買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 柔性制造 系統(tǒng)（ 集成了自動控制技術(shù)、人工智能、計算機語言編程組態(tài)監(jiān)控等現(xiàn)代化技術(shù)的生產(chǎn)設(shè)備。 目前實踐教學(xué)作為教學(xué)過程中的一個環(huán)節(jié)，是工科院校培養(yǎng)跨世紀創(chuàng)造性人才必不可少的。為配合卓越工程師試點工作中的課程改革，結(jié)合教學(xué)研究任務(wù)，本設(shè)計針對學(xué)校實驗室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉庫環(huán)節(jié)進行實驗前期準備工作。 本設(shè)計主要由三層 12 倉位的立體倉庫和四自由度碼垛機械手兩部分組成。 其中碼垛機械手由機械傳動部分和電氣控制兩部分組成，電氣控制是由西門子 可編程控制器 ( 步進電機驅(qū)動器、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。 在設(shè)計過程中，不斷參閱相關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范的資料， 參照現(xiàn)有的碼垛機的工作模式及控制方法，最終完成 控制核心 的 碼垛單元的 制系統(tǒng) 設(shè)計 ，并應(yīng)用組態(tài)軟件制作監(jiān)控仿真界面。 關(guān)鍵詞 ： 柔性制造系統(tǒng) ；碼 垛機；立體倉庫 ； 組態(tài) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is of as of a is of of is As in in of in is of 2 of of is of a an is 7 a of to LC as LC of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘要 I 1章 緒論 1 題背景 1 性包裝機的設(shè)計 的概述 1 性包裝機的設(shè)計 在國外的研究現(xiàn)狀 1 性包裝機的設(shè)計 在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 2 性包裝機的設(shè)計 的發(fā)展趨勢 3 題的主要研究內(nèi)容 3 第 2章 柔性包裝機的設(shè)計 的總體方案設(shè)計 4 性包裝機的設(shè)計 的總體框圖 4 性包裝機的設(shè)計 的結(jié)構(gòu)組成 5 性包裝機的設(shè)計 的控制方案 6 性包裝機的設(shè)計 的控制功能要求 6 性包裝機的設(shè)計 的控制方案確定 6 性包裝機的設(shè)計 的定位方案確定 7 章小結(jié) 9 第 3章 柔性包裝機的設(shè)計 的硬件設(shè)計選型及介紹 10 動機的計算選取 10 性包裝機的設(shè)計 的已知參數(shù) 10 據(jù)已知參數(shù)對電動機的選型計算 10 進電機驅(qū)動器的介紹 11 編程控制器的選型及 I/O 分配 13 編程控制器的選型 13 編程控制器的 I/O 分配 13 軌的形式介紹 14 珠絲杠的介紹 15 章小結(jié) 15 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 4章 柔性包裝機的設(shè)計 的軟件設(shè)計 16 程軟件介紹及使用 16 性包裝機的設(shè)計 的 序設(shè)計 18 性包裝機的設(shè)計 的工作流程 18 性包裝機的設(shè)計 的軟件設(shè)計 20 章小結(jié) 37 第 5章 組態(tài)王仿真畫面的設(shè)計 38 態(tài)王監(jiān)控軟件介紹 38 態(tài)王監(jiān)控軟件仿真設(shè)計 38 立組態(tài)軟件與 間的通訊連接 39 態(tài)畫面及監(jiān)控元素的設(shè)計 40 章小結(jié) 45 結(jié)論 46 參考文獻 47 致謝 49 附錄 50 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第 1章 緒 論 題背景 柔性包裝機的設(shè)計 是自動化倉庫的主要搬運碼垛設(shè)備，而立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是現(xiàn)代物流體系的要求和信息技術(shù)進步的結(jié)果，它是在不直接進行人工干預(yù)的情況下自動地存儲和取出物流的系統(tǒng)，替代了人工搬運，只需定位抓起點和擺放點，兩點之間的軌道全由電腦控制，兩點直線運動，定位十分準確。