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毕业论文—小型立体仓库电气控制系统的设计

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标    签:立体仓库电气控制PLC步进电机物流管理

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综合毕业实践报告

综合毕业实践题目: 小型立体仓库电气控制系统的设计

系   部: 电气工程系 所学专业: 现代应用电器与电子

学生姓名: *** 班级: 440310 学号: ********

起迄日期: 2013.2至2013.6

实践地点: ******************

指导教师: *** 专业技术职务: 讲师

顾问教师:

2013 年 6 月

 

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 综合毕业实践报告 综合毕业实践题目: 小型立体仓库电气控制系统的设计 系 部: 电气工程系 所学专业: 现代应用电器与电子 学生姓名: *** 班级: 440310 学号: ******** 起迄日期: 2013.2至2013.6 实践地点: ****************** 指导教师: *** 专业技术职务: 讲师 顾问教师: 2013 年 6 月 摘 要 随着国民经济的飞速发展,自动化立体仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的应用。自动化立体仓库是现代物流系统的重要组成部分,是一种多层存放货物的高架仓库系统,由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。 本课题的电气控制是由日本三菱公司生产的FX2型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。该电气控制系统分手动和自动两种方式。它实现的功能主要有:取(由零位出发到指定仓位号取货并送到入货台);入(到零位取货并送入指定仓位号)等等,在执行完任务后自动返回到零位等待下一个指令。 本文首先对该课题的可行性及课题实现的现实意义和价值进行了介绍;其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析;再次对本控制系统的核心——软件进行了编写,论文中即有梯形图又有相应的语句表;最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结,并对本论文有待完善的地方进行扼要的说明。 关键词:立体仓库 电气控制 PLC 步进电机 物流管理 目 录 第1章 绪论………………………………………………………………………1 1.1 立体仓库在自动化生产过程中………………………………………………1 1.2 此课题的设计内容及主要思路………………………………………………1 1.3 设计此课题的可行性…………………………………………………………2 1.4 设计此课题的实用价值及现实意义…………………………………………3 第2章 硬件部分 ………………………………………………………………4 2.1 立体仓库的基本结构…………………………………………………………4 2.2 立体仓库的硬件原理…………………………………………………………5 2.2.1 步进电机的原理…………………………………………………………5 2.2.2 步进电机驱动器的原理…………………………………………………5 2.2.3 传感器的工作原理………………………………………………………6 2.2.4 开关型稳压电源的原理…………………………………………………6 第3章 元器件的选择 ………………………………………………………9 3.1 步进电机的选择 ……………………………………………………………9 3.2 步进电机驱动器的选择 ……………………………………………………12 3.3 传感器及微动开关的选择 …………………………………………………16 3.4 PLC的选择 …………………………………………………………………18 3.4.1 I/O点的选择 …………………………………………………………18 3.4.2 PLC型号的选择 ………………………………………………………18 第4章 软件部分 ………………………………………………………………20 4.1 I/O地址分配表 ……………………………………………………………20 4.2 PLC设计的梯形图 …………………………………………………………21 4.3 PLC的语句表 ………………………………………………………………31 第5章 结论与展望 …………………………………………………39 5.1 结论 ………………………………………………………………………39 5.2 展望 ………………………………………………………………………39 参考文献 …………………………………………………………………………41 致谢 ………………………………………………………………………………42 第一章 绪 论 随着国民经济的飞速发展,自动化立体仓库必然会在各行业中得到越来越广的应用。