机械设备包括货架、货箱或托盘、堆垛机等, 1、货架 货架形式有多种,货架材料一般用钢材或钢筋混凝土制作。钢货架的优点 是构件尺寸小、仓库空间利用率高、制作方便、安装建设周期短。而且随着高 度的增加,钢货架比钢筋混凝土货架的优越性更明显。因此,目前国内外大多 数立体仓库都采用钢货架。钢筋混凝土货架的突出优点是防火性能好,抗腐蚀 能力强,维护保养简单。 本立体库共设置货架 3 列,分为 4 层,1 个巷道,1 排货架。 货格总数为 12 个,货架总长度约 7 米,总高约 7 米。 单元货物尺寸:1400mmX1600mmX1600mmo

仓位编号见图 3-1:
10 7 4 0 1 11 8 5 2 12 9 6 3

图 3-1:仓位号布局图 共有 12 个仓位,当零号位有货物时,若无外部操作指令,就绪灯亮,延时 10 秒后,自动将货物放在仓位号最小的空位置上,以此类推。在延时 10 秒内, 若按送货的内容进行操作后,想取消次操作,可按下“放弃”键。此时,程序有 处在待命状态,“就绪”灯亮,又可进行其他操作。当零号位无物时,就绪灯亮 10 秒后,程序把最大仓位号里的货物运送至没有放货物的比它小的最小仓号的仓 库里。上述自动优化放物只队 1~6#仓库有效。当零号位有货物时,只能有“送 货”的操作;当零号位无货物时,只有“取货”的操作。其中:手动操作只限制 于 1~6#仓位号有效。各按键功能及定义具体见图 3-1 所示:

表 3-1:按键功能及定义表
按键号 1 功能选 择 自动 手动 自动 2 手动 自动 3 手动 自动 4 手动 自动 5 手动 自动 6 手动 定义 选择 1 号仓位 机构水平向左移动 选择 2 号仓位 机构水平向下移动 选择 3 号仓位 机构水平向右移动 选择 4 号仓位 机构水平向后移动 选择 5 号仓位 机构水平向上移动 选择 6 号仓位 机构水平向前移动 12 11 10 9 8 7 按键号 功能选择 自动 手动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 自动 手动 定义 选择 7 号仓位 无意义 选择 8 号仓位 无意义 选择 9 号仓位 无意义 选择 10 号仓位 无意义 选择 11 号仓位 无意义 选择 12 号 无意义

2、货箱与托盘 我们把一个标准的货物或容器称作单元负载,货物的载体可以是托盘、托 盘、滑板、专用集装箱、专用堆放架、硬纸板箱等。为了提高货物装卸、存取的 效率,一般自动化仓库使用货箱和托盘盛放货物。货箱与托盘的基本功能是装物 料,同时还应便于叉车和堆垛机的叉取和存放。托盘多为钢制、木制或塑料制成; 托板一般由金属制成 ;滑板是由波状纤维或塑料制成,是将单元货物拉到滑板上 ; 专用集装箱多由钢板制成,可在多上周转:专用盛放架由钢材或木料制成,可盛放 专用件或特殊形状的物品 ; 硬纸板箱盛放比重较小的物品 : 盛放洗衣机和电冰箱一 类的物品可利用其自身的包装箱。 3、堆垛机系统 每个巷道设置一台堆垛机,共 1 台堆垛机。 巷道式堆垛机是立体仓库中最重要的运输设备。巷道式堆垛机是随着立体仓 库的出现而发展起来的专用起重机。它的主要用途是在高层货架的巷道内来回穿 梭运行,将位于巷道口的货物存入货格;或者相反,取出货格内的货物运送到巷道 口。这种使用工艺对巷道式堆垛机在结构和性能方面提出了一系列严格的要求。 堆垛机的运行速度和加速度是其重要技术指标,它的垂直提升速度最高可达 30m/min~45m/min 水平运行速度可达 120m/min~200m/min,货叉伸缩速度 20 米/

分,但由于巷道长度的限制,大部分时间堆垛机都不在高速运行状态。运行的加 速度可达 0. 5m/sec? 实际运行只有 0. 3m/sec? 巷道式堆垛机由运行机构、起升机构、装有存取货机构的载货台、机架(车身 和电气设备五部分组成。 3.4 立体仓库的控制系统设计 3.4.1 I/O 分配及功能 PLC 的 I/O 分配见表 3-2 所示: 表 3-2:PLC 的 I/O 分配表
输入部分 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 X27 十 六 进 制 输 入 货台回位限制 货台到限制 货台是否有物 自动/手动(0/1) 键盘值 1 位 键盘值 2 位 键盘值 3 位 键盘值 4 位 横轴右限位 横轴左限位 竖轴上限位 竖轴下限位 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y26 Y27 BCD 码输 出显 示 显示 部分 货台前升 货台退回 就绪 取 放 十位显示 BCD 码 1 位 BCD 码 2 位 BCD 码 3 位 BCD 码 4 位 输出部分 横轴脉冲 竖轴脉冲 横轴方向 I/O 竖周方向 I/O

3.4.2 控制系统设计 1、系统流程框图 流程图的设计可以给人以最直观的感觉,读者一目了然,思路清晰,它能反 映整个运行及控制过程的脉络,为软件设计提供了参考依据。由堆垛机的工作过 程可知:一个工作循环(以取货为例)中包括 11 个阶段:选择仓号位、所选仓 号位有物品、0 号位没有物品、选取指令、X 轴和 Y 轴步进电机运行至该仓库、 Z 轴正转将伸竿伸入取货、Y 轴步进电机抬起、Z 轴反转将物体带出、X 轴和 Y 轴步进电机运行至零号位、 Z 轴将货物送入库中、 Z 轴电机运行至 0 号位。所 以,该控制过程有一个初始步、11 个工作步。流程图如下图 3-2 所示

开始

选择仓位号



所选仓位号 有物品? 有 0 号位有 物品吗? 无 选取指令?



判别 0 号位是 否有物品? 有 选取指令

X、 Y 轴步进电机运行到 该库位,Z 轴直流电机 正转将伸杆伸入库内

Z 轴电机正转伸入 0 号 位,Y 轴电机上升抬起, Z 轴电机反转将物品带出

Y 轴步进电机上升抬起物体, Z 轴电机反转将物体带出

步进电 机运 行到 所选仓 位号,Z 轴正转送入物体

X、Y 轴步进电机运行到 0 号位置, Z 轴电机将物体送 入库内

Y 轴步电机下降放下物体 Z 轴电机反转出库

复位到 0 号位置

步进电机运行至 0 号位置

结束

图 3-2 系统流程图

2、I/O 连接图和主电路图
VCC

手动/ 自动
S1 S2 SW -PB S3 SW -PB S4 SW -PB S5 SW -PB S6 SW -PB S7 S8 SW -PB SW -PB S9 S10 -PB SW SW -PB S11 S12 -PB SW SW -PB S13 SW -PB S14 S15 -PB SW S16 -PB SW S17 -PB SW S18 -PB SW SW -PB S19 SW -PB S20 SW -PB SW -PB 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Q? X4 00 X4 01 X4 02 X4 03 X4 04 X4 05 X4 06 X4 07 X4 10 X4 11 X4 12 X4 13 X4 14 X4 15 X4 16 X4 17 X4 20 X4 21 X4 22 X4 23 X4 24 X4 25 X4 26 X4 27 COM Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y1 0 Y1 1 Y1 2 Y1 3 Y1 4 Y1 5 Y1 6 Y1 7 Y2 0 Y2 1 Y2 2 Y2 3 Y2 4 Y2 5 Y2 6 Y2 7

键盘值1 键盘值2 键盘值3 键盘值4 键盘值5 键盘值6 键盘值7 键盘值8 键盘值9 键盘值1 0 键盘值1 1 键盘值1 2

横轴脉冲 竖轴脉冲 横轴方向I/O 竖轴方向I/O 货台前升 货台退回 就绪 取 放 BCD码1 位 BCD码2 位 BCD码3 位 BCD码4 位 片选1 片选2
5 4 6 3 2 1 5 4 6
U1 7 4F13 8

1 2 3 4 5 6

驱动器1

U V W DC+ DC-

7 8 9 10 11

横轴步进电机

DCH3 08 06 1 2 3 4 5 6 U V W DC+ DCDCH3 08 06 VCC VCC 7 8 9 10 11

竖轴步进电机

驱动器2

3 2 1

Us+ U2 7 4F13 8 R1 RE S2 D1 DIODE D3 DIODE Q3 Si64 33 DQ Ug 3 M Si64 33 DQ D2 Q2 Si64 33 DQ DIODE DS2 GRE E NCA T2 NPN Ug 2 Q4 D4 DIODE Si64 33 DQ Ug 4

G2 B G2 A

G2 B G2 A

C B A

G1

G1

C B A

Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0

Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0

VCC T1 NPN R2 RE S2

Q1 Si64 33 DQ Ug 1 Q?

