買文檔就送您 01339828或 11970985 I 圖 書 分類號： 密 級： 摘要 隨著計算機信息技術的發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和競爭的日益加劇，市場對企業(yè)物流系統(tǒng)提出了新的要求，自動化立體倉庫越來越受到關注并得到廣泛應用。堆垛機是立體倉庫的關鍵起重，搬運設備。 本文論述了自動化立體倉庫中堆垛機控制系統(tǒng)的原理，結(jié)構(gòu)和特點， 介紹堆垛機的控制系統(tǒng)的設計， 以及堆垛機的速度控制和精確定位方法。針對立體倉庫的存取特點，對堆垛機的硬件部分進行設備選型與參數(shù)計算，設計出電氣原理圖 。 并給出了 關鍵詞 ：堆垛機 ； 制系統(tǒng) 買文檔就送您 01339828或 11970985 of of of by is in of RM is in an In of in on on of RM is of LC is 買文檔就送您 01339828或 11970985 I 目 錄 1 緒論 . 1 . 1 垛機的分類 . 1 垛機的組成 . 1 題的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 3 題背景 . 3 垛機系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究狀況 . 3 課題的研究目的及主要研究內(nèi)容 . 4 2 堆垛機系統(tǒng)的方案設計 . 5 垛機系統(tǒng) . 5 垛機控制系統(tǒng)的功能要求 . 6 垛機的速度控制方案 . 7 . 7 . 8 頻調(diào)速的工作原理 . 8 統(tǒng)主 控制器的選擇方案設計 . 9 . 9 . 11 垛機的定位控制方案 . 12 章小結(jié) . 12 3 系統(tǒng)硬件設計 . 14 垛機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 14 動機的選型 . 15 頻器的選型 . 16 . 16 . 16 . 16 頻器的容量計算 . 18 . 19 . 20 . 20 特點 . 20 . 21 買文檔就送您 01339828或 11970985 垛機控制系統(tǒng)其它主要硬件的選取 . 21 . 21 電開關 . 22 磁閘 . 22 路器、接觸器 . 23 垛機控制系統(tǒng)的電氣原理圖 . 23 4 堆垛機控制系統(tǒng)軟件設計 . 24 序設 計軟件 . 24 型的配置及 I/O 點數(shù)的分配 . 25 垛機控制系統(tǒng)程序設計 . 26 結(jié)論 . 33 致謝 . 34 附錄 . 36 附錄 1 . 36 附錄 2 . 44 買文檔就送您 01339828或 11970985 文檔就送您 01339828或 11970985 1 1 緒論 自動化立體倉庫是物料搬運、倉儲科學的一門綜合科學技術工程。它以高層立體貨架為主要標志，以成套先進的搬運設備為基礎，以先進的計算機控制技術為主要手段，是實現(xiàn)搬運、存取機械化、自動化，儲存管理現(xiàn)代化的新型倉庫。它具有占地面積小、儲存量大、周轉(zhuǎn)快的優(yōu)點，是集信息、存儲、管理于一體的高技術密集型機電一體化產(chǎn)品。將自動化立體倉庫應用在 立體 庫中，利用它自身的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)貨物的自動存取 12 。 動化立體倉庫系統(tǒng)概述 垛機的分類 堆垛機是自動化立體倉庫中貨物進出倉庫的主要執(zhí)行設備。按規(guī)模進行分類，高度 1010 20m 的為中層型， 20m 以上的為高層型。按驅(qū)動方式分類，分為下部驅(qū)動式、上部驅(qū)動式和上下部驅(qū)動式三種。 就結(jié)構(gòu)而言，高度在 6m 以下的小型堆垛機一般是桅桿式的，而高度大于 6m 的堆垛機則一般采用箱式框架結(jié)構(gòu)形式。 堆垛機的動作可分為單循環(huán)和復合循環(huán)兩種。前者是分別實現(xiàn)入庫動作和出庫動 作 后者可以實現(xiàn)連續(xù)出入庫動作 。 堆垛機的運轉(zhuǎn)方式可分為自動操作和手動操作兩種。高級機種中還有一種是手動定位停止，貨物的出入庫可以采取自動或半自動的形式 34 。 垛機的組成 巷道式堆垛機基本結(jié)構(gòu)一般主要由機架、運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、載貨臺、貨叉、電氣設備以及各種安全保護裝置等部分組成（如圖 1所示 ) 1上橫梁 2. 