基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于PLC的智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于,plc,智能,倉庫,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 基于PLC的智能倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，智能倉庫必然會(huì)在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。智能倉庫系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。目前，它已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)和管理信息化的標(biāo)志之一。 該系統(tǒng)采用PLC控制，通過PLC輸出的脈沖信號(hào)來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，兩者之間通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，此外還用到一些傳感器，如微動(dòng)開關(guān)和反射式傳感器。 此次設(shè)計(jì)的效果可以改變參數(shù)輸入，通過模擬生產(chǎn)情況及波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)造成的沖擊，從而避免了在理想化狀態(tài)下系統(tǒng)設(shè)計(jì)所無法預(yù)料的各種因素，對(duì)系統(tǒng)的堵塞有著形象和直觀的解決方案。 總之，智能倉庫因其較小的占地面較佳空間利用率，應(yīng)用正逐漸普及。為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)和流通的需要，就必須采取以計(jì)算機(jī)控制主要手段的智能倉庫。 關(guān)鍵詞：智能倉庫，PLC，步進(jìn)電機(jī)，傳感器 DESIGN OF INTELLIGENT WAREHOUS SYSTEM BASED ON PLC CONTROLLED ABSTRACT Along with the rapid development of national economy, Intelligent warehouse in all walks of life will get more and more widely. Automatic warehouse system of modern logistics system is an important part of, is widely used in industries. At present, it has become the enterprise production and management, one of the symbols of informatization. The system adopts PLC controlled by PLC, the output pulse signals to control the operation of the step-motor between through the stepping motor drive connections, also used as some sensors, micro switch and reflex sensor. We?can?alse?see?the?place?where?the?block?and?bottle-neck?have?taken?place?and?state?how?they?develop,?reflecting?by?the?system?of?simulation.?By?changing?the?input?of?the?parameters?and?simulating?the?process?of?production?and?the?impulsion?of?system?arosed?by?flactuation,?we?can?avoid?various?unforeseen?factors?of?system?design?in?the?state?of?idealization,?have?visual?and?intuitionistic?solving?way?for?the?block?of?the?system. In?conclusion,?The?application?of?automatic?warehouse?with?less?floor?space?and?better?space?utilization?ratio?has?been?popularizing?gradually.?To?meet?the?requirement?of?the?modern?production?and?negotiation,?it?should?use?the?warehouse?with?the?computer?control?technology. KEY WORDS: Intelligent warehouse, PLC, Stepping motor, Sensors, 4 目　錄 前　言 1 第1章 智能倉庫 2 1.1 智能倉庫的概述 2 1.2 智能倉庫的的優(yōu)點(diǎn)及分類 2 1.2.1 智能倉庫的優(yōu)點(diǎn) 2 1.2.2 智能倉庫的分類 4 第2章 系統(tǒng)控制方案的確定 6 2.1 智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 6 2.2 智能倉庫的系統(tǒng)控制方案 7 2.3 智能倉庫技術(shù)參數(shù)的確定 9 第3章 硬件設(shè)計(jì) 10 3.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 3.2 PLC的選型 11 3.2.1 PLC概述 11 3.2.2 PLC的選型 12 3.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇 15 3.3.1 步進(jìn)電機(jī)的原理 15 3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 15 3.3.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇 18 3.4 傳感器的選擇 21 3.4.1 反射式傳感器的選擇 21 3.4.2 微動(dòng)開關(guān)的選擇 23 3.5 PLC輸入輸出I/O的分配 23 3.6 電氣原理圖的設(shè)計(jì) 24 第4章 智能倉庫系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì) 26 4.1 PLC梯形圖概述 26 4.2 系統(tǒng)流程圖 27 4.3 梯形圖的設(shè)計(jì) 28 4.3.1 初始化主控指令 28 4.3.2位置檢測(cè)指令 29 第5章 系統(tǒng)調(diào)試 32 5.1梯形圖程序的下載 32 5.2程序運(yùn)行過程記錄 33 結(jié)　論 35 謝 辭 36 參考文獻(xiàn) 37 前　言 可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC或PC）是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它具有控制能力強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。目前，可編程控制器成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱（可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）的首位。其應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化程度高低的標(biāo)志。應(yīng)用PLC成為世界的潮流，PLC將在我國得到更全面的推廣應(yīng)用。 