自动化立体仓库是现代物流系统的重要组成部分,是一种多层存放货物的高架仓库系统,由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。通过出入输送系统将货物送至仓库货架前,由巷道堆垛机实现自动出库和入库存,整个过程通过计算机网络化管理和自动控制系统。 1.1 立体仓库在自动化生产过程中的重要性 自动化立体仓库具有普通仓库无可比拟的优越性。首先是节约空间、节约劳力。据国际仓库自动化会议资料:以库存11000托盘、月吞吐10000托盘的冷库为例,自动化立体仓库与普通仓库比较情况为:用地面积为13%、工作人员为21.9%、吞吐成本为55.7%、总投资为63.3%。立体仓库的单位面积储存量为普通仓库的4-7倍。其次是提高仓库管理水平,减少货损,优化、降低库存,缩短周转期,节约资金。近年来,特别在冷冻行业,自动化立体仓库的发展极快。 自动化立体仓库(以下简称立库)系统,能在计算机的控制下,实现自动化入库管理、在库管理、出库管理、盘库管理、具有自动查询管理功能。系统管理计算机能与上位(工厂)中心计算机连通,能与全厂计算机相互通讯,及时汇总提供库存信息;监视货物流向;具有经济情报分析功能;具有先进的功能及设备进行故障检测和查询显示功能。立库可充分利用空间,减少占地面积,有效利用仓储能力,合理减少库存,高速存取,加快储备资金周转,适应现代企业的柔性化生产。可广泛应用于医药、电子、汽车、机械、化工等行业。 1.2 此课题的设计内容及主要思路 该立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。 机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成,采用步进电机作为拖动元件。 该控制系统主要由日本三菱公司生产的FX2型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。小型立体仓库的电气控制系统由PLC来实现,控制系统分手动和自动两种方式。 此系统实现的功能主要有:取(由零位出发到指定仓位号取货并送到入货台);入(到零位取货并送入指定仓位号)等功能,在执行完任务后自动返回到零位等待下一指令。 小型立体仓库的应具备的功能主要有几下几点: 1、开机时首先要回零位操作,这样的目的就是给堆垛机有个工作参考点; 2、堆垛机(机械手)要有三个自由度,即:前进、后退;上、下;左、右; 3、堆垛机的运动由步进电机驱动,伸缩由直流电机控制(Y方向); 4、堆垛机前进(或后退)运动和上(或下)运动可同时进行; 5、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护; 6、每个仓位必须有检测装置(微动开关),当操作有误时发出错误报警信号; 7、仓位共有12个,3行4列; 8、当按完仓位号后,没按入或取前,可以按取消键进行取消该操作。 9、整个电气控制系统必须设置急停按钮,以防发生意外。 本系统设计的主要思路是:第一、对系统进行整体规划,此阶段主要进行资料搜集和阅读工作;第二、对系统的硬件原理的理解和消化并对其进行合理地选择;第三、对系统软件的编写并在模拟系统中进行软件的核对;第四、在时间允许的情况下对系统进行运行调试;最后、整理资料进行论文撰写工作。 1.3 此课题设计的可行性 由于仓储物流设备是在通用的场合使用,工作并不很繁重,因此具有操作方便,易维护并具有耐久性、无故障性和良好的经济性,以及较高的安全性、可靠性和环保性。这类设备批量较大、用途广,考虑综合效益,可降低外型高度,简化结构,降低造价,同时也可减少设备的运行成本。随着物流的多样性,物流活动的系统性、一致性、经济性、机动性和快速化,要求一些设备向专门化方向发展,又有一些设备向通用化、标准化方向发展。 此课题的控制系统主要由PLC来控制,目前PLC生产厂商较多易于购买,且使用寿命和低故障率是世人所共认的。又因PLC控制程序能够实现生产过程的优化,降低物流系统的故障率,提高生产质量和生产效率。而PLC所用的电力线是覆盖范围最广的网络,它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC 不用进行额外布线可以直接利用已有的配电网络作为传输线路,从而大大减少了网络的投资,降低了成本。从硬件设备购置方面来说已备设计条件;其次此课题从设计时间和系统的调试角度考虑也完全可以做到,因为该课题有四个月左右的时间,设计时间应该足够;再次,此课题的设计是在具有四年PLC设计和维护工作经验的侍寿永老师的指导下进行的,并在我校实验室已有设备的基础上设计和调试的。从这以上几个方面来说,此课题的设计是完全可行的。 1.4 设计此课题的实用价值及现实意义 1、低成本 利用电力线上网,最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网,直接使用现有电力网就可以实现通信,而不需要另外铺设电话线、光电缆等,大大地减少了在基础网络上的投资。 