松繩及過載保護裝置 3. 立柱 4. 提升機構(gòu) 5運行機構(gòu) 7. 載 貨臺 8. 電氣柜 9. 下橫梁 圖 1堆垛機結(jié)構(gòu)圖 買文檔就送您 01339828或 11970985 2 (l)機架 堆垛機的機架由立柱、上橫梁和下橫梁組成一個框架。整機結(jié)構(gòu)高而窄。機架可以分為單立柱和雙立柱兩種類型。雙立柱結(jié)構(gòu)的機架由兩根立柱和上、下橫梁組成一個長方形的框架。這種結(jié)構(gòu)強度和剛性都比較好，適用于起重量較大或起升高度比較高的場合。單立柱式堆垛機機架只有一根立柱和一根下橫梁，整機重量比較輕，制造工時和材料消耗少，結(jié)構(gòu)更加緊湊且外形美觀。堆垛機運動時，司機的視野比較寬闊，但剛性稍差。由于載貨臺與貨物對單立柱的偏心作用，以及行走、制動和加速減速的水平慣性 力的作用對立柱會產(chǎn)生動、靜剛度方面的影響。當載貨臺處于立柱最高位置時撓度和振幅達到最大值。這在設計時需加以校核計算。堆垛機的機架沿天軌運行。為防止框架傾倒，上梁上裝有導引輪。 (2)運行機構(gòu) 運行機構(gòu)主要由電動機 (帶制動器 )、減速器、車輪組成。目前常采用的下部支承及驅(qū)動的堆垛機。運行機構(gòu)安裝在下橫梁一端，下部車輪為主動輪，另一端 為被動輪。有時堆垛機為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)巷道作業(yè)，被動輪安裝在 轉(zhuǎn)向輪座上，可以保證在轉(zhuǎn)巷道時有較小的回轉(zhuǎn)半徑。 堆垛機的水平運行速度 :國內(nèi)最高達到 100m/外 (日本 )已達到 160m/m/前運行機構(gòu)一般都用變頻調(diào)速。 (3)起升機構(gòu) 堆垛機的起升機構(gòu)由電動機、制動器、減速機、卷筒或鏈輪、鋼絲繩或鏈條以及滑輪等零部件組成。目前，常用帶制動器的電機。減速機的采用視傳動比需要和結(jié)構(gòu)布置而定。蝸輪蝸桿減速器結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單，但傳動效率較低。行星齒輪減速器則在電機軸方向尺寸較大。目前，也常用專門生產(chǎn)的“三合一” (即電機、制動器、卷筒合一 )起升卷揚機構(gòu)，它相對結(jié)構(gòu)緊湊。其它零部件如鋼絲繩、滑輪都選用標準件。 起升機構(gòu)速度 :國內(nèi)最高達 30m/外 (如日本 )最高達 40 48m/ 起升機構(gòu)的調(diào)速 :以前曾用過子母電機或變極電機，目前多用變頻調(diào)速。 (4)載貨臺 載貨臺是貨物單元承載裝置，通過鋼絲繩或鏈條與起升機構(gòu)聯(lián)結(jié)。載貨臺沿立柱上的導軌升降。貨叉機構(gòu)安裝在載貨臺上，有司機室的堆垛機，司機室也裝在載貨臺上。有揀選功能的堆垛機，揀選平臺也安裝在載貨臺上。載貨臺通常有一個剛性框架，為沿導軌運行而裝有導輪。 (5)貨叉伸縮機構(gòu) 貨叉伸縮機構(gòu)是堆垛機的主要工作機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點是能夠雙向伸出，以便向兩側(cè)貨格送人 (取出 )貨箱?？s回后，貨叉連同載貨臺一起隨大車在巷道內(nèi)運行。為 此，貨叉伸縮機構(gòu)的設計要求是 :貨叉完全伸出后，其長度須為原來長度的兩倍以上。貨叉全收回后，結(jié)構(gòu)尺寸需盡量小 。 貨叉伸縮速度一般為 8 10m/的可達 30m/右，但通常需調(diào)速控制，調(diào)買文檔就送您 01339828或 11970985 3 速范圍為 :30m/ 2m/ (6) 電氣設備 主要包括電力拖動、控制、檢測和安全保護等強、弱電電氣設備，三個主要機構(gòu)的電力拖動系統(tǒng)，目前國內(nèi)外普遍采用變頻調(diào)速控制，從而滿足堆垛機高速運行、換速平穩(wěn)、低速停準的要求。檢測系統(tǒng)必須具有堆垛機自動認址、貨虛實探測、貨箱位置檢查等功能 。 對堆垛機的控制，目 前國內(nèi)外常用 編程邏輯控制器 )控制。 模塊化結(jié)構(gòu)以及遠程通訊功能可以 較好滿足堆垛機單機自動控制、全自動 (整個倉庫系統(tǒng) )控制的要求。 (7)安全及聯(lián)鎖機構(gòu) 堆垛機是一種起重機械，它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運行。