隨著企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化，使得倉庫成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要且不可缺少的環(huán)節(jié)。智能倉庫正以它最小的占地面積和最佳的空間利用率，逐步替代面積利用率極低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫，這種替代促使倉儲(chǔ)物流業(yè)的水平提高。為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)與流通的需要，就必須采用的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要手段組成的智能倉庫。智能倉庫為現(xiàn)代物流系統(tǒng)的主要設(shè)備，是一種多層存放貨物的高層倉庫系統(tǒng)。也是CIMS的集成環(huán)節(jié)之一，在FMS和FAS中占有非常重要的地位。 第1章 智能倉庫 1.1 智能倉庫的概述 智能倉庫簡(jiǎn)稱高架倉庫，一般是指采用幾層、十幾層乃至幾十層的貨架來儲(chǔ)存單元貨物，并用相同的搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物入、出庫作業(yè)的倉庫。由于這類倉庫能充分利用空間儲(chǔ)存貨物，故常形象地將其稱為“智能倉庫”。根據(jù)國際自動(dòng)化倉庫會(huì)議的定義，所謂智能倉庫就是采用高層貨架存放貨物，以巷道堆垛起重機(jī)為主，結(jié)合入庫出庫周邊設(shè)備來進(jìn)行作業(yè)的一種倉庫。它把計(jì)算機(jī)與信息管理和設(shè)備控制集成起來，按照控制指令自動(dòng)完成貨物的存取作業(yè)，并對(duì)庫存貨物進(jìn)行管理。顯而易見它是物流系統(tǒng)的核心之一，并在自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中占據(jù)了非常重要的地位。20世紀(jì)60年代中期，日本開始興建智能倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，從1965年到1977年短短的12年間，日本全國建立了18833座智能倉庫，存貨總數(shù)達(dá)到262萬托盤，目前是世界上擁有智能倉庫最多的國家之一。我國智能倉庫的起步比較晚，1974年鄭州紡織機(jī)械廠建成了國內(nèi)第一個(gè)智能倉庫。20世紀(jì)80年代到90年代，智能倉庫產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造有了很大的發(fā)展，全國有幾十家科研單位和生產(chǎn)單位在進(jìn)行智能倉庫的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造。近年來，倉儲(chǔ)物流行業(yè)的學(xué)術(shù)組織定期在國內(nèi)交流學(xué)術(shù)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)目前我國智能倉庫的設(shè)計(jì)制造水平，參照國外標(biāo)準(zhǔn)制定了一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，使智能倉庫的設(shè)計(jì)制造進(jìn)入了規(guī)范化發(fā)展階段。 不同的智能倉庫，高度、貨架形式、通道寬度都和現(xiàn)代化倉庫是不同的，倉庫內(nèi)設(shè)備的配置應(yīng)與倉庫的類型相適應(yīng)。 1.2 智能倉庫的的優(yōu)點(diǎn)及分類 1.2.1 智能倉庫的優(yōu)點(diǎn) 智能倉庫的優(yōu)越性是多方面的，主要在以下幾個(gè)方面： 　　1.提高空間利用率 　　早期智能倉庫構(gòu)想的基本出發(fā)點(diǎn)是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且昂貴的場(chǎng)地，在西方有些發(fā)達(dá)國家提高空間利用率的觀點(diǎn)已有更廣泛、深刻的含義，節(jié)約土地已與節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等更多方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間利用率作為考核倉庫系統(tǒng)合理性和先進(jìn)性的重要指標(biāo)。倉庫空間利用率與其規(guī)劃緊密相連，一般來說，智能倉庫的空間利用率為普通倉庫的2～5倍。 　　2.先進(jìn)的物流系統(tǒng)提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平 　　傳統(tǒng)的倉庫只是貨物的儲(chǔ)存場(chǎng)所，保存貨物是其唯一的功能，屬于靜態(tài)儲(chǔ)存。智能倉庫采用先進(jìn)的自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動(dòng)存取，而且還可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)地連接，并通過計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和自動(dòng)化物料搬運(yùn)設(shè)備使倉庫成為企業(yè)物流中的重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制件進(jìn)入智能倉庫短時(shí)儲(chǔ)存是整個(gè)生產(chǎn)的一個(gè)環(huán)節(jié)，是為了在指定的時(shí)間自動(dòng)輸出到下一道工序進(jìn)行生產(chǎn)，從而形成自動(dòng)化的物流系統(tǒng)環(huán)節(jié)，屬于動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存，是當(dāng)今智能倉庫發(fā)展的明顯技術(shù)趨勢(shì)。以上所述的物流系統(tǒng)又是整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)(從訂貨、設(shè)計(jì)和規(guī)劃、計(jì)劃編制和生產(chǎn)安排、制造、裝配、試驗(yàn)以及發(fā)運(yùn)等)的一個(gè)子系統(tǒng)，建立物流系統(tǒng)與企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)連接是目前智能倉庫發(fā)展的另一個(gè)明顯技術(shù)趨勢(shì)。 　　3.加快貨物存取，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率 　　建立以智能倉庫為中心的物流系統(tǒng)，其優(yōu)越性還表現(xiàn)在智能倉庫具有快速的入出庫能力，妥善地將貨物存入智能倉庫，及時(shí)自動(dòng)地將生產(chǎn)所需零部件和原材料送達(dá)生產(chǎn)線。同時(shí)，智能倉庫系統(tǒng)減輕了工人綜合勞動(dòng)強(qiáng)度。 　　4.減少庫存資金積壓 　　通過對(duì)一些大型企業(yè)的調(diào)查，我們了解到由于歷史原因造成管理手段落后，物資管理零散，使生產(chǎn)管理和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系難以到位。為了達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)能力和滿足生產(chǎn)要求，就必須準(zhǔn)備充足的原材料和零部件，這樣，庫存積壓就成為較大的問題。如何降低庫存資金積壓和充分滿足生產(chǎn)需要，已經(jīng)成為大型企業(yè)面對(duì)的大問題。智能倉庫系統(tǒng)是解決這一問題的最有效手段之一。 　　5.現(xiàn)代化企業(yè)的標(biāo)志 　　現(xiàn)代化企業(yè)采用的是集約化大規(guī)模生產(chǎn)模式，這就要求生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)緊密相連，成為一個(gè)有機(jī)整體，要求生產(chǎn)管理科學(xué)實(shí)用，做到?jīng)Q策科學(xué)化。