基于PLC的立體倉庫控制的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u11917基于PLC的立體倉庫控制的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)案例 143951.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1237151.2可編程控制器的選型 2113151.2.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 2173531.2.2PLC的特點(diǎn) 3219291.2.3控制功能的選擇 350711.2.4PLC機(jī)型的選擇 4176631.3步進(jìn)電機(jī)的選擇 4229701.1.1步進(jìn)電機(jī)的介紹 484661.1.2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 4325421.1.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理 5150241.1.4步進(jìn)電機(jī)的控制 7289381.4步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的選擇 951751.5PLC輸入輸出分配表 1150391.6電氣原理圖的設(shè)計(jì) 111.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在這里選擇通過PLC來實(shí)現(xiàn)對于立體倉庫的相應(yīng)控制。主要是因?yàn)樗浅：眠M(jìn)行維修，而且反應(yīng)非常的迅速。詳細(xì)情況可以查看下圖1.1里面所反映出來的。圖1.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2可編程控制器的選型1.2.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)生活中，人們通常都喜歡將可編程控制器直接叫做PLC。其實(shí)這種PLC跟普通電腦的構(gòu)成是差不多的，而且也屬于工業(yè)控制計(jì)算器之一。具體是涵蓋了如下這些部分：首先，按照其輸入輸出板塊來看，對于PLC來說，它一般是利用該板塊來跟外界之間進(jìn)行相連。從輸入板塊來看，它是可以把相應(yīng)輸入信號給更改成CPU能夠進(jìn)行接收的信號；而從輸出板塊來看，它一般是為了針對相應(yīng)的輸出信號來進(jìn)行放大操作，以便于內(nèi)外執(zhí)行元件可以分隔開來。其次，按照中央處理器來看，它具體是涵蓋了系統(tǒng)以及用戶程序存儲器，還有就是微處理器等這些主要元件。最后，按照電源構(gòu)件來看，它里面涵蓋額的微處理器在PLC里面處于極為關(guān)鍵的地位?？梢园呀涣麟娊o更改成直流電，往往是負(fù)責(zé)將優(yōu)質(zhì)的直流電源發(fā)送給PLC。1.2.2PLC的特點(diǎn)跟通用計(jì)算機(jī)實(shí)施對比，發(fā)現(xiàn)PLC存在著以下這些特點(diǎn)：具有較高可靠性，操作相對簡單，而且其靈活性強(qiáng)，能夠?qū)C(jī)電一體化性質(zhì)給充分反映出來。尤其在跟繼電器控制系統(tǒng)進(jìn)行對比的時(shí)候，PLC無需用到大量的電子元器件，在接線上也有所減少，從而有利于避免短路跟開路問題的出現(xiàn)，使系統(tǒng)維護(hù)變得更加方便。重點(diǎn)是它比一般的計(jì)算機(jī)編輯語言更簡單，能夠大大降低錯(cuò)誤率。在設(shè)計(jì)上，PLC存在著繼電器所沒有的故障診斷以及信息保護(hù)、還有就是實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)等功能。更為關(guān)鍵的一點(diǎn)在于，PLC與機(jī)電一體化的相應(yīng)要求完全相符，能夠在生產(chǎn)過程中可靠而平穩(wěn)地掌控機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，使生產(chǎn)可以滿足高產(chǎn)量、質(zhì)量與效率以及低消耗的標(biāo)準(zhǔn)。