為了保證人身及設備的安全，堆垛機必須配備完善的硬件及軟件的安全保護裝置，并在電氣控制上采取一系列聯(lián)鎖和保護措施。除了一般起重機常備的安全保護措施 (如各機構(gòu)的終端限位和緩沖、電機過熱和過電流保護、控制電路的零位保護等 )外，還應根據(jù)實際需要，增設各種保護。 主要的安全保護裝置有 : 終端限位保 護在行走、升降和伸縮的終端都設有限位保護。 聯(lián)鎖保護行走 與升降時，貨叉伸縮驅(qū)動電路切斷 ;相反，貨叉縮時，行走與升降電路切斷。行走與升降運動可同時進行。 正位檢測控制只有當堆垛機在垂直和水平方向停準時，貨叉才能伸縮。即貨又運動是條件控制，以認址裝置檢測到確已停準的信息為貨叉運動的必要條件。 載貨臺斷繩保護當鋼絲繩斷裂時，斷繩保護機構(gòu)動作，機械夾軌上移，載貨臺被卡在導軌上而阻止其墜落。正常工作時在彈簧力作用下夾軌塊、凸輪 )與導軌分離。 斷電保護載貨臺升降過程中若斷電，則采用機械式制動裝置使載貨臺停止不致 墜落。 聲光信號堆垛機開動前響鈴聲，或閃燈光，以警告巷道內(nèi)的檢修人員和過往行人引起注意。 題的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 題背景 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進步的結(jié)果。隨著立體倉庫的越來越多，立體倉儲技術已成為一門新興的學科。堆垛機是自動化倉庫的主要作業(yè)機械，擔負著出庫，入庫等任務，是立體倉庫的核心部件。自動化倉庫的發(fā)展就是以堆垛機的發(fā)展為主要標志的，目前巷道式堆垛機為主要發(fā)展方向。 垛機系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究狀況 目前，堆垛機產(chǎn)品己經(jīng)走入系列化，運 行噪聲低，備有各種安全保護裝置，調(diào)速性能好，一般都具有完善的貨物位置檢測和貨物尺寸檢測等功能。國外立體倉庫普遍采用抗干買文檔就送您 01339828或 11970985 4 擾能力強、工作可靠的可編程控制器來控制巷道堆垛機以及出入庫系統(tǒng)，并且用計算機進行貨位管理和庫存管理，倉庫管理計算機與上級管理機聯(lián)網(wǎng)并能與控制系統(tǒng)相接，實現(xiàn)在線控制。而在堆垛機方面，不斷推出具有新的物理外形和更高性能的設備。最新的開發(fā)包括提高電子和控制技術，在使堆垛機具有更高定位精度的同時，提高搜索能力和運行速度，以期獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。目前，巷道式堆垛機的起升速度己經(jīng)可以達到 90m/行速度達到 240m/叉伸縮速度達到 30m/有的高度較大的立體倉庫中，已采用上、下兩層分別用巷道堆垛機進行搬運作業(yè)的方法提高出入庫的能力。 我國是從 20 世紀 70 年代初期開始研究采用巷道式堆垛機的立體倉庫。 1980 年，由北京機械工業(yè)自動化研究所等單位研制建成了我國第一座自動化立體倉庫，并在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此以后，立體倉庫在我國得到了迅速的發(fā)展。目前，浙江海通集團是國內(nèi)最早建造 2000 噸立體自動化低溫冷庫的企業(yè)，其中采用了由電腦程序控制、 5 臺自動巷道堆垛機無人操作自動進 出庫等先進技術。 目前，在國內(nèi)立體倉庫堆垛機的驅(qū)動機構(gòu)中，電機減速機普遍采用德國、日本、意大利的產(chǎn)品，也有少數(shù)采用國內(nèi)的電機減速機。由于堆垛機是立體倉庫中最重要的運輸設備，各項技術參數(shù)和綜合性能的要求都非常嚴格，如無故障率應大于 97 ,停準精度 10及噪音要求等。這就要求電機減速機的可靠性非常高。因此，現(xiàn)階段在驅(qū)動機構(gòu)中電機減速機的選用上，多選用國外先進的產(chǎn)品，以保證堆垛機的整機性能。 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展 ，堆垛機技術在不斷地提高和完善。世界主要工業(yè)國家都把著眼點放在開發(fā)性能可靠的新產(chǎn)品和采用高新 技術上，更加注重實用性和安全性 10。因此，我們應當看到自身與世界先進技術的差距，總結(jié)經(jīng)驗，找出不足，打破傳統(tǒng)思路推出具有新的外形和更高性能的堆垛機。在使堆垛機具有更高定位精度的同時，提高運行速度，以獲得更短的操作周期和更大的生產(chǎn)能力。