建立智能倉庫系統(tǒng)是其有力的措施之一。由于采用計(jì)算機(jī)管理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)宏觀快速地掌握各種物資信息，且使工程技術(shù)人員、生產(chǎn)管理人員和生產(chǎn)技術(shù)人員及時(shí)了解庫存信息，以便合理安排生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。國際互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)更為企業(yè)取得與外界在線連接，突破信息瓶頸，開闊視野及外引內(nèi)聯(lián)提供了廣闊的空間和堅(jiān)實(shí)強(qiáng)大的技術(shù)支持。? 　　以上所述的物流系統(tǒng)又是整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)管理大系統(tǒng)（從訂貨、必要的設(shè)計(jì)和規(guī)劃、計(jì)劃編制和生產(chǎn)安排、制造、裝配、試驗(yàn)、發(fā)運(yùn)等）的一個(gè)子系統(tǒng)，建立物流系統(tǒng)與企業(yè)大系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)連接，是目前自動(dòng)化高架倉庫發(fā)展的另一個(gè)明顯的技術(shù)趨勢(shì)。? 　　現(xiàn)代化企業(yè)對(duì)管理提出了更高的要求，?“管理出效益”的思維方式已成為大多數(shù)的現(xiàn)代企業(yè)管理者的共識(shí)。 1.2.2 智能倉庫的分類 1.按照智能倉庫的高度分類 　?。?）低層智能倉庫。低層智能倉庫高度在5米以下，主要是在原來老倉庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行改建的，是提高原有倉庫技術(shù)水平的手段。 　　(2)中層智能倉庫。中層智能倉庫的高度在5～15米之間，由于中層智能倉庫對(duì)建筑以及倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的要求不高，造價(jià)合理，是目前應(yīng)用最多的一種倉庫。 　　(3)高層智能倉庫。高層智能倉庫的高度在15米以上，由于對(duì)建筑以及倉儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備的要求太高，安裝難度大，應(yīng)用較少。 　　2.按照貨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類 　　(1)貨格式智能倉庫。貨格式智能倉庫是應(yīng)用較普遍的智能倉庫，它的特點(diǎn)是每一層貨架都由同一尺寸的貨格組成，貨格開口面向貨架之間的通道，堆垛機(jī)械在貨架之間的通道內(nèi)行駛，以完成貨物的存取。 　　(2)貫通式智能倉庫。它又稱為流動(dòng)式貨架倉庫，這種倉庫的貨架之間沒有間隔，不設(shè)通道，貨架組合成一個(gè)整體。貨架縱向貫通，貫通的通道具有一定的坡度，在每一層貨架底部安裝滑道、錕道等裝置，使貨物在自重的作用下，沿著滑道或錕道從高處向低處運(yùn)動(dòng)。 　　(3)自動(dòng)化柜式智能倉庫。自動(dòng)化柜式智能倉庫是小型的可以移動(dòng)的封閉智能倉庫，有柜外殼、控制裝置、操作盤、儲(chǔ)物箱和傳動(dòng)裝置組成，主要特點(diǎn)是封閉性強(qiáng)、小型化和智能化、有很強(qiáng)的保密性。 　　(4)條形貨架智能倉庫。是專門用于存放條形和筒形貨物的智能倉庫。 第2章 系統(tǒng)控制方案的確定 2.1 智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟，如圖2-1所示： 確定課題 研究課題內(nèi)容 確定方案 查找資料 根據(jù)控制要求確定硬件配置 設(shè)計(jì)電氣原理圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 根據(jù)控制要求編寫程序 調(diào)試程序 記錄運(yùn)行結(jié)果并分析 總 結(jié) 圖2-1 智能倉庫控制系統(tǒng)結(jié)設(shè)計(jì)步驟 在深入了解和分析智能倉庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮到以下幾點(diǎn)： 1．深入了解和分析智能倉庫的工藝條件和控制要求。 2．確定I/O設(shè)備，根據(jù)智能倉庫控制系統(tǒng)的功能要求確定系統(tǒng)所需要的用戶輸入、輸出設(shè)備。 3．根據(jù)I/O口的點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類型。 4．分配I/O點(diǎn)以及PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制輸入輸出分配表及輸入輸出端子的接線圖。 5．設(shè)計(jì)智能倉庫控制系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出完整的梯形圖程序，這是整個(gè)智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 6．將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，是系統(tǒng)程序更加完善。 7．智能倉庫整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)施和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的練級(jí)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題可以逐一排除，直到調(diào)試成功。 2.2 智能倉庫的系統(tǒng)控制方案 該智能倉庫有十二個(gè)倉庫位、有物品出入口與輸出口位，個(gè)倉位能自檢，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-2和圖2-3所示： 圖2-2 智能倉庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2-3 智能倉庫結(jié)構(gòu)示意圖 本課題設(shè)計(jì)的智能倉庫具有一下的功能： 1．堆垛機(jī)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)（后退）運(yùn)動(dòng)和上（下）運(yùn)動(dòng)可以同時(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)倉位必須有檢測(cè)裝置（微動(dòng)開關(guān)），當(dāng)操作有誤時(shí)會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào)； 6．當(dāng)按完倉位號(hào)后，沒按入或取前，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，以防止發(fā)生意外情況。 2.3 智能倉庫技術(shù)參數(shù)的確定 智能倉庫的具體參數(shù)如表2-1所示： 表2-1 智能倉庫技術(shù)參數(shù) 出入貨柜臺(tái)最重物品 20Kg 每個(gè)倉位的高度 4.5CM 倉位的上下距離 0.5CM 倉位的平行距 0.5CM 倉位的體積 4×4×4 PLC電源 24V DC 堆垛機(jī)電源 220V AC，50Hz 8 第3章 硬件設(shè)計(jì) 3.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)來控制智能倉庫的運(yùn)動(dòng)的方式。能快速的對(duì)輸入信號(hào)做出反應(yīng)控制智能倉庫，便于檢修。