立體倉庫模型實驗指導書.doc

第1章系統(tǒng)介紹一、QSPLC-CK1立體倉庫系統(tǒng)簡介 QSPLC-CK1立體倉庫模型是用來儲存、分類貨物的。送貨時，根據(jù)貨物的屬性將不同的物體送入到指定的倉位中去；取貨時，根據(jù)需求從指定的倉位中取出貨物，由四層十二個倉位組成,采用滾珠絲桿、直線導軌、普通絲桿作為傳動裝置，由PLC編程實現(xiàn)X、Y、Z軸位置控制，可完成倉庫車模的自動或手動存取。 該裝置從機構上分為：1）立體倉庫本體單元、2）PLC控制單元、3）接口單元、4）電源單元等組成。 1、立體倉庫本體單元：該單元由四層十二層倉位、巷道起重機等組成。 2、PLC控制單元：該單元可分別由松下PLC、西門子PLC、OMRON型PLC、三菱PLC等廠家組成。PLC主體具有脈沖輸出功能，能同時實現(xiàn)兩軸定位功能。 3、接口單元：該單元將系統(tǒng)中所有控制單元、執(zhí)行單元、檢測單元、輸入輸出單元的信號都引到面板上，由學生自行完成線路連接設計，不同性質的節(jié)點采用不同的顏色進行標識，并且每個單元自身的線路具有獨立性，具備擴展功能。 4、電源單元：電源單元是由開關電源提供系統(tǒng)工作的直流24V電壓。 保護功能：該系統(tǒng)在設計上設置了各種包括功能，包括短路保護、反向保護、限位保護、定位保護。TVT-99C立體倉庫系統(tǒng)中為了防止不確定因素對于系統(tǒng)硬件的損壞，分別在機械手臂運行的橫軸和縱軸上設置了倉庫的定位孔，當機械手臂運行時，位于移動模塊下方的光電傳感器分別檢測運行X軸、Y軸的定位點，當且僅當機械手臂停止于定位孔點時，對應的Z軸才能進行取貨和移貨的動作。二、系統(tǒng)各部件名稱與功能 該系統(tǒng)由倉庫本體、巷道起重機、PLC控制單元、電源單元、接口單元，其部件的實物結構如下圖所示：QSPLC-CK1立體倉庫模型 QSPL-CK1立體倉庫結構實物示意圖1、 倉庫本體倉庫本體分為二個區(qū)，分別為轉貨區(qū)、儲貨區(qū)。轉貨區(qū)是主要由載貨臺組成，用來周轉貨物的，當貨物入庫以及貨物出庫時，都是通過轉貨區(qū)來完成的；儲貨區(qū)是由十二個倉位組成，分成四行、三列，主要用于儲存不同的貨物。 在轉貨區(qū)、儲貨區(qū)都分別安裝了檢測傳感器，用于檢測實現(xiàn)對貨物的定位。 轉貨區(qū)、儲貨區(qū)如下圖所示：2、巷道起重機 巷道起重機由二軸行走機構、送料臺、驅動器等組成，如下圖所示：巷道起重機總共具有三個自由度，能實現(xiàn)水平移動、垂直移動、前后移動等操作，貨物的轉移主要是由其完成操作的。 操作流程：1、送操作：復位到初始位水平移動到轉貨臺位置取貨水平、垂直移動指定倉位放貨復位到初始位 2、取操作：復位到初始位水平、垂直移動指定倉位取貨水平、垂直移動到轉貨臺放貨復位到初始位3、PLC控制單元 PLC控制單元采用西門子公司生產的S7-200CPU226型可編程序控制器，型號為CPU226CNDC/DC/DC，所有操作控制指令都是由PLC發(fā)出的。 其基本參數(shù)如下表所示：4、電源單元電源單元是用于給系統(tǒng)提供DC24V電源，輸出功率為150W。三、系統(tǒng)功能 該裝置是將PLC控制技術、位置控制技術、步進電機驅動技術、直流電機驅動技術、傳感器檢測技術等有機結合成一種的教學儀器設備，適用于大中專院校學生畢業(yè)設計、課程設計、實習實驗等，也可作為教師研究開發(fā)等實物實訓。在實訓過程中，主要完成下面兩方面的訓練：（1）硬件方面的訓練 該裝置中所有器件的接口全部開放，在認真學習了該設備硬件原理的基礎上，按照系統(tǒng)原理接線框圖，可要求學生單獨完成系統(tǒng)的硬件接線工作。（2）軟件方面的訓練 在充分了解機械手工作過程基礎上以及熟悉PLC指令系統(tǒng)后，按照系統(tǒng)流程框圖進行編程訓練；可要求學生理解系統(tǒng)程序設計思想，掌握系統(tǒng)的編程設計方法。出廠配置：1、立體倉庫一套（含滾珠絲桿三套、立體倉庫本體一臺）2、主機模塊（S7-200CPU226）1個3、步進電機驅動器2個4、電源單元1個5、編程電纜1根6、接口板1塊7、連接導線若干四、控制原理及工作流程 系統(tǒng)在電氣設計上，電機主要采用步進電機和直流電機，分別控制水平移動、垂直移動及送貨臺的動作。傳感器采用對射式、反射式傳感器以及微動開關，用于完成貨物的檢測和限位保護等。 系統(tǒng)在機構設計上采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動機構。