相信通過我們的不斷努力，更加高速、安全、可靠的堆垛機將不斷從國外引進消化到國內(nèi)，使我國的堆垛機技術發(fā)展到一個新的階段9 。 課題的研究目的及主要研究內(nèi)容 綜合運用交流變頻調(diào)速、 制、位置檢測等技術，為堆垛機的 正常運行設計一套比較完整的控制系統(tǒng)，使其更好地擔負起出、入庫的任務。具體包括以下內(nèi)容： (1)通過對堆垛機現(xiàn)有的運行速度曲線進行的分析研究，設計出一種適合本系統(tǒng)的堆垛機速度曲線模型，確定變頻器的控制參數(shù)，構(gòu)建交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)； (2)在堆垛機的位置檢測方面，綜合運用旋轉(zhuǎn)編碼器、 以及利用 的高速計數(shù)器單元，來實現(xiàn)對于堆垛機位置的精確控制； (3)根據(jù)堆垛機的實際工作情況，對 制系統(tǒng)進行設計。運用流程圖法，建立各運動階段的流程圖，編制出控制程序，使 好地控制整個系統(tǒng) 的運行。 買文檔就送您 01339828或 11970985 5 2 堆垛機系統(tǒng)的方案設計 本章詳細描述了堆垛機的控制系統(tǒng)，著重論述了如何對堆垛機控制系統(tǒng)進行方案設計，分別從堆垛機的速度控制、系統(tǒng)主控制器的選擇及堆垛機的定位控制方案三個方面進行闡述。 垛機系統(tǒng) 目前，堆垛機的控制方式大致可以分為手動操作、半自動控制、全自動控制、遠距離控制與計算機控制等。計算機控制的控制系統(tǒng)，考慮到備用情況，一般由三級組成。最低一級是利用堆垛機上的控制盤手動操作，其次是為了遙控利用安置在地上的控制盤的數(shù)字開關進行操作，最高一級采用計算機控制，三級可以轉(zhuǎn)換運轉(zhuǎn)。如圖 2 1 所示。 圖 2 1 采用遙控時，也必須具有低級的手動操作功能，采用自動控制時使用機上控制盤，但控制方法，在本質(zhì)上與遙控基本相同，因此以遙控為中心來敘述堆垛機的控制系統(tǒng)。 圖 2 2 所 示為在自動運轉(zhuǎn)情況下以及特殊情況下的堆垛機作業(yè)循環(huán)的作業(yè)流程圖 堆垛機按行走、升降、貨叉伸縮等三種操作，根據(jù)指令自動定位，進行叉取作業(yè)。 當用戶發(fā)出存貨要求時，系統(tǒng)根據(jù)倉庫貨位情況，給出貨物的存放地址，上位機根據(jù)堆垛機的當前位置，經(jīng)過貨位地址變換，給出相對于堆垛機當前位置的貨位地址，發(fā)出存貨指令給堆垛機。 堆垛機控制 系統(tǒng)接收信號后，在貨物輸入口接收貨物，堆垛機行走，同時載貨臺沿立柱作升降運動。當運動到達目的貨位時，貨叉開始伸縮運動，執(zhí)行存貨操作，完成操作后在此位待命或返回至規(guī)定位置。 買文檔就送您 01339828或 11970985 6 圖 2 2堆垛機系統(tǒng)自動運轉(zhuǎn)流程圖 當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，用戶需對系統(tǒng)進行檢修，可以通過控制面板上的按鈕進行堆垛 機的升、降、急停以及貨叉的伸、縮等手動控制操作 1314 。 垛機控制系統(tǒng)的功能要求 堆垛機系統(tǒng)是立體倉庫貨物存取任務的最終執(zhí)行者，其主要運動包括： (1)堆垛機沿貨架巷道 （列方向）的前后高低速運動； 買文檔就送您 01339828或 11970985 7 (2)堆垛機沿立柱（層方向）的上下升降運動； (3)安裝在堆垛機載貨臺上的貨叉機構(gòu)的伸縮運動 1315 。 因此，堆垛機控制系統(tǒng)的功能主要應包含以下幾方面的內(nèi)容： (1)自動控制功能：運用地面控制臺系統(tǒng)，完成貨物的自動出入庫任務。此時可以接受地面控制臺的各種命令操作，如：入庫、出庫、運行到目標列層、進、退、升、降等； (2)手動控制功能：僅能通過控制面板的按鈕進行進、退、升、降、急停等控制操作此功能主要用于系統(tǒng)的檢修與調(diào)試； (3)安全 保護功能：實時監(jiān)測各關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。對于以上的各種控制功能，主要應由以下幾個方面來完成： (1)速度控制：堆垛機工作時在各種方向上的運行速度； (2)定位控制：以適合的速度運行并精確地定位在貨格或入出庫口處； (3)通訊功能：與上位機及其它倉庫設備的通訊； (4)保護功能：具有一定機械和電氣方面的保護功能； (5)人機界面：通過 I/供本機狀態(tài)信息或遙控操作 16 。 垛機的速度控制方案 在果蔬氣調(diào)立體倉庫中，交 流異步電動機是堆垛機系統(tǒng)中的驅(qū)動部件。