基于plc柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 18 圖 31 系統組成圖 可編程控制器的選型 為了提高倉庫的倉儲能力，降低工人的勞動強度，提高倉庫的自動化程度，而 PLC編程控制器恰恰具有 可靠性高、 .編程方便 、 易于使用 、邏輯功能強、體積小的特點，并且其 有網絡通訊功能，可附加高性能模塊對模擬量進行處理，實現各種復雜控制功能。因此在我的倉儲電控系統中，我選擇了使用 PLC可編程控制器，作為核心控制件。 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 19 S7200 CPU的選 擇 西門子提供多種類型的 CPU以適應各種應用要求。不同類型的 CPU具有不同的數字量 I/O點數、內存容量等規格參數。 目前提供的 S7200 CPU有： CPU22 CPU22 CPU22 CPU226和 CPU 226XM。 S7200 CPU規格如表 。按以上 S7200CPU規格所示，由于該系統需要的 PLC輸入端接口較多，因此選用的 PLC可編程控制器應為 CPU 226 系列，該 CPU為直流供電，直流數字量輸出， 數字量輸出點是晶體管因此選擇 DC/DC/DC 系列。綜上所述， 最終 選用的 PLC 可編程控制器 件為 CPU 226DC/DC/DC 系列。 表 S7200 CPU 規格表 CPU 221 CPU 222 CPU224 CPU226 CPU226XM 用戶程序區 數據存儲區 4K字節 2K字節 4K字節 2K字節 8K字節 5K字節 8K字節 5K字節 16K字節 10K字節 CPU 內置 DI / DO點數 6/4 8/6 14/10 24/16 24/16 AI / AO點數 無 16/16 32/32 32/32 32/32 掃描時間 / 1 條指令 0． 37us 0． 37us 0． 37us 0． 37us 0． 37us 最大 DI/DO點數 256 256 256 256 256 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 20 位存儲區 256 256 256 256 256 計數器 256 256 256 256 計時器 256 256 256 256 256 時鐘功能 可選 可選 內置 內置 內置 數字量輸入濾波 標準 標準 標準 標準 標準 模擬量輸入濾波 N/A 標準 標準 標準 標準 高速計 數器 單相 4個 30KHZ 4個 30KHZ 6個 30KHZ 6個 30KHZ 6個 20KHZ 雙相 2個 20KHZ 2個 20KHZ 4個 20KHZ 4個 20KHZ 4個 20KHZ 脈沖輸出 2個 20KHZ 2個 20KHZ 2個 20KHZ 2個 20KHZ 2個 20KHZ 通訊口 1 RS485 1 RS485 1 RS485 2 RS485 2 RS485 EM232模擬量輸出模塊 該 系統選用 EM232 模擬量輸出模塊， 2通道電流 /電壓輸出 。 EM232 模擬量輸出和組合模塊的技術規范 如 表 和圖 32 所示。 表 EM232 模擬量輸出模塊技術規范 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 21 型號 物理I/O數量 功耗 信號范圍 分辨率全量程 數據字格式 最大驅動 從+5VDC 從 L+ 電壓輸出 電流輸出 電壓 電流 電壓 電流 電壓輸出 電流輸出 EM232 AQ2*12位 6ES7 2320HB200XA0 2 20mA 70mA +/10V 0 到20mA 12位 11位 32020到+32020 0 到+32020 最小5000歐 最大500歐 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 22 圖 32 EM232 擴展模塊的連接器的端子標識 EM232 控制無刷直流電機 原理 接線圖如圖 33所示。 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 23 圖 33 無刷直流電機原理接線圖 旋轉編碼器選型 為了實現貨物的精確定位，在系統設計中選用了旋轉編碼器，用來實現貨物的精確定位，最終達到傳送帶在最需要移動的時候方可移動，實現了精確定位貨物的目標，也在一定程度上節約了能源。 在我的設計中，我通過聯軸 器將旋轉編碼器與電機直接連接，通過旋轉編碼器檢測出電機的轉數，最終將角位移轉換成脈沖值，以測量 機械手 運行的距離。 旋轉編碼器是一種將角位移轉換成脈沖值的檢測裝置， 通過高數計數器來統計編碼器發出的脈沖數，從而判斷 機械手 所處的位置。旋轉編碼器可輸出兩路脈沖信號，其波形如圖 34 所示： 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 24 圖 34 A、 B相脈沖圖 當旋轉編碼器正轉時 A相超前 B相 ,旋轉編碼器反轉時 ,B相滯后 A相，這樣通過該裝置就可以檢測電機運行的絕對位移。 由于所選用的電機的轉速只為 3000 轉 /分，且我所選用的 PLC可編程控制器的電源為 24v，因此我為該系統選擇了型號 E6A2CW5C，電壓為 12V~24V的旋轉編碼器。 步進電機的 選擇 步進電動機的特點 ? 步進電動機是一種作為控制用的特種電機，它的旋轉是以固定的角度 (稱為“步距角” )一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差 (精度為 100％ )，所以廣泛應用于各種開環控制。 ? 步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比 ? 步距值不容易因為電氣、負載、環境條件的變化而改變 ,使用開環控制 (或半閉環控制 )就能進行良好的定位控制。 ? 步進電動機的主要缺點是效率較低 ,并且需要配上適當的驅動電源。 ? 步 進電動機帶負載慣性的能力不強 ,在使用時既要注意負載轉矩的大小 ,又要注意負載基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 25 轉動慣量的大小 ,只有當兩者選取在合適的范圍時 ,電機才能獲的滿意的運行性能。 ? 由于存在失步和共振，因此步進電機的加減速的方法根據利用狀態的不同而復雜多變。 步進電機驅動系統的基本組成 為了驅動步進電動機，必須由一個決定電動機速度和旋轉角度的脈沖發生器（在該立體倉庫控制系統中采用 PLC作脈沖發生器進行位置控制）、一個使電動機繞組電流按規定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機正 常運行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅動系統，如 圖 35 所示 。 圖 35 步進電機驅動系統組成 步進電動機的選擇 在選擇步進電動機時首先考慮的是步進電動機的類型選擇，其次才是具體的品種選擇，根據系統要求，確定步進電動機的電壓值、電流值以及有無定位轉矩和使用螺栓機構的定位裝置，從而就可以確定步進電動機的相數和拍數。 在進行步進電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比 i、軸向力 F、負載轉矩 lT 、額定轉矩 NT 和運行頻率 yf ，以確定步進電機的具體規格和控制裝置。 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 26 步進電機驅動器的原理與選擇 (1).步進電機驅動器的選擇 步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動，這種裝置就是步進電機驅動器，它是把控制系統發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，或者說：控制系統每發一個脈沖信號，通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角。所以步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。 所有型號驅動器的輸入信號都相同，共有三路信號，它們是：步進脈沖信號 CP、方向電平信號 DIR、脫機信號 FREE(此端為低電平有效，這時電機處于無力矩狀態；此端為高電 平或懸空不接時，此功能無效，電機可正常運行 )。它們在驅動器內部的接口電路都相同，見下圖。 OPTO端為三路信號的公共端，三路輸入信號在驅動器內部接成共陽方式，所以 OPTO端須接外部系統的 VCC，如果 VCC是 +5V則可直接接入；如果 VCC不是 +5V則須外部另加限流電阻 R，保證給驅動器內部光耦提供 81 5mA的驅動電流，參見圖 36和圖 37。外圍提供電平為 24V，而輸入部分的電平為 5V，所以須外部另加 R。 圖 36 輸入信號接口電路 圖 37 外接限流電阻 R 步進電機驅動器的輸出信號有兩種 : ① .初相位信號：驅動器每次上電后將使步進電機起始在一個固定的相位上，這就是初相位。初相位信號是指步進電機每次運行到初相位期間，此信號就輸出為高電平，否則為低電平。此信號和控制系統配合使田，可產生相位記憶功能，其接口見圖 38。 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 27 圖 38 初相位信號接口電路 ② . 報警輸出信號：每臺驅動器都有多種保護措施 (如：過壓、過流、過溫等 )。當保護發生時，驅動器進入脫機狀態 使電機失電，但這時控制系統可能尚未知曉。如要通知系統，就要用到‘報警輸出信號’。此信號占兩個接線端子，此兩端為一繼電器的常開點，報警時觸點立即閉合。驅動器正常時，觸點為常開狀態。觸點規格： DC24V／ 1A或 AC11OV／ O． 3A。 一般來說，對于兩相四根線電機，可以直接和驅動器相連，見圖 39。 圖 39 電機與驅動器接線圖 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 28 以北京斯達特機電科技發展有限公司生產 SH系列步進電動機驅動器 (型號為 SH2H057)為例，主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。 SH2H057步進電動機驅動器采用鑄鋁結構，此種結構主要用于小功率驅動器 ,這種結構為封閉的超小型結構，本身不帶風機，其外殼即為散熱體，所以使用時要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機柜內，接觸面之間要涂上導熱硅脂，在其旁邊加一個風機也是一種較好的散熱辦法。 此步進電機驅動器的電氣技術數據見表 ： 表 SH2H057電氣技術數據表 驅動器型號 相數 類別 細分數 通過撥位 開關設定 最大 相電流 開關設定 工作電源 SH2H057 二相或四相 混合式 二相八拍 一組直流 DC(24V40V) (2).步進電機驅動器接線示意圖見圖 310。 基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 29 圖 310 步進電機驅動器接線示意圖 (3).步進電機驅動器細分數和電機相電流的設定 ① . 細分數的設定 對于兩相步進電機 ,細分后電機的步距角等于電機的整步步距角除以細分數。 細分功能完全是由驅動器靠精確控制電機的相電流所產生的，與電機無關。 所以我們最好選用細分驅動器。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求。但現在基于 PLC 柔性制造生產線中物料立體倉庫的設計 若有 30 的情況不同了，細分驅動器的出 現改變了這種觀念，用戶只需在驅動器上改變細分數，就可以改變步距角。所以如果用戶采用細分驅動器，‘相數’將變得沒