7 19 0 11 12 13 14 15

货台回位限位 14 货台到位限位 15 货台是否有物 16 横轴右限位 17 横轴左限位 18 竖轴上限位 19 竖轴下限位 20

FX2N-1 28 MT

8 7 6 5 4 3 2 1

VCC

T3 PNP

9

T4 PNP VCC T6 NPN D5 VCC T5 NPN

9

图 3-3 主线路图

a b

e

f

c d

VCC a

d

g

e f

c

b

g dp

DS1 GRE E NCA
dp

8 7 6 5 4 3 2 1

7 19 0 11 12 13 14 15

a b e

f

c d d g

VCC a

e f c b

g dp dp

D7 T7 NPN VCC 0 6. DIODE

D6

0 6. DIODE

0 6. DIODE

3.4.3 直流电机的控制 直流电机是将直流电能转换成机械能而带动生产机械运动。由于直流电机具 有良好的启动性能和调速性能,所以在电气传动系统中,尤其是对启动和调速系 统性能要求较高的生产机械,一般都用直流电机进行拖动。本次设计是用直流电 机带动旋转丝杠的进给进行伸出和收回货叉,从而进行收货和发货的操作。 为了使电机安全可靠的工作,并且有良好的运行性能,电机制造厂根据国家 标准及电机的设计数具,对每台电机在运行中的有关物理量(如电压、电流功 率、转速等)所规定的保证值,称为电机的额定值。电机在运行中若各有关物理 量都符合它的额定值,称为该电机运行在额定状态。额定值一般标志在电机的铭 牌上,所以又成为铭牌数据。直流电机的额定值有以下几项: (1)额定容量 PN,对于电动机而言,是指它的转轴上输出的机械功率,单位为[W] 或者[kW]; (2)额定电压 UN 额定状态电机出线端的电压,单位为[V]; (3)额定电流 IN 是指在额定状态电机出线端的电流,单位为[A]; (4)额定转速,单位[r/min]。还有一些物理量的额定值,如额定效率 η N,额定 转矩 TN 定温升τ N 及额定励磁电流 IfN 等,不一定都标在铭牌上。 为此,可得直流发电机的额定容量为: PN=UN·IN 而直流电动机的额定功率为: PN=UN·IN·η N 在实际运行中,如果电机的电流小于额定电流,称为欠压或轻载;如果电流大于 额定电流,称为过载或超载;如果电流恰好等于额定电流,称为满载运行。长期 过载会使电机发热,降低电压的使用寿命,甚至损坏电机,长期轻载不仅使电机 的设备容量得不到充分的利用,而且会降低电机的效率。 电机的调速在此次设计中起到很重要的作用,对其要求也非常之高。本次设 计的是电机的旋转带动丝杠的旋转从而进行取货和送货操作。由于定位系统在本 次设计的仓库中吧至关重要,所以对直流电机的旋转要求精度很高,电机旋转一 圈带动丝杠旋转一圈,丝杠前进一定的距离,假设丝杠的初始位置距离货舱的位 置是 1000mm,丝杠旋转一周前进 4mm,那么电机就要旋转 250 圈才能达到效果, 当然要留有一定的余量:1~4mm 左右,如果余量过大会造成定位的准确度不高, 如果余量太小,精度是高了,可是对系统的要求也太高了,大大增加了成本,在 不影响的情况下,可以适当的留有余量。 本次的调速系统采用的是直流脉宽调速系统,即直流 PWM 调速系统。其优越 性表现以下几点: 1)主电路线路简单,需要的功率器件少。 2)开关频率高,电流连续,谐波少,电机损耗及发热都较小。

3)低速性能好,稳速精度高,调速范围宽,可达 1:10000 左右。 4)若与快速相应的电动机配合,则系统频带宽,动态相应快,动态抗扰能力 强。 5)功率开关器件工作在开关状态,导通损耗小,当开关频率适当时,开关损 耗也不大,因而配置效率教高。 6)直流电源采用不控整流时电网功率因数比相控整流器高。 由于上述优点,直流 PWM 调速系统的应用日益广泛,特别是中、小容量的高 动态性能系统中,已经完全取代了 V-M 系统。 本次设计采用了桥式可逆 PWM 变换器。桥式可逆 PWM 变换器主要电路 有多种形式,最常用的是桥式(亦称 H 形)电路,如下图 3-4 所示。这时电 动机 M 两端的电压 UAB 的极性随开关器件驱动电压极性的变化而改变,其控 制方式有双极式、单极式、受限极式等多种,本次用到的是双极式控制的可 逆 PWM 变换器。
Us+

D1 DIODE Q1 Si 64 33 DQ Ug 1

D3 DIODE

Q3 Si 64 33 DQ Ug 3

直流电机
M Si 64 33 DQ D2 Q2 Si 64 33 DQ DIODE

Ug 2

Q4 D4 DIODE Si 64 33 DQ Ug 4

图 3-4 桥式可逆 PWM 变换器 双极式控制的可逆 PWM 变换器。的 4 个驱动电压波形如图 4-14 所示, 在一个开关周期内,当 0≤t<ton 时,UAB=Us,电枢电流,当 ton ≤t<T 时驱 动电流反相,id 从 B 到 A 经二极管续流,UAB =-Us。因此,UAB 在一个周期内 具有正负相间的脉冲波形,这也就是双极式名称的由来。

Ug1

Ug4 VT1VD2 0 ton VD2 t

VT1VD3 0 VT4VD3 VT4

Ug3

Ug2 t

0

UAB

+Us

0

ton

T

t

Us id
e

1

2

1

2

1

2

Id1

0 4 0

1

2 3

1 4

2 3

1 42 3

Id2

t

图 3-5 双极式控制可逆 PWM 变换器的驱动电压、输出电压和电流波形 0 图 3-5 也绘出了双极式控制时的输出电压和电流波形。Id1 相当于一般负载 的情况,脉动电流的方向始终为正;Id2 相当于轻载情况,电流可在正负方向之间 脉动,但平均值仍为正,等于负载电流。在不同情况下器件的导通、电流的方向 与回路都和有制动电流通路的不可逆 PWM 变换器相似。电动机的正反转则体现 在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时,ton>T/2,则 UAB 的平均值为 正,电动机正传;如果正负脉冲相等,ton=T/2 平均输出电压为零。则电动机停 止。图 3-5 所示的波形是电动机正转时的情况。 双极式控制可逆 PWM 变换器的输出平均电压为

