本科機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、機(jī)電系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告物料分揀及倉儲控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)院系名稱： 機(jī)械與儲運(yùn)工程學(xué)院 專業(yè)班級： 機(jī)械10-3班 學(xué)生姓名： 任鵬飛 學(xué)號： 2010052320 同組學(xué)生姓名： 潘宇軒 學(xué)號： 2010052319 指導(dǎo)教師： 吳 世德 完成日期 2014年 4 月 4 日摘 要隨著工業(yè)自動化的發(fā)展和完善，人類對PLC控制技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。本次機(jī)電系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)所研究的PLC控制下的物料分揀和倉儲控制系統(tǒng)在物流行業(yè)已經(jīng)得到很大普及，其主要功能是用來進(jìn)行物料的運(yùn)輸、分配以及倉儲管理。相較于其他的控制方式，PLC控制器具有更高的效率和更簡便靈活的設(shè)計(jì)方式，滿足現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)要求和技術(shù)要求。本課題設(shè)計(jì)所

2、采用的是松下PLC控制器對履帶變頻器、機(jī)械手和運(yùn)貨小車進(jìn)行控制，通過識別物料的材料和顏色確定物料的存放倉位，并盡可能的提高系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。物料分揀的履帶變頻器控制履帶轉(zhuǎn)速進(jìn)而使履帶可同時運(yùn)輸2個物塊，其上的電感、電容和顏色傳感器可識別物塊并利用PLC-LINK傳給倉儲系統(tǒng)的PLC，使之確定物塊倉儲位置。關(guān)鍵字：物料分揀;倉儲控制；松下PLCAbstractAlong with the industrial automation development and the consummation, the humanity more and more is also widespre

3、ad to the PLC control technology application.This mechanical and electrical system synthesis design studies under the PLC control material sort and the warehousing control system already obtained in the physical distribution profession is very greatly popular, its main function was uses for to carry

4、 on the material the transportation, the assignment as well as the warehousing management.Compares in other control mode, the PLC controller has a higher efficiency and the simpler nimble design way, satisfies present the economical request and the specification. What this topic design uses is Matus

5、hita the PLC controller to the caterpillar band frequency changer, the manipulator and transports freight the car to carry on the control, through the recognition material material and the color determination material depositing shipping space, and as far as possible enhances the system the rapidity

6、, the stability and the accuracy.The material sort caterpillar band frequency changer control caterpillar band rotational speed then causes the caterpillar band to be possible simultaneously to transport 2 blocks, the above inductance, the electric capacity and the color sensor may distinguish the b

7、lock and pass to the warehousing system using PLC-LINK PLC, causes it determination block warehousing position.Key words: Material sort; Warehousing control; Matushita PLC目錄摘 要1第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)41.1 設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及目的意義41.1.1 貨物分揀系統(tǒng)41.1.2 小車送貨倉儲系統(tǒng)41.1.3 物流、倉儲綜合設(shè)計(jì)4第2章 設(shè)計(jì)總體方案62.1 設(shè)計(jì)基本依據(jù)62.2 設(shè)計(jì)工作原理62.3 總體方案的確定6第3章 電氣原理設(shè)

8、計(jì)93.1 電氣系統(tǒng)的基本組成93.2 電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10第4章 程序設(shè)計(jì)124.1 軟件完成的主要內(nèi)容124.2 程序設(shè)計(jì)技術(shù)134.3 程序設(shè)計(jì)說明134.3.1 材料分揀小系統(tǒng)設(shè)計(jì)134.3.2平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)設(shè)計(jì)174.3.3 PLC通信控制184.3.4 倉滿報(bào)警及保護(hù)控制194.3.5 暫停控制19第5章 結(jié)論215.1 設(shè)計(jì)總結(jié)215.2 展望，寄語：22附錄A 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)日志23附錄B 答辯記錄24附錄A 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)日志附錄B 答辯記錄25第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及目的意義1.1.1 貨物分揀系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺提供了六種材質(zhì)顏色各不相同的模擬貨物，分別為：黃色鋁、黃色鐵、

9、黃色塑料、藍(lán)色鋁、藍(lán)色鐵和藍(lán)色塑料。為了將這六種不同的貨物完全分開，實(shí)驗(yàn)臺還提供了三種用于區(qū)分不同材質(zhì)貨物的傳感器，既顏色開關(guān)、電容開關(guān)、電感開關(guān)（各種傳感器的詳細(xì)介紹請參見實(shí)驗(yàn)臺說明），根據(jù)不同的邏輯組合可以將六種貨物全部分開。通過氣動推手，以及貨槽內(nèi)的光電檢測開關(guān)來設(shè)計(jì)貨物搬運(yùn)動作。貨物推到履帶上以后，履帶能夠帶動貨物一次通過幾個傳感器，到達(dá)光電限位開關(guān)后，履帶停止轉(zhuǎn)動。等到貨物到位后，氣動抓手下降抓住貨物后，旋轉(zhuǎn)180度等待運(yùn)貨小車到位后，下降放下貨物，然后回到原來位置，等待下一個貨物到位。此過程可以循環(huán)進(jìn)行，前提是貨槽中有貨物。1.1.2 小車送貨倉儲系統(tǒng)小車的運(yùn)行是通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的

