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自动分拣出入库设备及控制系统设计,自动,分拣,入库,设备,控制系统,设计
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上海电机学院毕业设计任务书课 题 自动分拣出入库装置及控制系统设计 专 业 机械电子工程 年 级 2007级 姓 名 王宗淏 学 号 091102070504 学 院（系）院长（签字） 指 导 教 师 （签字） 2010 年 11 月 30 日注：本任务书由上海电机学院教务处印制。任务书反面：课题来源企业课题课题的目的、意义自动分拣是存储物件最有效的方式，对取物和存物控制可以实现自动控制，本课题主要对这种控制进行研究，以解决有效的解决方案，使学生掌握分拣和出入库装置的构造及其控制方式。要求设计任务及主要技术参数输入电压：200240V外形尺寸：800，200，800两排环境：-540度，湿度70%最大快进速度2m/min；定位精度1mm。要求：文献翻译20000印刷符号。完成工作平台总装配图一张，若干部件图和零件图，采用单片机控制原理图一张，设计图纸总量不少于2张A0。设计计算说明书一本。课题主要内容及进度2010.11-2010.12收集资料、调研、翻译外文技术资料，完成开题报告。2010.12-2011.1研读资料，拟定设计方案。2011.1-2011.3 完成设计草图，作必要的设计计算。2011.3-2011.4 最终完成总装配图，以及部件图和零件图设计。2011.4-2011.5 完成控制系统设计，撰写设计计算说明书。2011.6 答辩准备及答辩。以上各项由指导教师填写（请用钢笔填写）自动分拣出入库设备及控制系统设计开题报告毕 业 设 计（论文）开 题 报 告 题 目： 自动分拣出入库设备及控制系统设计 学 院： 电气与电子信息工程学院 专业名称： 电气工程及其自动化 学 号： 学生姓名： 指导教师： 1、课题来源我的研究题目是自动分拣出入库设备及控制系统设计，该课题是在老师的指导下完成的自选题目。自动化的程度是工作发展程度的标志，自动分拣正是自动化中的一个必不可的部分，而PLC控制分拣装置以其成本低，效率高的优点，已经成为主流，他可以根据设定的程序无人的，高效的工作，维护费用极少。由于全部采用机械自动化作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。节省了大量的人力劳动，减少了企业的额外支出，是企业节省成本最好的方法。 尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，由于人工作的个人限制性，因人而致使有的生产效率很低，误差多，生产成本高，企业的竞争能力差，阻碍了企业的正常发展。所以分拣装置人PLC控制系统必然会取代人工的分拣工作。这也正是其能够迅猛发展的根本原因，好是社会和企业发展的必然。随着工业的越来越发展，业水平的越来越高，自动分拣装置完全取代人工作业是必须的也是必然的。2、研究目的意义分拣系统中物料传感器以及气缸应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。分料盘在物料分拣中起着关键作用，安装在其内部的步进电机的驱动将使分料盘发生相应的动作来达到物料的最终分拣。由于同样实现了自动化分拣，因此在现代工业中也较广泛地使用。可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在物料分拣控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。使其适应了工业等的需要。本课题试图开发PLC对物料与分拣物料的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色以及种类的物料按预先设定的程序进行分拣，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。3、国内外研究现状和发展趋势纵观国内外物料分拣系统的应用情况可以发现，国外的物流配送中心或工业中倾向于采用自动化程度很高的分拣系统，而且应用也较为广泛。而在我国，由于物流业起步晚，物料分拣系统中人工作业的比例也较高。尽管自动分拣系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家某些行业不用自动分拣系统的情况也很普遍。其主要原因有两点: 一是一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资 小企业则无能为力。二是系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动分拣，需要采取诸如推行标准化包装、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等二次措施。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。 虽然物料分拣系统有它的局限性，但随着社会的高速发展，一切都讲究效率，我相信高效率的物料分拣系统设计将会被人们越来越重视。而本设计就针对物料分拣设计出了一个由PLC控制的分拣系统，解决了组成系统的设备能在安全工作的同时又能提高物料分拣效率的问题。4、本课题的主要研究内容PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。本课题主要介绍分拣装置的工艺过程及控制要求。下图所示为本分拣装置的结构示意图： 图1 材料分拣装置结构示意图它采用台式结构，内置电源，有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器、滤清器、气压指示等部件，可与各类气源相连接。选用颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器，分别固定在网板上，且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装。系统上电后，可编程序控制器首先控制启动输送带，下料传感器SN检测料槽有无物料，若无料，输送带运转一个周期后自动停止等待下料；当料槽有料时，下料传感器输出信号给PLC，PLC控制输送带继续运转，同时控制气动阀5进行下料，每次下料时间间隔可以进行调整。