自動化立體倉庫碼垛機是現(xiàn)代工業(yè)社會發(fā)展的高科技產(chǎn)物，可全天候作業(yè)，配備機械手可替代不少工人的工作量，由此 每年能節(jié)省幾十 萬的人力資源成本，達到減員增效的目的。生產(chǎn)上能迅速提高公司的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，同時還能減少人工搬運造成的出錯。對提高生產(chǎn)率、降低成本有著重要意義。 柔性包裝機的設(shè)計 是目前占地最小、效率最高、適應(yīng)能力最強的碼垛機。碼垛機械手適應(yīng)于化工、飲料、食品、啤酒、塑料、空調(diào)行業(yè)等生產(chǎn)企業(yè)，對各種紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適應(yīng)。 目前實踐教學(xué)作為教學(xué)過程中的一個環(huán)節(jié)，是工科院校培養(yǎng)跨世紀創(chuàng)造性人才必不可少的。為配合卓越工程師試點工作中的課程改革，結(jié)合教學(xué)研究任務(wù)，本設(shè)計針對學(xué)校實驗室的柔性制造系統(tǒng) 中的立體倉庫環(huán)節(jié)進行實驗前期準備工作。以 控制核心設(shè)計碼垛單元的 制系統(tǒng)，并應(yīng)用組態(tài)軟件制作監(jiān)控仿真界面。 性包裝機的設(shè)計 的概述 性包裝機的設(shè)計 在國外的研究現(xiàn)狀 柔性包裝機的設(shè)計 是隨著大型物流配送中心和自動化立體倉庫的發(fā)展起來的，物流這一概念是在 20 世紀 50 年代首先在美國形成的，立體倉庫的產(chǎn)生和發(fā)展是現(xiàn)代物流體系發(fā)展的要求和信息技術(shù)進步的結(jié)果。 初期的立體倉庫使用的碼垛機以橋式起重機為基礎(chǔ)，這種碼垛機是從起重機的大梁上懸掛一個門架（立柱），利用門架的上下和旋轉(zhuǎn)來搬運貨物。 1960 年左右在美國出現(xiàn)了巷道式碼垛機，這種堆垛機是在地面的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒，或者是在上部導(dǎo)軌上行走，利用地面導(dǎo)軌防止傾倒。在立體倉庫碼垛機的研發(fā)和使用方面，日本始終走在前列， 1967 年安裝了 10 15 米的高層碼垛機， 1969 年出買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 現(xiàn)的聯(lián)機全自動化倉庫，特別是 1973 年建成了一座儲藏生鮮食物的冷藏庫，這是世界上第一座 的極低溫倉庫，解決條件下碼垛機的可靠性和技術(shù)方面的問題，取得了引人矚目的成就。巷道式碼垛機逐漸替代了受重量和跨度限制的橋式碼垛機。 據(jù)不完全統(tǒng)計，美國擁有各種類型的自 動化立體倉庫 20000 多座，日本有 38000多座，德國有 10000 多座，英國有 4000 多座，前蘇聯(lián)有 1500 多座。 性包裝機的設(shè)計 在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 我國第一臺橋式 柔性包裝機的設(shè)計 于 1963 年由北京起重運輸機械研究所研制，在20 世紀 70 年代初期開始，我國石油化工企業(yè)先后從日本、西德和意大利等國家引進了幾十臺碼垛機。其中除了從西德繆勒斯（ 司和意大利 司引進幾臺外，其余大部分碼垛機均是從日本 司和不二公司進口的。到 80 年代初期，我國一些企業(yè)和科研單位，在消化、吸收 引進技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼設(shè)計、研制出幾種不同類型的碼垛機，并用于聚乙烯、聚丙烯、化肥等粉粒產(chǎn)品包裝碼垛生產(chǎn)線上，為碼垛機的國產(chǎn)化開創(chuàng)了良好的開端。