10、，而步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是由PLC高速計(jì)數(shù)器的脈沖輸出功能提供脈沖。因此我們首先必須了解PLC高速計(jì)數(shù)器的脈沖輸出功能的各種使用方法（詳情請見FP使用說明）。小車的手動控制時應(yīng)該使用JOG方式，而小車子送完貨自動返回時應(yīng)該使用原點(diǎn)返回方式。步進(jìn)電機(jī)的使用請參閱實(shí)驗(yàn)臺說明書。使用高速計(jì)數(shù)器脈沖輸出方式之前，需要設(shè)置PLC系統(tǒng)寄存器。在編程軟件的環(huán)境下，點(diǎn)擊菜單欄中的選項(xiàng)=PLC系統(tǒng)寄存器設(shè)置=高速計(jì)數(shù)器，將使用的高速計(jì)數(shù)器通道選擇為不使用高速計(jì)數(shù)器。為了能夠使小車自動記錄倉庫1-8的位置，這里提出了示教的思想，也就是通過手動的方式使小車運(yùn)行到想要的位置，然后通過撥動開關(guān)來記錄到達(dá)此位置時所發(fā)的脈沖數(shù)，

11、通過這樣一次示教后，以后系統(tǒng)就能夠識別這個位置了。1.1.3 物流、倉儲綜合設(shè)計(jì)將前一設(shè)計(jì)中的貨物分揀系統(tǒng)中分揀得到的結(jié)果，通過兩臺PLC之間的通訊傳遞到另外一臺PLC，做好貨物的入庫準(zhǔn)備。拓展設(shè)計(jì)一的功能，使得小車能夠?qū)⒘N不同的貨物分別送往不同的倉位。安全、可靠；每一模塊動作都是可控的（手動實(shí)時停止），盡可能是受狀態(tài)控制（具有相應(yīng)的輸入控制和輸出狀態(tài)信息）。高效運(yùn)行；每一環(huán)節(jié)盡可能的高速運(yùn)行，以提高系統(tǒng)自動化運(yùn)行時工作效率。系統(tǒng)的各位置的配置信息可以掉電保存和設(shè)置。第2章 設(shè)計(jì)總體方案2.1 設(shè)計(jì)基本依據(jù)TVT-2000G機(jī)電氣一體化訓(xùn)練裝置是一套融合實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)及綜合開發(fā)的新型培訓(xùn)系統(tǒng)，整

12、個設(shè)計(jì)過程模擬了物流中不同貨物的分揀功能以及平面?zhèn)}庫的分類存儲功能。該系統(tǒng)采用兩臺松下PLC作為主控制器，含有網(wǎng)絡(luò)接口可組成PLC網(wǎng)絡(luò)，所有傳感器、執(zhí)行器接口開放，便于自行開發(fā)。是集PLC、傳感器、變頻調(diào)速、步進(jìn)電機(jī)、氣動原件等技術(shù)的綜合應(yīng)用培訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由（1）控制單元、（2）材料分揀小系統(tǒng)、（3）平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)、（4）接口單元、左邊的啟動裝置以及右面的變頻調(diào)速裝置組成。主要部件包括：電源模塊、接口模板、2臺松下PLC、傳送帶、電容傳感器、電感傳感器、顏色傳感器、光電傳感器、變頻器、三相交流異步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、井式出料塔、氣動推料機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械手臂、行程開關(guān)等組成。2.2

13、設(shè)計(jì)工作原理依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)可將該功能分為三個相對獨(dú)立的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別命名為物流分揀、倉儲以及網(wǎng)絡(luò)通訊功能。其中通訊功能又可融合于物料分揀或倉儲之中故實(shí)際分為倉儲和物料分揀兩大功能。其中物料分揀功能包括1.通過控制變頻器控制履帶的變速和輸出計(jì)數(shù)脈沖。2.通過順序控制或時序法控制機(jī)械手動作3.通過對計(jì)數(shù)脈沖的數(shù)量以及物料在一定脈沖下所走的路程計(jì)算得出柱塞推貨的時間間隔，從而實(shí)現(xiàn)履帶上同時有兩個物塊。4.通過物料分揀這一部分的電感、電容和顏色識別功能利用緩存原理和PLC-PLC通訊實(shí)現(xiàn)物塊識別倉儲功能包括1.記憶1倉、8倉和接貨位從而對1-8倉定位.2.依據(jù)物料分揀傳遞的物塊信息將特定物塊放入特定

