基于PLC控制的小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)

1、XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 任務(wù)書(shū) 課題名稱(chēng) 基于 S7-200 PLC控制的小型自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)學(xué) 院 電氣信息學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化 084班姓 名 XX學(xué) 號(hào) 089064444畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 的主要內(nèi)容及要求 :(1了解自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成及基本功能,熟悉 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步 驟。(2結(jié)合相關(guān)資料設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖; 本課題所設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)具有 以下功能 :1、堆垛機(jī)(機(jī)械手要有三個(gè)自由度,即:前進(jìn)、后退;上、下;左、右2、堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)3、堆垛機(jī)前進(jìn)(或后退運(yùn)動(dòng)和上(或下運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行4、堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù)5、每個(gè)倉(cāng)位必須有檢

2、測(cè)裝置(微動(dòng)開(kāi)關(guān) ,當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào)6、當(dāng)按完倉(cāng)位號(hào)后,沒(méi)按入或取前,可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作7、整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕,以防發(fā)生意外起止時(shí)間:2012 年 2 月 21 日至 2012 年 6 月 5 日共 15 周指 導(dǎo) 教 師 簽 字 系 主 任簽 字院 長(zhǎng) 簽 字XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 摘要自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個(gè)重要組成部分 , 是一種多層存 放貨物的高架倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng), 由自動(dòng)控制與管理系統(tǒng)、 高位貨架、 巷道堆垛機(jī)、 自動(dòng)入庫(kù)、 自動(dòng)出庫(kù)、 計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。 它具有節(jié)約用地、 減輕勞動(dòng) 強(qiáng)度、消除差錯(cuò)

3、、提高倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化水平及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低 儲(chǔ)運(yùn)損耗、 有效地減少流動(dòng)資金的積壓、 提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。 如今我國(guó)國(guó)民經(jīng) 濟(jì)的飛速發(fā)展 , 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)必然會(huì)在各行各業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本課題的電氣控制主要由西門(mén)子公司的 PLC 、 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、 直 流電動(dòng)機(jī)等器件組成。本文首先對(duì)本課題進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹,包括背景,研究意義,現(xiàn) 狀等;其次對(duì)該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了闡述和分析;再次對(duì)本系統(tǒng)用到 的器件分別進(jìn)行介紹,重點(diǎn)對(duì) PLC 程序進(jìn)行了編寫(xiě);最后對(duì)設(shè)計(jì)本課題所學(xué)到的知 識(shí)進(jìn)行歸納和總結(jié)。關(guān)鍵字 :立體倉(cāng)庫(kù) 可編程控制器(PLC 西門(mén)子

4、S7-200XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 AbstractThe automated warehouse is one of the important parts in modern logistics. It's a multi-layer overhead warehouse system to store goods. By the automatic control and management system, high shelf, roadway stacker, automatic storage, automatic library, computer c

5、ontrol systems, and other auxiliary equipment, it has a land conservation, and reduce labor intensity and eliminate errors, improve the level of warehouse automation and management level, to improve the quality of management and operations staff, reduce outages, and effective in reducing the backlog

6、 of liquidity and improve logistics efficiency and many other advantages. Today, with the rapid development of China's national economy, the automated warehouse will inevitably application in all walks of life.The subject is mainly made of Siemens PLC, stepper motor drives, stepper motors, direc

7、t current motor other devices. First, a brief introduction to the topic, including background, significance, status; Second, the system hardware, the structure, principles are described and analyzed; Third, the devices that are used in this system were introduced, focusing on the preparation of PLC

8、program; Finally, the knowledge learned and conclusions on the topic are summarized.Keywords : Stereoscopic warehouse Programmable controller Siemens S7-200XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 目 錄第 1章 緒論 . 1 1.1 本課題設(shè)計(jì)的背景 . 1 1.2 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 . 1 1.3 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 . 2 1.4 小結(jié) . 2 第 2章 . 系統(tǒng)控制方案的確定 . 3 2.1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的簡(jiǎn)介 . 3 2.2

9、立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的功能 . 3 2.3 采用 PLC 控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) . 5 2.4 立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)參數(shù)的確定 . 5 2.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 . 5 2.6 小結(jié) . 6 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . . 7 3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 7 3.2可編程控制器的選型 . 7 3.2.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) . 7 3.2.2可編程控制器(PLC 的特點(diǎn) . 8 3.2.3控制功能的選擇 . 8 3.2.4 PLC 機(jī)型的選擇 . 8 3.3步進(jìn)電機(jī)的選擇 . 9 3.3.1步進(jìn)電機(jī)的介紹 . 9 3.3.2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) . 10 3.3.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理 . 10 3.3.4步進(jìn)電機(jī)