一般情況下， 其調(diào)速方式分為：電機減速器調(diào)速、變極調(diào)速、串阻調(diào)速、串極調(diào)速、滑差電機調(diào)速和變頻調(diào)速等。用減速器進行調(diào)速，調(diào)速設備不僅體積大，調(diào)速效率低，而且容易發(fā)生機械故障。其它幾種調(diào)速方法與變頻調(diào)速方法相比，使用起來又非常不便。隨著對于電動機調(diào)速性能要求的逐步提高，變頻調(diào)速技術得到了長足的發(fā)展 1718 。 頻調(diào)速技術的優(yōu)點 變頻調(diào)速技術是一門綜合性的技術，它建立在控制技術、電子電力技術、微電子技術和計算機技術的基 礎上。與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機進行調(diào)速控制，有許多優(yōu)點，如：調(diào)速范圍廣、輸出平滑性好、機械特性較硬、能很好地 實 異步電動機的無級調(diào)速、可實現(xiàn)有效的節(jié)能、可方便地進行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速等。尤其當電機帶動較大負載啟動時，會有較大的沖擊電流，若采用變頻器控制，可以實現(xiàn)電動機的軟啟動，減小沖擊電流，從而解決了大負載的啟動問題。另外，變頻器還具有很強的保護功能，在電機運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別（如電網(wǎng)瞬時電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等），并立即封 鎖輸出電壓。這種自我保護的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機 18 20 。 綜上所述，變頻調(diào)速技術不僅在性能上大大優(yōu)于以往的交流電機調(diào)速方式，并且將會逐步取代直流電機的調(diào)速方式，用交流異步電機取代直流電機，將會使調(diào)速系統(tǒng)變得更加簡單。 買文檔就送您 01339828或 11970985 8 頻器的基本結(jié)構(gòu) 變頻器是把工頻電流（ 50 60換成各種頻率的交流電流，以實現(xiàn)電機變速 運行的設備。變頻器一般由控制電路和主電路構(gòu)成?？刂齐娐钒ㄖ骺刂齐娐?、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護電路 等幾個部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鞯拈_關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能，從而實現(xiàn)對主電路的控制。圖 2 3 所示為通用變頻器的結(jié)構(gòu)原理 19 21 。 圖 2 3變頻器的構(gòu)成 變頻器的主電路，包括整流電路和逆變電路兩部分。其中，整流電路是把輸入到變頻器的工頻交流電變換成直流電，且對直流電進行平滑濾波，然后逆變電路再將此直流電變換成實際需要的各種頻率的交流電，從而驅(qū)動電動機的運轉(zhuǎn)。 頻調(diào)速的工作原理 當在一臺三相異步電動機的定子繞組上加上三相交流電壓時，該電壓將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其速度由定子電壓的頻率所決定。當磁場旋轉(zhuǎn)時，位于該磁場中的轉(zhuǎn)子繞組將切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應的感應電動勢和感應電流，而此感應電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場的作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。當將三相異步電動機繞組的任意兩相進行交換時，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變。因此，電動機的轉(zhuǎn)向也將發(fā)生改變 22 23 。 