2、范围广 无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的网络,它的规模之大,是其他任何网络无法比拟的。因为家家都有电力线,由此,运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭.因此,这一技术一旦进入商业化阶段,将会促进电信市场的变革,并给互联网普及带来极大的发展空间。 3、高 速 利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备生产商RWE承诺,运用他们的电力线上网技术,其速度要比ISDN拔号上网快30多倍, 比ADSL更快!足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的PLC产品正在研制之中。 4、便 捷 不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上,就可立即拥有PLC带来的高速网络享受! 5、永远在线 PLC属于"即插即用",不用烦琐的拨号过程,接入电源就等于接入网络! 6、结构灵活 通过PLC技术实现Internet接入,可以灵活扩展接入端口数量,使资源保持较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术,因此,电力线通信设备都是集中在220V线路变压器的用户端。 7、家庭数字化 PLC技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体,在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网,使人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备。 第2章 硬件部分 2.1 立体仓库的基本结构 立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。 机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成,采用步进电机、直流电机作为拖动元件。 电气控制是由日本三菱公司生产的FX2型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。 图一 控制面板上的开关及按钮功能 图二 控制面板上的仓位号 表一、控制面板上的按钮功能表 2.2 立体仓库的硬件原理 2.2.1 步进电机的原理 步进电机是数字控制系统中的执行电动机,当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时,转子就转一步,当电脉冲按某一相序加到电动机时,转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此,改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小;改变输入脉冲的通电相序,就能控制步进电动机转子机械位移的方向,实现位置的控制。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时,转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此,改变电脉冲的频率大小和通电相序,就能控制步进电动机的转速和转向,实现宽广范围内速度的无级平滑控制。步进电动机的这种控制功能,是其它电动机无法替代的。步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式,步进电动机的相数可分为:单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能,但电动机的结构和驱动电源就会复杂,成本就会增加,应按需要合理选用。 2.2.2 步进电机驱动器的原理 当物体相对于传感器移动时,反射回来的信号与原先的信号相比较,产生频移,集成电路再把微弱的频移信号进行放大,再经多普勒检测、放大、限幅等措施,最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。 2.2.3 传感器的工作原理 (1)、反射式传感器的工作原理: 当物体相对于传感器移动时,反射回来的信号与原先的信号相比较,产生频移,集成电路再把微弱的频移信号进行放大,再经多普勒检测、放大、限幅等措施,最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。 图三 反射式传感器结构图 (2)、对射式传感器的工作原理: 对射式传感器的输出状态一般为 NPN输出,输出晶体管的动作状态可分为入光时ON和遮光时ON两种。