10、的控制 . 12 3.3.5步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) . 14 3.3.6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成 . 14 3.3.7步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算 . 15 3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇 . 17 3.5傳感器的選擇 . 19 3.6微動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇 . 20 3.7并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 . 20 3.8 PLC輸入輸出分配表 . 21 3.9 電氣原理圖的設(shè)計(jì) . 22 3.10 小結(jié) . 22 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . . 23 4.1編程語(yǔ)言的介紹 . 23 4.2系統(tǒng)流程圖 . 24 4.3主要程序的設(shè)計(jì) . 25 4.4小結(jié) . 30XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 結(jié)論 . 31致謝 . 3

11、2參考文獻(xiàn) . 33附錄 A 梯形圖設(shè)計(jì) . 34XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 第 1章 緒論1.1本課題設(shè)計(jì)的背景立體倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。 50年代 初,美國(guó)出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù); 50年代末 60年代初出現(xiàn)了司機(jī)操 作的巷道式堆垛起重機(jī)立體倉(cāng)庫(kù); 1963年美國(guó)率先在高架倉(cāng)庫(kù)中采用計(jì)算機(jī)控制技 術(shù), 建立了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉(cāng)庫(kù)。 此后, 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在美國(guó)和歐洲得到 迅速發(fā)展,并形成了專(zhuān)門(mén)的學(xué)科。 60年代中期,日本開(kāi)始興建立體倉(cāng)庫(kù),并且發(fā)展 速度越來(lái)越快,成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)最多的國(guó)家之一。我國(guó)對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)

12、及其物料搬運(yùn)設(shè)備的研制開(kāi)始并不晚, 1963年研制成第一臺(tái)橋 式堆垛起重機(jī)(機(jī)械部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所 , 1973年開(kāi)始研制我國(guó)第一座由計(jì) 算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù) (高 15米, 機(jī)械部起重所負(fù)責(zé) , 該庫(kù) 1980年投入運(yùn)行。 到 2003年為止,我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)數(shù)量已超過(guò) 200座。立體倉(cāng)庫(kù)由于具有很高的 空間利用率、 很強(qiáng)的入出庫(kù)能力、 采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管 理等特點(diǎn), 已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù), 越來(lái)越受到企業(yè)的重視。 本論文主要是基于 PLC 所設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)電氣控制系統(tǒng)。下面簡(jiǎn)單闡述 PLC 的 發(fā)展背景。 1968年美國(guó)最大的汽車(chē)

13、制造商通用汽車(chē)公司為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)不斷更新, 提出把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器 -接觸器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn) 單易懂、 操作方便、 價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到一起, 做成了一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控 制裝置, 并把其編程方法及程序輸入方法簡(jiǎn)化, 使不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能夠快速掌 握其使用技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想,美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司于 1969年率先研制出第一臺(tái)可編 程控制器 (簡(jiǎn)稱(chēng) PLC ,并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得成功。由于 PLC 的可靠性高,操作簡(jiǎn)單,可以大大減少設(shè)備的維修和停產(chǎn)所造成的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前 PLC 已經(jīng)成為了電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心 控制裝置。 19

14、85 年國(guó)際 電工委員會(huì)(IEC 對(duì) PLC 的定義如下:“ 可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子 系統(tǒng), 是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器, 它采用了可以編程的存儲(chǔ)器, 用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令, 并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出,控制各種類(lèi)型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程 1。 ” 因此,進(jìn)行 立體倉(cāng)庫(kù)的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),可以推動(dòng)機(jī)械手行業(yè)的發(fā)展,擴(kuò)大 PLC 在自動(dòng)控 制領(lǐng)域的應(yīng)用,具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。1.2 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)用西門(mén)子 S7-200系列的控制器作為控制核心,實(shí)現(xiàn)一個(gè)十二倉(cāng)位的立體 倉(cāng)庫(kù)的入庫(kù)出庫(kù)功能。 立體倉(cāng)

15、庫(kù)主體有底盤(pán)、 四層十二倉(cāng)位庫(kù)體、 運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控 制等四部分組成。電氣控制部分由西門(mén)子生產(chǎn)的 S7-200型的可編程控制器、步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)、各種位置電磁傳感器和一些低壓電器元件組成。 S7-200型可編程控制器作XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 為控制核心, 采集輸入端口信號(hào)后完成各種邏輯控制和數(shù)據(jù)的運(yùn)算, 然后通過(guò)輸出端 口完成電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和各種信號(hào)的現(xiàn)實(shí)。該系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式, 通過(guò)鍵盤(pán)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。1.3 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在各行各業(yè)得到而來(lái)廣泛的應(yīng)用,進(jìn)行 PLC 立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)對(duì) 于節(jié)約土地資源, 節(jié)省勞動(dòng)力方面都有著不可代替的作用