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示： 圖3-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.2 PLC的選型 3.2.1 PLC概述 1.PLC概述 自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長(zhǎng)率保持為20%～30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。 相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。 2．PLC的特點(diǎn) （1）可靠性高，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境 原因：PLC在軟件和硬件上采取了提高可靠性的一些措施：硬件措施：屏蔽、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)、聯(lián)鎖、模塊化結(jié)構(gòu)、環(huán)境檢測(cè)與診斷電路；軟件措施：自診斷程序、故障檢測(cè)、信息保護(hù)與恢復(fù) （2）編程簡(jiǎn)單，使用方便 （3）控制程序可變，具有很好的柔性 （4）直接帶負(fù)載能力強(qiáng) （5）接口簡(jiǎn)單、維護(hù)方便 （6）功能完善、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 （7）通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制 3.2.2 PLC的選型 在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用的要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需要的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備的特性等，最后選擇有較高性價(jià)比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 1．輸入輸出I/O點(diǎn)數(shù)的估算 I/O點(diǎn)數(shù)估算適應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，在增加10%~20%的擴(kuò)展。最終換需要根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算該智能倉庫的I/O口的點(diǎn)數(shù)為輸入40點(diǎn)，輸出21點(diǎn)。 2．存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是PLC本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此程序容量在設(shè)計(jì)階段還是未知的，須在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定的估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。 存儲(chǔ)器的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料上給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10~15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此該課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)為能存儲(chǔ)5000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 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)該課題設(shè)計(jì)的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇： （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)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需要的控制功能，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和編程器共用一個(gè)CPU，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。完成編成后編程器切換到運(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。離線編程方式可以降低系統(tǒng)的成本，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)上，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。 （3）診斷功能 PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分為內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對(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)人員的技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。 4．PLC機(jī)型的選擇 （1）PLC的類型 FX2系列可編程控制器主機(jī)分為16、24、32、64、80/128點(diǎn)六檔，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，可以通過擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)，降低了經(jīng)濟(jì)投入。該智能倉庫的控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)40個(gè)，輸出信號(hào)21個(gè)。其中，外部輸入元件包括：檢測(cè)元件、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護(hù)等等;輸出有三個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反向、動(dòng)作指示、錯(cuò)誤顯示等等。按照上述配置，所選I/O點(diǎn)應(yīng)不得低于61點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，所選I/O點(diǎn)為80點(diǎn)。因此選擇FX2N-80MR型號(hào)的PLC。 （2）經(jīng)濟(jì)性考慮 選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性價(jià)比。考慮經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)應(yīng)考慮其可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，來進(jìn)行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點(diǎn)書對(duì)價(jià)格有直接的影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量相應(yīng)增加，因此點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，以便使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性價(jià)比。該智能倉庫屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇整體型PLC。 根據(jù)其輸入點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為21點(diǎn)，所以選擇FX2N-80MR型號(hào)的PLC。 3.