1.2.3控制功能的選擇按照所設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，主要對如下功能來展開具體說明。首先，按照其控制效果來看，PLC多是運(yùn)用順序邏輯的形式，所以，很多的PLC本身的歐式運(yùn)用多種回路的模擬量進(jìn)行控制。有些時(shí)候也運(yùn)用智能輸入單元的形式實(shí)現(xiàn)控制，進(jìn)而使得PLC的整體輸入速度有所提升，在工作的時(shí)候的效率也能提升很多。其次，關(guān)于編程效果這方面，先根據(jù)離線編程辦法來看：當(dāng)PLC跟編程器共同使用1個(gè)中央處理器的時(shí)候，編程器是負(fù)責(zé)完成編程作業(yè)，而中央處理器可以供應(yīng)合理的服務(wù)。當(dāng)編程在全部實(shí)現(xiàn)之后，編程器才能夠進(jìn)行工作。而中央處理器可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的控制，無法實(shí)現(xiàn)編程。雖說這種形式能夠使得系統(tǒng)的成本有所減少，可是卻不便于運(yùn)用以及調(diào)試。再根據(jù)在線編程辦法來看：CPU其實(shí)跟編程器夠存在不同的CPU。主機(jī)CPU是能夠進(jìn)行現(xiàn)場控制的，同時(shí)還能夠在統(tǒng)一周期中交換編程器的相應(yīng)數(shù)據(jù)。編程器能夠?qū)⒃诰€編制的相應(yīng)程序性主機(jī)傳遞。開始下一周期的掃描后，主機(jī)就要按照新接收的相應(yīng)程序運(yùn)轉(zhuǎn)。這種形式雖說會耗費(fèi)大量的成本，可是在操作以及調(diào)試上顯然要更為便利，所以它在規(guī)模相對大的PLC中應(yīng)用得非常多。最后，按照其診斷效果來看，該類功能主要由兩部分構(gòu)成。第一個(gè)是硬件診斷，第二個(gè)則是軟件診斷。前者是運(yùn)用硬件的邏輯判斷來得到出現(xiàn)問題的地方。通常診斷能夠看作是內(nèi)外診斷兩種方式。而后者則是能夠?qū)崿F(xiàn)PLC內(nèi)部的診斷，而在和外部信號進(jìn)行溝通的時(shí)候，就能夠得到外部診斷中出現(xiàn)的問題。PLC的診斷的功能是不是合理，會使得整體的操作出現(xiàn)很大的變化。當(dāng)診斷是存在問題的時(shí)候，維修也會出現(xiàn)障礙。1.2.4PLC機(jī)型的選擇首先，根據(jù)輸入電源電壓來看，通常會選擇在動力電源當(dāng)中獲取相應(yīng)的電力，并且注意拿隔離變壓器把它跟控制電源給完全隔開，以防止造成相應(yīng)的影響。這里是針對二十四伏特的直流電來進(jìn)行充分利用。其次，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)來看，通常會在事先把該系統(tǒng)給策劃好，接著再把全部的I/O點(diǎn)數(shù)量給準(zhǔn)確的計(jì)算出來。最后得出，應(yīng)該會用到四十個(gè)輸入端口、還有就是二十一個(gè)輸出端口。1.3步進(jìn)電機(jī)的選擇1.1.1步進(jìn)電機(jī)的介紹按照這種步進(jìn)電機(jī)來看，它能夠讓電脈沖信號最終呈現(xiàn)為角位移、還有就是直線位移的形式。而且當(dāng)你針對1個(gè)電脈沖信號進(jìn)行導(dǎo)入時(shí)，會馬上做出1個(gè)角度的移動，而且會按照步進(jìn)方式實(shí)施移動，故而大家才會把它叫做步進(jìn)電動機(jī)。不過因?yàn)樗糜卺槍γ}沖電流進(jìn)行導(dǎo)入，故而還有人會直接用脈沖電機(jī)來稱呼它。重點(diǎn)是在轉(zhuǎn)化相應(yīng)信號時(shí)無需對步進(jìn)電機(jī)做出任何的調(diào)整，所以放在數(shù)字控制系統(tǒng)里面進(jìn)行使用是極好的。1.1.2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)結(jié)合下圖來進(jìn)行分析的話，我們能夠看到整體式三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的形式。