基于plc柔性制造生产线中物料立体仓库的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于plc柔性制造生产线中物料立体仓库的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

18 图 31 系统组成图 可编程控制器的选型 为了提高仓库的仓储能力，降低工人的劳动强度，提高仓库的自动化程度，而 PLC编程控制器恰恰具有 可靠性高、 .编程方便 、 易于使用 、逻辑功能强、体积小的特点，并且其 有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。 因此在我的仓储电控系统中，我选择了使用 PLC可编程控制器，作为核心控制件。 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 19 S7200 CPU的选 择 西门子提供多种类型的 CPU以适应各种应用要求。 不同类型的 CPU具有不同的数字量 I/O点数、内存容量等规格参数。 目前提供的 S7200 CPU有： CPU22 CPU22 CPU22 CPU226和 CPU 226XM。 S7200 CPU规格如表。 按以上 S7200CPU规格所示，由于该系统需要的 PLC输入端接口较多，因此选用的 PLC可编程控制器应为 CPU 226 系列，该 CPU为直流供电，直流数字量输出， 数字量输出点是晶体管因此选择 DC/DC/DC 系列。 综上所述， 最终 选用的 PLC 可编程控制器 件为 CPU 226DC/DC/DC 系列。 表 S7200 CPU 规格表 CPU 221 CPU 222 CPU224 CPU226 CPU226XM 用户程序区 数据存储区 4K字节 2K字节 4K字节 2K字节 8K字节 5K字节 8K字节 5K字节 16K字节 10K字节 CPU 内置 DI / DO点数 6/4 8/6 14/10 24/16 24/16 AI / AO点数 无 16/16 32/32 32/32 32/32 扫描时间 / 1 条指令 0． 37us 0． 37us 0． 37us 0． 37us 0． 37us 最大 DI/DO点数 256 256 256 256 256 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 20 位存储区 256 256 256 256 256 计数器 256 256 256 256 计时器 256 256 256 256 256 时钟功能 可选 可选 内置 内置 内置 数字量输入滤波 标准 标准 标准 标准 标准 模拟量输入滤波 N/A 标准 标准 标准 标准 高速计 数器 单相 4个 30KHZ 4个 30KHZ 6个 30KHZ 6个 30KHZ 6个 20KHZ 双相 2个 20KHZ 2个 20KHZ 4个 20KHZ 4个 20KHZ 4个 20KHZ 脉冲输出 2个 20KHZ 2个 20KHZ 2个 20KHZ 2个 20KHZ 2个 20KHZ 通讯口 1 RS485 1 RS485 1 RS485 2 RS485 2 RS485 EM232模拟量输出模块 该 系统选用 EM232 模拟量输出模块， 2通道电流 /电压输出。 EM232 模拟量输出和组合模块的技术规范 如 表 和图 32 所示。 表 EM232 模拟量输出模块技术规范 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 21 型号 物理I/O数量 功耗 信号范围 分辨率全量程 数据字格式 最大驱动 从+5VDC 从 L+ 电压输出 电流输出 电压 电流 电压 电流 电压输出 电流输出 EM232 AQ2*12位 6ES7 2320HB200XA0 2 20mA 70mA +/10V 0 到20mA 12位 11位 32020到+32020 0 到+32020 最小5000欧 最大500欧 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 22 图 32 EM232 扩展模块的连接器的端子标识 EM232 控制无刷直流电机 原理 接线图如图 33所示。 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 23 图 33 无刷直流电机原理接线图 旋转编码器选型 为了实现货物的精确定位，在系统设计中选用了旋转编码器，用来实现货物的精确定位，最终达到传送带在最需要移动的时候方可移动，实现了精确定位货物的目标，也在一定程度上节约了能源。 在我的设计中，我通过联轴 器将旋转编码器与电机直接连接，通过旋转编码器检测出电机的转数，最终将角位移转换成脉冲值，以测量 机械手 运行的距离。 旋转编码器是一种将角位移转换成脉冲值的检测装置， 通过高数计数器来统计编码器发出的脉冲数，从而判断 机械手 所处的位置。 旋转编码器可输出两路脉冲信号，其波形如图 34 所示： 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 24 图 34 A、 B相脉冲图 当旋转编码器正转时 A相超前 B相 ,旋转编码器反转时 ,B相滞后 A相，这样通过该装置就可以检测电机运行的绝对位移。 由于所选用的电机的转速只为 3000 转 /分，且我所选用的 PLC可编程控制器的电源为 24v，因此我为该系统选择了型号 E6A2CW5C，电压为 12V~24V的旋转编码器。 步进电机的 选择 步进电动机的特点  步进电动机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度 (称为“步距角” )一步一步运行的，其特点是没有积累误差 (精度为 100％ )，所以广泛应用于各种开环控制。  步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比  步距值不容易因为电气、负载、环境条件的变化而改变 ,使用开环控制 (或半闭环控制 )就能进行良好的定位控制。  