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇 3.3.1 步進(jìn)電機(jī)的原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)等于電脈沖個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大??；改變輸入脈沖的相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級(jí)平滑控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的這種控制功能，是其它電動(dòng)機(jī)無法替代的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)可分為：?jiǎn)蜗?、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能，但電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)復(fù)雜，成本就會(huì)增加，應(yīng)按需要合理選用。 3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 1．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) （1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（步距角）一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是沒有積累誤差（精度為100%），所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 （2）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。 （3）步距值不容易因?yàn)殡姎?、?fù)載、環(huán)境條件的變化而改變，使用開環(huán)控制（或半閉環(huán)控制）就能進(jìn)行良好的定位控制。 （4）起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。 （5）價(jià)格便宜，可靠性高。 （6）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率較低，并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源。 （7）步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載慣性的能力不強(qiáng)，在使用時(shí)既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，又要注意負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時(shí)，電機(jī)才能獲得滿意的運(yùn)行性能。 （8）由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機(jī)的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。 2．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先應(yīng)考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型的選擇，其次才是具體的品種選擇，在該智能倉庫控制系統(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)電動(dòng)機(jī)；在進(jìn)行電動(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)矩Tl、額定轉(zhuǎn)矩TN和運(yùn)行頻率fy，已確定步進(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 M=25kg 外力 Fa=4kg.cm 摩擦系數(shù) μ=0.04 螺栓機(jī)構(gòu)的效率 η=0.9 螺栓軸徑 D=1.2cm 螺栓長(zhǎng) L=42cm 螺距 P=3mm 分辨率 L1=0.01mm 移動(dòng)距離 S=0.0075mm/步 速度 V=2m/min 計(jì)算： 設(shè)擬選用2相、1.8度步距角的HB型電動(dòng)機(jī)，速比（設(shè)使用直接驅(qū)動(dòng)方式）速比 i=m×1.8/（360×L1）=2×1.8/（360×0.01）=1 軸向力 F= Fa+μM=4+0.04×25=5kg.cm 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tl=F×P/(2×3.14×η)+（μ0×F0×P）/（2×3.14） =5 ×0.3/(2×3.14×0.9)+（0.3×1.67×0.3）/（2×3.14） =0.289kg.cm 螺栓的慣量 JB=（3.14×7.9××42×1200）/32=0.0675kg.c㎡ 移動(dòng)體的慣量 Jt=M×（P/2×3.14） = 25×（0.3/2×3.14） =0.0571 kg.c㎡ 負(fù)載慣量為JL= JB+ Jt =0.0675+0.00571 =0.1246 kg.c㎡ 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JM=0.03 kg.c㎡，空載起動(dòng)頻率fs=3000Hz 有要求的速度可以求出運(yùn)行的頻率： f=V/L=2000/（60×0.01）=3333Hz 可知需要加減速的驅(qū)動(dòng)方式。 齒輪比：G=0.0075×360/（1.8×0.01）=150 換算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： T=G×L（Tl+F）/(2×3.14η) = 150×0.01（0.289+5）/(2×3.14×0.9) =1.40kg.cm 隊(duì)首次設(shè)計(jì)的裝置來講，所選用的電動(dòng)機(jī)通常留有2~3倍的余量，所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩TN=3T=3×1.40=4.2 kg.cm=0.41N.M 所以控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用混合式步進(jìn)電機(jī)，它的主要特點(diǎn)是：體積小、大轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。型號(hào)：42BYGH101。 42BYGH101型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)如表3-1所示： 表3-1 步進(jìn)電機(jī)的電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 電機(jī)型號(hào) 相數(shù) 步距角 相電流 驅(qū)動(dòng)電壓 額定轉(zhuǎn)矩 重量 42BYGH101 2 1.8 1.7A DC24V 0.44N.M 0.24kg 3.3.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇 1．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)是不會(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（在該智能倉庫控制系統(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3-2所示： 圖3-2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的組成 2．步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī)要有一種電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，他是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說是控制系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。 