當碼垛機平臺移動到貨架的指定位置時，送貨臺向前伸出可將貨物取出或送入，當取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。整個系統(tǒng)需要三維的位置控制。其工作流程如下： 1）接通電源。 2）系統(tǒng)自檢。 3）將功能開關置于自動位置。 4）將一帶托盤汽車模型置于10#倉位，放置模型時，入位要準確，并注意到倉位底部檢測開關已動作。 5）執(zhí)行取指令 a)選擇欲取倉位號（如10#），按動倉位號對應按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號。 b)按動“取”指令按鈕，執(zhí)行取出動作，若0#倉位內已有汽車，則該指令不被執(zhí)行。需要由用戶手動將貨物移走。 c)指令完成后，機系統(tǒng)自動返回。 d)如執(zhí)行取出指令前，被選倉位（如10#）無汽車，則送指令將不被執(zhí)行。 6）執(zhí)行送指令 a)選擇欲送倉位號（如10#），按動倉位號對應按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉位號。 b)按動送指令按鈕，若被選擇10#倉位內已有汽車，則該指令不被執(zhí)行。需要由用戶手動將貨物移走。 c)指令完成后，系統(tǒng)自動返回。 d)如執(zhí)行送入指令前，0#倉位無汽車，則送指令將不被執(zhí)行。 根據(jù)前面的分析，該立體倉庫系統(tǒng)的運行情況歸納如下： 當按下啟動按鈕后，允許進行立體倉庫運行的控制。在正常的情況下，按下某一倉位的按鈕和“取”或“送”按鈕，系統(tǒng)將進行相應的動作，此時控制面板上的數(shù)碼管顯示相應的倉位號。當出現(xiàn)故障時，電機停止運行。在緊急情況下，按下緊急按鈕，送貨物送回原來的位置，只有當故障排除后，才能重新運行。第2章使用說明一、安裝環(huán)境： 避免將設備安裝到下列場所： 1、日光直射或者環(huán)境溫度超出0到50范圍的場所。 2、相對濕度超出35%RH到75%范圍或者由于劇烈溫度變化產生結露的場所。 3、空氣中存在腐蝕氣體或可燃氣體場所。 4、對本體造成直接振動或撞擊的場所。 5、粉塵、鐵屑或鹽分較多的場所。 6、會使本設備附著水、油或化學物質的場所。 7、空氣中含有有機溶濟的例如苯、涂料稀釋濟、酒精或者強堿物質如氨和苛性堿的場所。二、靜電防護： 在干燥的環(huán)境下有產生靜電累積的危險，所以當需要觸摸設備時，應選通過接地設備對其進行放電再觸摸。三、清洗 四不要使用稀料或類似的溶液清洗，因為會溶解本體的某些部件并且會造成褪色。四、供電順序 在給變頻器供電之前控制單元應處于停止工作狀態(tài)。五、在接通電源之前 當您是第一次接通供電時，請注意以下事項： 1、請確認沒有接線的碎屑或者尤其是導電物質在印制電路板上。 2、確認電源接線、輸入/輸出接線和電壓是正確的。 3、確認控制單元是處于停止工作狀態(tài)。第3章安裝 一、設備的安裝1、 實驗桌的選擇：QSPLC-CK1采用平板式結構，應放置在一個平臺上，同時為了實驗需要，最好配備一臺電腦，其尺寸應滿足：長度1600mm寬度800mm高度750mm2、電源的選擇供電電壓：交流AC220V輸出功率：大于150W3、電腦配置CPU：主頻600MHz以上。RAM：256MB內存（推薦512MB）空余磁盤空間：600MB以上。顯示設備：XGA，支持1024*768分辨率，16bit以上彩色深度。二、接線（1）電源引線的連接在接口單元板上每一側都有電源輸出端，如下圖所示：當系統(tǒng)需要DC電源供電時，只需要從最近的電源輸出端引出電源線。注意上述圖示的四個電源輸出正端部已經內部短接，四個電源輸出負端也已經內部短接。 如果電源輸出電壓不正常，請先檢查外部供電電源是否正常，然后再檢查保險絲是否損壞，檢查完畢如果都正常，請查看開關電源是否正確。（2）PLC的輸入輸出接線PLC的輸入輸出端子在接線之前，應將其對應的公共端與電源的相關的端子進行連接。具體連接方式如下：PLC輸入端的“M”接電源輸出正端，PLC輸出端的“M”接電源輸出的負端，“L+”接電源輸出的正端。見下圖所示。 連接完PLC的公共端以后，根據(jù)系統(tǒng)的I/O接線圖將對應的輸入輸出端子與各執(zhí)行器或檢測器件進行連接，以I0.0接SQ2，Q0.0接Z軸F端（正轉）為例，如下圖所示：（3）外圍設備的接線1）傳感器的接線在該系統(tǒng)中，涉及到的傳感器從功能上分為：光電傳感器、光電開關、行程開關等。從接線方式上分為兩種，一種是三線式，另一種是二線式。光電傳感器采用三線式接線方式，光電開關、行程開關是二線式。三線式傳感器分為電源線和信號線，其中電源線為兩根，分別接24V直流電源的正負端子，信號線根據(jù)I/O分配表與PLC的輸入端進行連接。