Ud=ton/T·Us-(T-ton)/T·Us=(2 ton /T-1)Us 若占空比 ρ 和电压系数 γ 的定义如下: Ud=(2ρ -1)·Us γ = Ud/ Us 在双极式控制的可逆变换器中 γ =2ρ -1 调速时 ρ 的可调范围为 0~1 相应地,γ =-1~+1。当 ρ >1/2 时,γ 为正, 电动机正转;当 ρ <1/2 时 γ 为负,电动机反转;当 ρ =1/2 时,γ =0,电动机 停止。但是电动机停止时,电枢电压并不等于零,而是正负脉宽相等的交变脉冲 电压,因而电流也是交变的。这个交变的电流的平均值为零,不产生平均转矩, 徒然增大电动机的损耗,这是双极式控制的 缺点。但它也有好处,在电动机停 止时仍有高频微振电流,从而消除了正帆向时的静摩擦死区,起着所谓“动力润 滑”的作用。双极式控制的桥式可逆 PWM 变换器有下列优点: 1)电流一定连续。 2)可使电动机在四象限运行。 3)电动机停止时有微振电流,能消除静摩擦死区。 4)低速平稳性能好,系统调速范围范围可达 1:20000 左右。 5)低速时,每个开关器件的驱动脉冲仍较宽,有利于保证器件的可靠导通。 双极式控制方式的不足之处是:在工作过程中,4 个开关器件可能都处于开 关状态,开关损耗大,而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的的事故,为了 防止直通,在上、下桥臂脉冲之间,应设置逻辑延时。 3.4.4 译码器与 LED 七段显示器 1、3 线-8 线译码器 编码器能够实现将不同的输入状态转换成相应的二进制代码输出的逻辑功 能,而译码器能够实现的逻辑功能正好与编码器相反。译码器能够实现将输入的 二进制代码转换成不同的输出状态输出的逻辑功能。

常用的译码器有 3 线-8 线译码器,3 线-8 线译码器的输入信号是一组二进制 数代码,输出信号是高、低电平信号不同的组合状态。把 BCD 代码 因为要有四个输入所以要设计符合要求的译码器,首先要把 3 线-8 线译码器 的逻辑问题抽象成真值表。设 3 个输入变量分别为 Y2,Y1,Y0,8 个输出变量分 别为 Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,根据译码器输出信号与输入信号逻辑 关系的特点(只有一根输出信号线为高电平,其余都是低电平),可得 3 线-8 线 译码器的真值表如表 3-3 所示。 表 3-3:3 线—8 线译码器的真值表 A2 0 0 0 0 1 1 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 0 1 0 1 Y0 1 0 0 0 0 0 0 0 Y1 0 1 0 0 0 0 0 0 Y2 0 0 1 0 0 0 0 0 Y3 0 0 0 1 0 0 0 0 Y4 0 0 0 0 1 0 0 0 Y5 0 0 0 0 0 1 0 0 Y6 0 0 0 0 0 0 1 0 Y7 0 0 0 0 0 0 0 1

根据真值表可得输出变量的逻辑表达式为:

(3-1)

因译码器所对应的输出状态可用来选通某个特定的存储单元,不同的存储单 元对应的地址码不相同,所以,译码器的输入变量 A2A1A0 通常称为地址码。 译码器除了可以用二极管阵列来组成外,还可以用与非门电路来组成,将与 非门电路的逻辑关系代入式 3-1 中可得

(3-2)

5 4 6

3 2 1 U1 7 4F13 8 C B A

G2 B G2 A

7 19 0

图 3-6 3 线-8 线译码器 74LS138 芯片图 由图 3-6 可见,3 线-8 线译码器 74LS138 输出信号与输入信号之间的逻辑关 系除了满足式 3-2 外,还增加了 S1, 和 三个选通控制端口,以扩展 74LS138 的功能和增加使用的灵活性。当 74LS138 的三个控制端口信号不是上面 所述的高,低电平信号时,译码器不被选通,全部输出端都输出高电平信号 “1”。 74LS138 的功能表如表 3-4 所示。

11 12 13 14 15

Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0

G1

表 3-4 输 S1 0 × 1 1 1 1 1 1 1 1 × 1 0 0 0 0 0 0 0 0

74LS138 的功能表 入 A2 × × 0 0 0 0 1 1 1 1 A1 × × 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 × × 0 1 0 1 0 1 0 1 Y0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 Y1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 输 Y2 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Y3 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 Y4 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 Y5 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 出 Y6 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 Y7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

若将 74LS138 的控制端 S1 当作输入数据 D 的数据输入端,并将控制端 和 接低电平信号“0”。根据表 3-7 可以说明图 3-6 所示电路的工作原理。 由表 3-4 可知,当输入数据 D=1 时,74LS138 处在被选通工作的状态下,8 根 输出线中,只有下角标与地址译码器输入信号相符的那根输出线为低电平 “0”,其余的 7 根输出线都为高电平“1”;当输入数据 D=0 时,74LS138 没有 被选通工作,8 根输出线全部输出高电平信号“1”。 由上面的讨论可知,图 3-6 所示电路的具有将输入数据 D 求非后,选择下角 标与输入地址码相符的那根输出线输出,具有这种逻辑功能的电路称为数据分配 器。由此可得,3 线-8 线译码器 74LS138 可以当数据分配器用。因 74LS138 的输 出信号是反码,所以,图 3-6 所示电路输出端的输出信号是数据输入端 S1 输入信 号 D 的非。

例如,当 A2A1A0 为“110”时,输入的串行数据 D 等于 1101,在输出端 会得到 0010 的串行输出数据。



同理控制端 和 也可以当数据分配器的数据输入端,在这种情况,控制 端 S1 要接高电平,此时从数据选择器输出端输出的信号与数据输入端输入的数据 相同。利用 74LS138 的控制端还可以组成 4 线-16 线,5 线-32 线的译码器,本次 用到的是 利用 3 线-8 线译码器 74LS138 组成 4 线-16 线 。下面来进一步讨论其 组成的方法及功能。两片 74LS138 连接的电路如图 3-7 所示

5 4 6

3 2 1

5 4 6

G2 B G2 A

G2 B G2 A

U1 7 4F13 8

3 2 1
U2 7 4F13 8

VCC

C B A

G1

Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0

7 19 0 11 12 13 14 15

图 3-7:4 线-16 线译码器 由图 3-7 可见,描述 16 根输出线的地址码是 4 位二进制数。设第(1)片译 码器 8 根输出线的地址码为(1111~1000),第(2)片译码器 8 根输出线的地 址码为(0111~0000),由上面的讨论可见,两片译码器输出线地址码的低 3 位 相同,所以,可将两片译码器的 3 根地址码输入线并联使用,组成 4 线-16 线译 码器低 3 位的地址码 A2,A1,A0。4 线-16 线译码器的 A3 地址码可从 74LS138 的选 通控制端上引出。 扩展地址码的原理是:根据表 3-4 可知,当 74LS138 的 S1 控制端接高电平, 和 控制端接低电平时,74LS138 处在被选通译码的状态下。利用选通信号 的这个特点,将第(2)片译码器的 S1 控制端接高电平,第(1)片译码器的 和 控制端接低电平,同时将第(1)片译码器的 S1 控制端,第(2)片译码器 的 和 控制端接在一起组成 4 线-16 线译码器的 A3 地址码。 图 3-12 所示电路的工作原理是:当 A3 的输入信号为低电平信号时,因该信 号与第( 2 )译码器的 和 控制端相连,选通该译码器进入译码的工作状 态;因 A3 输入信号与第(1)片译码器的 S1 控制端相连,第(1)片译码器没有被 选通,输出为高电平;反之,将选通第( 1)片译码器进入译码的工作状态,第 (2)片译码器没有被选通,输出高电平。

7 19 0 11 12 13 14 15

Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0

G1

C B A

两个译码器分别驱动两个 LED 显示器用片选信号分配其个位和十位的功 能。 2 、LED 显示器 为了能让十进制数码管数码直观的显示数字系统的运行数据,目前广泛的应 用了七段字符显示器,或称七段译码器。这种字符显示器由七段可发光的线段拼 合而成。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管(Light Emitting Diode,简称 LED),因而也把它叫做 LED 数码管或者 LED 七段显示器。图 3-8 是半导体数 码管 BS201 的外形图。
8 7 6 5 4 3 2 1