所有型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)都相同，共有三路信號(hào)，它們是：步進(jìn)脈沖信號(hào)CP、方向電平信號(hào)DIR、脫機(jī)信號(hào)FREE（此端為低電平有效，這時(shí)電機(jī)處于無力矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電機(jī)可正常運(yùn)行）。它們?cè)隍?qū)動(dòng)器內(nèi)部的接口電路都相同，如圖3-3所示： 圖3-3 輸入信號(hào)接口電路 OPTO端為三路信號(hào)的公共端，三路輸入信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部接成共陽方式，所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，如果VCC是+5V則可直接輸入；如果VCC不是+5V則須外部另加限流電阻R，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光耦提供8~18mA的驅(qū)動(dòng)電流，如圖3-3和表3-2所示。在在智能倉庫中由于FP0提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，所以需外部另加1.8K的限流電阻R。 表3-2 外接限流電阻R 信號(hào)幅值 外接限流電阻R 5V 不加 12V 680Ω 24V 1.8K 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)有兩種： 1． 初相位信號(hào) 驅(qū)動(dòng)器每次上電后將使步進(jìn)電機(jī)起始在一個(gè)固定的相位上，這就是初相位。初相位信號(hào)是指步進(jìn)電機(jī)每次運(yùn)行到初相位期間，此信號(hào)就輸出為高電平，否則為低電平。此信號(hào)和控制系統(tǒng)配合使用，可以產(chǎn)生相位記憶功能，其接口如圖3-4所示： 圖3-4 初相位信號(hào)接口電路 2． 報(bào)警輸出信號(hào) 每臺(tái)驅(qū)動(dòng)器都有多種保護(hù)措施（如：過壓、過流、過濕等）。當(dāng)保護(hù)發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入脫機(jī)狀態(tài)使電機(jī)失電，但這時(shí)控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知系統(tǒng)，就要用到報(bào)警輸出信號(hào)，此信號(hào)占兩個(gè)接線端子，此兩端為一繼電器的常開點(diǎn)，報(bào)警時(shí)觸電立即閉合。驅(qū)動(dòng)器正常時(shí)，觸電為常開狀態(tài)。觸電規(guī)格有：DC24V/1A、AV110V/0.3A。 一般來說，對(duì)于兩相四根線電機(jī)，可以直接和驅(qū)動(dòng)器相連，如圖3-5所示： 圖3-5 電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線圖 所以在此采用SH系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為SH-2H057。主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分組成。SH-2H057步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動(dòng)器，這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風(fēng)機(jī)，其外殼即為散熱體，所以使用時(shí)要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機(jī)柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一個(gè)風(fēng)機(jī)也是一種較好的散熱辦法。此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)如表3-3所示： 表3-3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)表 驅(qū)動(dòng)器型號(hào) 相數(shù) 類別 細(xì)分?jǐn)?shù)通過撥位開關(guān)設(shè)定 最大相電流開關(guān)設(shè)定 工作電源 SH-2H057 二相或四相 混合式 二相八拍 3.0A 一組直流DC（24~40） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖如3-6所示： 圖3-6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線示意圖 3.4 傳感器的選擇 3.4.1 反射式傳感器的選擇 在智能倉庫中采用歐姆龍EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測(cè)，它是日本歐姆龍公司的產(chǎn)品，采用能抗周圍外來光干擾的便調(diào)光式。采用表那調(diào)光式與直流光式相比，不易受外來光干擾影響；電源電壓為DC5~24V的大量程電壓輸出型；帶有容易調(diào)整光的光軸標(biāo)識(shí)；帶有便于調(diào)整動(dòng)作確認(rèn)的入光顯示燈；反射式傳感器的時(shí)間圖和輸出回路如圖3-7所示： 圖3-7 反射式傳感器的時(shí)間圖和輸出回路圖 它有三根連接線（紅、藍(lán)、黑），紅色接電源的正極，黑色接電源的負(fù)極，藍(lán)色為輸出信號(hào)，當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測(cè)距離不要離傳感器太近，否則傳感器不能動(dòng)作；連接是采用插件方式，千萬不要對(duì)端子（讀出頭）進(jìn)行焊接。 EE-SPY402型傳感器的電氣技術(shù)參數(shù)如表3-4所示： 表3-4 EE-SPY402型傳感器的電氣技術(shù)參數(shù)表 型號(hào) EE-SPY402 形狀 立式 檢測(cè)方式 反射型 應(yīng)差距離 0.2mm（檢測(cè)距離3mm，橫方向） 檢測(cè)距離 5mm（反射率90%15X15mm） 光源（發(fā)光波長(zhǎng)） GaAs~紅外發(fā)光二極管（940mm） 顯示燈 入光時(shí)燈亮（紅） 電源電壓 DC5~24V 脈動(dòng)（p-p）5%以下 消耗電流 平均值15mA~50mA 應(yīng)答頻率 100Hz 使用環(huán)境照度 受光面照度、白熾燈、太陽光各3000ex以下 環(huán)境溫度 動(dòng)作時(shí)：-10 ~C ，保存時(shí)-25~C（不結(jié)冰） 環(huán)境濕度 動(dòng)作時(shí)：5~85%RH，保存時(shí)-5~95%RH（不結(jié)露） 耐久振動(dòng) 10~55Hz上下振幅1.5mmXYZ個(gè)方向2h 耐久沖擊 500m/ X、Y、Z各方向三次 保護(hù)構(gòu)造 IEC規(guī)格IP50 連接方式 接插件式 控制輸出 NPN電壓輸出 負(fù)載電源電壓DC5~24V 負(fù)載電流80mA以下 殘留電壓1.0以下（負(fù)載電流80mA時(shí)） 殘留電壓0.4以下（負(fù)載電流10mA時(shí)） 外殼材料 聚碳酸酯（PC） 3.4.2 微動(dòng)開關(guān)的選擇 在該智能倉庫控制系統(tǒng)中共有13個(gè)倉位（四層十二個(gè)倉位加0號(hào)倉位）分別采用13只微動(dòng)開關(guān)作為貨物檢測(cè)，當(dāng)有貨物時(shí)相應(yīng)開關(guān)動(dòng)作，其信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC的輸入點(diǎn)是X22-X36；另外為保險(xiǎn)起見，在X軸的左限位和Y軸的下限位出乎安分別加裝了1只微動(dòng)開關(guān)作限位保護(hù)，以確保智能倉庫在程序出錯(cuò)時(shí)不損壞；微動(dòng)開關(guān)原理如圖3-8所示： 