入光时为ON的对射式传感器的结构图如图四所示, 图四 对射式传感器的结构图 当24V电压加到发光二极管LED1时,它将光发射给发光二极管LED2,LED2接收到光导通,三极管导通,输出为ON;当发光二极管LED1发射出的光被物体挡住使发光二极管LED2接收不到时,LED2不导通,三极管也不导通,输出为OFF。 2.2.4 开关型稳压电源的原理 (1)、并联型开关式稳压电源的原理 并联型开关稳压电源是由开关晶体管V和二极管及储能电感L、滤波电容C组成的。除此以外,通常还有较为复杂的驱动电路,调节电路、保护电路、基准电路以及构成闭环回路中的取样电路、放大电路和耦合电路等各个部分,用来对输出电压的大小以及特性进行控制和调节,图五并联型开关稳压电源的原理框图。 图五 并联型开关稳压电源的原理模框图 设开关晶体管V的开关转换周期T,导通期的时间为,截止期的时间为,占空比为δ(δ=/T)。 图六 并联型开关稳压电源输出电路的电压、电流波形 其工作原理如下:当开关晶体管V处于导通期间,输入电压加到储能电感L的两端(这里我们忽略了V的饱和压降),二极管因被反向偏置而截止。在此期间流过L的电流为近似线性地增加的锯齿波电流(见图十六),并以磁能的形式储存在L中。当开关晶体管V截止时,储能电感L两端的电压极性相反,此时二极管被正向偏置而导通。储存在L中的能量通过二极管输送给负载电阻和滤波电容C。在此期间,L中的泄放电流是锯齿波电流的线性下降部分。同理,当开关晶体管V导通期间在储能电感L中增加的电流数值应该等于开关管V截止期间在储能电感L中减少的电流值。只有这样才能达到动态平衡,才能给负载电阻提供一个稳定的输出电压。 (2)、开关式稳压电源的选择 在该立体仓库控制系统中,考虑到PLC和步进电机驱动器都要求直流24V电源,综合考虑系统用电量、系统运行可靠性和系统设计的规整性,我们选用了DM150-24型并联式开关电源。DM150系列开关电源输出功率大,体积小,重量轻, 高可靠性,适应宽范围的输入电压变动,具有完备的过压、过流保护功能;内置输入EMI滤波器,具有高抗干扰能力;根据UL478标准设计,耐压1500Vac/1分钟;采用端子方式连接,全金属外壳,有卧式和立式两种安装方式。 DM150系列开关电源的性能指标见表二 表二、DM150系列开关电源的性能指标 型 号 DMl50-24 输入电压 ACl70V~264V 输入频率 50~60Hz 输入浪涌电流 60A(ACIN 220V,Ta25℃,冷启动) 输出电压 24V 输出电流 6.5A 输出功率 156W 输出可调范围 约±10% 过流保护 外部短路撤除,输出自动恢复 过压保护 27±1V 输入-输出绝缘 AC1500V,1分钟,10mA;DC500V,绝缘电阻>60MΩ 输入-机壳绝缘 AC1500V,1分钟,10mA;DC500V,绝缘电阻>50MΩ 输出-机壳绝缘 AC1500V,1分钟,10mA;DC500V,绝缘电阻>10MΩ 相对湿度 Ta=25℃ 相对湿度=80% 工作环境温度 -10℃~40℃ 储存温度 -20℃~55℃ 尺寸/重量 200X118X49mm(长X宽X高) 颜色 黑色 冷却方式 风冷 第3章 元器件的选择 3.1 步进电机的选择 (1)、步进电动机的特点 ①、步进电动机是一种作为控制用的特种电机,它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的,其特点是没有积累误差(精度为100%),所以广泛应用于各种开环控制。 ②、步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比 ③、步距值不容易因为电气、负载、环境条件的变化而改变,使用开环控制(或半闭环控制)就能进行良好的定位控制。 ④、起制动、正反转、变速等控制方便。 ⑤、价格便宜,可靠性高。 ⑥、步进电动机的主要缺点是效率较低,并且需要配上适当的驱动电源。 ⑦、步进电动机带负载惯性的能力不强,在使用时既要注意负载转矩的大小,又要注意负载转动惯量的大小,只有当两者选取在合适的范围时,电机才能获的满意的运行性能。 ⑧、由于存在失步和共振,因此步进电机的加减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变。 (2)、步进电机驱动系统的基本组成 与交直流电动机不同,仅仅接上供电电源,步进电机不会运行的。为了驱动步进电动机,必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器(在该立体仓库控制系统中采用PLC作脉冲发生器进行位置控制)、一个使电动机绕组 图七 步进电机驱动系统的组成 电流按规定次序通断的脉冲分配器、一个保证电动机正常运行的功率放大器,以及一个直流功率电源等组成一个驱动系统,如图七所示。 (3)、步进电动机的选择计算 在选择步进电动机时首先考虑的是步进电动机的类型选择,其次才是具体的品种选择,在该立体仓库控制系统中要求步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置,确定步进电动机采用2相8拍混合式步进电机;在进行步进电动机的品种选择时,要综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩、额定转矩和运行频率,以确定步进电机的具体规格和控制装置。 