DS? GRE E NCA

图 3-8 半导体数码管 BS201 外形图及等效电路。 半导体数码管不仅具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性强等优点,而 且相应时间短(一般不超过 0.1μ s),亮度也比较高。它的缺点是工作电流比较 大,每一段的电流在 10mA 左右。

9

a b c d e f g dp e f VCC a d g c b dp

第4章

步进电机及其驱动器

4.1 步进电机驱动器 步进电机不能直接接到交直流电源上工作,而必须使用专用的设备—步进电 机驱动器。步进电机的驱动系统的性能,除了与电动机自身的性能有关外,也在 很大程度上取决于驱动器的优劣。为此,对步进电机驱动器的选取必须结合实 际,选用既满足实际需要又与步进电机相适应的驱动器. 步进电机驱动器一般由环形分配器、信号处理级、推动级驱动级等各部分组 成。环形分配器用来接收来自控制器的脉冲,并按步进电机的状态转换表要求的 状态顺序产生各相导通或截止的信号。 每来一个脉冲,环形分配器的输出就转换一次。因此,步进电机的转速高 低、升速或降速、起动或停止都完全取决于脉冲的有无或频率.同时环形分配器还 必须接受方向信号的控制,从而决定其输出的状态转换是按正序或者按反序转 换。从环形分配器输出的信号送入信号放大和处理级,以实现信号的放大和信号 的某些转换、合并等功能,从而产生特殊功能的驱动。推动级的作用是将较小的 信号加以放大,变成足以推动驱动级输入的较大信号。驱动级直接与步进电机各 相绕组连接,接受来自推动级的信号,控制电机各相绕组的导通和截止,同时也 对绕组承受的电流和电压进行控制。 本次采用的是 DCH30806 三相混合式步进电机驱动器。其技术特点如下: 1﹑驱动电压:24V~70V。 2﹑正弦波细分恒流驱动。 3﹑最大输出驱动电流 6A/相。 4﹑最大 30000 步/转的十六种细分模式可选。 5﹑输入信号光电隔离。、 6﹑可适应共阳﹑共阴﹑单/双脉冲多种模式。 7﹑脱机保持功能。 8﹑提供节能的自动半电流所定功能。 性能指标见表 4-1

表 4-1 电气性能:(环境温度 Tj=25?C 时)
供电电流 输出电流 驱动方式 励磁方式 24V~70VDC, 容量 0.2KVA 峰植 6A/相(Max)(输出电流可由面板拨码开关锁定) 正弦波恒流 PWM 控制 400 步/转,500 步/转, 600 步/转,750 步/转,1000 步/转,1500 步/转, 2000 步/转, 2500 步/转,3000 步/转, 3750 步/转,5000 步/转,6000 步/ 转,7500 步/转,10000 步/转,15000 步/转,30000 步/转 绝缘电阻 绝缘强度 在常温常压下>500MΩ 在常温常压下 0.5KV,1 分钟

表 4-2 使用环境及参数:
冷却方式 强制风冷

场合 温度 使用环境 湿度 震动 保存温度

尽量避免粉尘﹑油雾﹑及腐蚀性气体 0?C~+50?C <80%RH,无凝露,无结霜 5.9m/s 2Max -20?C~+65?C

外形尺寸

135× 77× 46mm

重量

0.5Kg

1、功能及使用 本驱动器采用双极恒流方式,最大输出电流值为 6A/相(峰值),通过驱动 器侧板 第 7,8,9,10 四位开关的不同组合可以方便的选择 16 种电流值,从 0.4A 到 6A(详见电流选择表 4-3),(注意:这里所说的电流是指驱动器每相输 出正弦波电流的峰值,使用串电流表的方式不能得到正确的读数。)

表 4-3:电流选择表
S W1 O N O FF O N O FF O N O FF O N O FF FF FF O FF N O FF O N N O FF O N O .1A FF O FF O N O .8A 3 FF FF O N O N O .4A 2 N O FF N O N O N O .0A 2 FF O FF O FF N O N O N O .6A 2 N O N O FF O FF W2 O N O N O .2A 1 FF O N O FF O FF O .0A S W3 O N O .8A 1 N O FF O FF O FF O .6A 6 S W4 O .4A 0 FF O FF O N O FF O .4A 5 S 流 0 N O N O N O FF O .9A 5 电 W7 O N O N O FF O .5A 4 S W8 O N O FF O .1A 4 S W9 O FF O .7A 4 S W10 O .4A 3 S 流 3 电

注:用户对输出电流的更改无须给驱动器重新上电即可生效。 2、细分选择 通过驱动器面板上的第 1、2、3、4 四位拨码开关选择共 16 种细分模式, 用电机每转的步数标识,既可以实现两相的步距(如两相标准半步 400 步/转)也 可以提供类似 五相的步距(如五相标准半步 1000 步/转),用户可以根据需要 自行决定细分(详见细分模式选择表 4-4)。 表 4-4:细分模式选择表
S W1 O N O FF O N O FF O N O N O N O N O N O W2 O N O N O S W3 O N O S W4 O S 数 3 0000 1 5000 1 0000 7 .036 0 .024 0 N O .012 0 FF O FF O 0 N O N O N O O N O N O FF O O N O FF O 500 1 O FF O 000 1 .240 0 O 055 2 .180 0 每 转 步 步 矩角 W7 S W8 S W9 S W10 S 数 2 .144 0 0 每 转步 步 矩角

FF O N O FF O N O FF

FF O N O N O FF O FF

N O FF O FF O FF O FF

N O N O N O N O N

500 6 000 5 000 3 750 3 000

.048 0 .060 0 .072 0 .096 0 .12

FF O N O FF O N O FF

FF O N O N O FF O FF

N O FF O FF O FF O FF

FF O FF O FF O FF O FF

000 7 50 6 00 5 00 4 00

.360 0 .480 0 .600 0 .720 0 .900

注:用户对细分模式的更改需要给驱动器重新上电方可生效。 3 、单/双脉冲选择 通过驱动器侧板第 5 位开关可选择单脉冲模式(第 5 位为‘ON’)或双脉 冲模式(第 5 位为‘OFF’)。单脉冲模式下步进脉冲由脉冲端口接入,由方向 端口的电平高低决定电机的运转方向;双脉冲模式下 , 驱动器从脉冲端口接收正 转脉冲,从方向端口接收反转脉冲。无论是单脉冲还是双脉冲都以光耦从截止 到导通作为有效接受信号,请根据实际的接线注意有效电平。 注:用户对单/双脉冲模式的更改需给驱动器重新上电方可生效。 1)自动半电流 通过驱动器侧板第 6 位拨码开关可选择是否开放自动半电流功能,当第 6 位拨码开关设为‘ON’时,驱动器工作若连续 1 秒没有接收到新的脉冲则自动 进入半电流状态,相电流降低为标准值的 50 %,达到降低功耗的目的,在收到 新的脉冲时驱动器自动退出半电流状态。 注:用户对半流功能的更改无须给驱动器重新上电即可生效。 2)脱机功能 输入脱机信号时,驱动器将切断电机各相绕组电流使电机轴处于自由状态, 此时步进脉冲将不能被响应。此状态可有效降低驱动器和电机的功耗和温升。脱 机控制信号撤消后驱动器自动恢复到脱机前的相序并恢复电机电流。当不需用此 功能时,脱机端可悬空。 4、输 入 信 号 驱动器的接线端子采用可拔插端子,可以先将其拨下,接好线后再插上。 本驱动器的输入信号采用双端接口,可以满足共阴、共阳、差分等多种接口形 式。脉冲信号输入: 驱动器端口内置光耦,光耦导通一次被驱动器解释为一个 有效脉冲。对于共阳极而言低电平有效(共阴为高电平有效),此时驱动器将 按照相应的时序驱动电机运行一步。单脉冲模式时此信号端作为脉冲输入信 号,双脉冲模式时此信号端作为正转脉冲输入信号。为了确保脉冲信号的可靠 响应,光耦每次导通的持续时间不应少于 10μ s 。本驱动器的信号响应频率为