14、倉。3.出現(xiàn)某一倉滿報(bào)警時將該倉物塊放入7倉。4.7倉倉滿時將物塊放入8倉。5.8倉倉滿時系統(tǒng)停止動作。2.3 總體方案的確定（1） 平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)設(shè)計(jì)上電后一秒鐘小車自動回到軌道的最右端（后面稱之為原點(diǎn)），隨后通過接口面板上的撥動開關(guān)能夠手動控制小車左行或者右行，以此來確定1-8號倉位的位置，當(dāng)處于示教狀態(tài)時，可以對首尾倉示教，其它倉位置通過計(jì)算得到。當(dāng)示教開關(guān)關(guān)閉時處于演示狀態(tài)，小車走向相應(yīng)的倉位，停留三秒后自動返回原點(diǎn)，等待下一次送貨信號的到來。（2） 材料分揀小系統(tǒng)設(shè)計(jì)打開變頻器總開關(guān)，通過氣動推手，貨物推到履帶上，履帶能夠帶動貨物一次通過幾個傳感器，到達(dá)光電限位開關(guān)后，氣動抓手下降抓

15、住貨物后，旋轉(zhuǎn)180度等待運(yùn)貨小車到位后，下降放下貨物，然后回到原來位置，等待下一個貨物到位。此過程是循環(huán)過程，前提是貨槽中有貨物。同時，根據(jù)傳送帶的位置反饋，利用寄存器的緩沖存儲和分段位置控制，可以連續(xù)傳送分揀兩個物料，以此來提高系統(tǒng)的運(yùn)行分揀效率。（3） PLC通訊設(shè)計(jì)接收區(qū)發(fā)送區(qū)發(fā)送區(qū)接收區(qū) (PLC1) (PLC2)平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)（PLC1）及材料分揀小系統(tǒng)（PLC2）由兩個PLC之間的PC-LINK功能通過鏈接繼電器以及鏈接寄存器實(shí)現(xiàn)信息交換。當(dāng)傳感器（PLC2）檢測到物料信息時，通過通信功能，傳到PLC1中，PLC1對傳感器信息進(jìn)行存儲，當(dāng)機(jī)械手將物料下方后，小車準(zhǔn)確地將物料送到指

16、定倉位。（4） 倉滿保護(hù)設(shè)計(jì)當(dāng)某一倉物料滿時，小車將物料運(yùn)送到7號倉位，當(dāng)7號倉位滿時，小車將物料送到8號倉位，當(dāng)8號倉位滿時，系統(tǒng)停止。（5） 狀態(tài)反饋控制設(shè)計(jì)在材料分揀小系統(tǒng)中，物料在履帶上傳送過程中，通過編碼器記錄物料所在處的脈沖，以此將物料位置反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)通過比較物料當(dāng)前位置與目標(biāo)位的距離來控制物料的傳送速度。（6） 手動暫停設(shè)計(jì)按下暫停開關(guān)，小車停在當(dāng)前位置，機(jī)械手停止動作，履帶停止，等該暫停開關(guān)復(fù)位后，小車、機(jī)械手、履帶繼續(xù)原來的動作。第3章 電氣原理設(shè)計(jì)3.1 電氣系統(tǒng)的基本組成電氣系統(tǒng)地基本組成:TVT-2000G是一套融合實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)及綜合開發(fā)的新型培訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)工業(yè)元器

17、件，所有傳感器、執(zhí)行器接口開放，系統(tǒng)內(nèi)部含有網(wǎng)絡(luò)接口可組成PLC網(wǎng)絡(luò)，是包含PLC、傳感器、變頻器、變頻調(diào)速、步進(jìn)電機(jī)、氣動等技術(shù)的綜合應(yīng)用培訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖如下所示，主要由控制單元、材料分揀小系統(tǒng)、平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)、接口單元等組成?？刂茊卧呻娫茨K、2臺PLC組成。電源單元選用開關(guān)電源，主要作用是為系統(tǒng)提供直流24V的電源。系統(tǒng)選用2臺PLC主要是用于分別控制平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)和材料分揀小系統(tǒng)，然后通過PLC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)PLC之間的相互通訊，完成系統(tǒng)的統(tǒng)一動作。PLC之間的網(wǎng)絡(luò)根據(jù)PLC的機(jī)型特點(diǎn)，可分別選用PPI、PC-LINK、C-Net等網(wǎng)絡(luò)方式。材料分揀小系統(tǒng)由傳送帶、傳感器組、變

18、頻器、交流電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、井式出料塔、氣動推料機(jī)構(gòu)等組成。其中變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器、交流電機(jī)與PLC組成帶位置反饋的速度控制系統(tǒng)。傳感器組由電容傳感器、電感傳感器、顏色傳感器、光電傳感器組成，可以識別貨物的顏色、材質(zhì)、數(shù)量等屬性。平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器、氣動機(jī)械手、平面庫、直線導(dǎo)軌、氣動入庫機(jī)構(gòu)等組成。通過控制氣動入庫機(jī)構(gòu)在直線導(dǎo)軌上的位移，實(shí)現(xiàn)不同貨物進(jìn)入到不同的倉位。3.2 電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能物料分揀部分的輸入輸出可初步確定如表3.1表3.1物料分揀輸入輸出表輸入接口輸出接口X0旋轉(zhuǎn)編碼器SA相脈沖輸入Y0送料柱輸入接口輸出接口X1有貨檢測傳感器Y1變頻器啟動信號