異步電動機定子磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步 電動機的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動機的 磁極對數(shù)和電源頻率所決定： 0 60 /n f p式 （ 式中：0 買文檔就送您 01339828或 11970985 9 一般情況下，異步電動機的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機的實際轉(zhuǎn)速可由下 式 給出： 0 ( 1 ) 6 0 ( 1 ) /n n s f s p 式 （ 式中： 步電動機時， s=0） 由式 (2知，若改變參數(shù) f， s 中的任意一個就可以改變電動機的轉(zhuǎn)速，即對異步電動機進行調(diào)速控制。因此，可以通過改變該電源的頻率來實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速 控制。從某種意義上說，變頻器就是一個可以任意改變頻率的交流電源。 綜上所述 ，采用改變供電電源頻率的調(diào)速方法，從本質(zhì)上講，是一種無級、平滑而又經(jīng)濟的調(diào)速方法。變頻時使電壓按不同規(guī)律變化，可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，以實現(xiàn)不同負載的要求，這些均早已被人們所認識和掌握。隨著可控硅靜止變頻裝置的出現(xiàn)，解決了運行性能較為理想的變頻電源問題，使異步電動機變頻調(diào)速技術獲得了進一步的發(fā)展，為其廣泛地應用開辟了新的途徑，特別是較為理想地解決了普通鼠籠式電動機的變頻調(diào)速問題。 因此，在本 堆垛機控制 系統(tǒng)中，我們選擇變頻調(diào)速的方式對電動機進行速度的控制。 統(tǒng)主控制器的選擇方案設計 在當今的工業(yè)控 制領域，有相當多的控制手段和設備，比如：繼電器控制、個人計算機控制、單板機控制、集散控制系統(tǒng)（ 及可編程控制器（ 制等等。 時，信號的輸入 /輸出形式及控制功能也是相同的，但兩種控制方式又有不同之處。 性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、設計施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護方便，但價格高于繼電器。與個人計算機相比， 一種用于工業(yè)自動化控制的專用微機控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，價格也較低。單板機結(jié)構(gòu)簡單、 價格低，在數(shù)據(jù)采集與處理等方面優(yōu)于 不如 干擾性能也較差。集散控制系統(tǒng)在回路調(diào)節(jié)、模擬量控制方面較 一定優(yōu)勢，但 開關量控制、順序控制等方面又優(yōu)于前者 24 25 。 綜上所述，可編程控制器作為一種專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置，具有其獨特的優(yōu)點 。 介 定義 可編程邏輯控制器（ 稱 要用于順序控制，雖然 采用了計算機的設計思想，但實際上只能進行邏輯運算。 帶有存儲器，買文檔就送您 01339828或 11970985 10 可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術等操作，通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。 應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體，易于擴展其功能的原則設計。 事實上， 是以嵌入式 核心，配以 I/O 等模塊，可以方便地用于工業(yè)控制領域的裝置。因此 工業(yè)專用計算機”。其硬件結(jié) 構(gòu)與微機室基本一致。其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。 作原理 用巡回掃描的工作機制 ,經(jīng)過輸入采樣階段 、 程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，這是一個掃描周期， 是這樣周而復始的執(zhí)行掃描周期的，簡單的說， 系統(tǒng)程序的管理下，依據(jù)用戶程序的安排，結(jié)合輸入信號的變化，確定輸出口工作的 ，當然這不是其全部內(nèi)容，全部內(nèi)容要復雜一些 . 特點 抗干擾能力強，可靠性高；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強；編程方便，易于擴展； 功能完善；設計、施工、調(diào)試的周期短；體積小維護方便，能耗低。 