（關于與PLC之間的連接可參見PLC的輸入輸出接線方式）。具體的接線方式如下圖所示：二線式傳感器分為信號線和公共線，公共線接24V直流電源的負端子，信號線根據(jù)I/O分配表與PLC的輸入端進行連接。具體接線方式如下圖所示： 在系統(tǒng)設計時，為了節(jié)省接線，將傳感器的電源線都短接在一起，因此在使用過程中可以預先將傳感器的電源線與電源輸出端進行連接（參見電源引線的連接）。 下面以光電開關SQ1為例說明一下傳感器的連接。光電開關的信號SQ1與PLC的輸入端I0.0進行連接。其接線如下圖所示：2）矩陣鍵盤及倉庫檢測的接線 為了方便外部指令的輸入，系統(tǒng)設置了矩陣鍵盤區(qū)。矩陣輸入是一種高效的輸入方式，通過設定系統(tǒng)的掃描時鐘，可以方便的以矩陣的行數(shù)a和列數(shù)b來表征矩陣內部各點的狀態(tài)，即以較少的點數(shù)（a+b）來表示較多的狀態(tài)（a*b）。 在PLC的接線方面，一般是將行系列（H0、H1、H2、H3）設定為掃描檢測，列系列（D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7）設定為輸入檢測，即將PLC的輸出端口接到矩陣的行系列，將PLC的輸入端口接到矩陣的列系列，下面以PLC的輸入端口I0.0、I0.1、I0.2、I0.3作為列系列，輸出端口Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3作為行系列為例說明，其接線如下圖所示：3）調試開關的接線 為了實驗方便，在每個接口板的右下方都設有調試開關區(qū)，用作手動調試時作為輸入信號使用，也可作為PLC的模擬輸入信號。 開關的接線方式為二線式，其中一根為信號線，另一根為公共端。 信號線與PLC的輸入端連接，公共端與電源輸出的負端進行短接。 在設計實驗單元板時，為了節(jié)省布線，將所有開關的公共端短接在一起。 以一個開關的接線為例，假設開關的信號線為I0.0，則其實際接線圖如下所示：4)直流電機的接線 直流電機的控制是應用PLC控制外部繼電器的吸合從而控制直流電機兩端的電壓方向，達到控制電流電機正反轉的目的，其直流電機控制接線如下所示：5)步進電機的接線 步進電機的控制是應用PLC的脈沖輸出功能，對于西門子S7-200CPU來說，只有晶體管輸出型能輸出高速脈沖列和脈沖寬度可調的波形。因此對于步進電機的接線方式來說，脈沖端CP只能與Q0.0或Q0.1連接。在習慣上為了接線方便，一般將Q0.2或Q0.3作為步進電機的方向控制。步進電機的公共端接電源輸出的負端。 步進電機是接有源的器件，因此在控制之前，需要外接24V直流電源。這樣步進電機控制的接線如下所示： 對于脫機電平，當輸入高電平信號時，電機處于無扭矩狀態(tài)，是用來保護電機運行的，在正常情況下，可以不需要接此信號。第4章系統(tǒng)的實訓實驗課題4.1基本指令操作訓練實驗1、輸入輸出指令操作訓練例題1：撥動控制開關SW0,信號燈L0亮，撥動控制開關SW1，信號燈L0熄滅。例題解析：（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）梯形圖程序如下所示：（4）思考題：1）用一個開關如何完成題目要求的實驗內容。2）按照下述時序圖編寫程序。提示：采用上升沿指令和下降沿指令來完成控制。3）按照下述時序圖編寫程序。提示：可以采用計數(shù)器指令來完成實驗控制。例題2：在三個不同的地方分別用三個開關控制一盞信號燈，任何一地的開關動作都可以使燈的狀態(tài)發(fā)生改變，即不管開關的當前狀態(tài)是打開還是關閉，只要有開關動作則燈的狀態(tài)就發(fā)生改變。例題解析：根據(jù)該控制，系統(tǒng)用三個開關實際上達到了12種狀態(tài)的輸入，這12種狀態(tài)分別是：1）開關1打開時，指示燈處于閉合狀態(tài)；2）開關1打開時，指示燈處于打開狀態(tài)；3）開關1閉合時，指示燈處于打開狀態(tài)；4）開關1閉合時，指示燈處于閉合狀態(tài)；5）開關2打開時，指示燈處于閉合狀態(tài)；6）開關2打開時，指示燈處于打開狀態(tài)；7）開關2閉合時，指示燈處于打開狀態(tài)；8）開關2閉合時，指示燈處于閉合狀態(tài)；9）開關3打開時，指示燈處于閉合狀態(tài)；10）開關3打開時，指示燈處于打開狀態(tài)；11）開關3閉合時，指示燈處于打開狀態(tài)；12）開關3閉合時，指示燈處于閉合狀態(tài)；上述12狀態(tài)分別對應于兩種結果，實際上就類似于一個“翻轉”操作，可以成對使用置位指令和復位指令。