由于我们使用螺栓机构的定位装置,已知条件和要求条件为: 移动部分总重 M=25kg 外力 Fa=4kg.cm 磨擦系数 =0.04 螺栓机构的效率 =O. 9 螺栓轴径 =1.2cm 螺栓长 =42cm 螺距 P=3mm 分辨率 L=0.01mm 移动距离 =0.0075mm/步 速度 V=2m/min 计算: 设拟选用2相、1.8°步距角的HB型电动机 速比(设使用直接驱动方式) i=m×/(360×L)=2×1.8/(360×O.01)=1 轴向力 F=Fa+M=4+0.04×25=5kg.cm 负载转矩 =F×P/(2 )+(××)/2 =5×0.3/(2 ×3.14×0.9)+ (0.3×1.67× 0.3)/(2 ×3.14) =0.289kg.cm 螺栓的惯量 =(×××)/32 =(3.14×7.9××42×)/32 =0.0675kg. 移动体的惯量 =M× =25× =0.0571 kg. 负载惯量为 =+ =0.0675+0.00571 =0.1246kg. 根据以上计算可以初步选定步进电动机,其惯量为=0.03 kg.,空载起动频率=3000H。 由要求的速度可求出运行的频率: f=V/L=2000/(60×0.01)=3333HZ 可知需要加减速的驱动方式。 齿轮比:G=360°/L=0.0075 ×360°/ (1.8°×0.01)=150 换算到电机轴的负载转矩为 T=G×L(+F)/ 2 =150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9) =1.40 kg.cm 对首次设计的装置来讲,所选用的电动机通常留有2~3倍的余量,所以电机转矩=3T=3×1.40=4.2 kg.cm =0.41N.M 根据以上的计算,我们在该立体仓库控制系统中的步进电动机采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2相8拍混合式步进电机,它的主要特点:体积小,具有较高的起动和运行频率,有定位转矩等优点。型号:42BYGHl01。电气原理图如图八所示。快接线插头:红色表示A相,蓝色表示B相;如果发现步进电机转向不对时可以将A相或B相中的两条线对调。 图八 步进电机的出线圈 此步进电机的电气技术数据为: 电机型号 相数 步距角 相电流 驱动电压 额定转矩 重量 42BYGH101 2 1.80 1.7A DC24V 0.44N·M 0.24kg 3.2 步进电机驱动器的选择 (1)、步进电机驱动器的选择 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动,这种装置就是步进电机驱动器,它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移,或者说:控制系统每发一个脉冲信号,通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。 所有型号驱动器的输入信号都相同,共有三路信号,它们是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE(此端为低电平有效,这时电机处于无力矩状态;此端为高电平或悬空不接时,此功能无效,电机可正常运行)。它们在驱动器内部的接口电路都相同,见下图。OPTO端为三路信号的公共端,三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式,所以OPTO端须接外部系统的VCC,如果VCC是+5V则可直接接入;如果VCC不是+5V则须外部另加限流电阻R,保证给驱动器内部光耦提供8-1 5mA的驱动电流,参见图九和图十。在该立体仓库中由于FP0提供的电平为24V,而输入部分的电平为5V,所以须外部另加1.8K的限流电阻R。 图九 输入信号接口电路 图十 外接限流电阻R 步进电机驱动器的输出信号有两种: ①、初相位信号:驱动器每次上电后将使步进电机起始在一个固定的相位上,这就是初相位。初相位信号是指步进电机每次运行到初相位期间,此信号就输出为高电平,否则为低电平。此信号和控制系统配合使田,可产生相位记忆功能,其接口见图十一。 图十一 初相位信号接口电路 ②、报警输出信号:每台驱动器都有多种保护措施(如:过压、过流、过温等)。当保护发生时,驱动器进入脱机状态使电机失电,但这时控制系统可能尚未知晓。如要通知系统,就要用到‘报警输出信号’。此信号占两个接线端子,此两端为一继电器的常开点,报警时触点立即闭合。驱动器正常时,触点为常开状态。触点规格:DC24V/1A或AC11OV/O.3A。 一般来说,对于两相四根线电机,可以直接和驱动器相连,如图十二所示。 图十二 电机与驱动器接线图 所以我们采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的SH系列步进电动机驱动器,型号为SH-2H057。主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。