19、X2復(fù)位輸出Y1變頻器PWM端X4推到位傳感器Y4計(jì)數(shù)器復(fù)位X5變頻器啟動信號Y5機(jī)械手夾緊X6貨到位傳感器Y6機(jī)械手升降X7停止+復(fù)位Y7機(jī)械手旋轉(zhuǎn)XC暫停停止鍵XD顏色傳感器XE電容傳感器XF電感傳感器將高速計(jì)數(shù)器的ch0設(shè)定為加計(jì)數(shù)器輸出（X0）、復(fù)位輸出（X2）其功能包括1.機(jī)械手動作貨到位和小車回到接貨位為觸發(fā)訊號。2.履帶在X5觸發(fā)和有貨情況下運(yùn)行輸出計(jì)數(shù)脈沖。3.送料柱以一定脈沖結(jié)隔觸發(fā)推貨經(jīng)計(jì)算以130-140個計(jì)數(shù)脈沖間隔為宜。4.緩存功能記憶物料電感、電容和顏色訊號并通過網(wǎng)絡(luò)通訊傳遞給倉儲系統(tǒng)。5.無貨時履帶停止。6.暫停功能。依據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能倉儲系統(tǒng)的輸入輸出初步定如表

20、3.2表3.2倉儲系統(tǒng)輸入輸出表輸入接口輸出接口X2起點(diǎn)位置Y0脈沖X4左行Y1方向X5右行Y5推料氣缸X61倉滿X72倉滿X83倉滿X94倉滿XA5倉滿XB6倉滿XC7倉滿XD8倉滿XE回原點(diǎn)XF示教X2為plc內(nèi)定的起點(diǎn)位置輸入端口不可改。高速計(jì)數(shù)器的ch0設(shè)為不講X0設(shè)為高速計(jì)數(shù)器。第4章 程序設(shè)計(jì)4.1 軟件完成的主要內(nèi)容(1) 系統(tǒng)上電復(fù)位功能：利用繼電器R9013（初始脈沖繼電器ON）和F171指令的組合實(shí)現(xiàn)開機(jī)自動返回原點(diǎn)的功能，當(dāng)小車碰到原點(diǎn)限位開關(guān)后，X2閉合，定時器開始定時，小車延時0.1秒返回接貨點(diǎn)。(2) 示教模塊的實(shí)現(xiàn)，定位及動作控制首先按下示教開關(guān)X0，啟動示教功能

21、，接著通過手動左、右行開關(guān)X4、X5控制小車運(yùn)動，確保小車能準(zhǔn)確定位倉庫位置，在這里采用F172指令實(shí)現(xiàn)小車的手動控制。將脈沖計(jì)數(shù)器DT90044中的脈沖數(shù)直接寫入到到保持寄存器中，實(shí)現(xiàn)接貨點(diǎn)位置的記錄。當(dāng)小車運(yùn)動到1號倉時，再讀DT90044中的脈沖數(shù)，存儲1號倉庫位置脈沖，到達(dá)8號倉庫時，按下開關(guān)進(jìn)行同樣操作。因?yàn)楦鱾€倉庫之間是等間距的，所以只示教首尾倉庫即可，其余倉庫位置采用計(jì)算的方法實(shí)現(xiàn)。先利用F27指令計(jì)算出首尾倉庫位置脈沖數(shù)的差值，然后用F32除法指令計(jì)算倉庫位置間距，再利用F22加法指令，依次計(jì)算出其余倉庫的位置。(3) 程序主流控制把貨物放入井式出料塔中，出料塔的下方有傳感器X

22、1，傳感器檢測到貨物后，按下啟動開關(guān)X5觸發(fā)變頻器啟動，同時觸發(fā)出料塔下方的推料柱，將其中一個貨物推到傳送帶上，三相異步電機(jī)在變頻器的控制下能夠?qū)崿F(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。在傳送帶的上方，有用于檢測貨物材質(zhì)、顏色的顏色傳感器、電容傳感器和電感傳感器。傳感器將信息記錄下來并傳給送貨小車，告訴小車該貨物屬于哪個倉庫。貨物到位后，位于機(jī)械手下方的貨到位傳感器動作。此時機(jī)械手完成對貨物的搬運(yùn)，且只有當(dāng)小車位于接貨位置時，機(jī)械手才能將貨物下放到小車上，否則，機(jī)械手將在接貨點(diǎn)的上方保持不動，同時變頻器停止工作，直到小車回到接貨點(diǎn)為止。當(dāng)機(jī)械手放下貨物時，小車開始運(yùn)動，同時機(jī)械手返回原位，觸發(fā)推料柱繼續(xù)送貨，小車則將貨