200KHz,过高的输入频率将可能得不到正确响应。方向信号输入 : 单脉冲模式 下该信号作为控制电机的转向信号,该端内部光耦的通、断被解释为控制电机 运行的两个方向。控制电机转向时,应确保方向信号领先脉冲信号至少 10μ s 建立,从而避免驱动器对脉冲的错误响应。双脉冲模式下,该信号作为反转的脉 冲输入信号,光耦导通一次被驱动器解释为一个有效脉冲。为了确保脉冲信号 的可靠响应,光耦每次导通的持续时间不应少于 10μ s。脱机信号输入: 内部光 耦处于导通状态时电机相电流被切断,转子处于自由状态(脱机状态)。光耦 关断后电机电流恢复到脱机前的大小和方向。当不需用此功能时,脱机信号端 可悬空。 典型 接 线 图 如下图 4-1 所示

图 4-1 PLC 与电机及其驱动器接口电路图 注意: 为了更好的使用本驱动器,用户在系统接线时应遵循功率线(电机相线 , 电源 线)与弱电信号线分开的原则,以避免控制信号被干扰。在无法分别布线或有 强干扰源(变频器,电磁阀等)存在的情况下,最好使用屏电缆传送控制信 号;采用较高电平的控制信号对抵抗干扰也有一定的意义。

输入接口如图 4-2 所示

图 4-2 驱动器输入接口线路 注意: 当控制信号不是 TTL 电平时,应根据 信号电压大小在各信号输入 端口(非公共端) 外串限流电阻,如 24V 时,外串 2KΩ 电阻。每路信号都要 使用单独的限流电阻。 4.2 步进电机选型及其控制 4.2.1 步进电机选型 步进电机的种类有很多,在此举出几种三相混合式步进电机。 90 、 110 、 130BYG 型三相混合式步进电机。 1、通用参数: 步矩角精度:+-5% 温度范围:-20?C~+50?C 最高温度:+80?C 绝缘电阻:100MΩMin 500V DC 耐压:500V AC 1 minute 2、产品规格及性能表 4-4
型号 步 矩 角 90YBG350A 90YBG350B 90YBG350C 110YBG350A 110YBG350B 110YBG350C 130YBG3501 130YBG3502 130YBG3503 0.6/1.2 0.6/1.2 0.6/1.2 0.6/1.2 0.6/1.2 0.6/1.2 0.6/1.2 0.6/1.2 0.6/1.2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 相数 电 压 电 流 (V) 80-300 80-300 80-300 80-300 80-300 80-300 80-300 80-300 80-300 (A) 1 1.1 1.3 2.4 2.8 3.0 5.0 5.0 5.0 转 矩 N.M 2 4 6 8 12 16 24 30 36 电 感 MH 28 38 48 20 30 35 20 25 30 惯 量 Kg/cm 1.5 3.0 4.5 8.5 12.5 16.5 20 25 30 起 动 频 率 HZ 160 160 160 160 160 160 160 160 160 运 行 频 率 HZ 25000 25000 25000 25000 25000 25000 25000 25000 25000

注:后缀 A、B、C 为圆形;后缀 1、2、3 为方形。 3、接线方法如表 4-5
电机 A A B B C C D D 接地 航插

绕组 插座 编号 插座 编号 接线 顺序 红色 线1 * 3 * 5 * * * * * 接地 标志 接线 柱 1 2 3 4 5 6 7 8 * * 7 7芯 1 * 3 * 5 * * * * * 7 7芯

4、型号及尺寸如表 4-6
尺寸 型号 90BYG350A 90BYG350B 90BYG350C 11BYG350A 110BYG350B 110BYG350C 130BYG3501 130BYG3501 130BYG3502 91 91 91 111 111 111 94 94 94 112 112 112 130 130 130 12 12 12 19 19 19 19 19 19 35 35 35 41 41 41 45 45 45 4 4 4 6 6 6 6 6 6 70 70 70 85 85 85 100 100 100 3 3 3 3.5 3.5 3.5 4.5 4.5 4.5 116 152 185 176 216 258 182 232 232 107 107 107 132 132 132 155 155 155 7 7 7 9 9 9 11 11 11 D B-B d L1 b D1 h L D2 D1

4.2.2 步进电机控制 步进电机的控制有多种控制方案,可以用单片机或 PLC 实现,当步进电机 用单片机控制时,控制程序设计简单,控制系统也相对简单。但在该机组控制系 统中,由于机械系统机构运动复杂,用单个单片机不容易或很难实现全机组的全 自动控制;用 PLC 控制时,有三种控制方案: 采用脉冲程序控制、使用高速脉冲指令或是外接脉冲电路来控制。采用脉冲 程序和使用高速脉冲指令都可以实现步进电机驱动器的脉冲输入要求,但这两种 控制方案的程序设计较复杂,导致程序的机构性和模块化混乱; 采用外接脉冲 555 时基电路来提供步进电机驱动器的脉冲输入,控制程序设

计简单。对于步进电机的脉冲输入可采用普通脉冲频率发生器,但它不能精确控 制所输出的脉冲数,也就不能精确控制步进电机的旋转角度。 由于立体仓库中的步进电机主要应用在货物的输送和提升机构中,它们对步 进电机不但有速度要求,而且有旋转角度和精确定位的要求。因为在机组中,步 进电机控制机构的行程由行程开关和光电开关检测控制,需准确定位。所以,需 更为精密的脉冲频率发生器才可满足控制要求。 4.3 步进电机转速和转向的检测 1、转速控制 电动机的转速是通过光电脉冲编码器检测的,电机转速检测的正确性和精度 将直接影响控制系统的控制精度和稳定性。影响转速测量性能的因素有两个 : 一 是系统硬件本身,主要是包括单位周期内光电脉冲编码器的脉冲数和微处理器的 精度,但系统一旦确定,由硬件引起的速度检测性能的差异是难以更改的。二是 速度估计算法,不同的速度估计算法可以得到不同的速度检测性能。 本系统采用的是 NI 法测速原理,即在某一采样时间内,通过对脉冲的计数 来确定电机转速的大小。设采样时间为 Tc,光电码盘的脉冲数为 Pn,在采样时 间内所测到的脉冲数为 m,则电机转速 N (r/min)为 : N= 60m/Tc· Pn

本系统采用欧姆龙公司的旋转编码器,型号是 E6B2 -CWZ6C, 1200P/R,它 由 5~24V 供电,有三路输出,分别为 A 相、B 相、Z 相;其中 A 与 B 用于测速, 它们的相位差为 90 度,每转一圈输出 1200 个脉冲;而 Z 脉冲为每转一圈输出一 个脉冲,用于伺服控制系统中的定位。 本来光电脉冲编码器的 A, B 输出可以通过 PLC 的输入端口,接到高速计数 器上,但为了保护起见,必须加上高速光电隔离。 旋转编码器的 A 相输出经过高速光藕隔离后,直接接到 PLC 的输入引脚, 同样 B 路信号按上述方法接到另一个引脚。在这里用快速光祸的原因是 :码盘输 出的信号的频率最高接近 60KHZ ,而普通光藕的开通和关断延时就有几个微 秒,无法满足要求。在 PLC 中将捕获单元配置成正交编码脉冲模式,在这种模 式下,两个 16 位通用定时器 T1 和 T2 可工作于 16 位或 32 位双向计数器。高速 计数模块直接处理光电编码器输出的两路相位相差 90 度的两路脉冲,该模式对 两路脉冲的前后沿均进行计数,无需外部的倍频电路。而且它能根据两路脉冲的 先后次序判别电机的转向,省去了外部辨向电路,增加了系统的可靠性。 2、方向控制 进给方向控制即步进电机的转向控制。步进电机的转向可以通过改变步进

电机各绕组的通电顺序来改变其转向;如三相步进电机通电顺序为 A-AB-B-BCC-CA-A?时步进电机正转; 当绕组按 A-AC-C-CB-B-BA-A?顺序通电时步进电 机反转。因此可以通过 PLC 输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺 序来实现,或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实 现。

