基于plc的立體車庫控制系統設計畢業設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 最小的空位上，依次類推。如 4都已有貨物，程序延時 15秒， 15秒內若無外部操作指令，自動將貨物放在 5倉庫。如 4都已存放貨物， 15秒內若無外部操作指令，自動將貨物放在 2倉庫。在延時的 15 秒內，若按下數字 5，然后按下“送”鍵，則運行機構將貨物放入 5庫，若按下 5鍵后，想取消此操作，可按下“放棄”鍵。此時，程序又處在待命狀態，“就緒”燈亮，又可進行其它操作。 ② 當 0倉位上無貨物時，若無人操作，“就緒”燈亮 15秒后，程序將把數值最大倉庫號里的物品轉運至沒有放貨物的倉號比它小的倉庫里。如 5有物，該程序將自動把 5物品轉至 3倉庫。操作步驟如下：“就緒”燈亮時，延時 15 秒后，程序將自動把 5物品先轉至 0倉庫，再延時 15秒后，自動將貨物放在 3倉庫。 ③ 當程序運行時，貨臺上已經貨物時，在 5秒后，程序將把貨臺上的物品自動運至沒有放貨物的最小倉號的倉庫里。 12 PLC 控制模塊的設計 PLC 的概述 PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是 :一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算 ,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入 /輸出控 制各種類型的機械或生產過程。 可編程序控制器是六十年代末在美國首先出現的，目的是用來取代繼電器，以執行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能，由此日本稱它為順序控制器（ Sequence Controller)。 提出 PLC 概念的是美國通用汽車公司。當時，根據汽車制造業生產線的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制盤，以減少汽車改型時，重新設計制造繼電器控制盤的成本和時間。隨著半導體技術尤其是微處理器和微型計算機技術的發展，到七十年代中期以后， PLC 已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出組件和外圍電 路也都采用了中、大規模甚至超大規模的集成電路，這時的 “PLC” 已不再是僅有邏輯（ Logic）判斷功能了，同時具有數據處理、 PID 調節和數據通訊功能。美國電氣制造商協會 NEMA（ National Electrical Manufactory Association）從 1976 年開始，經過四年的調查，于 1980 年把它正式命名為可編程序控制器，簡稱 “PC”. 可編程序控制器硬件由六部分構成 :中央處理器（ Central Processor Unit 簡稱 CPU）：它是可編程序控制器的心臟部分。 CPU 由微處理器（ Microprocessor）存儲實際控制邏輯的程序存儲器和存儲數據、變量的數據儲器構成。電源（ Power Supply）：給中央處理器提供必需的工作電源。輸入組件（ Inputs）：輸入組件的功能是將操作開關和現場信號送給中央處理器。現場信號可能是開關量、模擬量或針對某一特定目的使用的特殊變量。輸出組件（ Outputs）：輸出組件接收 CPU 的控制信號，并把它轉換成電壓或電流等現場執行機構所能接收的信號后，傳送控制命令給現場設備的執行器。輸入輸出（簡稱 I/O）是可編程序控制器的 “ 手 ” 和 “ 腳 ” 或者叫作系統的 “ 眼睛 ” 和 “ 視覺 ” 。輸入信號包括按扭開關、限位開關、接近開關、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測開關和編碼器等。輸出信號包括繼電器、指示燈、顯示器、電機啟動等直流和交流設備。編程器（ Programmer）：在正常情況下，編程器用于系統初始狀態的配置，控制邏輯程序編制和加載，不能對系統操作。編程器也可用于控制程序的調試和控制系統故障時作為檢查故障的有效工具 。 PLC 的選型 及特點 ，抗干擾能力強 （ 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業現場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離 。（ 2）各輸入端均采用 RC濾波器，其濾波時間常數一般為 10~20ms。 （ 3） 13 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（ 4）采用性能優良的開關電源。（ 5）對采用的器件進行嚴格的篩選。（ 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴大。（ 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構成冗余系統或有三 CPU 構成表決系統 ,使可靠性更進一步提高。 ，控制程序可變，使用方便 PLC 品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統，用戶不必自己再設計和制作硬件裝 置。用戶在硬件確定以后，在生產工藝流程改變或生產設備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設備，只需改編程序就可以滿足要求。