物料传感器SA为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送PLC，由PLC控制气动阀1动作选出该物料；物料传感器SB为电容传感器，当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送PLC,PLC控制气动阀2动作选出该物料；物料传感器SC为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时，PLC控制气动阀3动作选出该物料。物料传感器SD为备用传感器。当系统设定为分拣某种颜色的金属或非金属物料时，由程序记忆各传感器的状态，完成分拣任务。传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送PLC，由PLC控制气动阀1动作选出该物料；物料传感器SB为电容传感器，当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送PLC,PLC控制气动阀2动作选出该物料；物料传感器SC为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时，PLC控制气动阀3动作选出该物料。物料传感器SD为备用传感器。当系统设定为分拣某种颜色的金属或非金属物料时，由程序记忆各传感器的状态，完成分拣任务。5、研究基础5、设计的预期目标材料分拣装置应实现基本功能如下： （1）分拣出金属和非金属 （2）分拣某一颜色块 （3）分拣出金属中某一颜色块 （4）分拣出非金属中某一颜色块 （5）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。当待测物体经下料装置送入传送带后，依次接受各种传感器检测。如果被某种传感器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱；否则，继续前行。其控制要求有如下9个方面：（1）系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲（2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行（3）有物料时，下料汽缸动作，将物料送出（4）当电感传感器检测到铁物料时，推汽缸1动作（5）当电容传感器检测到铝物料时，推汽缸2动作（6）当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸3动作（7）其他物料被送到SD位置时，推汽缸4动作（8）汽缸运行应有动作限位保护（9）下料槽内无下料时，延时后自动停机控制要求有如下9个方面：（1）系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲（2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行（3）有物料时，下料汽缸动作，将物料送出（4）当电感传感器检测到铁物料时，推汽缸1动作（5）当电容传感器检测到铝物料时，推汽缸2动作（6）当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推汽缸3动作（7）其他物料被送到SD位置时，推汽缸4动作（8）汽缸运行应有动作限位保护（9）下料槽内无下料时，延时后自动停机6、进度安排1、接收毕业任务书，查阅资料准备开题报告和外文文献翻译2015.11.12015.11.302、完成开题报告和外文文献翻译 2015.12.12015.12.303、列写论文提纲及完成相关硬件模块的设计2016.1.1-2016.1.304、完成论文初稿2016.2.30前5、完成相关软件的设计及相关功能模块的仿真 2016.3.10前6、检查和调试设计的准确性，整理论文全文，查重率必须小于10 2016.3.20前7、完成所有相关资料的整理，打印。2016.5.1前8、答辩2016.5.10-2016.5.236、预期达到的目标及进度安排7、阅读的主要文献、资料参考文献 1 常斗南. PLC运动控制实例及解析 （西门子）M.北京：机械工业出版社，2009.11：30-69 2 张崇巍，李汉强. 运动控制系统 M. 2版. 北京：机械工业出版社，2006 3 王兆义,杨新志. 小型可编程控制器实用技术 M. 2版. 北京：机械工业出版社， 2006 4 李旻， 李晋. 变频技术在伺服控制系统中的应用J.电气传动自动化，2004（26）：14-16 5 严建红. 用PLC实现对伺服系统的控制 J.上海电机技术高等专科学校学报，2001（1）:15-18 6 周凯，陆启建. 步进驱动系统的复合控制J.电气自动化，1991（1）：15-18 7 常斗南. 可编程序控制器原理应用实验M.3版.北京：机械工业出版社，2008 8 李全利. 可编程序控制器及其网络系统的综合应用技术 M.北京：机械工业出版社，2005 9 汪小澄，袁立宏，张世荣. 可编程序控制器运动控制技术M.北京：机械工业出版 社，2006 10 梁森，黄杭美. 自动检测与转换技术M.3版.北京：机械工业出版社，20075 上海电机学院毕业设计任务书课 题 自动分拣出入库装置及控制系统设计 专 业 机械电子工程 年 级 2007级 姓 名 王宗淏 学 号 091102070504 学 院（系）院长（签字） 指 导 教 师 （签字） 2010 年 11 月 30 日注：本任务书由上海电机学院教务处印制。任务书反面：课题来源企业课题课题的目的、意义自动分拣是存储物件最有效的方式，对取物和存物控制可以实现自动控制，本课题主要对这种控制进行研究，以解决有效的解决方案，使学生掌握分拣和出入库装置的构造及其控制方式。要求设计任务及主要技术参数输入电压：200240V外形尺寸：800，200，800两排环境：-540度，湿度70%最大快进速度2m/min；定位精度1mm。要求：文献翻译20000印刷符号。完成工作平台总装配图一张，若干部件图和零件图，采用单片机控制原理图一张，设计图纸总量不少于2张A0。设计计算说明书一本。课题主要内容及进度2010.11-2010.12收集资料、调研、翻译外文技术资料，完成开题报告。2010.12-2011.1研读资料，拟定设计方案。2011.1-2011.3 完成设计草图，作必要的设计计算。2011.3-2011.4 最终完成总装配图，以及部件图和零件图设计。2011.4-2011.5 完成控制系统设计，撰写设计计算说明书。2011.6 答辩准备及答辩。