第5章

结论与展望

为期三个多月的毕业设计终于按时完成了,在此期间得到了江明老师的悉心 指导。通过多次的修改和辩论这个设计终于出炉了。通过这次毕业设计,我们学 到了许多实践知识, PLC 方面,使我认识到基于硬件电路的软件支持思想,以 前我比较熟悉的是梯形图的设计,现在发现自己在程序设计方面还存在许多不足 之处,我将在今后的学习和工作中不断的改进。 本设计实现了立体仓库的电控系统的设计,本次立体仓库的设计主要由仓 位、堆垛机、步进电机构成的。它将进一步给物流作业带来了极大的方便,通过 对 PLC 的选型和步进电机及其驱动器的选型,组合成更为廉价和具有使用价值的 设备体系。 随着科技的发展和社会的进步,自动化程度会越来越高,自动化立体仓库 也是必不可少的,今后我们在物流方面也就可以节省更多的时间和空间,从而为 国家和社会节约更多的资金,通过继续努力我们还将逐步实现立体仓库的完全自 动化,所以我们还将更加努力,希望能为社会的进步和发展付出自己的微薄的贡 献。

致谢

本次毕业设计已经顺利完成了,在设计的整个过程中,有很多人帮助过 我,在这里我要感谢他们。首先我要感谢的是我的指导老师江明老师。在为期近 三个月的毕业设计过程中,他一直认真的帮助我,帮我分析课题,解决困难。在 这段设计期间,我曾经有过成功的喜悦,也曾经有过失败的挫折。无论当我遇到 什么困难,他总是给我鼓励,给我支持,鼓励我坚持下去,鼓励我战胜困难;当 我有所成绩时,他总是给我继续做下去的勇气和信心。他的帮助和知道给了我极 大的鼓舞;他的悉心教导给一个即将进入社会的大学生带来了太多的勇气和信 心。在此,我致以最诚挚的谢意。 在这次毕业设计时期,我还要感谢院、系各级领导对我们的关心和支持。 没有您们的默默关怀和支持我们也将难以取得预期的效果。在此,我衷心的表示 谢谢。 互相学习是学习的最佳方式和捷径,在此次毕业设计我深有体会。有一些 同学从刚开始到现在一直都给我很大的帮助,在这里我想对他们说一声:谢谢, 没有你们的帮助我也就没有现在的成果。 大学四年的学习有很多授课老师为我们付出了辛勤的汗水,可以说没有他 们的教诲和指导,我们也将不会取得今天的成绩。我想对他们说一声:感谢你们 的教导和关心,您们辛苦了。

作者: 年 月 日

参考文献
[1]于庆广.可编程序控制器原理及系统设计.[M]北京:清华大学出版社,2005 [2]李仁编.电气控制.[M]北京:机械工业出版社,1990 [3]杨长能,张兴毅.可编程序控制器(PC)基础及应用.[M]重庆:重庆大学出 版社,2004 [4]刘昌祺,董良.自动化立体仓库设计.[M]北京:机械工业出版社,2004 [5]廖常初.PLC 应用技术问答。[M]北京:机械工业出版社,2005 [6]温照方。可编程序控制器教程。[M]北京北京理工大学出版社,2002 [7]袁永光。可编程序控制器选用手册。[M]北京:机械工业出版社,2002 [8]胡宵明。电气控制及 PLC.[M]北京:机械工业出版社,2005 [ 9 ]郁汉琪郭健 . 可编程序控制器原理及应用 .[M] 北京:中国电力出版社, 2005 [ 10 ]郁汉琪 . 电气控制与可编程序控制器应用技术 .[M] 北京:东南大学出版 社,2003 [11]陈盅华.可编程序控制器与工业自动化系统 .[M]北京:机械工业出版社, 2006 [12]MCGS 用户指南.[M]北京:北京昆仑通态自动化软件科技有限公司 [13]MCGS 参考手册.[M]北京:北京昆仑通态自动化软件科技有限公司

附 录 A 编程指令表 FX-2N 逻辑编程指令表 LD LDI LDP LDF OUT AND ANI ANDP ANDF OR ORI ORP ORF ORB ANB SET RST PLS PLF MC MCR MPS 取指令 取反指令 取上升沿指令 取下降沿指令 输出指令 与指令 与反指令 上升沿检测串联连接指令 下降沿检测串联连接指令 或指令 或非指令 上升沿检测并联连接指令 下降沿检测并联连接指令 或块指令 与块指令 置位指令 复位指令 上升沿微分指令 下降沿微分指令 主控指令 主控复位指令 进栈指令

MRD MPP INV NOP END

读栈指令 出栈指令 反指令 空操作指令 结束指令

附 录 B 外文文献及译文
PLC Device and Application
Section 1 Background 1. Introduction A Programmable Controller (PC) is basically a central processing unit (CPU) containing a program and connected to input and output (1/0) devices (1/0 Devices). The program controls the PC so that when an input signal from an input device turns on, the appropriate response is made.The response normally involves turning on an output signal to some sort of output device. The input devices could be photoelectric sensors, pushbuttons on control panels, limit switches, or any other device that can produce a signal that can be input into the PC. The output devices could be solenoids, switches activating indicator lamps relays turning on motors, or any other device that can be activated by signals output from the PC. For example, a sensor detecting a product passing by turns on an input to the PC. The PC responds by turning on an output that activates a pusher that pushes the product onto another conveyor for further processing. Another sensor, positioned higher than the

first, turns on a different input to indicate that the product is too tall. The PC responds by turning on another pusher positioned before the pusher mentioned above to push the too-tall product into a rejection boxy. Although this example involves only two inputs and two outputs, it is typical of the type of control operation that PCs can achieve. Actually even this example is much more complex than it may at first appear because of the timing that would be required, i. e , "How does the PC know when to activate each pusher?" Much more complicated operations, however, are also possible. The problem is how to get the desired control signals from available inputs at appropriate times. Desered control sequences are input to the PCs usinc a form of PC louic called Ladder diagram programming. 2. Relay Circuits: the Roots of PC Logic PCs historically originate in relay-based control systems. And although the integrated circuits and internal logic of the PC have taken the place of the discrete relays, timers, counters, and other such devices, actual PC operation proceeds as if those discrete devices were still in place. PC control, however, also provides computer capabilities and consistency to achieve a great deal more flexibility and reliability than is possible with relays. The symbols and other control concepts used to describe PC operation also come from relay-based control and form the basis of the ladder-diagram programming method. Most of the terms used to describe these symbols and concepts, however, originated as computer terminology. 3. PC Terminology The following terms are crucial to understanding PC operation and are thus explained here.

(1)PC When we refer to the PC, we are generally talking about the CPU and all of the units directly controlled by it through the program. This does not include the I/O devices connected to PC inputs and outputs. (2) Inputs and Outputs A device connected to the PC that sends a signal to the PC is called an input device; the signal it sends is called an input signal. A signal enters the PC through terminals or through pins on a connector on a Unit. The place where a signal enters the PC is called an input point. This input point is allocated a location in memory that reflects its status, i. e. , either on or off. This memory location is called an input bit. The CPU in its normal processing cycle monitors the status of all input points and turns on and off corresponding input bits accordingly. There are also output bits in memory that are allocated to output points on units through which output signals are sent to output devices, i. e. , an output bit is turned on to send a signal to an out-put device through an output point. The CPU periodically turns output points on and off according to the status of the output bits . These terms are used when describing different aspects of PC operation. When programming, one is concerned with what information is held in memory, and so 1/0 bits are referred to. When describing the Units that connect the PC to the controlled system and the places on these Units where signals enter and leave the PC, 1/0 points are referred to. When wiring these 1/0 points, the physical counterparts of the 1/0 points, either terminals or connector pins, are referred to. When describing the signals that enter or leave the system, reference is made to input signals and output signals or sometimes just inputs and outputs.