這個(gè)方向是徑向的截面圖。而且其定轉(zhuǎn)子鐵芯是通過硅鋼片的方式才組合成的。在這當(dāng)中，定子磁極是凸極的方式。而磁極的極面上存在小齒的形式。它具備三套監(jiān)控繞組，全部都具備兩個(gè)串聯(lián)的集中控制繞組，它們分別在兩個(gè)磁極上纏繞著。一個(gè)繞組就是代表著一相，三個(gè)就構(gòu)成了一個(gè)星形，故而根據(jù)定子磁極數(shù)來看，它一般相當(dāng)于相數(shù)的兩倍之多，也就是滿足2p=2m。而這里面的p是代表著極對數(shù)，而與之對應(yīng)的m則是代表著相數(shù)。重點(diǎn)是沒有把繞組設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，不過旁邊配備有相應(yīng)的小齒。這樣設(shè)計(jì)的好處是生產(chǎn)容易，尺寸精確，步距角能夠被設(shè)定的更小一些，從而促進(jìn)運(yùn)行的頻率能夠有所增加。圖1.2步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)1.1.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理關(guān)于三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)詳細(xì)情況可見下圖里面所展現(xiàn)的。其中定子鐵心其實(shí)是凸極式，具備6個(gè)磁極，正反被視為一對，而且會配備相應(yīng)的一相控制繞組。另外就是從轉(zhuǎn)子來看，它實(shí)際上是一種軟磁性材料，還具備4個(gè)齒。專門利用如下這些控制形式去針對它遵循的工作原理來進(jìn)行詳細(xì)介紹。圖1.3步進(jìn)電動機(jī)原理圖第一，從三相單三拍通電形式來看：假設(shè)A相控制繞組是處于有電狀態(tài)，那么別的兩相就正好與之相反，此時(shí)在電機(jī)里面會圍繞定子A相極來形成相應(yīng)的磁場。因?yàn)榇磐ù嬖诹D走磁阻最小過程的特性，讓轉(zhuǎn)子齒1、3中心和定子A相中心是平齊的，從視圖中能夠知道，假如A相控制繞組沒有電了，B相獲得電的時(shí)候，轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)矩的影響下，逆時(shí)針移動三十度，讓其齒2、4的中心和定子B相極中心保持平齊，也就是轉(zhuǎn)子移動一步，詳細(xì)情況可以查看圖3-3(b)里面所反映出來的。假設(shè)又一次斷開B相，并讓C相驅(qū)動繞組有電轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)1個(gè)三十度的轉(zhuǎn)動，以便于其齒1、3的中心能夠跟定子C相極中心保持一致，詳細(xì)情況可以查看圖3-3（c）里面所反映出來的。就這樣依次接電，其就會慢慢地依據(jù)逆時(shí)針方向運(yùn)動。其速度是由不同的相控制繞組接、斷電的次數(shù)，其運(yùn)動方向由控制繞組依次得電的過程。假如依照A-C-B-A的過程得電，那么其就會參照另一個(gè)方向移動。這整個(gè)過程便是三相單三拍運(yùn)行?！叭唷贝碇?次能夠得電的繞組僅僅是一相；而所謂的一拍，也就意味著會針對得電方式作出1次變化，滿足“三拍”就是1個(gè)周期。大家把1個(gè)拍轉(zhuǎn)子移動的位置叫做步距角，并寫作θs，當(dāng)它是遵循三相單三拍方式進(jìn)行移動時(shí)，也就是滿足θs=30°。第二，從三相雙三拍通電形式來看：不管是AB-BC-CA-AB、還是AB-CA-BC-AB，皆屬于控制繞組的通電形式。一拍在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)存在兩個(gè)相繞組得電，三拍是一個(gè)過程。