16、。 PLC 作為工業(yè)自動(dòng)化三大 支柱的重要一部分, 因?yàn)槠淇煽啃愿摺?抗干擾能力強(qiáng)、 設(shè)計(jì)安裝容易等特點(diǎn)而被廣泛 的應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域。 PLC 控制系統(tǒng)可以很好的完成立體倉(cāng)庫(kù)的控制有助 于其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此,進(jìn)行立體倉(cāng)庫(kù)的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),可以推動(dòng)機(jī)械手行 業(yè)的發(fā)展,擴(kuò)大 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用,具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。1.4 小結(jié)本章以課題設(shè)計(jì)為中心,分別介紹了課題設(shè)計(jì)的背景、內(nèi)容、目的和意義。立體 倉(cāng)庫(kù)發(fā)展速度越來(lái)越快,采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理而利于企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化管理等特 點(diǎn),已成為企業(yè)物流和生產(chǎn)管理不可缺少的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù),越來(lái)越受到企業(yè)的重視。 PLC 憑借著其

17、可靠性高、 抗干擾能力強(qiáng)、 使用方便、 設(shè)計(jì)安裝容易等特點(diǎn)能很好的完成立 體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 第 2章 . 系統(tǒng)控制方案的確定2.1自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的簡(jiǎn)介自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是機(jī)械和電氣、 強(qiáng)電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。 它主要由貨 物儲(chǔ)存系統(tǒng)、 貨物存取和傳送系統(tǒng)、 控制和管理等三大系統(tǒng)所組成。 貨物存儲(chǔ)系統(tǒng)由 立體貨架的貨格 (托盤(pán)或貨箱 組成, 貨架按照排、 列、 層組合而成立體倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存系統(tǒng); 貨物存取和傳送系統(tǒng)承擔(dān)貨物存取、 出入倉(cāng)庫(kù)的功能, 它由有軌或無(wú)軌堆垛機(jī)、 出入 庫(kù)輸送機(jī)、 裝卸機(jī)械等組成; 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)視情況不同采取不同的控制方式:有

18、的 倉(cāng)庫(kù)只采取對(duì)存取堆垛機(jī)、出入庫(kù)輸送機(jī)的單臺(tái) PLC 控制,機(jī)與機(jī)無(wú)聯(lián)系;有的倉(cāng) 庫(kù)對(duì)各單臺(tái)機(jī)械進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制。 更高級(jí)的自動(dòng)化立 體倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)采用集中控制、 分離式控制和分布式控制, 即由管理計(jì)算機(jī)、 中央控制計(jì)算機(jī)和堆垛機(jī)、 出入庫(kù)輸送 等直接控制的可編程序控制器組成控制系統(tǒng)。2.2 立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的功能 承承承承承承承承承承承承承承承承承承承承PLC承承承承承承承承承承圖 2-1 立體倉(cāng)庫(kù)模型圖XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 在此設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)需要滿(mǎn)足一下功能:(1堆垛機(jī)(機(jī)械手要有三個(gè)自由度,即:前進(jìn)、后退;上、下;左、右;(2堆垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng);(3堆垛機(jī)前進(jìn)(或

19、后退運(yùn)動(dòng)和上(或下運(yùn)動(dòng)可同時(shí)進(jìn)行;(4堆垛機(jī)前進(jìn)、后退和上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)必須有超限位保護(hù);(5每個(gè)倉(cāng)位必須有檢測(cè)裝置(微動(dòng)開(kāi)關(guān) ,當(dāng)操作有誤時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào);(6當(dāng)按完倉(cāng)位號(hào)后,沒(méi)按入或取前,可以按取消鍵進(jìn)行取消該操作。(7整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕,以防發(fā)生意外。系統(tǒng)控制面板如下圖 2-2所示:123取消456711981012送進(jìn)取出就緒自動(dòng)手動(dòng)倉(cāng)位號(hào)顯示運(yùn)行狀態(tài)顯示功能選擇開(kāi)關(guān) 小鍵盤(pán)取送急停圖 2-2 控制面板因此本課題設(shè)計(jì)的具體控制功能如下:(1將選擇開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置,通電狀態(tài)下,各機(jī)構(gòu)復(fù)位,即返回零位。立體 倉(cāng)庫(kù)坐標(biāo)定位以零位開(kāi)始。(2當(dāng)送貨的時(shí)候,選擇欲送貨物的倉(cāng)位號(hào),按動(dòng)倉(cāng)