( 3 ) Controlled System and Control System The control system includes the PC and all 1/0 devices it uses to control an external system. A sensor that provides information to achieve control is an input device that is clearly part of the control system. The controlled system is the external system that is being controlled by the PC program through these 1/0 devices. 1/0 devices can sometimes be considered part of the controlled system e.g , a motor used to drive a conveyor belt.

4. Overview of PC Operation The following are the basic steps involved in programming and operating PCs. Assuming you have already purchased one or more of these PCs, you must have a reasonable idea of the required information for steps one and two, which are discussed briefly below. The section(s) of this chapter that provide relevant information are listed with each of these steps: 1) Determine what the controlled system must do, in what order, and at what times. 2) Determine what units will be required. 3) On paper, assign all input and output devices to 1/0 points on units and determine which I/0 bits will be allocated to each. If the PC includes Special 1/0 Units or Link Systems, refer to Section 3 for details on I/0 bit allocation. 4) Using relay ladder symbols, write a program that represents the sequence of required operations and their inter-relationships. Be sure to also program appropriate responses for all possible emergency situations. 5) Input the program and all required operating parameters into the PC. 6) Debug the program, first to eliminate any syntax errors and then to eliminate

execution errors. 7) Wire the PC to the controlled system. This step can actually be started as soon as step 3 ) has been completed. 8 ) Test the program in an actual control situation and fine tune it if required. 9) Record two copies of the finished program on masters and store them safely in different locations (1) Control System Design Designing the control system is the first step in automating any process. A PC can be programmed and operated only after the overall control system is fully understood. Designing the control system requires a thorough understanding of the system that is to be controlled. The first step in designing a control system is thus determining the requirements of the controlled system. (2) Input/Output Requirements The first thing that must be assessed is the number of input and output points that the controlled system will require. This is done by identifying each device that is to send an input signal to the PC or which is to receive an output signal from the PC". Keep in mind that the number of I/0 points available depends on the configuration of the PC, refering to Internal Relay (IR) area for details on I/O capacity and assigning I/0 bits to I/0 points. (3)Sequence, Timing, and Relationships Next, determine the sequence in which control operations are to occur and the relative timing of the operations. Identify the physical relationships between the I/0 devices as well as the kinds of responses that should occur between them. For instance, a photoelectric switch might be functionally tied to a motor by way of

a counter within the PC. When the PC receives an input from a start switch, it could start the motor. The PC could then stop the motor when the counter has received five input signals from the photoelectric switch. Each of the related tasks must be similarly determined, throughout the entire control operation. (4) Unit Requirements The actual units that will be mounted must be determined according to the requirements of the I/0 devices. This will include actual hardware specifications, such as voltage and current levels, as well as functional considerations, such as those that require special 1/0 units or link systems. In many cases, special I/0 units or link systems can greatly reduce the programming burden. Once the entire control system has been designed, the task of programming, debugging, and operation as described in the remaining sections of this chapter can begin.

Section 2 Hardware Considerations
1. Introduction This section provides information on hardware aspects of PCs that are relevant to programming and software operation. These include indicators on the CPU and basic PC configuration. 2. Indicators CPU indicators provide visual information on the general operation of the PC. Using the flags and other error indicators provided in the memory data areas, although not a substitute for proper error programming, operation. CPU indicators are located on the front right hand side of the PC adjacent to the 1/0 expansion slot and are described in the following Table 6-1. provides ready confirmation of proper

Table 6-1 characteristic of the CPU indicators Indicator POWER RUN ERR Function Lights when power is supplied to the CPU. Lights when the CPU is operating normally. Lights when an error is discovered in system error diagnosis operations When this indicator lights, the RUN indicator will go off, CPU operation will be stopped, and all outputs from the PC will be turned off. ALARM Lights when an error is discovered in system error diagnosis operations PC operation will continue. 3. PC Configuration The system must contain the CPU and may additionally contain an expansion 1/0 unit, special I/O units and/or 1/0 link units. The expansion 1/0 units are not a required part of the basic system and are used to increase the number of 1/0 points available. special 1/O units and I/O link units are used to reduce programming complexity.

外文文献译文
PLC 的硬件设备及运用
一 可编程控制器的背景知识 1 概述 一个可编程控制器可基本上包括 CPU,编程器,输入设备和输出设备.编程器的 作用是为了使 PLC 能按照输入信号的要求作出相应的响应,这种响应通常指的是 把一个输出信号发送到相应的输出设备上去 . 输入设备可能是光电传感器 , 手动按 钮 ,限位开关 ,或者任何其他可以产生并输入信号到可编程控制器的设备.输出设 备通常包括晶体管输出,继电器输出,灯泡以及任何其他可以被从可编程控制器 输出的信号驱动的设备. 例如下边的这个设备,当传感器检测到一个工件正在通过某个位置时,就发送 一个信号到可变成控制器,可变成控制器就输出一个信号去驱动推板推动这个工 件到下一道工序处去进行进一步的加工,有另外一个传感器安装的比第一个高 点,去检测这个工件是否太高并输出另外一种不同的信号.如果太高,可变成控 制器就接通安装在前面提到的推板前边的另外一个推板把这个工件推动到回收箱 里去. 虽然这个例子比较简单,只包括了两个输入信号和两个输出信号,但它是可编 程控制器能实现的控制功能的一个典型的例子.实际上即使是这样一个简单的例 子也比它最初所表现的要复杂的多,因为它需要一个准确的控制时间,进行实时 控制,可编程控制器怎么样才能知道什么时候去驱动各个部件,这就需要许多的 更多的更复杂的操作.这个问题实际上就是怎么样才能一个合适的时间去采集一 个理想的控制信号的问题.

输入到可编程控制器的预期的控制序列,使用一种叫做梯形图的指令语言. 2 电气控制:可编程控制器的根源 现在的可编程控制器起源于电气控制系统.尽管集成电路和可编程控制器的 内部逻辑结构已经取代了实际的电磁继电器,定时器,计数器以及其他一些这样 的设备,但从可编程控制器的控制过程和控制原理来看,这些实际的控制部件好 象还存在于可编程控制器的内部一样,所不同的的是现在的可编程控制器还具有 了计算机的一些功能以及计算机的比较稳定的特点,这样的一些特点就可以使可 编程控制器是实现一些原来的继电器控制系统所不能实现的更复杂的控制要求. 3 可编程控制器的专业术语 下边这一段让大家大概了解一下可编程控制器的使用及一般的操作过程,说 明如下: (1)plc 我们一提到 plc,我们一般所想到的是 CPU 和它通过程序控制的整个系统, 这不包括连接的可编程控制器上的输入设备和输出设备. (2)输入部分可输出部分 连接到可编程控制器上的并可以向它发送输入信号的设备叫做输入设备, 信号从一个终端或者扩展单元进入到可编程控制器,对应于这个信号进入的地 方叫做可编程控制器的一个输入点,这个输入点对应于存储器中的一个单元, 这个单元用来表示这个输入点的状态.也就是处于低电平和高电平,这个存储 器单元叫做输入单元.CPU 在正常的工作循环中不断的扫描输入点的状态并相 应的改变输入存储器的状态只值. 在可编程控制器上也有与输出点相对应的输出单元,通过这些输出单元输 出信号被发送到输出设备上去.也就是说当一个输出单元处于高电平就通过对 应的输出点发送一个信号到响应的输出设备上去. CPU 接通或者断开输出点严 格按照输出单元的状态进行. 这些术语用在描述可编程控制器的不同方面的操作.在程序中关于信息 保存到存储器中的内容回用的输入单元和输出单元,在描述输入接口电路和输 出接口电路会提的输入输出单元,当描述信号进入这个系统或者信号从这个系 统发送出去,说明输入输出信号是会用到输入输出单元,甚至有的时候只说输 入和输出都会用到这些术语. (3)控制系统和被控制系统 包括可编程控制器及输入输出设备的控制系统是用来控制外部系统.传感器 提供外部系统的信号去完成控制要求,这是一个输入设备,这是一个控制系统 的最明显的标志.被控制系统指的是被程序所控制的外部系统.但输入输出设 备有在有的时候也可以是被控制系统的一部分.例如用来驱动传送带的电动机