23、物送到相應(yīng)的倉庫門口，然后用氣缸將貨物推到倉庫中，停留0.5秒后，小車自動返回接貨點(diǎn)，等待下一貨物到來。當(dāng)其中某一倉庫貨滿時，整個系統(tǒng)停止動作，按下復(fù)位開關(guān)，系統(tǒng)又繼續(xù)運(yùn)行，運(yùn)送其余倉庫的貨物。(4) 外部控制功能用開關(guān)X0作為示教啟動信號， XF為示教演示開關(guān)。PLC2側(cè)的XC為系統(tǒng)暫停鍵,可以手動控制隨時暫停。4.2 程序設(shè)計(jì)技術(shù)依據(jù)松下PLC編程手冊、FP使用說明書以及PI原理、循環(huán)控制原理和順序控制原理進(jìn)行編程首先進(jìn)行運(yùn)動分解平面?zhèn)}儲系統(tǒng)和物料分揀系統(tǒng)的各個運(yùn)動分為履帶運(yùn)動，推料柱運(yùn)動，機(jī)械手運(yùn)動，小車運(yùn)動四個部分。而小車運(yùn)動又可以分為開機(jī)回原點(diǎn)運(yùn)動，示教運(yùn)動，指定倉運(yùn)動，推料運(yùn)動以及

24、推料后返回接貨位運(yùn)動。機(jī)械手運(yùn)動也可進(jìn)一步分解這里就不一一贅述了。根據(jù)系統(tǒng)對穩(wěn)快準(zhǔn)的要求可將其設(shè)計(jì)成閉環(huán)系統(tǒng)，保證穩(wěn)定性。4.3 程序設(shè)計(jì)說明4.3.1 材料分揀小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 氣動推桿控制氣動推桿的功能是將物料推出貨槽。本組設(shè)計(jì)使氣動推桿在履帶運(yùn)行后自動運(yùn)行（當(dāng)檢測道有貨信號）。利用編碼器記錄所走過的脈沖數(shù)，當(dāng)脈沖數(shù)為130并且貨槽有貨時，自動推桿，同時從X2輸出計(jì)數(shù)器清零信號到Y(jié)4（事先將高速計(jì)數(shù)器的CH0設(shè)為加計(jì)數(shù)器輸入X0，復(fù)位輸出X2）。貨槽內(nèi)的有貨傳感器X1可以檢測貨槽是否有貨，推到位傳感器X4可以檢測氣動推桿是否把貨物推到位。本實(shí)驗(yàn)中利用PLC2的Y0控制推桿動作。每一次的推桿

25、動作只有當(dāng)推到位后才縮回，防止連續(xù)推貨的故障。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到180而沒有貨是氣動推桿不再推貨。（2） 高速段閉環(huán)控制高速段的閉環(huán)控制，其目的在于控制物料在接近控制點(diǎn)前減速運(yùn)行，精確控制物料到達(dá)指定的位置。由于變頻器自身有加減速時間，并且考慮到履帶的打滑問題，為了精確控制物料到指定位置，本小組在高速段對其進(jìn)行閉環(huán)控制，使履帶能精確地在脈沖數(shù)為100時，其速度減至占空比40%。推貨出槽時占空比加速到90%，這時暫時變頻器加速時間忽略，因?yàn)椴⒉挥绊懶≤嚨募铀龠^程，利用函數(shù)V=5X+400，X為當(dāng)前位置距脈沖100位置的脈沖之差，即在整個高速過程中脈沖之差從100減少至零，V從900減小至400，以此來

26、精確到位。也就是說在高速段履帶的運(yùn)行過程中有一個減速過程。其中，每隔0.2s位置信息轉(zhuǎn)換成速度信息，利用了R901B，即周期為0.2s的時鐘脈沖。其運(yùn)行曲線如圖4.1所示。同時，不管哪個時候，只有物料到達(dá)“貨到位”位置，履帶停止運(yùn)行。平穩(wěn)運(yùn)行速度低速運(yùn)行接近點(diǎn)tv圖4.1（3） 貨物分揀控制貨物分揀的主要功能是通過傳感器檢測不同的物料，將物料信息給運(yùn)貨小車系統(tǒng)，以此將物料分類歸倉。實(shí)驗(yàn)臺提供了六種材質(zhì)顏色各不相同的模擬貨物，為了將這六種不同的貨物完全分開，實(shí)驗(yàn)臺還提供了三種用于區(qū)分不同材質(zhì)貨物的傳感器，即顏色傳感器、電容傳感器、電感傳感器，根據(jù)不同的邏輯組合可以將八種貨物全部分開。對于本實(shí)驗(yàn)的

27、六種貨物，通過實(shí)驗(yàn)中的傳感器檢測，可以得出表4.1。表4.1 物料的檢測信息顏色傳感器電容傳感器電感傳感器黃色塑料貨物（A）黃色鐵質(zhì)貨物（B）黃色鋁質(zhì)貨物（C）藍(lán)色塑料貨物（D）藍(lán)色鋁質(zhì)貨物（E）藍(lán)色鐵質(zhì)貨物（F）由上表可以看出，每個物料的特征是不同的，因此可以分類放入6個倉庫。本小組針對于這一方面的設(shè)計(jì)為：當(dāng)物料1通過三個傳感器，此時該物料的檢測信息通過PLC間的通信從PLC2傳到PLC1，并存儲在繼電器L60、L61、L62（置位set存儲）。當(dāng)履帶運(yùn)行到達(dá)脈沖數(shù)為140的位置時，將L60、L61、L62的存儲信息轉(zhuǎn)存到L90、L91、L92，該位置同時觸發(fā)氣動推桿動作，當(dāng)氣動推桿推到位，