20、位號(hào)對(duì)應(yīng)的按鈕,控制面 板數(shù)碼管顯示倉(cāng)位號(hào)。按送貨按鈕后,貨物自動(dòng)送入指定的倉(cāng)位號(hào)對(duì)應(yīng)的倉(cāng)庫(kù)位里。 若被指定的倉(cāng)位號(hào)里有貨物, 則送貨命令不被執(zhí)行。 送貨完成后, 小車(chē)自動(dòng)返回原來(lái) 的位置。(3當(dāng)取貨的時(shí)候,選擇欲取貨物的倉(cāng)位號(hào)后,按動(dòng)取貨按鈕后,在控制面板 的數(shù)碼管里顯示出來(lái), 堆垛機(jī)可以自動(dòng)將貨物取出。 如果小車(chē)?yán)镉胸浳? 則取貨命令 不被執(zhí)行。XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 (4取貨和送貨指令完成后,機(jī)構(gòu)自動(dòng)返回原來(lái)位置。(5 整個(gè)電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕,以防發(fā)生意外。2.3 采用 PLC 控制立體倉(cāng)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)PLC 的應(yīng)用非常廣泛,按 PLC 編程功能可分為 4 大類(lèi) 2

21、:開(kāi)關(guān)量順序控制、通 信功能、 模擬量控制、 運(yùn)動(dòng)控制。 PLC 的應(yīng)用大大提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 適用性、 并且降低了系統(tǒng)成本。其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,更改容易,施工周期短;系統(tǒng)維護(hù)容易。自 動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù), 少不了自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng), 只有使用強(qiáng)大的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)才能使得 倉(cāng)庫(kù)管理和業(yè)務(wù)流程上一個(gè)臺(tái)階,才能將先進(jìn)的硬件設(shè)備發(fā)揮作用、 產(chǎn)生效益,針 對(duì)這一倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng),我選擇了 PLC 。選擇 PLC 是因?yàn)樗姆€(wěn)定性比單純的使用單 片機(jī)要穩(wěn)定的多,所能實(shí)現(xiàn)的功能也強(qiáng)大的多?？偟膩?lái)看,基于 PLC 的自動(dòng)化立體 倉(cāng)庫(kù)可以總結(jié)為如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):低成本、 范圍廣、 高速、 便捷、 永遠(yuǎn)在線、 結(jié)構(gòu)靈活、 數(shù)

22、字化等。2.4立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)參數(shù)的確定 2.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟在立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要要考慮以下幾點(diǎn):(1深入了解和分析立體倉(cāng)庫(kù)的工藝條件和控制要求。(2確定 I/O設(shè)備。根據(jù)立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)的功能要求,確定系統(tǒng)所需的用戶(hù) 輸入、輸出設(shè)備。(3根據(jù) I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 類(lèi)型。(4分配 I/O點(diǎn),分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn),編制出輸入輸出分配表或者輸入輸 出端子的接線圖。(5設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的梯形圖程序,根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖 程序,這是整個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 (6將程序輸入 PLC 進(jìn)行軟件測(cè)試,查找錯(cuò)誤,使系統(tǒng)

23、程序更加完善。(7立體倉(cāng)庫(kù)整體調(diào)試,在 PLC 軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后,就可以進(jìn)行整 個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試,調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要逐一排除,直至調(diào)試成功。立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟,如圖 2-4所示: 圖 2-4 課題設(shè)計(jì)步驟2.6小結(jié)本章圍繞系統(tǒng)方案的確定, 首先對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。 自動(dòng)化立 體倉(cāng)庫(kù)是機(jī)械和電氣、 強(qiáng)電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)品。 主要由貨物儲(chǔ)存系統(tǒng)、 貨 物存取和傳送系統(tǒng)、 控制和管理等三大系統(tǒng)所組成。 其次闡述了本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)化 立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的功能與總體的控制步驟。第三節(jié)講述了 PLC 的優(yōu)點(diǎn)和選擇 PLC 進(jìn)行 控制的原因。 最后確定了立體倉(cāng)庫(kù)的具體

24、參數(shù), 并詳細(xì)介紹了本課題設(shè)計(jì)的基本步驟。XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)采用的是運(yùn)用 PLC 控制系統(tǒng)來(lái)控制立體倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)動(dòng) . 這種設(shè)計(jì)的優(yōu) 點(diǎn)是能快速的對(duì)輸入信號(hào)做出反應(yīng)控制立體倉(cāng)庫(kù) , 而且檢修起來(lái)較為方便?？刂葡到y(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖如下圖 3-1 所示。PLC圖 3-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2可編程控制器的選型3.2.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)由輸入 /輸出模塊、中央處理單元、電源部件和編 程器 等組成。 PLC 與計(jì)算機(jī)的基本組成一致,它實(shí)際上就是一種工業(yè)控制計(jì)算器 3。 (1 輸入 /輸出模塊在 PLC 中,

25、CPU 是通過(guò)輸入 /輸出模塊與外界連接的。 輸入 模塊用于將控制現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)變換成 CPU 能接收的信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行濾波、電平轉(zhuǎn) 換、隔離和放大等;輸出模塊用于將 CPU 的決策輸出信號(hào)變換成驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的控制信號(hào),并對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大、隔離 PLC 內(nèi)部和外部執(zhí)行元件等。 (2中央處理單元XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 (3電源部件中央處理器單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)程序存儲(chǔ) 器。微處理器 CPU 是 PLC 的核心部件。電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝 置,它向 PLC 提供所需的高質(zhì)量直流電源。3.2.2可編程控制器(PLC 的特點(diǎn)(1可靠性高,