性能 (1)硬件指標 硬件指標主要包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、抗震、抗沖擊、抗噪聲干擾、耐壓、接地要求和使用環(huán)境等。由于 專門為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境而設計的，因此 般都能滿足以上硬件指標的要求。 (2)軟件指標 編程語言 不同的 有不同的編程語言。常用的編程語言有梯形圖、語句表、功能塊圖 3種。 用戶存儲器容量和類型 用戶存儲器用來存儲用戶通過編程器輸入的程序。其存儲容量通常以字、步或 用的用戶 存儲器類型有 電源模塊 塊 編程器 輸出模塊 輸入模塊 指示燈 接觸器 繼電器 圖 2電源 買文檔就送您 01339828或 11970985 11 I/。對開關量 I/常用最大 I/模擬量 I/常用最大 I/ 指令數(shù) 用來表示 功能。一般指令越多，其功能越強。 軟元件的種類和點數(shù) 指輔助繼電器、定時器、狀態(tài)、數(shù)據(jù)寄存器和各種特殊繼電器等。 掃描速度 以“ s/步”表示。 輸出對輸入的響應越快。 發(fā)展趨勢 體積、大容量、高速度、易使用、高性能方 向發(fā)展。具體有以下幾方面：向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展；向大容量；向高速度方向發(fā)展；智能型 I/于 態(tài)軟件與 軟件化； 部分功能 央處理單元（ 主要任務有控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲；用掃描的方式通過 I/O 部件接受現(xiàn)場信號的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中；診斷 部電路的工作故障和語法錯誤。 儲器 系統(tǒng)存儲器用來存放有 戶不能直接改寫。 用戶存儲器包括用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分，用來存放用戶針對具體控制任務，使用規(guī)定的 入輸出單元 擬量和數(shù)字量。輸入 /輸出單元從廣義上包括兩部分：一是與控制設備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。 輸入單元用來接收來自用戶的各種信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開 關、行程開關以及其他一些傳感器信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時 處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器有輸出點相應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈等被控設備的執(zhí)行文件。 源部分 20部的開關電源為 儲器等電路買文檔就送您 01339828或 11970985 12 提供 5V、 12V、 24 展接口 擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 垛機的定位控制方案 采用光電編碼器的位移定位方法 光電編碼器分為絕對脈沖編碼器（ 增量脈沖編碼器（ 兩者一般都作為速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件。編碼器分為單路輸出和雙路輸出兩種。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差 90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。 當采用光電編碼器進行位移定位 時，由于堆垛機的運行是由曳引電動機來拖動的，因此曳引電動機正反轉(zhuǎn)動的角度也就決定了它所移動的距離，如圖 2 在曳引電動機軸上安裝一個光電盤，盤上同一圓周上均勻地打上許多小孔，曳引電動機旋轉(zhuǎn)時，光電盤也跟著旋轉(zhuǎn)，光電編碼器根據(jù)轉(zhuǎn)過小孔的數(shù)量，發(fā)出相應數(shù)量的脈沖信號，這樣只要計算出脈沖數(shù)，就可知道堆垛機運行的距離，也就是堆垛機的實際位 置。 圖 2目前， 般都具有高速脈沖輸入端或?qū)Ｓ糜嫈?shù)單元，可用編碼器測取堆垛機運行過程中的準確位置，并可直接與 用 高速記數(shù)器的功能指令能很方便地實現(xiàn)堆垛機的定位。 