當時主要生產(chǎn)廠家有宜昌地區(qū)機械廠、常州化工機械廠、哈爾濱工業(yè)大學(xué)機器人研究所和沈陽運輸機械廠等單位。從 80 年代初期開始，我國一些科研生產(chǎn)單位即著手設(shè)計研制輥道式碼垛機。當時主要以仿型為主，即按國外同類型碼垛機的型式，并結(jié)合國內(nèi)的制造水平進行設(shè)計研究的，為國產(chǎn)碼垛機奠定了雛形。到 80 年代中期，我國一些科研、設(shè)計和生產(chǎn)單位，開始設(shè)計研制氣墊式碼垛機。這種機型仍以仿型為主 。該機型具有結(jié)構(gòu)較緊湊、自動化水平高，運行動作靈活、成垛性能好、外形比較美觀等特點。但這種機型與國外同類先進水平相比，仍有一定的差距。 80 年代后期，我國一些科研單位設(shè)計研制出一種機器人全自動碼垛機。該機是在輥道式碼垛機的基礎(chǔ)上，通過高架機械手進行碼垛作業(yè)的一種機型。其處理能力為 600800 袋 /時。 哈工大機械人研究所于 1988 年研制的包裝碼垛生產(chǎn)線，從 1992 年 6 月安裝在大慶石化總公司投產(chǎn)運行后，經(jīng)過二年半的生產(chǎn)使用，證明運行情況良好，深得用戶好評。該所在此基礎(chǔ)上，又以國外最新產(chǎn)品性能為目標，開發(fā)生產(chǎn)了一 套第二代自動包裝碼垛生產(chǎn)線，并且于 94 年 10 月安裝在齊魯石化總公司投產(chǎn)運行；還計劃再上二套碼垛生產(chǎn)線。同年 11 月又在天津聯(lián)合化學(xué)有限公司安裝了二套自動化包裝碼垛生產(chǎn)線。此后，自動化物流的開發(fā)與應(yīng)用得到了很大發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到 2006年底，全國自動化立體庫的保有量已超過 500 座。 2006 年建設(shè)的自動化立體庫在 80座以上，主要集中在機械制造、汽車、煙草、食品加工、服裝生產(chǎn)、醫(yī)藥生產(chǎn)及流通等行業(yè)，與 2005 年相比，整個市場有了很大發(fā)展。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 性包裝機 的發(fā)展趨勢 縱觀世界各國碼垛機的發(fā)展的現(xiàn)狀，對 今后的動向，可歸納如下： (1) 重視 “三化 ”，逐步采用國際標準。所謂 “三化 ”，是指碼垛機的標準化、系列化和通用化。貫徹 “三化 ”可以縮短設(shè)計周期，保證產(chǎn)品制造質(zhì)量，便于管理和提高經(jīng)濟效益。世界上許多國家，不僅重視產(chǎn)品的 “三化 ”工作，而且非常注意采用國際標準（ 有的國家甚至廢除本國標準而直接采用國際標準，其目的是為了促進商品的國際交流。 (2) 實現(xiàn)產(chǎn)品的機電一體化。機械產(chǎn)品需要更新?lián)Q代。在當今計算機技術(shù)、自控技術(shù)和數(shù)顯技術(shù)大發(fā)展的年代里，更新?lián)Q代的重要標志是實現(xiàn)產(chǎn)品的機電一體化。在碼垛機上應(yīng)用計算機 技術(shù)，可以提高作業(yè)性能，增加安全性，以至實現(xiàn)無人自動操作。 (3) 人機工程學(xué)的應(yīng)用。碼垛機一般應(yīng)用在沉重、忙碌、環(huán)境比較差的場合。為了減少人員的作業(yè)強度，保證持久旺盛的體力和注意力，應(yīng)該根據(jù)人機工程學(xué)的理論，設(shè)計導(dǎo)動裝置和人員輔助裝置，改善振動與噪聲的影響，以使最少、最合理的投資，獲得最佳的使用效果，使設(shè)備發(fā)揮最大的效率。 題的主要研究內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容是教學(xué)用倉儲機械手碼垛機的自動控制及組態(tài)軟件的監(jiān)控仿真，主要包括以下幾個方面： (1) 深入研究實際工作過程中碼垛機的工作情況，理解其工 作原理； (2) 根據(jù)參數(shù)選擇電機，確定控制方案。