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：（2）系統(tǒng)接線圖（3）程序梯形圖如下所示：（4）思考題1）、現(xiàn)在一些賓館和家庭客廳中的裝飾燈，是利用一個開關來實現(xiàn)不同的控制組合。例如，房間內有1，2，3號三個燈，按動一下開關，三個燈全亮；再按一下，1，3號燈亮，2號滅；再按一下，2號燈亮，1，3號滅；再按一下全部滅。寫出I/O分配表，設計梯形圖程序。實驗2、順序控制指令操作訓練例題3：撥動控制開關SW0，延遲10S后信號燈L0亮，經過10S后信號燈斷開。例題解析：（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）程序設計如下圖所示：程序解釋： 當控制開關I0.0上電閉合時，中間繼電器M0.0得電自鎖，定時器T37開始工作，當達到設定時間10s后，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，故M0.0失電，Q0.0得電自鎖.此時定時器T38得電開始工作，當達到設定值10s后，Q0.0斷開。（4）思考題 1）、設計一個密碼鎖控制電路，用撥碼開關輸入，正確輸入65后2秒室內照明燈開。正確輸入87后2秒室內空調通電運行。例題4：用控制開關SW0控制三盞信號燈的動作。要求：打開控制開關SW0，信號燈L0亮，延遲2S后熄滅，緊接著信號燈L1亮，延遲2S后熄滅，緊接著信號燈L2亮，延遲2S后熄滅，然后信號燈L0亮，依次循環(huán)下去，直到控制開關SW0關閉，所有動作停止。例題解析：（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下： (2)系統(tǒng)接線圖（3）梯形圖程序如下所示：（4）程序解釋： 當控制開關I0.0觸發(fā)時，Q0.0得電自鎖，啟動定時器T37，經過2秒后斷開，將Q0.0復位。 當定時器T37觸發(fā)后，Q0.1得電自鎖，同時啟動定時器T38，經過經過2秒后斷開，將Q0.1復位。 當定時器T38觸發(fā)后，Q0.2得電自鎖，同時啟動定時器T39，經過經過2秒后斷開，將Q0.2復位。 當定時器T39觸發(fā)后，Q0.0得電自鎖，同時啟動定時器T37，經過經過2秒后斷開，將Q0.0復位，依次循環(huán)下去。（5）思考題： 設計一個梯形圖程序完成如下功能：有9盞彩燈，排列成同心圓形狀，其中L1為圓心，L2、L3、L4、L5排列為小圓，L6、L7、L8、L9排列為大圓。要求當啟動按鈕按下后，首先是L1亮，延時1s后L1滅，L2、L3、L4、L5亮，再延時1s后，L2、L3、L4、L5滅，L6、L7、L8、L9亮，形成內外的放射效果，再延時1s后L6、L7、L8、L9滅，L1亮，開始下一個循環(huán)。任何時候按下停止按鈕，所有的燈都滅。但在下一次啟動時應接著上一次停止時的狀態(tài)重新開始循環(huán)。實驗3、鍵盤裝置掃描檢測及顯示技術操作訓練例題5：利用矩陣描述技術和數(shù)碼管顯示完成實驗要求。當按下矩陣鍵盤K1K3時，對應的數(shù)碼管顯示13，當按下矩陣鍵盤K5K7時，對應的數(shù)碼管顯示46，當按下矩陣鍵盤K9K11時，對應的數(shù)碼管顯示79，當按下矩陣鍵盤K13K15時，對應的數(shù)碼管顯示1012，按下K4鍵時，顯示歸零。例題解釋: 鍵盤掃描技術就是要求通過掃描H0、H1、H2、H3端口來判斷當前按鈕的狀態(tài)。當按下K5時，H1觸發(fā)時，X4輸入信號有效，這樣就可以進行判斷是哪一個按鍵。 數(shù)碼顯示是采用BCD編碼方式的，故采用四個端口就可以表示16個數(shù)字狀態(tài)。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：輸入接口輸出接口PLC端單元板端口注釋PLC端單元板接口注釋I0.4D4矩陣按鈕的第一列Q1.4B00數(shù)碼顯示的0位I0.5D5矩陣按鈕的第二列Q1.5B01數(shù)碼顯示的1位I0.6D6矩陣按鈕的第三列Q1.6B02數(shù)碼顯示的2位I0.7D7矩陣按鈕的第四列Q1.7B03數(shù)碼顯示的3位 (2)系統(tǒng)接線圖主程序SCAN子程序：（4）程序分析1）程序第一段是用于調用子程序，VW238是用于存儲當前的按鍵號，VW270是用于存儲數(shù)碼顯示區(qū)的數(shù)據(jù)，通過位傳送給輸出端口用于七段碼顯示。 2）程序第二段是用于將子程序判斷的數(shù)字傳送給VW238。 3）程序第三段是用于清除當前顯示數(shù)字。 SCAN子程序是用于判斷哪個按鍵被按下。 