26、抗干擾強(qiáng)。(2功能強(qiáng)大,性?xún)r(jià)比高。(3編程簡(jiǎn)易,現(xiàn)場(chǎng)可修改。(4配套齊全,使用方便。(5壽命長(zhǎng),體積小,能耗低。(6系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少,維修方便。3.2.3控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等 特性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)控制的需要,主要介紹以下幾種功能的選擇 4。 (1控制功能PLC 主要用于順序邏輯控制, 因此, 大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解 決模擬量的控制,有時(shí)也采用專(zhuān)用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能,提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。(2編程功能離線編程方式:PLC 和編程器公用一個(gè) CP

27、U ,編程器在編程模式時(shí), CPU 只為 編程器提供服務(wù),不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后,編程器切換到運(yùn)行模式, CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制,不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本,但使用 和調(diào)試不方便。在線編程方式:CPU 和編程器有各自的 CPU ,主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控 制, 并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換, 編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā) 送到主機(jī),下一掃描周期,主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高,但系 統(tǒng)調(diào)試和操作方便,在大中型 PLC 中常采用。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言:順序功能圖 (SFC 、梯形圖(LD 、 功能模塊圖(FBD 三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表(IL 、

28、結(jié)構(gòu)文本(ST 兩種文本語(yǔ)言。(3診斷功能PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。 硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯判斷確定硬件 的故障位置,軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過(guò)軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行 診斷是內(nèi)診斷, 通過(guò)軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診 斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱,直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求, 并影響平均維修時(shí)間。3.2.4 PLC 機(jī)型的選擇(1輸入電源電壓:24VDC 還是 220V AC ,根據(jù)供電系統(tǒng)電壓來(lái)選擇, 一般來(lái) 說(shuō), 不建議直接從動(dòng)力電源直接取電, 最好用隔離變壓器把動(dòng)力電源和控制電源隔離XXXX 大學(xué)

29、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 開(kāi)來(lái),同時(shí)做好濾波等抗干擾措施。本設(shè)計(jì)采用 24V 直流電。(2輸入輸出點(diǎn)數(shù):所謂的輸入輸出點(diǎn)數(shù)指的是整個(gè)控制系統(tǒng)需要用到的 PLC 的輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)和輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)然是預(yù)先設(shè)計(jì)好整套系統(tǒng)方案, 然后算 出所有的輸入輸出點(diǎn)個(gè)數(shù),如果是第一次設(shè)計(jì)的方案,建議預(yù)留點(diǎn)數(shù)。經(jīng) 過(guò)估算本 設(shè)計(jì)中需要輸入端口 40個(gè),輸出端口 21個(gè)。(3 輸出觸點(diǎn)類(lèi)型:是繼電器輸出類(lèi)型還是晶體管輸出類(lèi)型。 根據(jù)所控制的 執(zhí) 行機(jī)構(gòu)電源電壓及功率來(lái)決定輸出觸點(diǎn)類(lèi)型,如果系統(tǒng)里有需要用到高速脈沖 輸出 控制步進(jìn)電機(jī)或伺服系統(tǒng)時(shí),一定要選擇晶體管輸出類(lèi)型。本設(shè)計(jì)因?yàn)橛胁?進(jìn)電機(jī) 的控制所以選

30、擇晶體管輸出類(lèi)型。西門(mén)子 S7系列 PLC 體積小、速度快、 標(biāo)準(zhǔn)化, 具有網(wǎng)絡(luò)通信能力, 功能更強(qiáng), 可靠性更高。 S7 系列 PLC 產(chǎn)品可分為微型 PLC (如 S7-200 , 小規(guī)模性能要求的 PLC (如 S7-300 和中、 高性能要求的 PLC (如 S7-400 等。 S7系列 PLC 有專(zhuān)門(mén)的高速脈沖輸出端,可以方便的完成步進(jìn)電機(jī)的控制。根據(jù) 控制功能要求選 擇微型 PLC 。 微型 PLC S7-200系列可編程控制器主機(jī)分為 10、 14、 24、 40 點(diǎn)四檔,還有各種輸入和輸出擴(kuò)展單元,這樣在增加 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí),不必改變 機(jī)型, 可以通過(guò)擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn), 降低了經(jīng)濟(jì)