28、繼電器L60、L61、L62復(fù)位，物料2在履帶上運(yùn)動（因?yàn)闅鈩油茥U從觸發(fā)到“推到位”之間有個推的時間，故可以實(shí)現(xiàn)這個過程）。當(dāng)物料1到“貨到位”位置，L90、L91、L92的存儲信息轉(zhuǎn)移至L80、L81、L82，觸發(fā)之后的一系列動作，而L90、L91、L92延遲后復(fù)位。輸入與輸出對于材料分揀小系統(tǒng)，其輸入信號為：推到位信號X4其輸出信號為：1.傳感器信息L10、L11、L122.貨到位信號L493.脈沖140位置L154.暫停L38（4） 機(jī)械手控制機(jī)械手的功能主要在于將物料從履帶轉(zhuǎn)移到運(yùn)貨小車上。機(jī)械手的控制受到“貨到位”傳感器及小車是否回到“接貨位”的影響。機(jī)械手的動作包括：下降、夾取、上

29、升、旋轉(zhuǎn)、下降、放開、上升、旋轉(zhuǎn)、停止，有些動作可以同時進(jìn)行，如上升和旋轉(zhuǎn)的動作，這樣可以提高機(jī)械手的效率。但考慮到時序法相對于順序法更加精煉所以在時序控制中都是分開進(jìn)行的。機(jī)械手的整個動作是利用延時來銜接的，即動作1延時觸發(fā)動作2，其延時時間需要充分考慮氣壓傳動的時間，通過合理調(diào)整定時器時間，使機(jī)械手動作流暢。當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到接貨位時，通過判斷小車是否回到接貨位，來決定是否執(zhí)行“下放”動作。如果小車還沒有回到接貨位，則機(jī)械手夾持物料等待，直到小車回到接貨位，機(jī)械手下放物料，之后機(jī)械手復(fù)位，等待下一個物料的到來。同時，考慮到倉滿報(bào)警時履帶繼續(xù)運(yùn)行，機(jī)械手繼續(xù)夾持物料，本小組利用“貨到位”傳感器控

30、制開關(guān)X6，X6通過定時器不斷觸發(fā)一個繼電器R55（使R55處于ON、OFF、ON），即R55不斷傳遞信號給機(jī)械手，防止出現(xiàn)貨到位后機(jī)械手不下降的故障。輸入與輸出對于機(jī)械手，輸入信號為：1.貨到位X62.小車回到接貨位L63.暫停XC（5） 變頻器設(shè)置變頻器的主要功能是通過改變頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，以此來改變履帶運(yùn)行速度。同時變頻器控制電機(jī)的啟停。本小組通過參閱實(shí)驗(yàn)臺說明中的2000G 機(jī)電氣一體化說明書(松下），熟悉了VF0型變頻器的接線方式。對變頻器的設(shè)置：P08設(shè)置5，P09設(shè)置0，P15設(shè)置150。將PLC2中的Y1接變頻器的5端子，將PLC2的Y1接入變頻器的9端子。同時，單獨(dú)設(shè)置一個

31、開關(guān)接到8端子上，主要用于特殊情況下手動控制變頻器頻率。通過控制PWM信號的占空比來進(jìn)行頻率控制，以此完成履帶的變速過程。本設(shè)計(jì)中PWM信號是從Y3輸出，所以程序中的F173指令中的n為k2。（同一高速端口脈沖計(jì)數(shù)器和PWM功能不能同時使用），F(xiàn)173的控制命令中使用K13，即頻率1KHz，周期為1ms，占空比為K0到K999（0.0%99.9%）。（6） 履帶運(yùn)行狀態(tài)控制履帶的運(yùn)行狀態(tài)主要是是加減速的過程控制。其目的是實(shí)現(xiàn)：推貨時，履帶低速運(yùn)行，保證推貨到位；物料運(yùn)送過程中高速運(yùn)行；在接近控制點(diǎn)前減速；到位后停止。實(shí)驗(yàn)初期，編碼器的SA端會不斷的向外輸出脈沖，通過X0端口PLC2中的高速計(jì)數(shù)

32、器會不斷的記錄SA發(fā)出的脈沖數(shù)，記錄的數(shù)值存儲在特殊寄存器DT90044中。通過實(shí)驗(yàn)，本小組發(fā)現(xiàn)，從貨物被推出到“貨到位”位置，大約經(jīng)歷140個脈沖數(shù)，為了能在高速段更好運(yùn)行，本小組設(shè)置高速段的脈沖數(shù)為0-100，而低速段的脈沖數(shù)從100-140，在脈沖數(shù)為130時，用于觸發(fā)氣動推桿動作，當(dāng)氣動推桿推到位后X2使DT90044清零，進(jìn)入下一個循環(huán)。同時，在物料到達(dá)“貨到位”位置時，為了便于機(jī)械手動作及防治“堵塞”現(xiàn)象，履帶停止運(yùn)行。4.3.2平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（7） 上電復(fù)位及初始化控制上電時可以小車自動返回原點(diǎn)，計(jì)數(shù)器清零。本小組利用F171指令對小車進(jìn)行上電返回原點(diǎn)控制，設(shè)置H1126使小