因此， PLC 除應用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。 ，適應面廣 現代 PLC 不僅有邏輯運算、計時、計數、順序控制等功能，還具有數字和模擬量的輸入輸出、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產機械、一條生產線，又可控制一個生產過程。 ，容易掌握 目前，大多數 PLC 仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統控制線路的清晰直觀，又考慮 到大多數工廠企業電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀 PLC 的用戶手冊或短期培訓，電氣技術人員和技術工很快就能學會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。 由于 PLC 采用了軟件來取代繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，控制柜的設計安裝接 線工作量大為減少。同時， PLC 的用戶程序可以在實驗室模擬調試，更減少了現場的調試工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很強的監視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。 、重量輕、功耗低、維護方便 PLC 是將微電子技術應用于工業設備的產品，其結構緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低 ，具有 強抗干擾能力，易于裝入設備內部，是實現機電一體化的理想控制設備。 綜上所述，本課題 系統核心部分采用 西門子 S200 系列中的 CPU224 為控制元件，CPU224 本機集成了 14點輸入／ 10 點輸出，共有 24 個數字量 I/O。它可連 接７個擴展模塊，最大擴展至 168 點數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。 CPU224 有 13Ｋ字節程序和數據存貯空間，６個獨立的 30KHｚ高速計數器，２路獨立的 20KHｚ高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 CPU224 配有１個 RS485 通訊／編程口，具有 PPI 通訊、 MPI 通訊和自由方式通訊能力，是具有較強控制能力的小型控制器。 14 I/O 口分配表 立體車庫 I/O 分配表如表 2 所示 表 2 立體車庫 I/O 分配表 輸入口 名稱 輸出口 名稱 貨臺到位限位 橫軸脈沖 貨臺回位限位 豎軸脈沖 貨臺是否有物 橫軸方向 I／ 0 自動／手動 豎軸方向 I／ 0 鍵盤值 1 位 貨臺前升 鍵盤值 2 位 貨臺退回 鍵盤值 3 位 就緒 鍵盤值 4 位 取 橫軸右限位 放 橫軸左限位 十位顯示 豎軸上限位 BCD 碼 1 位 豎軸下限位 BCD 碼 2 位 BCD 碼 3 位 BCD 碼 4 位 注： PLC 主機輸出的 1L、 2L、輸入 1M、 2M、 3M、 4M 分別與電源 L+相連 輸出的 3L、 4L、 5L、 6L、 1M、 2M 與電源 M 相連 15 步進驅動模塊的設計 步進電動機的原理 步進式伺服驅動系統是典型的開環控制系統。在此系統中，執行元件是步進電機。它受驅動控制線路的控制，將代表進給脈沖的電平信號直接變換為具有一定方向、大小和速度的機械轉角位移，并通過齒輪和絲杠帶動工作臺移動。由于該系統 沒有反饋檢測環節，它的精度較差，速度也受到步進電機性能的限制。但它的結構和控制簡單、容易調整，故在速度和精度要求不太高的場合具有一定的使用價值。步進電機的工作原理實際上是電磁鐵的作用原理。 步進電動機的選型 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，其次是具體的品種選擇，在該立體車庫系統設計中要求步進電動機的電壓低、電流小、有定位轉矩和使用螺栓機構的定位裝置，確定步進電動機采用 2 相 8拍混合式步進電動機；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 Tt、額定轉矩 Tn 和運行頻率 Fy，以確定不進電動機的具體規格和控制裝置。 步進電動機有如下特點： a、 步進電動機的角位移與輸入脈沖數嚴格成正比。因此 ,當它轉一圈后 ,沒有累計誤差 ,具有良好的跟隨性。 b、 由步進電動機與驅動電路組成的開環數控系統 ,既簡單、廉價 ,叉非?？煽?。同時 ,它也可以與角度反饋環節組成高性能的閉環數控系統。 c、 步進電動機的動態響應快 ,易于啟停、正反轉及變速。 d、 速度可在相當寬的范圍內平穩調整 ,低速下仍能獲得較大轉矩 ,因此一般可以不用減速器而直接驅動負載。 e、 步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行 ,不能直接使用交流電 源和直流電源。 f、 步進電機存在振蕩和失步現象 ,必須對控制系統和機械負載采取相應措施 。 步進 驅動模塊 步進驅動模塊由步進電機和步進驅動器組成 。 倉庫立體存儲系統有兩套步進驅動模塊 ， 分別控制 X 軸 、 Y軸的絲桿運動 。 步進驅動器接收 PLC 發出的高速脈沖信號及方向電平信號 ， 并將這些信號轉換成驅動步進電機的信號 。 步進電機旋轉方向由方向電平控制 ,步進電機旋轉速度由脈沖信號