進行控制系統(tǒng)的總體設(shè)計； (3) 根據(jù)總體方案的設(shè)計，設(shè)計電器控制的原理框圖； (4) 進行 選型，進行硬件系統(tǒng)的設(shè)計并對 I/O 分配； (5) 針對每一部分的硬件設(shè)計，進行軟件部分設(shè)計， 制程序的編寫及調(diào)試； (6) 應(yīng)用組態(tài)軟件制做監(jiān)控仿真操作界面。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 第 2章 柔性包裝機 的總體方案設(shè)計 性包裝機的設(shè)計 的總體框圖 上 位 機 ( P C )輸入S I M A T I - 2 0 0 C U 2 2 4 X 體框圖 圖 采用 西門子 為主控制器的 碼垛機 總體框圖。一臺 為上位監(jiān)控機通過 85 通信 端 口與 連，可以對整個系統(tǒng)進行全面的監(jiān)控管理。 本設(shè)計只針對 控制設(shè)計，其輸入都有啟動按鈕、停止按鈕、單機聯(lián)機切換開關(guān)、急停等操作面板上的操作開關(guān)，還有碼垛機的 行程 限位開關(guān)和立體倉庫上 12個倉格 有無貨物的 檢測開關(guān)。 其輸出包括 4 個步進電機驅(qū)動器的脈沖和方向輸出，以及碼垛機上氣動機械手夾取松開的電磁閥和一些輔助的設(shè)備 （ 例如啟動停止的指示燈 ） 。 4 個 步進電機 驅(qū)動器分買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 別驅(qū)動 4 個步進電機，這 4 個步進電機分別用于 控制 碼垛機的 X 軸、 Y 軸、 Z 軸的移動和 1 個機械手的轉(zhuǎn)動 。 性包裝機 的結(jié)構(gòu)組成 本課題是針對學(xué)校實驗室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉庫環(huán)節(jié)進行實驗前期準備工作而設(shè)計的。實驗裝置由機械部分、電氣部分和操作臺組成 ， 模擬了碼垛機在 一個有 12 倉位 的立體倉庫 的工作情況。 碼垛機是由三個直線電控工作臺以及一個旋轉(zhuǎn)工作臺外加一個氣動手爪組成。然后整體放置在桌面上，用螺釘固定在桌面鋁合金槽內(nèi)的螺母中。 碼垛機的構(gòu)成表 其中 I 軸和 除行程不一致外，本身結(jié)構(gòu)形式完全相同，均采用了光軸導(dǎo)軌支撐，滾珠絲杠傳動的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點是承載能 力高，安裝方便。 是垂直的升降軸，因為相對承載低，故采用光軸支撐，滾珠絲杠傳動的結(jié)構(gòu)。三個軸互成直角組合搭建而成。也就是典型的直角坐標機器人。工業(yè)上經(jīng)常用到這種結(jié)構(gòu)。 為旋轉(zhuǎn)軸，通過支架與 活動平臺連接。結(jié)構(gòu)為蝸輪蝸桿形式。所有直線工作臺在此系統(tǒng)中都采用步進電機驅(qū)動，通過聯(lián)軸器與絲杠端連接。 表 性包裝機的設(shè)計 構(gòu)成介紹 軸 構(gòu)成 動作范圍 I 步進電機 280軸器 滾珠絲杠 光軸導(dǎo)軌 進電機 300軸器 滾珠絲杠 光軸導(dǎo)軌 進電機 350軸器 滾珠絲杠 光軸導(dǎo)軌 進電機 100 蝸輪蝸桿 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 性包裝機 的控制方案 性包裝機 的控制功能要求 碼垛機是立體倉庫貨物存取任務(wù)的最終執(zhí)行者，其主要動作包括： (1) 碼垛機沿貨架（ I 軸方向）的左右運動； (2) 碼垛機接近和遠離貨架（ 方向）的前后運動； (3) 碼垛機沿立柱（ 方向）的上下升降運動； (4) 安裝在碼垛機上機械手的轉(zhuǎn)動（ ）； (5) 安裝在碼垛機上機械手的加緊和放松。 因此， 碼垛機單元的自動控制主要應(yīng)包含以下幾方面的內(nèi)容： (1) 手動控制功能：僅能通過控制面板的按鈕進行啟動、停止、急停等控制操作； (2) 自動控制功能：當手動按下啟動按鈕時，要求碼垛機應(yīng)能完成復(fù)位動作以及貨物的自動入庫任務(wù)。碼垛機運動的情況下，碼垛機要運動到碼垛位和抓取位，其中的坐標點必須有一個參考系，并且，在系統(tǒng)斷電的時候，為防止系統(tǒng)丟掉原點信息，以及當系統(tǒng)以外停機或發(fā)生故障的時候需要系統(tǒng)具有原點復(fù)位功能。 (3) 安全保護功能：實時監(jiān)測各關(guān)鍵器件的使用情況及系統(tǒng)的運行情況，出現(xiàn)故障時及時報警。 性包裝機 的控制方案確定 在當今的工業(yè)控制領(lǐng)域，有相當多的控制手段和設(shè)備，比如：繼電器控制、 片機控制、集散控制系統(tǒng)（ 及可編程控制器（ 制等等。 目前，比較有代表性的碼垛機控制方式主要有： (1) 基于 控制系統(tǒng) 基于 控制系統(tǒng)，其主要構(gòu)成是以 制器為核心，運用其強大的 I/成其與 機接口）的通信，其主要優(yōu)點是編程比較簡單，對使用者的要求不高，且其抗干擾能力比較強大，運行非常穩(wěn)定，主要缺點是不能實現(xiàn)通用化，其靈活程度不高。 (2) 基于 制 系統(tǒng) 基于 控制系統(tǒng)是主要由計算機（一般是工控機）完成主要的算法和碼垛機器人運動路徑規(guī)劃以及結(jié)合運動控制器來控制電機運動，由于基于 ，故可以可使用高級語言編程，其靈活性比較高，可完成比較復(fù)雜的控制功能，其缺點是開發(fā)周買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 期比較長，且對開發(fā)者要求比較高。 綜上所述， 為一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，具有其獨特的優(yōu)點。 本設(shè)計針對學(xué)校實驗室的柔性制造系統(tǒng)中的立體倉庫環(huán)節(jié)進行設(shè)計的，規(guī)模相對于工業(yè)中要小，所以選擇第一種方案：基于 控制系統(tǒng)。 性包裝機 的定位方案 確定 柔性包裝機 定位控制方法很多，現(xiàn)就幾種典型方法介紹如下： (1) 常規(guī)的限位開關(guān)定位方法 柔性包裝機 在運行過程中，要先確定目前的位置，然后才能根據(jù)目標信號決定控制狀態(tài)。例如：碼垛機到某一層需要停下來時，首先在接近這一層時，要先從高速狀態(tài)減速，到達平層位置時，再停車準備存取貨物。因此，我們通常在每一層井道上安裝三個限位開關(guān)，即上、下平層限位開關(guān)和平層限位開關(guān)。 如圖 示，當碼垛機在上升時，首先碰到下平層限位開關(guān)，此信號送到 變頻器發(fā)出減速信號，變頻器按照預(yù)先設(shè)定的減速曲線，控制碼 垛機開始減速，當停下時，進入貨物存取狀態(tài)。 圖 層開關(guān)示意圖 (2) 認址片的定位方法 采用認址片的定位方法時，準確地認址定位是正確存取貨物的關(guān)鍵。 認址片結(jié)構(gòu)如圖 示，認址方法如下：在巷道地基上相對于每列貨格安裝固定的認址片（擋板），在碼垛機底部安裝 4 個光電開關(guān)（ （ 碼垛機一起前后運動，每經(jīng)過列貨格，光電開關(guān)通過認址檔板發(fā)出脈沖信號到 而達到列認址目的。同樣，在碼垛機立柱上相對于每層安裝認址片，在其買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 升降臺安裝光電開關(guān)（ 升降臺一起上 下運動，達到層認址的目的。光電開關(guān)的脈沖輸入信號作為 部認址計數(shù)器的計數(shù)信號，計數(shù)器的當前值作為速度控制的依據(jù)。當碼垛機到達目標貨格即計數(shù)器的計數(shù)值計到零時，發(fā)出停車信號使其停止運行。 圖 址片結(jié)構(gòu) 升降臺上的光電開關(guān)又用 部的計數(shù)器接收光電脈沖，升降臺每經(jīng)過一層，計數(shù)器減 1 計數(shù)，從而達到層方向認址的目的。碼垛機對其定位精度要求是比較高的，一般誤差不超過 2則，由于誤差的積累，在貨叉存取貨物時易碰到貨架或發(fā)生其他事故。但當發(fā)出停車信號后，碼垛機由于慣性還會滑行一點，這樣，光靠計 數(shù)認址很難達到精確定位的目的。為此我們把認址片結(jié)構(gòu)做成如圖 示的形式。用1 號光電開關(guān)作為認址計數(shù)開關(guān)，計數(shù)到零時發(fā)出停車信號，然后再利用 1 號和 2 號開關(guān)作精確定位。