圖3-8 微動(dòng)開關(guān)原理圖 3.5 PLC輸入輸出I/O的分配 根據(jù)該智能倉庫PLC輸入輸出的控制要求，可以得出PLC輸入輸出I/O的分配，如表3-5所示： 表3-5 I/O口分配表 X0 啟動(dòng) X25 檢驗(yàn)3號(hào)倉庫 Y2 向上 X1 手動(dòng)或自動(dòng) X26 檢驗(yàn)4號(hào)倉庫 Y3 向下 X2 取出 X27 檢驗(yàn)5號(hào)倉庫 Y4 送進(jìn) X3 送進(jìn) X30 檢驗(yàn)6號(hào)倉庫 Y5 取出 X4 取消 X31 檢驗(yàn)7號(hào)倉庫 Y6 顯示取出 X5 急停 X32 檢驗(yàn)8號(hào)倉庫 Y7 顯示送進(jìn) X6 1號(hào)倉庫的鍵 X33 檢驗(yàn)9號(hào)倉庫 Y10 顯示操作錯(cuò)誤 X7 2號(hào)倉庫的鍵 X34 檢驗(yàn)10號(hào)倉庫 Y11 顯示1倉庫 X10 3號(hào)倉庫的鍵 X35 檢驗(yàn)11號(hào)倉庫 Y12 顯示2倉庫 X11 4號(hào)倉庫的鍵 X36 檢驗(yàn)12號(hào)倉庫 Y13 顯示3倉庫 X12 5號(hào)倉庫的鍵 X37 前進(jìn)限制 Y14 顯示4倉庫 X13 6號(hào)倉庫的鍵 X40 后退限制 Y15 顯示5倉庫 X14 7號(hào)倉庫的鍵 X41 后退超過 Y16 顯示6倉庫 X15 8號(hào)倉庫的鍵 X42 向上限制 Y17 顯示7倉庫 X16 9號(hào)倉庫的鍵 X43 向下限制 Y20 顯示8倉庫 X17 10號(hào)倉庫的鍵 X44 向下超過 Y21 顯示9倉庫 X20 11號(hào)倉庫的鍵 X45 前時(shí)限制 Y22 顯示10倉庫 X21 12號(hào)倉庫的鍵 X46 取出限制 Y23 顯示11倉庫 X22 檢驗(yàn)0號(hào)倉庫 X47 取出超過 Y24 顯示12倉庫 X23 檢驗(yàn)1號(hào)倉庫 Y0 前進(jìn) X24 檢驗(yàn)2號(hào)倉庫 Y1 后退 3.6 電氣原理圖的設(shè)計(jì) 根據(jù)該智能倉庫的設(shè)設(shè)計(jì)要求，可以總結(jié)出該智能智能自動(dòng)定位控制系統(tǒng)的電氣原理圖，該圖由PLC、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、等構(gòu)成。示意圖如圖3-9所示，具體情況見附圖。 圖3-9 電氣原理圖 24 第4章 智能倉庫系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì) 4.1 PLC梯形圖概述 梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電氣控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)邏輯控制。梯形圖被稱為電路或程序梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。 PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲(chǔ)單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。該存儲(chǔ)單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸電斷開，稱這種狀態(tài)的軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”成為編程元件。 開關(guān)量 按電壓水平分為：220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分為：有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量 按其精度可分為12bit、14bit、16bit等；按信號(hào)類型可以分為電流型（4~20mA，0~20mA）、電壓型（0~10V，0~5V，-10~10V）等。 除了上述通用I/O口外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電氣電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動(dòng)。右母線可以不畫出。 根據(jù)梯形圖中各個(gè)觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈相對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸電的狀態(tài)來進(jìn)行的。 PLC與電氣回路的接口是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反應(yīng)輸入信號(hào)的狀態(tài)，輸出點(diǎn)反應(yīng)輸出鎖存器的狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 4.2 系統(tǒng)流程圖 根據(jù)系統(tǒng)工作過程分析可以得出，該控制系統(tǒng)的流程圖如圖4-1所示： 圖4-1 系統(tǒng)流程圖 4.3 梯形圖的設(shè)計(jì) PLC硬件電路連接完畢后，控制功能的完成還要依靠軟件程序的運(yùn)行，兩者缺一不可。 4.3.1 初始化主控指令 該段程序主要是用來控制其內(nèi)部的通用輔助繼電器觸點(diǎn)，如圖4-2所示。當(dāng)X000和X001接通時(shí)執(zhí)行MC和MCR之間的指令，其間的輸出點(diǎn)有輔助繼電器觸點(diǎn)M0、M1、M2、M30和計(jì)數(shù)器C0、C1、C3、C7等，當(dāng)X000接通、X001斷開時(shí)執(zhí)行MC和MCR之間的指令，其輸出點(diǎn)為M31、M32、M33、M34、M35和M36都是用來控制后面的輸出的。 圖4-2 初始化梯形圖 4.3.2位置檢測(cè)指令 當(dāng)M30接通或M40而X002、X003、X004斷開時(shí)輸出M101，之后M101接通開始對(duì)各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行檢測(cè)判斷，以便確定正確的位置來完成貨物的存取，如圖4-3所示。此時(shí)前面主控程序之間的輸出開始起作用，如當(dāng)M1接通，Y001斷開，輸出的動(dòng)作為Y000前進(jìn)。其它的動(dòng)作執(zhí)行和其相似。 圖4-3 位置檢測(cè)梯形圖 當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)可以通過以下程序來控制系統(tǒng)的運(yùn)行，通過輸出操作錯(cuò)誤，然后再改變操作來確保貨物存取的正確性。詳細(xì)程序如圖4-4所示： 圖4-4 檢測(cè)錯(cuò)誤梯形圖 當(dāng)沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，則輸出Y011、Y012、Y013、、、、、、Y024，顯示出倉庫的位置，如圖4-5所示： 圖4-1 動(dòng)作輸出梯形圖 30 第5章 系統(tǒng)調(diào)試 5.1梯形圖程序的下載 1．要將GX Developer7.0中編制好的程序下載到PLC,必須先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)置。先將PLC與計(jì)算機(jī)的串口互連，然后可以進(jìn)入【傳輸設(shè)置】對(duì)話框，進(jìn)行FX2n PLC設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)設(shè)定，可以進(jìn)行PLC和計(jì)算機(jī)的串口通信方式的設(shè)定，可以進(jìn)行其他網(wǎng)絡(luò)電的設(shè)定，還可以實(shí)現(xiàn)通信測(cè)試。 