31、投入。 本課題設(shè)計(jì)的立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)有 輸入信號(hào) 40個(gè),輸出信號(hào) 21個(gè)。所選 I/O 點(diǎn)不得低于 61點(diǎn),結(jié)合實(shí)際情況,考慮 到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠所選本系統(tǒng)所采用的 PLC 是西門(mén)子 S7-200 CPU226 DC24V,外加一個(gè)數(shù) 字量擴(kuò)展模塊 EM2231。3.3步進(jìn)電機(jī)的選擇3.3.1步進(jìn)電機(jī)的介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移的一種特殊電機(jī)。 每 輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度, 它的運(yùn)動(dòng)形式是步進(jìn)式的, 所以稱(chēng)為步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)。又由于它輸入的是脈沖電流所以也叫脈沖電動(dòng)機(jī) 14。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不需要變換的情況下, 能直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位 移,因此它很

32、適合作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件。此外,它還具有一系列的優(yōu)點(diǎn),一 是輸出角位移量或線位移量與其輸入的脈沖數(shù)成正比, 而轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖的頻率 成正比,在負(fù)載能力范圍內(nèi),這些關(guān)系不受電壓的大小、負(fù)載的大小、環(huán)境條件等外 界各種因素的干擾。 二是它每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù), 所以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不失步的情 況下運(yùn)行, 其步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。 三是控制性能好, 它可以在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中在很寬 的范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 并且能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 四 是有些型式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在停止供電的狀態(tài)下, 還有定位轉(zhuǎn)矩, 有些型式在停機(jī)后某 些相繞組仍保持通電狀態(tài), 具有自鎖能力, 不需要機(jī)械制動(dòng)裝置

33、等。 當(dāng)采用速度和位 置檢測(cè)裝置后,它可構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、 電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展, 給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣 闊的前景,應(yīng)用非常廣泛。如數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、自動(dòng)記錄儀表、遙控裝置和航空系XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 統(tǒng)等等,都大量使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。3.3.2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 3-2為三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的徑向截面圖。定轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片疊壓而成, 定子磁極為凸極式, 磁極的極面上開(kāi)有小齒。 定子上有三套控制繞組, 每一套有兩個(gè) 串聯(lián)的集中控制繞組分別繞在徑向相對(duì)的兩個(gè)磁極上。 每套繞組叫一相, 三相繞組接 成星形,所以定子磁極數(shù)通常為相數(shù)的兩倍,即 2p=2m (

34、p 為極對(duì)數(shù), m 為相數(shù) 。 轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組, 沿圓周也有均勻的小齒, 其齒距和定子磁極上小齒的齒距必須相等, 而且轉(zhuǎn)子的齒數(shù)有一定的限制。 這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)便, 精度易于保證, 步 距角可以做得較小,容易得到較高的啟動(dòng)和運(yùn)行頻率。圖 3-2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.3.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理圖 3-3是一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖。 定子鐵芯為凸極式, 共有三對(duì) (六 個(gè)磁極,每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極上繞有一相控制繞組。轉(zhuǎn)子用軟磁性材料制成,也是凸 極結(jié)構(gòu), 只有四個(gè)齒, 齒寬等于定子的極靴寬。 下面通過(guò)幾種基本的控制方式來(lái)說(shuō)明 其工作原理 。圖 3-3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理圖XXXX 大學(xué) 畢

35、業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 (1三相單三拍通電方式當(dāng) A 相控制繞組通電,其余兩相均不通電,電機(jī)內(nèi)建立以定子 A 相極為軸線的磁 場(chǎng)。由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn),使轉(zhuǎn)子齒 1、 3的軸線與定子 A 相極軸 線對(duì)齊,如圖 3-3(a所示。若 A 相控制繞組斷電, B 相控制繞組通電時(shí),轉(zhuǎn)子在反應(yīng)轉(zhuǎn) 矩的作用下,逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò) 30°,使轉(zhuǎn)子齒 2、 4的軸線與定子 B 相極軸線對(duì)齊,即轉(zhuǎn) 子走了一步,如圖 3-3(b所示。若再斷開(kāi) B 相使 C 相控制繞組通電轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò) 30°,使 轉(zhuǎn)子齒 1、 3的軸線與定子 C 相極軸線對(duì)齊,如圖 3-3(c所示。如此按 A-B-C

36、-A 的順序輪 流通電, 轉(zhuǎn)子就會(huì)一步一步地按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 其轉(zhuǎn)速取決于各相控制繞組通電與 斷電的頻率,旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序。若按 A-C-B-A 的順序通電, 則電機(jī)按順時(shí)針?lè)捶较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。上述通電方式稱(chēng)為三相單三拍運(yùn)行。 “三相”是指三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每次只有一相 控制繞組通電; 控制繞組每改變一次通電方式稱(chēng)為一拍, “三拍” 是指經(jīng)過(guò)三次改變 通電方式為一個(gè)循環(huán)。我們稱(chēng)每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為步距角常用 s來(lái)表示, 三相單 三拍運(yùn)行時(shí) s= 30°。(2三相雙三拍通電方式控制繞組的通電方式為 AB-BC-CA-AB 或 AB-CA-BC-AB 。 每拍同時(shí)有兩相繞組通