子程序的的第一段是用于狀態(tài)初始化，對狀態(tài)寄存器MW10清零。子程序的第二段是制作一個脈沖發(fā)生器，用于產生周期為0.08s的周期時序脈沖。子程序的第三段是用脈沖發(fā)生器掃描輸出端口Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7，使其處于順序接通狀態(tài)，接通周期與掃描周期一致。 子程序的第四段就是用于傳送狀態(tài)信號至VD200，為主程序作邏輯判斷提供依據(jù)。（5）思考題 1）、理解矩陣掃描的思想，利用上述程序，請編寫一個顯示程序，顯示最后一個入庫的貨物的倉位號。 2）如果倉庫的倉位數(shù)量超過16個，如何顯示？4.2步進電機控制操作訓練實驗1、單軸步進電機定位控制例題1：當按下控制開關SW0時，機械手從當前位置沿X軸右行10cm，當撥回控制開關SW0時，機械手回到初始位置。例題解釋：根據(jù)題意，電機的運動軌跡可以描述如下圖所示： 由于題意中未設定電機的運行速度，不妨假設的電機的速度為1000脈沖/s，這樣問題就歸結于控制一個電機恒速運轉一段脈沖的問題，只需要用PLC自帶的脈沖輸出信號PLS指令就可以完成要求。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）系統(tǒng)程序設計如下：（4）程序分析： 第一段程序是用于初始化脈沖發(fā)生器PTO0，通過對控制字節(jié)SMB67傳送16#8D，實現(xiàn)單段脈沖輸出，掃描時間為1ms.。對控制字SMW68、SMD72傳送0實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化。 第二段程序是用于控制脈沖發(fā)生器PTO0發(fā)出13300個脈沖，用于完成10cm的行走。 第三段程序是用于控制步進電機的方向信號Q0.2。 第四段程序是用于控制巷道起重機回到初始位置。（5）思考題： 1）、如何測算電機的脈沖數(shù)與其實際行走距離之間的換算關系？參考：可以測算1000個單位脈沖所行走的距離，然后進行換算。 2）、如果考慮電機的左右限位，應該如何修改程序。 3）、參照程序，編寫電機行走15cm的梯形圖程序，并上機調試。實驗2、單軸步進電機速度控制例題2：當按下控制開關SW0時，機械手從當前位置以500Hz速度運行5cm，然后以1000Hz速度運行5cm，接著以1500Hz速度運行5cm，最后以500Hz速度運行5cm結束，打開控制開關SW0時，系統(tǒng)回到初始位置。例題解釋：該要求與上題的區(qū)別之處在于系統(tǒng)要求改變運行速度，這就要求改變PTO/PWM周期值SMB68并且考慮行進的時序性，可以采取步進指令來完成該程序設計。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）系統(tǒng)程序設計如下： （4）程序分析 1）程序第一段是用于完成脈沖發(fā)生器PTO0的初始化。 2）程序第二段至第八段是完成第一速度的行進，第九段至第十四段完成第二速度的行進，第十五段至第二十段完成第三速度的行進，第二十一段至二十五段完成第四速度的進。 3）程序第二十六段完成系統(tǒng)的復位。（5）思考題 1）不用步進指令，完成題目要求。 2）仔細觀察電機在不同速度下的行走情況，試分析其原理，找出一個最佳速度，并說明理由。實驗3、雙軸步進電機定位控制例題3、使用下面圖示的兩種路徑完成起重機的動作。要求起重機從初始點A運行到目標點B，以兩種路徑進行，速度要求為1000脈沖/s（1）路徑A：起重機從X軸右行20cm，然后沿Y軸下行15cm，如路徑1所示軌跡到達B點。（2）路徑B：起重機的X軸、Y軸同動，合成軌跡為路徑2，同樣到達B點。例題解釋： 起重機的雙軸控制實際上就是同時控制兩個脈沖發(fā)生器的動作。兩路脈沖的輸出可分成兩種形式： 1）串行輸出方式。顧名思義，就是讓脈沖發(fā)生器一個一個的動作，依次完成脈沖輸出的動作，所有的動作軌跡均為直線。 2）并行輸出方式。多路脈沖發(fā)生器同時動作，被控對象以合成速度運行，動作軌跡既可以是直線，也可以是曲線。 本題目就是要求分別用上述兩種方式完成實驗。第一種輸出方式的控制可以參見前面的實驗。第二種輸出方式所走的軌軌跡是一條直線，故要求電機所給的速度應該與其路徑成正比。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）程序設計如下所示：1）按照軌跡1設計的梯形圖程序如下所示： 2）按照軌跡2設計的梯形圖程序如下所示： 程序分析： 軌跡1的程序實際就是順序控制兩個脈沖發(fā)生器動作，起到過渡作用的信號是第一個脈沖發(fā)生器的狀態(tài)標志位SM66.7，通過巧妙的取其動作邊沿，達到了在脈沖發(fā)生器PTO0完成脈沖輸出后立即啟動脈沖發(fā)生器PTO1的作用。 