在A、B兩相控制繞組在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)獲得電的時(shí)候，轉(zhuǎn)子齒的地點(diǎn)應(yīng)該在這個(gè)時(shí)候需要考量到兩對定子極的影響，唯有A與B相極對轉(zhuǎn)子齒造成的磁作用力相同的時(shí)候，方可以看作為轉(zhuǎn)子相等的地方，詳細(xì)情況可見下圖1.4(a)里面所展現(xiàn)的。假設(shè)下一拍呈現(xiàn)出來的是B、C兩相均處于得電狀態(tài)，那么此時(shí)的轉(zhuǎn)子就會朝著逆時(shí)針方向移動三十度角，位于一個(gè)全新的平衡地點(diǎn)，詳細(xì)情況可以查看下圖1.4(b)里面所反映出來的。這樣一來，我們其實(shí)不難發(fā)現(xiàn)，移動的時(shí)候的步距角依據(jù)是三十度?？墒窃陔p三拍移動的時(shí)候，每一拍一般都有一個(gè)相繞組不斷有電，比如從A、B有電改變成B、C有電的時(shí)候，B相不斷保持有電的情況下，C相磁拉力會驅(qū)動轉(zhuǎn)子朝著逆時(shí)針方向進(jìn)行移動，可是B相磁拉力則會發(fā)揮它自身的電磁阻尼功能，因此能夠讓電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性得到充分保障。（a）（b）圖1.4三相雙三拍運(yùn)行方式1.1.4步進(jìn)電機(jī)的控制因?yàn)檫@種電機(jī)能夠較好的針對數(shù)字量信號予以接收，故而眼下在數(shù)字控制系統(tǒng)里面已經(jīng)得到了普及。假設(shè)某控制系統(tǒng)是決定將步進(jìn)電機(jī)當(dāng)做一個(gè)執(zhí)行元件，那么它還具備如下2類形式可供使用：首先，從開環(huán)控制來看：這個(gè)步進(jìn)電機(jī)不管是在定位、還是在位移上均可以達(dá)到較好的精準(zhǔn)性，也不會導(dǎo)致各種誤差的出現(xiàn)。主要就是由于它的運(yùn)動往往被輸入脈沖所約束，而且并不會呈現(xiàn)出連續(xù)的位移量，所以要是可以保證輸入指令脈沖在其振蕩次數(shù)以及數(shù)量上的精準(zhǔn)性，那么便可以讓它的精準(zhǔn)性得到充分保證，根本就不用對系統(tǒng)的反饋結(jié)果進(jìn)行參考。這也就是開環(huán)控制方式了。關(guān)于其在控制原理這方面的詳細(xì)情況可以查看下圖1.5里面所反映出來的。圖1.5步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)控制原理框圖除此之外，這種系統(tǒng)也不會針對相應(yīng)的反饋元件進(jìn)行使用，而且從結(jié)構(gòu)上看非常的單一，運(yùn)行起來也可以保證穩(wěn)定性，甚至不用耗費(fèi)太多的成本。圖1.6加減速定位過程其次，從閉環(huán)控制來看：對于上述提到的開環(huán)控制方式而言，是要求電機(jī)把運(yùn)動有關(guān)指令后的具體狀態(tài)給反映出來，因?yàn)榇藭r(shí)的控制系統(tǒng)不能起到任何的監(jiān)測作用?？墒菍τ谀切┻\(yùn)行速度較大的、而且在負(fù)載上容易出現(xiàn)改變的地方來說，使用這種方式的話一般難以確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。何況開環(huán)控制方式在準(zhǔn)確性上取得的效果也不是很理想，所以還是需要由相應(yīng)的反饋環(huán)節(jié)來予以完善。關(guān)于閉環(huán)控制的詳細(xì)情況可以查看下圖3-7里面所反映出來的。跟上述開環(huán)方式來進(jìn)行比對的話，我們可以發(fā)現(xiàn)，其實(shí)它就是補(bǔ)充了1個(gè)反饋環(huán)節(jié)，而且這當(dāng)中涵蓋有1個(gè)位置傳感器?？梢园淹ㄟ^它測量出的負(fù)載跟對應(yīng)指令值之間實(shí)施一個(gè)對比分析，并借助于比較信號來完成最終的控制效果，這樣一來，既能夠保證電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以避免誤差的出現(xiàn)，從而讓系統(tǒng)的精確性可以有所改善。