就是这种情况. 4 可编程控制器的的操作概述 下边是对可编程控制器进行变成和操作的一般步骤.在这之前你首先要购买 一个或者几个可编程控制器,并且你要对下边步骤中的第一步和第二步有个总 体的构思,这些东西下边都有大概的介绍.具体步骤如下: 1、首先要知道这个控制系统在什么时间,要按照什么顺序,实现什么样的的 控制功能,也就是控制系统的总体要求. 2、确定这个控制系统需要用到那些部件. 3、在纸上列出所有的输入输出设备,并确定哪个输入输出单元对应于哪个输 出设备,如果可编程控制器包含有特殊的输入输出部件,参照第三部分查 找更详细的资料. 4、用梯形图指令语言编写一个可以能够实现要求的控制顺序和内部关系的程 序,并确保这个程序能够适应各种可能出现的环境状况. 5、输入程序和所有的空子要求到可编程控制器中. 6、调试程序,首先要消除程序中的语法错误然后要消除程序中的逻辑错误. 7、把可编程控制器接到被控制的系统中去,其实这一步在刚才的第三步刚一 完成就可以开始进行了. 8、在实际的控制环境中去测试该程序,如果必要,可以对程序做适当的调 整. 9、把调试好的程序做两个备份,分别安全的存放在主机的两个不用的磁盘空 间当中. (1)控制系统的设计 控制系统的的设计是任何自动化控制过程的第一步,只有对整个控 制系统完全理解了才能对可编程控制器进行编程或者其他操作,设计控 制系统也需要对被控制系统有个透彻的理解.设计控制系统的第一步是 确定这个控制系统的控制要求是什么. (2)输入输出要求 首先要做的事是确定这个被控制系统所需要的输入点和输出点的数 量.这是有每个输入设备发送到可编程控制器的信号和输出设备接受可 编程控制器的信号决定的.要留意没个可编程控制器可用的输入输出点 的数量是由可编程控制器的规格决定的,这方面的问题可以去查有关标 准. (3)顺序,定时,逻辑要求 然后就是确定控制每个动作的顺序,操作之间相互的是关系,确定 不同的输入输出设备之间相互的关系以及他们之间应该有何种响应. 例如,一个光电开关被牢固的固定在一个电动机上,这个光电开关接在

一个有记数器的可编程控制器上,当这个可编程控制器接受到一个来自 启动开关的信号,这个电动机就启动了,当这个可编程控制器接收到来 自光电开关的五个输入信号就使得这个电动机停止,所以我们必须把整 个控制系统中的所有控制部件之间的相互关系搞清楚. (4)存储单元要求 需要用的存储单元要由输入输出设备的要求来决定,这些可能包括实际 硬件设 备的特殊要求.比如电压值,电流值和功能等等.像这些都需要 特殊的输入输出单元或者连接电路,在许多情况下,这些特殊的输入输出 单元和接口电路可以减小编程的难度.一旦这个控制系统被设计完成,就 可以开始编程,调试程序以及进行其他一些工作了.

二 可编程控制器硬件介绍 1概述 这部分介绍了可编程控制器硬件方面的内容,这些内容是和编程和软件操作 有这密切关系的.这些内容包括 CPU 的操作指令及可编程控制器基本的结构. 2 指令 CPU 指令提供了可视化的信息,在一般的可编程控制器操作中,用这些标志 寄存器和错误提示指令(在数据存储器中提供的)不适合一些特殊的情况,提供 现成的结构. 3 可编程控制器的结构 这个系统一定有 CPU,另外还可能有附加的扩展单元,特殊的输入输出单元及 输入输出接口电路. I/O 扩展单元并不是基本系统所必须有的部分,他是用来增加可编程控制器可 用的 I/O 点的数量的.特殊的输入输出单元及输入输出接口电路的使用是为了使 得变成更为简单.

附 录 C 参考文献
[1]于庆广.可编程序控制器原理及系统设计.[M]北京:清华大学出版社,2005 [摘要] 本书从实际工程应用和便于教学的角度出发,阐述了继电器-接触器控制 系统的设计原则和方法,可编程控制器原理及系统设计,上位机组态软件的功能 和使用方法。 [2]李仁编.电气控制.[M]北京:机械工业出版社,1990 [3]杨长能,张兴毅.可编程序控制器(PC)基础及应用.[M]重庆:重庆大学出版 社,2004 [摘要] 本书从工程应用的角度出发,重点介绍 PC 的组成、工作原理、指令系统 及编程方法,PC 控制系统的设计及 PC 在控制系统中的实际应用。 [4]刘昌祺,董良.自动化立体仓库设计.[M]北京:机械工业出版社,2004 [摘要]本书主要介绍了有关物流的立体仓库的设计,他从多个角度阐述了自动化 立体仓库的各个方面各个系统的设计,电器控制、土建工程、堆垛机等。 [5]廖常初.PLC 应用技术问答。[M]北京:机械工业出版社,2005 [摘要] 本书主要介绍了 PLC 的基础知识和工作原理,PLC 的硬件选型、I/O 模块 和存储器的应用。比较详细的介绍了 PLC 的编程语言、数字的表示方法、编程元 件与基本逻辑指令、堆栈、定时器和计数器的应用。PLC 的通信和通信网络本书 也在第 8 章中详细介绍了。 [6]温照方。可编程序控制器教程。[M]北京北京理工大学出版社,2002 [摘要] 本书以 S7-200 可编程序控制器为主,介绍了可编程序控制器的存储器的 数据类型和寻址方式,较详细的叙述了 S7-200 可编程序控制器的各种控制功能 和指令,并配有简单而实用的应用举例。本书还介绍了 S7-200 可编程序控制器 的软件编程和使用方法,重点讲述了如何输入梯形图逻辑程序,如何下载和测试

程序等。 [7]袁永光。可编程序控制器选用手册。[M]北京:机械工业出版社,2002 [8]胡宵明。电气控制及 PLC.[M]北京:机械工业出版社,2005 [摘要]本书内容可以分为三大部分:第一部分是低压电器元件,包括触头的工作 及损坏原理。继电器哦工作原理及各类通用低压电器介绍。第二部分是低压电器 电路,包括电器图的识别和绘制,低压控制电路的识别和设计方法。第三部分是 可编程序控制器,主要介绍 FX 系列 PLC 的参数选择接线方式以及编程方法。 [9]郁汉琪郭健. 可编程序控制器原理及应用.[M]北京:中国电力出版社,2005 [摘要] 本书以日本三菱公司最新推出的 FX 系列小型 PLC 为例,阐述了其结构、 工作原理、指令系统、编程、特殊功能模块、通信及应用实例等内容。在编写本 书时力求做到:以点带面、力求创新、便于教学、体现应用、理论联系实际。 [10]郁汉琪. 电气控制与可编程控制器应用技术.[M]北京:东南大学出版,2003 [摘要] 本书共分两篇,第一篇电气控制技术共四章,分别是常用低压电器,基 本电器控制线路,电机调速控制线路,典型生产机械设备的电器控制。第二篇为 可编程序控制器技术,共八章,分别是 PLC 的发展简史,PLC 的基本组成及工作 原理,PLC 的基本指令系统,PLC 的特殊功能模块,PLC 的编程于通信,PLC 的控 制系统设计于应用。 [11]陈盅华.可编程控制器与工业自动化系统.[M]北京;机械工业出版社,2006 [摘要] 本书介绍了 PLC 的硬件、软件的基本构成和工作原理,并以国内应用比 较多的西门子公司的 S7-300、S7-400PLC 为例,介绍其编程软件—STEP7 编程语 言,包含系统组态、程序开发、调试、在线监控与诊断的方法。


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