步进电动机的主要缺点是效率较低 ,并且需要配上适当的驱动电源。  步 进电动机带负载惯性的能力不强 ,在使用时既要注意负载转矩的大小 ,又要注意负载基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 25 转动惯量的大小 ,只有当两者选取在合适的范围时 ,电机才能获的满意的运行性能。  由于存在失步和共振，因此步进电机的加减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变。 步进电机驱动系统的基本组成 为了驱动步进电动机，必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器（在该立体仓库控制系统中采用 PLC作脉冲发生器进行位置控制）、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲分配器、一个保证电动机正 常运行的功率放大器，以及一个直流功率电源等组成一个驱动系统，如 图 35 所示。 图 35 步进电机驱动系统组成 步进电动机的选择 在选择步进电动机时首先考虑的是步进电动机的类型选择，其次才是具体的品种选择，根据系统要求，确定步进电动机的电压值、电流值以及有无定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，从而就可以确定步进电动机的相数和拍数。 在进行步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比 i、轴向力 F、负载转矩 lT 、额定转矩 NT 和运行频率 yf ，以确定步进电机的具体规格和控制装置。 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 26 步进电机驱动器的原理与选择 (1).步进电机驱动器的选择 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。 所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。 所有型号驱动器的输入信号都相同，共有三路信号，它们是：步进脉冲信号 CP、方向电平信号 DIR、脱机信号 FREE(此端为低电平有效，这时电机处于无力矩状态；此端为高电 平或悬空不接时，此功能无效，电机可正常运行 )。 它们在驱动器内部的接口电路都相同，见下图。 OPTO端为三路信号的公共端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以 OPTO端须接外部系统的 VCC，如果 VCC是 +5V则可直接接入；如果 VCC不是 +5V则须外部另加限流电阻 R，保证给驱动器内部光耦提供 81 5mA的驱动电流，参见图 36和图 37。 外围提供电平为 24V，而输入部分的电平为 5V，所以须外部另加 R。 图 36 输入信号接口电路 图 37 外接限流电阻 R 步进电机驱动器的输出信号有两种 : ① .初相位信号：驱动器每次上电后将使步进电机起始在一个固定的相位上，这就是初相位。 初相位信号是指步进电机每次运行到初相位期间，此信号就输出为高电平，否则为低电平。 此信号和控制系统配合使田，可产生相位记忆功能，其接口见图 38。 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 27 图 38 初相位信号接口电路 ② . 报警输出信号：每台驱动器都有多种保护措施 (如：过压、过流、过温等 )。 当保护发生时，驱动器进入脱机状态 使电机失电，但这时控制系统可能尚未知晓。 如要通知系统，就要用到‘报警输出信号’。 此信号占两个接线端子，此两端为一继电器的常开点，报警时触点立即闭合。 驱动器正常时，触点为常开状态。 触点规格： DC24V／ 1A或 AC11OV／ O． 3A。 一般来说，对于两相四根线电机，可以直接和驱动器相连，见图 39。 图 39 电机与驱动器接线图 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 28 以北京斯达特机电科技发展有限公司生产 SH系列步进电动机驱动器 (型号为 SH2H057)为例，主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。 SH2H057步进电动机驱动器采用铸铝结构，此种结构主要用于小功率驱动器 ,这种结构为封闭的超小型结构，本身不带风机，其外壳即为散热体，所以使用时要将其固定在较厚、较大的金属板上或较厚的机柜内，接触面之间要涂上导热硅脂，在其旁边加一个风机也是一种较好的散热办法。 此步进电机驱动器的电气技术数据见表 ： 表 SH2H057电气技术数据表 驱动器型号 相数 类别 细分数 通过拨位 开关设定 最大 相电流 开关设定 工作电源 SH2H057 二相或四相 混合式 二相八拍 一组直流 DC(24V40V) (2).步进电机驱动器接线示意图见图 310。 基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 29 图 310 步进电机驱动器接线示意图 (3).步进电机驱动器细分数和电机相电流的设定 ① . 细分数的设定 对于两相步进电机 ,细分后电机的步距角等于电机的整步步距角除以细分数。 细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。 所以我们最好选用细分驱动器。 在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。 但现在基于 PLC 柔性制造生产线中物料立体仓库的设计 若有 30 的情况不同了，细分驱动器的出 现改变了这种观念，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。 所以如果用户采用细分驱动器，‘相数’将变得没。