雖說系統(tǒng)的精確性跟步進(jìn)電機(jī)之間存在一定的聯(lián)系，可是它最終還是由位置傳感器的精確性來進(jìn)行決定的，所以為了促進(jìn)系統(tǒng)的工作速度與其平穩(wěn)性得到有效加強(qiáng)，還是建議針對閉環(huán)控制方式來進(jìn)行使用。詳細(xì)情況可以查看下圖1.7里面所反映出來的。圖1.7步進(jìn)電動機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖1.4步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的選擇第一，從輸入信號來看，其實(shí)每種類型的驅(qū)動器在這方面皆是一樣的，具體涵蓋了方向電平信號DIR與脫機(jī)信號FREE、還有就是步進(jìn)脈沖信號CP。而關(guān)于內(nèi)部接口線路的詳細(xì)情況則可以查看下圖1.8里面所反映出來的。在這個(gè)倉庫里面，因?yàn)樗轻槍?4伏電平予以供應(yīng)，而且要保證有五伏的輸入電平，故而還得針對1.8千歐的限流電阻進(jìn)行補(bǔ)充。圖1.8輸入輸出接口電路第二，在挑選驅(qū)動器時(shí)，在此是針對SH系列驅(qū)動器來進(jìn)行使用，它一般涵蓋了電源輸入、還有就是信號的輸入以及其輸出這三個(gè)不同的部分。第三，在對細(xì)分?jǐn)?shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，主要憑借驅(qū)動器自帶的撥位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的，而且可以完全按照面板提示去實(shí)施。第四，在電源接口上，如果面對的驅(qū)動器比較小，那么建議針對DC24~40V供電方式來進(jìn)行運(yùn)用。不過對于PLC來說，最好是針對開關(guān)式穩(wěn)壓電源來進(jìn)行運(yùn)用。第五，關(guān)于其型號的確定，在這里是針對SH-2H057這樣一款驅(qū)動器來進(jìn)行使用，它一般涵蓋了電源輸入、還有就是信號的輸入以及其輸出這三個(gè)不同的部分。結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活來看，因?yàn)樗氰T鋁結(jié)構(gòu)，專門被放在功率較小的驅(qū)動器上進(jìn)行使用，故而需要通過更厚大的金屬板去起到一個(gè)固定的效果，最好能夠用導(dǎo)熱硅脂把它的接觸面給全部涂滿，并配備1個(gè)風(fēng)機(jī)置于它附近，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的散熱效果。關(guān)于其各項(xiàng)參數(shù)的詳細(xì)情況可以查看下表1.1里面所反映出來的。表1.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)

驅(qū)動器型號

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1.0A一組直流DC(24V-40V)第六，關(guān)于其接線的詳細(xì)情況可以查看下圖1.9里面所反映出來的。圖1.9步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接線示意圖1.5PLC輸入輸出分配表關(guān)于該系統(tǒng)在自身I/O分配這個(gè)方面的詳細(xì)情況可以查看下表3-2里面所反映出來的。表1.2PLC輸入輸出分配表I0啟動I24檢驗(yàn)2號倉庫Q0前進(jìn)I1手動/自動I25檢驗(yàn)3號倉庫Q1后退I2取出I26檢驗(yàn)4號倉庫Q2向上I3送進(jìn)I27檢驗(yàn)5號倉庫Q3向下I4取消I30檢驗(yàn)6號倉庫Q4送進(jìn)I5急停I31檢驗(yàn)7號倉庫Q5取出I61號倉庫的鍵I32檢驗(yàn)8號倉庫Q6顯示取出I72號倉庫的鍵I33檢驗(yàn)9號倉庫Q7顯示送進(jìn)I103號倉庫的鍵I34檢驗(yàn)10號倉庫Q10顯示操作錯(cuò)誤I114號倉庫的鍵I35檢驗(yàn)11號倉庫Q11顯示1號倉庫I125號倉庫的鍵I36檢驗(yàn)12號倉庫Q12顯示2號倉庫I136號倉庫的