33、車上電后不管在任何位置（極限位置除外），都能向原點(diǎn)方向移動，到原點(diǎn)位置后，小車停止，計(jì)數(shù)器DT90044清零，原點(diǎn)位置即為脈沖零點(diǎn)，定為坐標(biāo)原點(diǎn)。同時，必須注意，原點(diǎn)位置的開關(guān)需要連接X2或者X5，否則無法實(shí)現(xiàn)在原點(diǎn)位置停止。繼電器R9013是程序運(yùn)行后第一個掃描周期為ON，之后都為OFF，這樣可以很好地控制小車在開機(jī)時返回原點(diǎn)，其他時間無自動回原點(diǎn)現(xiàn)象。同時PLC的home指令可以很好的得到實(shí)現(xiàn)?；卦c(diǎn)后可是小車返回預(yù)先存入的接貨位。（8） 示教控制PLC1中高速計(jì)數(shù)器的脈沖控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動小車的運(yùn)行。示教的目的在于讓PLC存儲特定的脈沖，即存儲特定的位置信息。利用左行開關(guān)X4和右

34、行開關(guān)X5，可以手動控制小車左右移動，精確地定位倉位。根據(jù)DT90044中的脈沖數(shù)可以確定接貨位、1倉位、8倉位距離原點(diǎn)所需要行走的脈沖數(shù)而其他倉位可通過計(jì)算得出?？梢杂涗浗迂浳?、1倉位、8倉位，這三個倉位存儲在斷電保存寄存器DT32730、DT32732、DT32736中，這樣就不需要每次都示教。將1倉位，8倉位和接貨位的位置事先求出并寫入寄存器中從而實(shí)現(xiàn)自動示教，節(jié)省了前期準(zhǔn)備工作。小車左行是利用JOG指令（即F172）中的H1113進(jìn)行控制，小車右行通過JOG指令中的H1122進(jìn)行控制，為了提高定位的精確性，速度不宜過大。（9） 小車運(yùn)行至指定倉位控制邏輯過程是：小車處于接貨位，機(jī)械手下

35、放物料，之后小車運(yùn)行到指定倉位。在機(jī)械手下放物料前，物料的傳感器信息已經(jīng)在程序中確定（即是什么物料），該信息存儲在寄存器DT10，機(jī)械手的下放動作給小車信號，通過適當(dāng)?shù)难訒r控制，觸發(fā)小車運(yùn)行，整個動作流暢運(yùn)作。第一次運(yùn)行時該信息會從DT10傳入DT20,之后從DT20傳入DT30。小車運(yùn)行的指令主要是使用F171指令，通過設(shè)置H1113，初始速度800Hz，最高速度3000Hz，加速時間200ms，脈沖數(shù)為DT480，DT480存儲著當(dāng)前指定位置的脈沖信息，對于不同的物料，在不同的運(yùn)送過程中DT480存儲的脈沖是不同的，這是通過傳感器檢測物料來控制的。（10） 小車推料入倉控制這一過程是：小車

36、運(yùn)行到指定倉位后，氣壓推料。當(dāng)小車運(yùn)送物料到達(dá)指定倉位，此時的DT90044和DT30相等，觸發(fā)小車推料Y5，小車推料后通過適當(dāng)?shù)难訒r使推桿復(fù)位，停留適當(dāng)?shù)臅r間后回到接貨位。為了保證及時推料，本小組還利用了R9013繼電器對其進(jìn)行控制，防止沒必要的誤差產(chǎn)生（R9013是在小車運(yùn)行時觸發(fā)，小車停止時關(guān)閉）。其中延時時間的適當(dāng)選擇主要考慮到了節(jié)約時間、提高效率和保證整個動作的流暢性等方面。（11） 小車返回接貨位控制小車返回接貨位主要出現(xiàn)在兩種情況：示教完成后的第一次回接貨位等待接貨和從指定倉位返回接貨位。對于第一種情況，本小組利用演示開關(guān)控制來使處于原點(diǎn)位置的小車回接貨位等待接貨。其指令主要是F

37、171指令，設(shè)置H1126，初始速度1000Hz，最高速度3000Hz，加速時間200ms，脈沖數(shù)為接貨位相對于原點(diǎn)的脈沖數(shù)（絕對位置），存儲在DT100中。對于第二種情況，當(dāng)小車推料完成后，通過適當(dāng)?shù)难訒r控制來觸發(fā)F171指令，其中F171的設(shè)置為H1113，初始速度1000Hz，最高速度3000Hz，加速時間200ms，脈沖數(shù)同樣是接貨位相對于原點(diǎn)的脈沖數(shù)（絕對位置），存儲在DT30中。輸入與輸出對于平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)，輸入信號為：1.示教開關(guān)XF，左行X4，右行X5 2.演示開關(guān)XF3.傳感器信息L10、L11、L12 4.貨到位L495.暫停L38輸出信號為：小車回到接貨位L64.3.3