由以上的介紹，我們可以看出，安裝限位開關的定位方法，不僅廢工廢料，而且每個開關的實際安裝距離，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。而采用旋轉(zhuǎn)編碼器的位移定位方法，通過其發(fā)出的脈沖數(shù)可以很容易地確定堆垛機的當前位置，再經(jīng)過給定速度曲線的計算，得出變頻器應當輸出的頻率來進行調(diào)速，這種堆垛機的位移定位方法具有定位精度高、適應性強的優(yōu)點，因此，我們采用此方案。 章小結(jié) 買文檔就送您 01339828或 11970985 13 本章 針對立體倉庫中堆垛機的控制系統(tǒng)進行了方案設計。在速度控制方案方面，選取當前應用范圍非常廣泛的變頻調(diào)速技術，它所具有的調(diào)速范圍廣、輸出平滑性好、機械特性較硬、可實現(xiàn)異步電動機的無級調(diào)速以及可以進行恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速等優(yōu)點，使它完全可以勝任本設計中的速度控制要求。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（ 并結(jié)合本設計的實際要求，設計了相應的 后，在綜合比較了多種堆垛機的定位方法后，選擇了定位精度更高，控制方法更加靈活的光電編碼器的位移定位方法。最終，設計了一套比較合理的堆垛 機控制系統(tǒng)方案。 買文檔就送您 01339828或 11970985 14 3 系統(tǒng)硬件設計 通過前面對于 堆垛機 系統(tǒng)的設計，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)庫中的實際工作環(huán)境，選擇適合本系統(tǒng)的設備型號以及參數(shù)，完成 堆垛機控制系統(tǒng)的硬件設計，最后設計出電氣原理圖。 垛機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 3件結(jié)構(gòu)框圖 圖 3 1為采用可編程控制器（ 為主控制器的立體庫的堆垛機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 14 。 一臺作為上位監(jiān)控機的計算機通過 口與 連，可以對整個系統(tǒng)進行全面的監(jiān)控管理。拖動系統(tǒng)主要由三相交流電源、變頻器、交流接觸器 驅(qū)動電動機 電動機同軸聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器 、 經(jīng) 成速度反饋。為使 變頻器進行有效的速度閉環(huán)控制， 變頻器之間還存在如下的信號傳輸。 (1)： 允許變頻器工作的信號； 堆垛機運行方向的信號； 堆垛機運行速度的信號； 堆垛機減速及平層停車信號。 (2)： 變頻器反饋給 ： 變頻器正常工作狀態(tài)信號（變頻器無報警輸出，允許 堆垛機速度信號； 速度一致信號（變頻器上的速度指令與電動機實際運行速度相匹配）； 減速及停車狀態(tài)信號。 圖 3 1中，從變頻器的分頻器引入 過高速計數(shù)器的脈沖計數(shù)， 買文檔就送您 01339828或 11970985 15 可實現(xiàn)對堆垛機位移的精確控制。 動機的選型 本設計中電機應滿足以下要求： 自重： 800 重： 00 升重量： 200 平額定速度： .5 m/s 水平加減速率： .5 m/直 額定速度： .5 m/s 垂直加減速率： .5 m/走輪徑： D=300徑： d=60叉伸縮速度： .2 m/s 根據(jù)本系統(tǒng)的實際情況，要完成堆垛機的出入庫貨物存取工作，擬選取水平、垂直、 貨叉伸縮共 3臺電機。 首先，在選用電動機前應當考慮以下問題： (1)在機械與電氣方面對反復起動停止的操作都應有充分的耐久性； (2)應完全適合負載的速度與轉(zhuǎn)矩特性； (3)速度的可控性良好； (4)慣性矩小，體積小而且重量輕； (5)輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)應適宜于減速裝置的結(jié)構(gòu)； 通過分析水平 運行電機的各種運行狀況，帶載加速功率應當是最大值，其計算如下： 0/ 0 0)1 0 0 0/()(P m a 式 (對于垂直運行電機，其功率的計算如下： P=m3g1000)=10001000 式 通過計算分析可以清楚地發(fā)現(xiàn)，堆垛機垂直方向的運動較水平方向?qū)τ陔?