軌跡2的程序相對而言比較易于理解，利用一個控制信號同時控制兩個脈沖發(fā)生器，達到實現(xiàn)兩個脈沖發(fā)生器動作的目的。（5）思考題 1）試分析上述兩種控制方法的適用環(huán)境。參考：由于運行軌跡不同，故其適用的場合有差異。 2）選擇一種理解方便的方法，完成三個坐標點之間的轉移。實驗4、雙軸步進電機速度控制課題4：控制機械手完成例題3所要求的路徑B的同時，機械手的運行過程分為三個過程：起動、運行、停止，其速度曲線如下圖所示：例題解釋： 在實際的電機控制過程中，電機的啟停體現(xiàn)在速度的變化上一般是某種特定的曲線，最常見的方式就是如上圖所示的包絡線。 西門子公司為了方便用戶控制電機實際包絡線控制電機，在軟件設計上增加了向導功能，利用向導可以方便的實現(xiàn)電機的控制。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：(2)系統(tǒng)接線圖（3）程序設計： 1）進入指令向導界面。點擊“工具”，進入“位置控制向導”。彈出的對話框要求用戶選擇是用內置的脈沖發(fā)生器還是使用擴展單元EM253，根據(jù)設備情況，我們選擇“配置S7-200PLC內置PTO/PWM操作“模式，如下圖所示。設置完成后，點擊下一步。 2）在彈出的對話框中要求用戶選擇一個脈沖發(fā)生器。S7-200型PLC提供了兩個脈沖發(fā)生器，一個分配在數(shù)字輸出點Q0.0，另一個分配在數(shù)字輸出點Q0.1。首先選擇脈沖發(fā)生器Q0.0，如下圖所示：3）在彈出的對話框中選擇“線性脈沖串輸出（PTO）”方式，如下圖所示，設置完成后點擊下一步：4）彈出的對話框是要求用戶設置電機的速度，分別設置電機的最高速度為5000脈沖/秒，啟停速度為500脈沖/秒，如下圖所示：5）彈出的對話框是要求用戶設置加減速時間，分別設定為300ms，如下圖所示：6）彈出的對話框是要求用戶實際包絡線的繪制，點擊新包絡線，系統(tǒng)會提示您是否“增加一個新的運動包絡線”，如下圖所示：7）確認完成增加一個新的運動包絡線后，系統(tǒng)將要求定義包絡線，包括指定的目標速度和位置。設定操作模式為相關位置，目標速度為1500脈沖/秒，目標位置為1500個脈沖，如下圖所示，設定完成后點擊“繪制包絡線”，在右邊的方框中則會顯示出預期的包絡線圖案，如下圖所示：8）完成包絡線的定義后，需要給系統(tǒng)分配一定的存儲區(qū)，用于存儲上述的設定。系統(tǒng)會自動從VB0開始，根據(jù)配置要求自動完成地址的輸入，如下圖所示：9）完成上述設定后，系統(tǒng)會自動生成三個子程序，如下圖所示，在程序中直接調用即可。10）配置另一個脈沖發(fā)生器，基本步驟與上述方式一致，只是在選擇脈沖發(fā)生器的對話框中選擇“Q0.1”，如下圖所示：11）設定完成后系統(tǒng)會自動為Q0.1同樣生成一組子程序用于完成包絡線的控制。12）回到主程序，調用剛才設定的子程序，如下圖所示：（4）程序分析： 利用向導完成的位置控制程序，簡單易讀，程序的第一段和第二段分別是用于控制脈沖發(fā)生器的停止操作。 第三段和第四段是用于控制脈沖發(fā)生器按照繪制的包絡線完成步進電機的動作。（5）思考題： 1）根據(jù)上述程序，完成兩軸同時動作程序設計 參考：兩軸同時動作的程序在第一段和第二段的設計上面沒有什么差導，只是在控制信號上選擇同個信號即可，如下圖所示：（2）利用指令向導，分別完成前面幾個課題的設計任務。4.3傳感器檢測技術訓練實驗1、光電傳感器定位及限位檢測技術操作訓練例題1：分別用六個傳感器檢測三個軸的原點及限位，要求：當系統(tǒng)初始化時，各個軸回到自己的原點；當系統(tǒng)運行過程中達到某個軸的限位時，立即停止當前軸的動作。例題解釋： 傳感器在系統(tǒng)的設計過程中一般是用于定位及限位作用的。定位就是利用傳感器來判定系統(tǒng)是否處于指定位置，而限位就是要求系統(tǒng)不能超過指定位置。因此在程序設計中常利用傳感器實現(xiàn)系統(tǒng)的定位以及限位保護。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：（2）系統(tǒng)接線圖（3）系統(tǒng)程序設計如下所示：（4）程序分析： 程序第一段、第二段、第三段是實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，即讓各個軸回到初始位置。 