如果 1 號與 2 號開關(guān)同時有信號，說明已停準；如果只 2 號開關(guān)有信號，說明己超過，點動碼垛機回退，再檢測比較；如果只 1 號開關(guān)有信號，說明還未到中心點，點動碼垛機前進，再檢測比較。這樣達到準確定位的目的。 (3) 采用 沖 串 輸出 與步進驅(qū)動結(jié)合的定位 方法 圖 沖串輸出與步進驅(qū)動器結(jié)合 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 沖串輸出與步進驅(qū)動結(jié)合使用的控制系統(tǒng) ，具有可靠性高、可實現(xiàn)精確定位等優(yōu)點，適合于小功率驅(qū)動系統(tǒng)。 西門子 供有開環(huán)運動控制的三種方式：脈寬調(diào)制（ 內(nèi)置于 于速度、位置或占空比控制；脈沖串輸出（ 內(nèi)置于 ，用于速度和位置控制； 控模塊 用于速度和位置控制的附加模塊。 內(nèi)置于西門子 如圖 西門子 步進電機轉(zhuǎn)動方向 控制 有四種方式 ， 分別如圖 示。 圖 輸出極性和方 向控制方式 由以上的介紹，我們可以看出，安裝限位開關(guān)或認址片的定位方法，不僅廢工廢料，而且每個開關(guān)或認址片的實際安裝距離，均不可避免地存在一定量的誤差，使得系統(tǒng)的安裝調(diào)試變得復(fù)雜，而且定位質(zhì)量難以保證。一旦系統(tǒng)要求改造，又要重新進行安裝工作。而采用 沖 串 輸出與步進驅(qū)動器結(jié)合的定位方法，通過 發(fā)出的脈沖數(shù)可以很容易地確定碼垛機的當前位置，這種碼垛機的位移定位方法具有定位精度高、適應(yīng)性強的優(yōu)點，因此，采用此方案對碼垛機進行定位。 章小結(jié) 本章針對立體倉庫中 柔性包裝機 的控制系統(tǒng)進行了方案設(shè)計 。系統(tǒng)主控制器選擇了在工業(yè)環(huán)境中廣受歡迎的可編程控制器（ 最后，在綜合比較了多種碼垛機的定位方法后，并結(jié)合本設(shè)計的實際要求，選擇了定位精度更高，控制方法更加靈活的定位方案 通過 發(fā)出的脈沖數(shù)和步進電機驅(qū)動器結(jié)合定位 的方法 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 第 3章 柔性包裝機 的硬件 設(shè)計選型及 介紹 本章將詳細分析系統(tǒng)中各個組成硬件的原理與特點，并根據(jù)貨物存儲系統(tǒng)的實際工作環(huán)境，選擇適合本系統(tǒng)的設(shè)備型號以及參數(shù)，完成碼垛機單元的硬件設(shè)計。 動機的計算選取 性包裝機 的已知參數(shù) 作為整個堆垛機系統(tǒng)的運動速度驅(qū) 動者，電動機的合適選取十分重要。針對該立體倉庫的實際工作情況，設(shè)計的堆垛機系統(tǒng)應(yīng)當滿足以下參數(shù)要求： 工作臺的質(zhì)量： 401 m 工件質(zhì)量： 402 m 最高速度： vm/s； 加速時間： t s； 減速時間： 絲桿導(dǎo)程： 5P 阻力： 20f N； 摩擦系數(shù)： ； 據(jù) 已知參數(shù) 對電動機的選型計算 先求加速度： 1 m a x s 垂直方向軸向力計算： 上升加速時 )()( N 上升勻速時 )( N 上升減速時 )()( N 下降加速時 )()( N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 下降勻速時 )( N 下降減速時 )()( N 水平運動時 )()( 21217 N 通過計算分析可以清楚地發(fā)現(xiàn)， 碼垛機垂直方向的力較水平方向的力要大，因此只要按照垂直方向的上升加速時的力1可以滿足其它運動對于電動機轉(zhuǎn)矩的要求。 3m a x m 通過表 選 步進電動機 表 進電機型號具體參數(shù) 型號 步距角 （ ） 保持轉(zhuǎn)矩（ Nm） 額定電流 （ A） 相電阻 （ ） 相電感（ 轉(zhuǎn)子慣量（ g 8 4 8 31 75 進電機驅(qū)動器的介紹 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 圖 )步進電機驅(qū)動器 )步進電機驅(qū)動器如圖 是一款經(jīng)濟、小巧的等角度恒力矩細分型高性能步進驅(qū)動器，驅(qū)動電壓 用單電源供電。