SH-2H057步进电动机驱动器采用铸铝结构,此种结构主要用于小功率驱动器,这种结构为封闭的超小型结构,本身不带风机,其外壳即为散热体,所以使用时要将其固定在较厚、较大的金属板上或较厚的机柜内,接触面之间要涂上导热硅脂,在其旁边加一个风机也是一种较好的散热办法。 此步进电机驱动器的电气技术数据为:   驱动器型号   相数   类别 细分数 通过拨位 开关设定 最大 相电流 开关设定   工作电源 SH-2H057 二相或四相 混合式 二相八拍 3.0A 一组直流 DC(24V-40V) (2)、步进电机驱动器接线示意图见图十三 图十三 步进电机驱动器接线示意图 (3)、步进电机驱动器细分数和电机相电流的设定 ①、细分数的设定 要了解“细分”,先要弄清“步距角”这个概念:它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。SH系列驱动器是靠驱动器上的拨位开关来设定细分数的,您只需根据面板上的提示设定即可。在系统频率允许的情况下,尽量选用高细分数。 对于两相步进电机,细分后电机的步距角等于电机的整步步距角除以细分数,例如细分数设定为40、驱动步距角为0.9°/1.8°的电机,其细分步距角为1.8÷40=0.045。可以看出,步进电机通过细分驱动器的驱动,其步距角变小了,如驱动器工作在40细分状态时,其步距角只为电机固有步距角的十分之一,也就是说:当驱动器工作在不细分的整步状态驱动上例的电机时,控制系统每发一个步进脉冲,电机转动1.8°;而用细分驱动器工作在40细分状态时,电机只转动了0.045°,这就是细分的基本概念。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的,与电机无关。 驱动器细分后将对电机的运行性能产生质的飞跃,但是这一切都是由驱动器本身产生的,和电机及控制系统无关。在使用时,唯一需要注意的一点是步进电机步距角的改变,这一点将对控制系统所发出的步进信号的频率有影响;因为细分后步进电机的步距角将变小,要求步进信号的频率要相应提高。 驱动器细分后的主要优点为: A、完全消除了电机的低频振荡。低频振荡(约在200Hz左右)是步进电机的固有特性,而细分是消除它的唯一途径,如果您的步进电机有时要在共振区工作(如走圆弧),选择细分驱动器是唯一的选择。 B、提高了电机的输出转矩。尤其是对三相反应式电机,其力矩比不细分时提高约30~4096。 C、提高了电机的分辨率。由于减小了步距角、提高了步距的均匀度,提高电机的分辨率是不言而喻的。 以上这些优点,尤其是在性能上的优点,并不是一个量的变化,而是质的飞跃。所以我们最好选用细分驱动器。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。但现在的情况不同了,细分驱动器的出现改变了这种观念,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。所以如果用户采用细分驱动器,‘相数’将变得没有意义。 ②、电机相电流的设定 SH系列驱动器是靠驱动器上的拨位开关来设定电机的相电流,您只需根据面板上的电流设定表格进行设定。 (4)、步进电机驱动器指示灯说明 驱动器的指示灯共有两种:电源指示灯(绿色或黄色)和保护指示灯(红色)。当任一保护发生时,保护指示灯变亮。 (5)、步进电机驱动器电源接口 对于超小型驱动器(SH—2H057、SH—3F075、 SH—2H057M、SH-3F075M),采用一组直流供电DC(24-40V),注意正负极不要接错,此电源可以由一变压器变压后加整流滤波(无须稳压)组成;或者由一开关电源提供,参考下图。因为PLC需要采用开关式稳压电源供电,所以在该用开关式稳压电源,如图十四所示。 图十四 开关式稳压电源 3.3 传感器及微动开关的选择 1、传感器的选择 (1)、反射式传感器的选择 在该立体仓库中采用欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器作货物检测,它是日本欧姆龙公司的产品,采用能抗周围外来光干扰的变调光式;采用变调光式,与直流光式比,不易受外来光干扰的影响;电源电压为DC5-24V的大量程电压输出型;带有容易调整的光轴标识;带有便于调整,动作确认的入光显示灯;反射式传感器的时间图和输出回路图如图十五所示。 图十五 反射式传感器的时间图和输出回路图 它有三根连接线(红、蓝、黑),红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号,当与挡块接近时输出电平为低电平,否则为高电平。需要注意检测距离不要离传感器太近,否则传感器不能动作;连接是采用接插件方式,千万不要对端子(读出头)进行焊接。 