2．梯形圖寫入PLC 單擊【在線】-【PLC寫入】，就可以打開“PLC寫入”對(duì)話框，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置并執(zhí)行，就可以將GX Developer7.0中已編制好的程序?qū)懭隤LC，如圖5-1所示： 圖5-1 程序的調(diào)試 選中要下載到PLC的內(nèi)容，單擊【執(zhí)行】就可以將寫好的梯形圖程序下載到PLC的CPU中。 5.2程序運(yùn)行過程記錄 待程序全部寫入PLC之后，首先運(yùn)用PLC的編程軟件進(jìn)行模擬調(diào)試，模擬調(diào)試成功后，接上外部接線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的具體情況如表5-1所示： 表5-1 程序運(yùn)行過程記錄 PLC元件 狀態(tài) 運(yùn)行結(jié)果 X0 ON 啟動(dòng) X1 ON 手動(dòng)、自動(dòng) X2 ON 取出 X3 ON 送進(jìn) X4 ON 取消 X5 ON 急停 X6 ON 1號(hào)倉庫的鍵 X7 ON 2號(hào)倉庫的鍵 X10 ON 3號(hào)倉庫的鍵 X11 ON 4號(hào)倉庫的鍵 X12 ON 5號(hào)倉庫的鍵 X13 ON 6號(hào)倉庫的鍵 X14 ON 7號(hào)倉庫的鍵 X15 ON 8號(hào)倉庫的鍵 X16 ON 9號(hào)倉庫的鍵 X17 ON 10號(hào)倉庫的鍵 X20 ON 11號(hào)倉庫的鍵 X21 ON 12號(hào)倉庫的鍵 X22 ON 檢驗(yàn)0號(hào)倉庫 X23 ON 檢驗(yàn)1號(hào)倉庫 X24 ON 檢驗(yàn)2號(hào)倉庫 X25 ON 檢驗(yàn)3號(hào)倉庫 X26 ON 檢驗(yàn)4號(hào)倉庫 X27 ON 檢驗(yàn)5號(hào)倉庫 X30 ON 檢驗(yàn)6號(hào)倉庫 X31 ON 檢驗(yàn)7號(hào)倉庫 X32 ON 檢驗(yàn)8號(hào)倉庫 X33 ON 檢驗(yàn)9號(hào)倉庫 X34 ON 檢驗(yàn)10號(hào)倉庫 X35 ON 檢驗(yàn)11號(hào)倉庫 X36 ON 檢驗(yàn)12號(hào)倉庫 X37 ON 前進(jìn)限制 X40 ON 后退限制 X41 ON 后退超過 X42 ON 向上限制 X43 ON 向下限制 X44 ON 向下超過 X45 ON 前時(shí)限制 X46 ON 取出限制 X47 ON 取出超過 41 結(jié)　論 本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強(qiáng)大的控制功能，實(shí)現(xiàn)了利用可編程控制器控制智能倉庫的功能，具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。當(dāng)堆垛機(jī)的功能增加時(shí)，硬件接線上只需增加行程開關(guān)輸入信號(hào)。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，要改動(dòng)的地方也較少。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、精確性和可靠性方面，到達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，表明該設(shè)計(jì)方案是可行的。 謝 辭 經(jīng)過兩個(gè)多月的忙碌和工作，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，作為一個(gè)?？粕漠厴I(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在黨保華的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。黨老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從課題選擇到資料查閱，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。幾個(gè)月多來，黨老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我許多值得我學(xué)習(xí)和借鑒的品質(zhì)，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 在此謹(jǐn)向黨老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 然后還要感謝讀書以來所有的老師，不僅授我以文，而且教我做人，給以終生受益無窮之道。對(duì)老師們的感激之情是無法用言語表達(dá)的。 其次要感謝511全體寢室成員，如果沒有他們的幫助、鼓勵(lì)和陪伴，學(xué)習(xí)生活將變得非常困難。 也要感謝我的學(xué)校，為我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的學(xué)生生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆。 最后，向我的親愛的家人和親愛的朋友表示深深的謝意，他們給予我的愛、理解、關(guān)心和支持是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力。 ????? 氣有浩然 ， 學(xué)無止境。 參考文獻(xiàn) [1] 汪曉萍.《可編程控制器系統(tǒng)開發(fā)導(dǎo)航》.北京：人民郵電出版社，2004年7月第1版 [2] 王衛(wèi)兵 宋欣 劉宏洋 謝怡寧 .《可編程序控制器原理及應(yīng)用》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.8 [3] 董錦鳳 .《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.2(高職高專系列規(guī)劃教材) [4] 賈德勝 .《PLC應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序》.北京：人民郵電出版社，2006.1 [5] 郭艷萍 .《電氣控制與PLC技術(shù)》.北京：北京師范大學(xué)出版社，2007.2（2008.7重印） [6] 孫政順 曹京生 .《PLC技術(shù)》.北京:高等教育出版社，2005 [7] 嚴(yán)盈富 .《PLC入門》.北京：人民郵電出版社，2005 [8] 朱紹祥 .《可編程控制器原理及應(yīng)用》. 上海： 上海交通大學(xué)出版社，1988.8 [9] 孟憲芳 .《電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)》. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.1(2008.3重印) [10] 路松行 .《電工與電子技術(shù)》. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.8(2007.9重印) [11] 張繼 張潤(rùn)敏 梁海峰 .《電機(jī)控制與供電基礎(chǔ)》.西南交通大學(xué)出版社，2000 [12] 姜培剛 孟玉先 .《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.9(2009.4重印) [13] 邱士安 .《機(jī)電一體化技術(shù)》. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005 [14] 陳伯時(shí) .《自動(dòng)控制系統(tǒng)》. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981 [15] 康宜華 .《工程測(cè)試技術(shù)》. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5 [16] 熊詩波 黃長(zhǎng)藝 .《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社