38、PLC通信控制本次設(shè)計(jì)主要使用了PC-LINK方式，通過使用PLC系統(tǒng)的鏈接繼電器來實(shí)現(xiàn)兩個PLC間的通信。PC-LINK功能不是默認(rèn)設(shè)置，需要進(jìn)行手動設(shè)置，分別對兩個PLC系統(tǒng)寄存器進(jìn)行設(shè)置，分配站點(diǎn)1和2，其中倉儲系統(tǒng)設(shè)為1而物料分揀系統(tǒng)設(shè)為2。設(shè)置相應(yīng)的通信模式以及發(fā)送區(qū)間，既可實(shí)現(xiàn)兩個PLC的通信。例如，PLC1，PLC2分別設(shè)為站1、站2，在PLC1中控制L1，那么當(dāng)PLC1中的L1觸發(fā)時，PLC2的L1也同時觸發(fā)，可以通過PLC2中L1來控制其他的繼電器，以實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。應(yīng)注意的是PLC1由于分配了站點(diǎn)1所以只能使用L0-LF的觸發(fā)器，而PLC2則可使用除L0-LF以外的觸發(fā)

39、器。4.3.4 倉滿報(bào)警及保護(hù)控制倉滿時，通過檢測倉滿開關(guān)是否閉合，以控制倉滿報(bào)警信號Y6是否處于ON狀態(tài)。如果小車要運(yùn)動到指定倉發(fā)出倉滿報(bào)警則會通過倉滿信號的輸入端傳入PLC1使小車運(yùn)動到7倉。而當(dāng)7倉倉滿是小車則會運(yùn)行至8倉。當(dāng)8倉倉滿時系統(tǒng)暫停直至8倉恢復(fù)后系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。在設(shè)計(jì)小車運(yùn)動到指定倉的plc程序時可使用持續(xù)傳入的語句，使當(dāng)小車確定目標(biāo)并運(yùn)行后的到目標(biāo)倉倉滿訊號時可改變目標(biāo)倉運(yùn)行到7倉或8倉，從而有效的提高系統(tǒng)的安全性。4.3.5 暫?？刂茣和Ｊ菫榱藢?shí)現(xiàn)履帶、小車、機(jī)械手同時停止動作，當(dāng)恢復(fù)后，履帶、小車、機(jī)械手能夠繼續(xù)進(jìn)行之前的動作，實(shí)質(zhì)是一個中斷的過程。當(dāng)暫停開關(guān)XC觸發(fā)，首

40、先是對于履帶的暫停，通過控制變頻器啟動信號Y1的停止，來實(shí)現(xiàn)履帶停止運(yùn)行，當(dāng)恢復(fù)后，變頻器啟動信號Y1重新啟動，使履帶繼續(xù)之前的動作。其次是對于機(jī)械手的暫停，在程序中，給機(jī)械手的每個動作的<SET>及<RSET>前都加上XC開關(guān)，同時機(jī)械手的整個動作是氣壓傳動過程，當(dāng)暫停開關(guān)XC觸發(fā)，機(jī)械手只能執(zhí)行完當(dāng)前動作才能停止，并且，這并不影響暫停功能的實(shí)現(xiàn)。最后是對于小車的暫停，通過改變高速計(jì)數(shù)器控制字DT90052，停止脈沖輸出，即可實(shí)現(xiàn)在任意位置停止，通過恢復(fù)脈沖輸出，即可繼續(xù)之前動作。當(dāng)XC觸發(fā)后通過控制L38來使H8傳入DT90052中實(shí)現(xiàn)暫停，而后XC恢復(fù)后L38使H

41、0傳入DT90052中即可繼續(xù)之前動作。系統(tǒng)流程圖如圖4.2變頻器啟動開始示教小車到接貨位演示小車返回原點(diǎn)定位接貨位、1倉和8倉并存儲小車動作推料是有貨圖4.2否小車到接貨位傳送帶、小車、機(jī)械手繼續(xù)之前動作恢復(fù)傳送帶、小車、機(jī)械手停止暫停物料“貨到位”，履帶暫停物料到脈沖130機(jī)械手動作經(jīng)電感、電容和顏色檢測并傳入PLC1履帶運(yùn)行送料柱推料否否否是是是是結(jié)束8倉倉滿7倉倉滿指定倉倉滿機(jī)械手下放物料第5章 結(jié)論5.1 設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過了長達(dá)三周的機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，本小組完成了物流分揀及其倉儲控制的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了其基本功能，其中包括平面?zhèn)}儲小系統(tǒng)、材料分揀小系統(tǒng)、PLC通信、倉滿報(bào)警及暫停、機(jī)械手控制。但是，在小車啟動后指定倉倉滿從而改變目標(biāo)倉這一功能未能實(shí)現(xiàn)。但是實(shí)現(xiàn)了自動示教的創(chuàng)新。在本次課程設(shè)計(jì)中，初步了解到：構(gòu)建基于參考脈沖控制的運(yùn)動伺服控制系統(tǒng)，PLC高速脈沖輸出功能的使用，PLC-PLC間的通信方法，基于編碼器的速度、JOG位置控制，斷電保持型寄存器存儲倉位脈沖信息，不同物料的相