此传感器的电气技术数据为 型 号 EE-SPY402 形 状 立式 检测方式 反射型 检测距离 5mm(反射率90﹪ 15×15mm) 应差距离 0.2mm(检测距离3mm,横方向) 光源(发光波长) GaAs~红外发光二级管(940nm) 显示灯 入光时灯亮 (红) 电源电压 DC5~24V±10﹪ 脉动(p-p)5﹪以下 消耗电流 平均值15mA以上50mA以下     控制输出 NPN电压输出 负载电源电压DC5~24V 负载电流80mA以下 残留电压1.0以下(负载电流80mA时 ) 残留电压0.4以下(负载电流10mA时 ) 应答频率 100HZ 使用环境照度 受光面照度 白炽灯 太阳光:各3,000x以下 环境温度 动作时:-10~+55°C 保存时-25~+65°C(不结冰) 环境湿度 动作时:5~85﹪RH 保存时-5~95﹪RH (不结露) 耐久振动 10~55HZ 上下振幅1.5mm XYZ各方向2h 耐久冲击 500m/ X、Y、Z各方向三次 保护构造 IEC规格 IP50 连接方式 接插件式 (不可进行软钎焊) 质量 约2.6 g 外壳材质 聚碳酸酯(PC) (2)、对射式传感器的选择 在该立体仓库控制系统中采用8个对射式传感器作限位控制,其中4只对射式光电传感器分别作为X、Y轴的限位控制,当入光时输出晶体管ON;2只对射式光电传感器分别作为货架在X轴和Y轴的到位检测,当遮光时输出晶体管ON,如果货架未到达正确位置,Z轴电机将不能运行以确保当PLC程序出错时也不至于损坏设备;2只对射式光电传感器作为Z轴的限位控制,当遮光时输出晶体管ON,其信号对应PLC的输入点是X4(后限位)和X5(前限位)。 2、微动开关的选择 在该立体仓库控制系统中共有13个仓位(四层十二个仓位加0号仓位)分别采用13只微动开关作为货物检测,当有货物时相应开关动作,其信号对应PLC的输入点是X40-X4C;另外为保险起见,在X轴的左限位和Y轴的下限位处还分别加装了1只微动开关作限位保护,以确保立体仓库在程序出错时不损坏;微动开关原理图如图十六所示。 图十六 微动开关原理图 3.4 PLC的选择 3.4.1 PLC I/O点的选择 根据控制要求,将个输入设备和被控设备详细列表,准确的统计出被控设备对数需求量,然后在实际统计的I/O点数的基础上增加15%~20%的备用量,以便以后调整和扩充。同时要充分利用好输入和输出扩展单元,提高主机的利用率,例如FX2系列可编程控制器主机分为16、24、32、64、80、128点六档,还有各种输入和输出扩展单元,这样在增加I/O点数时,不必改变机型,可以通过扩展模块实现,降低了经济投入。在确定好I/O点数后,还要注意它的性质,类型和参数。例如是开关量还是模拟量,是交流还是直流以及电压大小的等级,同时还要注意输出端的负载的特点,以此选择和培植相应机型和模块。 小型仓库电气控制系统有输入信号40个,输出信号21个。其中,外部输入元件包括:检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限位保护等等;输出有三个步进电机的正反向、动作动作指示、错误显示等等。按照上述配置,所选I/O点不得低于61点,结合实际情况,所选I/O点为80点。 3.4.2 PLC型号的选择 PLC选择的一般原则为: 1、PLC机型选择的基本原则是,在功能满足要求的前提下,选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。 2、在工艺过程比较固定、环境条件较好(维修量较小)的场合,建议选用整体式结构的PLC;其它情况则最好选用模块式结构的PLC。 3、对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中,一般其控制速度无须考虑,因此,选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。 4、而在控制比较复杂,控制功能要求比较高的工程项目中(如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等),可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。 对于一个大型企业系统,应尽量做到机型统一。这样,同一机型的PLC模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理;同时,其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发;此外,由于其外部设备通用,资源可以共享,因此,配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统,这样便于相互通信,集中管理。 本课题根据I/O的信号数量,类型及控制要求,同时考虑到维护和保养,改造和经济等诸多因素,可编程控制器拟选用FX2-80MR,足以满足要求。 