適配電流在 下，外徑 42各種型號的二相混合式步進電機。 該驅(qū)動器內(nèi)部采用雙極恒流斬波方式，使電機噪音減小，電機運行更平穩(wěn)；驅(qū)動電源電壓的增加使得電機的高速性能和驅(qū)動能力大為提高；而步進脈沖停止超過100，線圈電流自動減半，使驅(qū)動器的發(fā)熱可減少 50%，也使得電機的發(fā)熱減少。用戶在脈沖頻率不高的時候使用低速高細分，使步進電機運轉(zhuǎn)精度提高，最高可達 200細分，振動減小，噪聲降低。 )步進電機驅(qū)動器的引腳功能說明如表 表 )步進電機驅(qū)動器的引腳功能說明 標記符號 功 能 注 釋 + 輸入信號光 電 隔離 正端 接 +55V+24于 +5 2=下降 沿有效，每當脈沖由高變低時電機走一步。輸入電阻 220，要求：低 電平 0電平 45V，脈沖寬度 2=用于改變電機轉(zhuǎn)向。輸入電阻 220，要求：低 電平 0電平 45V， 脈沖寬度 機釋放信號 有效（低電平）時關(guān)斷電機線圈電流，驅(qū)動器停止工 作，電機處于自由狀態(tài) 。 點輸出信號 電機線圈通電位于原點置為有效（ B， 電）；光電隔離輸出（高電平）。 - 輸出信號公共地 號光電隔離公共地端， 大驅(qū)動電流 50高電壓 50V。 +V 電源正極 40V 源負極 機接線 +A、 B、 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 編 程控制器 的 選型 及 I/編程控制器 的選型 在碼垛機碼垛過程中，需要完成對砌塊的夾緊、升降及水平搬運、旋轉(zhuǎn)等多個動作，動作頻繁且過程復(fù)雜。并且，在碼垛工作現(xiàn)場往往環(huán)境較為惡劣，所以為了保證生產(chǎn)過程平穩(wěn)有效地進行，就要求控制系統(tǒng)具有很好的可靠性以及很強的故障診斷能力。目前，市場上的主流控制系統(tǒng)是 的特點是結(jié)構(gòu)小巧、通用性好、運行速度快、可靠性高，非常適合于在高溫、振動、粉塵等環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場實現(xiàn)各種開關(guān)控制，所以選用 為控制系統(tǒng)的核心部件。 目前，市場上存在著種類繁多的大、中、 小型 到作為少量的繼電器裝置的替代品，大到作為分布式系統(tǒng)中的上位機，幾乎可以滿足工業(yè)控制的各種需要。 西門子（ 公司的 品包括 業(yè)網(wǎng)絡(luò) 、 機界面 、 工業(yè)軟件等。西門子 列 積小、速度快、標準化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。 列 品可分為微型 小規(guī)模性能要求的 如 和中、高性能要求的 。 根據(jù) 實際情況， 初步計算，共有 26 個輸入 、 11 個輸出，根據(jù)控制要求以及所需的端子，因為數(shù)目較多，需要對 行 I/O 擴展。在該碼垛機設(shè)備中選擇直流型C/C，以及一個 16 輸入 /16 輸出）擴展模塊?？偣灿?30 個輸入和 26 個輸出，可以滿足控制需求。 編程控制器的 I/碼垛機自動控制過程，包含了多個環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)之間都是緊密聯(lián)系，并非獨立存在，因此為了保證生產(chǎn)過程的順利進行，必須確保各環(huán)節(jié)適時配合和安全轉(zhuǎn)換。 輸入信號能夠?qū)⒋a垛機的工作狀態(tài)、操作及轉(zhuǎn)換信息等信號傳遞給 含了啟動、停止、急停、單機聯(lián)機切換開關(guān)等操作的按鈕，還有 12 個倉位有無貨物的檢測開關(guān)。 輸出信號主要是用來控制碼垛機設(shè)備的升降、進退、夾緊、旋轉(zhuǎn)等動作。 