程序的第四段、第五段、第六段、第七段是實現(xiàn)各個軸的限位的。 關于子程序PLS_CH0、PLS_CH1是分別用于控制脈沖發(fā)生器PTO1、PTO1輸出脈沖的。STOP_CH0、STOP_CH1是分別控制脈沖發(fā)生器PTO1、PTO1停止輸出脈沖的。至于其詳細程序，請參見后述章節(jié)的說明。（5）思考題： 1）分析傳感器限位和定位在程序設計中不同點。 2）思考在限位過程中為何需要用上升指令？4.4倉庫管理操作訓練實驗一、倉庫的倉位坐標定位例題1、倉庫的形狀如下圖所示，已經倉位0的坐標是（10，7.9），倉庫上下層及左右層之間的間隔是87，試用程序分別計算出各個倉位的坐標。10#11#12#7#8#9#4#5#6#0#1#2#3#例題解釋： 在倉庫的管理系統(tǒng)中，各倉位坐標是一個基本參數(shù)，關于坐標的計算方法，原本可歸結于一個數(shù)學問題，之所以單獨列出，是想提出一種利用PLC計算坐標系統(tǒng)的方案，為后面進行倉庫管理提供一個平臺。 為了便于后面章節(jié)的引用，故程序采用子程序的方式進行編寫。子程序的入口參數(shù)為指定的倉位號（從0-12），出口參數(shù)包括該倉位的X軸坐標值和Y軸坐標值。在程序中用#DEPOT來代表指定的倉位號，用#OUT_X和#OUT_Y來代表該倉位的X軸坐標值和Y軸坐標值。X軸坐標值分別存放在數(shù)據(jù)寄存區(qū)VD616、VD620、VD624、VD628中，Y軸的坐標值分別存放在數(shù)據(jù)寄存區(qū)VD600、VD604、VD608、VD612中。（1）程序設計如下所示： （2）程序分析 程序的第一段是用來計算倉庫0、倉庫1、倉庫2、倉庫3的X軸坐標值，第二段是用業(yè)計算倉庫1、倉庫4、倉庫7、倉庫10的Y軸坐標值。 程序的第三段至第十段是分別計算各個倉位的X軸、Y軸坐標值。由于倉位是一個長方形結構，故任何一個倉位的坐標值都可以通過倉庫0倉庫3的X軸坐標值和倉庫1、倉庫4、倉庫7、倉庫10的Y軸坐標值來表示。 程序的第十一段是用于給其它程序傳送倉位的坐標值。 這種程序設計方法的優(yōu)點是于機動靈活，便于倉庫擴展及修改坐標參數(shù)，在實際倉庫控制系統(tǒng)中被大量采用。（3）思考題： 1）如果倉庫的數(shù)量擴展到十五個（高度上面再增加一層），如何修改程序？ 2）直接采用數(shù)字傳遞的方式編寫一個程序，完成上述功能，試對比程序的差異及優(yōu)缺點。實驗2、絕對坐標系統(tǒng)下的位置控制訓練例題2、編寫步進電機程序，要求在絕對坐標系統(tǒng)下實現(xiàn)系統(tǒng)的位置控制。要求：步進電機根據(jù)系統(tǒng)提供的脈沖坐標數(shù)進行移動，當目標值大于當前值時，步進電機正轉，當目標值小于當前值時，電機反轉，當目標值與當前值相等時，電機不動作。例題解釋： 在倉庫的控制系統(tǒng)中，由于起重機運行于各個倉位之間，而每個倉位的坐標是一個定位，故要求其位置控制最好在一個絕對系統(tǒng)下工作，這樣通過輸入不同的倉位坐標值，系統(tǒng)能自動完成起重機的上下左右行進工作。 在程序的編寫過程中，僅僅依靠前面章節(jié)講述的步進控制方式，已經不足以完成系統(tǒng)的控制，故下面介紹一種方式，通過自制子程序完成步進電機的絕對控制方式。這個子程序就是在前面章節(jié)中用到的PLS_CH0，這個子程序的入口參數(shù)有三個，包括電機的起始速度、運行速度和目標值，分別用參數(shù)#speed_L，#speed_H，#position來表示。其中目標值是采用絕對坐標方式來描述的，它代表的含義是系統(tǒng)即將到達的目標脈沖數(shù)，而不是常規(guī)意義下的增量脈沖數(shù)。（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：（2）子程序梯形圖如下所示： 程序分析： 該子程序是用于PLC發(fā)出三段包絡線的脈沖。對于給定了起始頻率、運行頻率以及行程的包絡線，可以根據(jù)公式計算出頻率上升的斜率，基于此原則，子程序是假定外部給定三個孌量：起始頻率、運行頻率、脈沖數(shù)（即行程），計算出各段運行脈沖數(shù)。 網絡2中用于將步進電機的當前脈沖值存儲于VD4200中，通過運算得出設定值與當前脈沖值的差值AC0，即為步進電機將要行走的距離。 網絡3用于將實際走行距離轉換成脈沖數(shù)量，通過直接外部輸入工程坐標值，系統(tǒng)就可以將其轉換成實際運行脈沖值。在本例中，由于要求的脈沖數(shù)，故其當量值為1。 網絡4是實現(xiàn)電機正反轉操作。