第4章 软件部分 4.1 I/O地址分配表 X0 启 动 X24 检验2号仓库 Y0 前 进 X1 手动/自动 X25 检验3号仓库 Y1 后 退 X2 取 出 X26 检验4号仓库 Y2 向 上 X3 送 进 X27 检验5号仓库 Y3 向 下 X4 取 消 X30 检验6号仓库 Y4 送 进 X5 急 停 X31 检验7号仓库 Y5 取出 X6 按下1号仓库的键 X32 检验8号仓库 Y6 显示取出 X7 按下2号仓库的键 X33 检验9号仓库 Y7 显示送进 X10 按下3号仓库的键 X34 检验10号仓库 Y10 显示操作错误 X11 按下4号仓库的键 X35 检验11号仓库 Y11 显示1号仓库 X12 按下5号仓库的键 X36 检验12号仓库 Y12 显示2号仓库 X13 按下6号仓库的键 X37 前进限制 Y13 显示3号仓库 X14 按下7号仓库的键 X40 后退限制 Y14 显示4号仓库 X15 按下8号仓库的键 X41 后退超过 Y15 显示5号仓库 X16 按下9号仓库的键 X42 向上限制 Y16 显示6号仓库 X17 按下10号仓库的键 X43 向下限制 Y17 显示7号仓库 X20 按下11号仓库的键 X44 向下超过 Y20 显示8号仓库 X21 按下12号仓库的键 X45 前时限制 Y21 显示9号仓库 X22 检验0号仓库 X46 取出限制 Y22 显示10号仓库 X23 检验1号仓库 X47 取出限制 Y23 显示11号仓库         Y24 显示12号仓库 4.2 PLC设计的梯形图 4.3 PLC的语句表 第5章 结论与展望 5.1 结论 通过4个多月的立体仓库电气控制系统的毕业设计,基本上在规定的时间内完成了指导老师和学校下达的任务。经过本次设计,使我更进一步了解到可编程控制器在现代工业以及其他行业中的应用,以及它的优点,如:成本底、使用范围广、高速、便捷、永远在线、结构灵活等等。PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制,扩展到以下应用领域:中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统,以及与生活关连的机器、与环境关连的机器,而且均有急速的上升趋势。值得注意的是,随着PLC、DCS相互渗透,二者的界线日趋模糊的时候,PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。 从方案的论证到最终的设计,涉及的领域包括:可编程控制器的原理及应用、电机电气、我国物流设备发展趋势及应对措施等等;在进行毕设的同时,我还学到了许多新的知识,如CAD 2000的使用和WORD、和画板的使用等。我深刻的认识到,要想成为一名合格的工程设计人员只是掌握本专业的知识是远远不够的,我们应该具有更加渊博的知识,如应该对计算机应用,市场营销,外语交流等各个方面能力进行加强。 此外,我并没有过多从经济性的角度来考虑系统,由于对材料成本方面了解的欠缺,我们只能从性能的角度来讨论问题,经济性能方面的问题有所提及,但是涉及的非常少。这也是这篇论文的一个不足之处。 通过大量资料的查找,使我不仅熟悉了立体仓库的组成部分和运动过程,对其中的步进电机,微动开关,PLC原理及设计程序等有关事项有了深刻地认识与学习,并从方方面面深刻的体会到了立体仓库在现代自动化控制系统中的重要性和必要性。 5.2 展望 随着时代的发展,当今的技术也日趋完善、竞争愈演愈烈;单人工的操作已不能满足于目前的制造业前景,也无法保证更高质量的要求和高新技术企业的形象.权威人士预测,21世纪,可编程控制器会有更大的发展。从技术上来看,计算机技术的新成果更多的应用与可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、只能更强的品种出现。从产品的规模上来看,会进一步向小型和超小型的方向发展。从产品的配套性来看,产品的品种会更丰富、规模更齐全。完美的人机界面,完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。这是有利于可编程技术的发展及可编程产品的普及的。伴随着计算机网络的发展,可编程控制器作为自动化控制网络或国际网络的重要的作成部分,将在工业几工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 因时间仓促,加之本人能力有限,此课题设计未能全面,如:立体仓库的动作只有两个送、入,而没有换(从这个仓位直接换到另一个仓位);从手动切换到自动,必须先手动让拖动机构回零位,方可执行自动动作,在这过程中控制系统没有记忆功能,这就使得系统在执行动作时运行时间较长,程序上编写不太合理等。若以后还有机会从事此行业,我会把该系统不足之处全部完善起来。 参考文献 1、吴哓军编 《电气控制与可编程控制器应用》 西安:西安建筑科技大学,2002 2、廖常初 《可编程序的控制器的编程方法与工业应用》 重庆:重庆大学出版社,2001 3、陈立定,吴玉香,苏开才编 《电气控制与可编程控制器》 广州:华南理工大学出版社 4、台方主编 《可编程控制器应用教程》 北京:中国水利水电出版社,2001 5、宋德玉主编 《可编程控制器原理应用系统设计技术》 北京:冶金工业出版社,2002 6、徐建俊主编 《电机与电气控制》清华大学出版社,北京交通大学出版社 2004 7、天津源峰科技公司 《步进电机应用手册》 致 谢 ………………………

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