37、 電,三拍為一個(gè)循環(huán)。當(dāng) A 、 B 兩相控制繞組同時(shí)通電時(shí),轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時(shí)考慮 到兩對(duì)定子極的作用,只有 A 相極和 B 相極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡,才是轉(zhuǎn) 子的平衡位置,如圖 3-4(a所示。若下一拍為 B 、 C 兩相同時(shí)通電時(shí),則轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針 轉(zhuǎn)過(guò) 30°到達(dá)新的平衡位置,如圖 3-4(b所示?？梢?jiàn),雙三拍運(yùn)行時(shí)的步距角仍是 30°。 但雙三拍運(yùn)行時(shí),每一拍總有一相繞組持續(xù)通電,例如由 A 、 B 兩相通電變?yōu)?B 、 C 兩相通電時(shí), B 相保持持續(xù)通電狀態(tài), C 相磁拉力力圖使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),而 B 相磁拉力卻起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)的作用, 即起

38、到一定的電磁阻尼作用, 所以電 機(jī)工作比較平穩(wěn)。 (a (b圖 3-4三相雙三拍運(yùn)行方式XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 3.3.4步進(jìn)電機(jī)的控制由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量信號(hào), 所以被廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。 較 簡(jiǎn)單的控制電路是利用一些數(shù)字邏輯單元組成, 即采用硬件的方式。 但要改變系統(tǒng)的 控制功能, 一般都要重新設(shè)計(jì)硬件電路, 靈活性較差。 以微型計(jì)算機(jī)為核心的計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制開(kāi)辟了新的途徑, 利用計(jì)算機(jī)的軟件或軟、 硬件相結(jié)合 的方法能使系統(tǒng)的功能大大增強(qiáng),同時(shí)也提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的數(shù)字控制系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種形式。(1

39、開(kāi)環(huán)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)精確位移、 精確定位, 且無(wú)積累誤差。 這是 因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)受輸入脈沖控制, 其位移量是斷續(xù)的, 總的位移量嚴(yán)格等于輸 入的指令脈沖數(shù)或其平均轉(zhuǎn)速?lài)?yán)格正比于輸入指令脈沖的頻率; 若能準(zhǔn)確控制輸入指 令脈沖的數(shù)量或頻率, 就能夠完成精確的位置或速度控制, 無(wú)需系統(tǒng)的反饋, 形成所 謂的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),由控制器(包括變頻信號(hào)源、脈沖分配器、驅(qū)動(dòng)電 路及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)四部分組成如圖 3-5所示。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的精度主要取決于步距角的 精度和負(fù)載狀況。 圖 3-5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)控制原理框圖開(kāi)環(huán)控制常常采用加減定位控制方式。 因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)

40、的啟動(dòng)頻率要比連續(xù)運(yùn)行 頻率小, 所以開(kāi)環(huán)控制的脈沖指令頻率, 只有小于電機(jī)的最大啟動(dòng)頻率, 電機(jī)才能成 功啟動(dòng)。 若電動(dòng)機(jī)的工作頻率總是低于最高啟動(dòng)頻率, 當(dāng)然不會(huì)失步, 但沒(méi)有充分發(fā) 揮電機(jī)的潛力,工作速度太低。為此,常用加減速定位控制。電機(jī)開(kāi)始以低于最高啟 動(dòng)頻率的某一頻率啟動(dòng), 然后再逐步提高頻率, 使電機(jī)逐步加速, 到達(dá)最高運(yùn)行頻率, 電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)。在到達(dá)終點(diǎn)前,降頻使電機(jī)減速。這樣就可以既快又穩(wěn)地準(zhǔn)確定位, 如圖 3-6所示。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩受頻率影響較大,所以負(fù)載的加減速控制 不能像普通電機(jī)那樣。 為了實(shí)現(xiàn)加減速的最佳控制, 往往是分段設(shè)計(jì)加速轉(zhuǎn)矩和加速 時(shí)間,采用微機(jī)控

41、制來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不需要反饋元件,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低。因而在 數(shù)字控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 圖 3-6 加減速定位過(guò)程(2閉環(huán)控制系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中, 電機(jī)響應(yīng)控制指令后的實(shí)際運(yùn)行情況, 控制系統(tǒng)是無(wú)法預(yù)測(cè) 和監(jiān)視的。 在某些運(yùn)行速度范圍寬、 負(fù)載大小變化頻繁的場(chǎng)合, 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)很容易失 步使整個(gè)系統(tǒng)趨于失控。 另外, 對(duì)于高精度的控制系統(tǒng), 采用開(kāi)環(huán)控制往往滿(mǎn)足不了 精度的要求。因此必須在控制回路中增加反饋環(huán)節(jié),構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖 3-7所示。 與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)相比多了一個(gè)由位置傳感器組成的反饋環(huán)節(jié)。 將位置傳感器測(cè)出的負(fù)載實(shí) 際位