根據(jù)碼垛機的 實際情況 ，分析其 功能，可 將 編程控制器的 輸入 /輸出分配如表 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 表 （接觸器吸合） 垛機升降軸驅(qū)動器脈沖信號 座 X 軸正向限位信號 機狀態(tài)下啟動信號 座 X 軸負向限位信號 警指示燈 座 Y 軸原點信號 垛機升降軸驅(qū)動器方向信號 座 Y 軸正向限位信號 垛機旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動器脈沖信號 座 Y 軸負向限位信號 垛機旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動器方向信號 降軸 Z 正向限位信號 爪電磁閥 降軸 Z 負向限位信號 轉(zhuǎn)軸 4 正向限位信號 轉(zhuǎn)軸 4 負向限位信號 品倉格 1 工件檢測開關(guān) 品倉格 2 工件檢測開關(guān) 品倉格 3 工件檢測開關(guān) 品倉格 4 工件檢測開關(guān) 品倉格 5 工件檢測開關(guān) 品倉格 6 工件檢測開關(guān) 品倉格 7 工件檢測開關(guān) 品倉格 8 工件檢測開關(guān) 品倉格 9 工件檢測開關(guān) 品倉格 10 工件檢測開關(guān) 品倉格 11 工件檢測開關(guān) 品倉格 12 工件檢測開關(guān) 軌的形式介紹 一般負載較重或者帶有徑向扭矩的時候，都需要選擇導(dǎo)軌支撐的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)軌也有很多種類，一般和載重、價格、精度有關(guān)系，下面列舉幾種常用的典型滾珠導(dǎo)軌標準結(jié)構(gòu)，說明一下各自特點和區(qū)別。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 交叉滾柱導(dǎo)軌為水平相對滑動，兩根導(dǎo)軌之間放置保持架與滾柱，這種導(dǎo)軌略顯粗糙，要求安裝精度較高，運動時易產(chǎn)生噪音。 光軸導(dǎo)軌實際上是一根光軸通過螺釘連接安裝到相應(yīng)弧度的支架上，上部裝有滑塊。這種結(jié)構(gòu)簡便、經(jīng)濟。應(yīng)用到長度及 負載不大的場合。安裝方便。 直線導(dǎo)軌是最普遍使用的，但造價較高，滑塊安裝時帶有預(yù)壓，消除間隙。要求為高精度高負載的場合使用。 圓弧導(dǎo)軌實際是直線導(dǎo)軌的擴展，應(yīng)用到特殊場合。這里注意的是，直線導(dǎo)軌的滑塊一般不能與導(dǎo)軌體脫離，否則滑塊內(nèi)滾珠將散落，難以恢復(fù)，造成損失。 珠絲杠的介紹 工作臺除導(dǎo)軌外，最重要的核心部件應(yīng)該是滾珠絲杠。滾珠絲桿是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成，同直線導(dǎo)軌一樣，滾珠絲杠上的螺母與螺桿同樣不可分離，必須有專用的工 具方可分離，否則滾珠散落。其特點：與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為 1/3；高精度的保證；微進給可能；無側(cè)隙、剛性高；高速進給可能。 章小結(jié) 本章針對碼垛機的實際工作環(huán)境，選擇了適合的相關(guān)設(shè)備，并進行了相應(yīng)參數(shù)的計算，對碼垛機的控制系統(tǒng)進行了硬件方面的設(shè)計。分別從電動機、驅(qū)動器及其附屬設(shè)備、 軌、滾珠絲杠等方面，并簡單的做了一些介紹。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 第 4章 柔性包裝機 的軟件設(shè)計 一個完整的 碼垛機 是由硬件與軟件兩大部分組成的。要實現(xiàn)所要求的功能，除了完成硬件部分的設(shè)計，還要配備完善的軟件，系統(tǒng)才能正常工作。 程軟件 介紹及使用 西門子 編程工具有編程器和編程軟件，其中編程軟件是最主要的編程工具，功能強大。不但可以開發(fā)程序和組態(tài)，也可以監(jiān)控程序的運行情況，設(shè)置工作方式等。 程軟件是專為西門子公司 列小型機而設(shè)計的編程工具軟件，使用該軟件支持指令表、梯形圖、邏輯功能塊圖 3 種編程語言，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制控制程序，并完成與 實時通信，也可以實現(xiàn)計算機與 傳以及在線監(jiān)控。 主界面如圖 4示。 圖 主界面 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 (1) 型和參數(shù)設(shè)置。 編程之前需要確定