當步進電機的距離為正值時，方向信號Q0.2為正，電機向左運行，同時將走行距離直接傳送給AC2；當步進電機的距離為負值時，方向信號Q0.2復位，電機向右運行，同時將走行距離取反后直接傳送給AC2。 網絡7、8、9是用于將包絡表傳送給系統(tǒng)相應的存儲區(qū)。網絡7用于傳送第一段包絡線。首先根據(jù)前面計算公式（式5-2-1）得出周期增量為-9，傳送給VW4503，然后將公式（式5-2-1）進行反推，可以從周期增量算出所走的脈沖數(shù)，這也是網絡7計算的原則，最終計算出脈沖數(shù)值傳送給VD4505，做為第一段包絡線所走的距離。經過上面的計算可知，對于固定的加速率，每個起始頻率、運行頻率都一一對應于一個脈沖值。所以當系統(tǒng)給定了速度以后，其加速段所走的距離是一個定值。 網絡8是用于將第二包絡表里面的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)，由于恒速度運行，故其周期增量為0。由前面可知，在加速段和減速段運行的脈沖值對于一個給定的系統(tǒng)是個定值，故將總共的脈沖數(shù)Pv減去加速段Pu和減速段Pd的數(shù)據(jù)就是在恒速運行區(qū)所走的脈沖值?；诖嗽瓌t，網絡8給出了計算過程，最終將差值AC0傳送給VD4513。 網絡9是用于將第三段包絡表里面的數(shù)據(jù)傳送給系統(tǒng)。由于加速區(qū)和減速區(qū)的脈沖值相同，只是周期增量的方向相反，故可將第一段的脈沖值傳送給VD4521，將第二段的初始周期傳送給VW4517，周期增量VW4519為9。 網絡10是為了所行距離過短導致意外產生而設計的。當脈沖總粗線條Pv小于加速段和減速段的脈沖之和時，恒速區(qū)所走的脈沖值就是一個負值，導致系統(tǒng)運行不正常，故設定當VD4513小于0時，即恒速區(qū)的脈沖值為負時，采用單段PTO輸出方式，速度恒度為1000Hz。 為了使包絡表可用，在網絡11中調用PLS指令，寫入系統(tǒng)參數(shù)。（3）思考題 1）、利用上述子程序完整編寫一個主程序，通過調用該子程序完成步進電機訓練課題中涉及到的實驗內容。 2）、利用上述子程序實現(xiàn)起重機從1號倉位移動到5號倉位的程序編寫。 3）、理解絕對坐標系統(tǒng)與增量坐標系統(tǒng)的差距。實驗3、倉庫操作訓練例題3、倉庫操作主要包括入庫操作和出庫操作。入庫操作是指將轉貨臺上的貨物送入到指定的倉位中去。出庫操作是將指定的倉位中的貨位送入到轉貨臺上。 入庫操作動作順序包括：X軸電機右行Z軸電機前伸Y軸電機上升Z軸電機回縮X軸電機右行、Y軸電機上升Z軸電機前伸Y軸電機下降Z軸電機回縮復位出庫操作動作順序包括：X軸電機右行、Y軸電機上升Z軸電機前伸Y軸電機上升Z軸電機回縮X軸電機左行、Y軸電機下降Z軸電機前伸Y軸電機下降Z軸電機回縮復位試編寫子程序完成倉庫的入庫操作和出庫操作。例題解釋： 分析系統(tǒng)的入庫操作和出庫操作，都包括八個動作，動作過程是連貫無間斷的，所用Z軸的動作過程以及次序都是完全一致的，最大的區(qū)別在于取貨和放貨時X軸與Y軸所行走的距離不一致。但是當系統(tǒng)選擇絕對坐標系統(tǒng)后，就可以完全解決這個問題，將入庫和出庫過程看成是同一個過程的不同表現(xiàn)形式。 正基于此，在程序設計時，可以安排入庫操作和出庫操作在一個子程序中完成功能，通過采用順序指令依次完成八個連續(xù)的動作。為了區(qū)別入庫操作和出庫操作，設定兩個參數(shù)作為系統(tǒng)的入口參數(shù)。入口參數(shù)為#depot_nu1和#depot_nu2，#depot_nu1表示當前貨物所在倉位號，#depot_nu2表示貨物移動后的目標倉位號，假設貨物在載貨臺上為倉號0，則：1）出庫時，參數(shù)#depot_nu2設定為0；2）放庫時，參數(shù)#depot_nu1設定為0；考慮送貨臺在轉接貨物時為了防止與貨物發(fā)生碰撞，取貨時Y軸實際行走的距離應該比際坐標偏差小，放貨時Y軸實際行走的距離應該比實際坐標偏差大。經過實際測量和試驗設定偏差為7.5，這樣第一次運動到目標倉位進行取貨時，Y軸所走的實際行程l為l=Ld-Lc-7.5(其中Ld代表目標坐標值，Lc代表當前坐標值)運動到目標倉位進行放貨時，Y軸所走的實際行程l為l=Ld-Lc+7.5(其中Ld代表目標坐標值，Lc代表當前坐標值)（1）根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)IO分配表如下：（2）編寫子程序如下所示： 程序分析： 程序的第一段是進行系統(tǒng)的初始化及傳送Y軸行走的偏差值。 程序的第二段至第八段是進行X軸、Y軸的第一次的位移，到達指定的位置準備取貨。