42、置與位置指令值相比較, 用比較信號(hào)進(jìn)行控制, 不僅可防止失步, 還能夠消除位 置誤差提,高系統(tǒng)的精度。閉環(huán)控制系統(tǒng)的精度與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有關(guān), 但主要是取決于位置傳感器的精度。 在 數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng)中,為了提高系統(tǒng)的工作速度和穩(wěn)定性,還有速度反饋內(nèi)環(huán)。XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 圖 3-7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖3.3.5步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)(1位移與輸入脈沖信號(hào)的信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng),步距誤差不長(zhǎng)期積累,可以組成結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單且具有一定精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),也可以在需要更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系 統(tǒng)。(2速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。(3易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速,快速響應(yīng)性能好。(4具有自鎖

43、的能力。當(dāng)控制脈沖停止輸入且讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組 繼續(xù)通電時(shí), 電機(jī)可以保持在固定的位置上, 即停在最后一個(gè)控制脈沖所控制的角位 移的終點(diǎn)位置上。所以步進(jìn)電機(jī)具有帶電自鎖能力。(5步距角選擇的范圍大,可以在幾十角分至 180°范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。在小步距 情況下,通常可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行,可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 (6電動(dòng)機(jī)本身沒(méi)有電刷、轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組,也不需要位置傳感器,可靠性高。 3.3.6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成與交直流電動(dòng)機(jī)不同, 僅僅接上供電電源, 步進(jìn)電機(jī)不會(huì)運(yùn)行的。 為了驅(qū)動(dòng)步進(jìn) 電動(dòng)機(jī), 必須由一個(gè)決定電動(dòng)機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器 (在該立體倉(cāng)庫(kù)控制

44、系 統(tǒng)中采用 PLC 作脈沖發(fā)生器進(jìn)行位置控制 、 一個(gè)使電動(dòng)機(jī)繞組電流按規(guī)定次序通斷 的脈沖分配器、 一個(gè)保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的功率放大器, 以及一個(gè)直流功率電源等組 成一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),如圖 3-8所示。 圖 3-8 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 3.3.7步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型選擇, 其次才是具體的品種 選擇, 在該立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)中要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電壓低、 電流小、 有定位轉(zhuǎn)矩和使用 螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置, 確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用 2相 8拍混合式步進(jìn)電機(jī); 在進(jìn)行步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)的品種選擇時(shí),要綜合考慮速比 i 、軸向力 F 、負(fù)載轉(zhuǎn)

45、矩lT 、額定轉(zhuǎn)矩NT 和運(yùn)行頻率yf ,以確定步進(jìn)電機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。由于我們使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置,已知條件和要求條件為:移動(dòng)部分總重 25M kg=外力 4F a k g c m=磨擦系數(shù) 0. 04=螺栓機(jī)構(gòu)的效率 0.9=螺栓軸徑 1. 2BD c m=螺栓長(zhǎng) 42BL cm=螺距 3P m m=分辨率 0. 01L m m=移動(dòng)距離 0. 0075mm=/步速度 2/m i nV m=計(jì)算:設(shè)擬選用 2相、 1.8°步距角的 HB 型電動(dòng)機(jī)速比 (設(shè)使用直接驅(qū)動(dòng)方式 /(360 21.8/(3600.01 1bi m L=軸向力40.4255F Fa M kg cm

46、=+=+=負(fù)載轉(zhuǎn)矩00/(2 ( /2lT F P F P=+50.3/(23.140.9 (0.31.670.3 /(23.14=+0.289kg cm=螺栓的慣量4( /32B B BJ L D=34(3.147.910421.2 /32-=20.0675kg cm=移動(dòng)體的慣量2(/2tJ M P =225(0.3/6028=20.0571kg cm=負(fù)載慣量為J J J=+XXXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 裝 訂 線 0.06750.0571=20.1246kg cm=根據(jù)以上計(jì)算可以初步選定步進(jìn)電動(dòng)機(jī),其慣量為 20.03MJ kg cm=,空載起動(dòng)頻率 3000sf H=由要求的速度可求出運(yùn)行的頻率:/2000/(600.01 3333f V L HZ=可知需要加減速的驅(qū)動(dòng)方式。齒輪比:000360/0.0075360/(1.80.01 150bG L=換算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為( /2lT G L T F =+1500.01(0.02895 /(6.280.9=+1.40kg cm=對(duì)首次設(shè)計(jì)的裝置來(lái)講,所選用的電動(dòng)機(jī)通常留有 23倍的余量,所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩 331.404.20.41NT T kg cm N M=根據(jù)以上的