以上各项由指导教师填写（请用钢笔填写）自动分拣出入库设备及控制系统设计自动分拣出入库设备及控制系统设计III摘要本文介绍了国内分拣装置的发展现状，以及存在问题，同时介绍了可编程控制器的工作原理，选型依据。设计了一种基于PLC的全自动分拣机，详细介绍了所选用的FX2N-80MT PLC，根据设计要求对PLC的输入输出I/O进行了分配，并且编写系统运行的梯形图。关键词：分拣装置，光电传感器，PLCABSTRACTThis paper introduces the development of the domestic status quo sorting devices, as well as existing problems, and introduced a programmable controller at the same time the working principle of selection basis. A PLC-based design of the automatic sorting machines, introduced in detail the choice of FX2N-80MT PLC, according to the design requirements of the input and output of the PLC I / O for distribution, and the preparation of the ladder diagram system operation.Key words: Sorting Device, Photoelectricity sensor, PLC目录1 绪论11.1本课题设计的背景11.2 本课题设计的内容21.3本课题设计的目的和意义22 系统控制方案的确定42.1 自动化分拣出入库的概述42.2 采用PLC控制分拣出入库的优点42.3 系统设计的基本步骤52.4 系统控制方案53 系统硬件设计63.1 直线滚动导轨副的计算与选型（垂直）63.2 直线滚动导轨副的计算与选型（横向）83.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）103.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型113.5 回转齿轮113.6 步进电动机的计算与选型133.7增量式旋转编码器的选用163.8步进电动机的驱动电源选用163.9 可编程控制器(PLC)的选型203.10微动开关的选择273.11 PLC输入输出分配表284 系统控制软件设计294.1 PLC梯形图概述294.2 三菱编程软件的特点305 结论31参考文献32致谢33附件34自动分拣出入库设备及控制系统设计441 绪论1.1本课题设计的背景分拣出入库一般是指采用几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“分拣出入库”。 分拣出入库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的分拣出入库；50年代末60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机分拣出入库；1963年美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的分拣出入库。此后，自动化分拣出入库在美国和欧洲得到迅速发展，并形成了专门的学科。60年代中期，日本开始兴建分拣出入库，并且发展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化分拣出入库最多的国家之一。 我国对分拣出入库及其物料搬运设备的研制开始并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械研究所），1973年开始研制我国第一座由计算机控制的自动化分拣出入库（高15米，机械部起重所负责），该库1980年投入运行。到目前为止，我国自动化分拣出入库数量已超过200座。分拣出入库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库能力、采用计算机进行控制管理而利于企业实施现代化管理等特点，已成为企业物流和生产管理不可缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。 自动化仓库应用范围很广，几乎遍布所有行业。在我国，自动化仓库应用的行业主要有机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等。 1969年美国数字设备公司（DEC）研制书世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制期，简称PLC（programmable logic controller）。70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（programmable controller）.但由于PC容易与个人计算机（programmable computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程器的缩写。1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。PLC是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可编程控制器，简称PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一中新型工业控制设备。 具有1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易，维护工作量少 4.功能强、通用性好 5.开发周期短，成功率高 6.体积小，重量轻、功耗底等特点。已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行分拣出入库的PLC控制系统的设计，可以推动机械手行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 本课题设计的内容课题的主要任务是基于三菱FX2N系列PLC的分拣出入库控制系统的设计。仓位的主体框架除包括两个仓库外，还配有一个物品入入位，并在这两个仓库32个仓位位的底部均设置有检测开关，若库内有物品，则压制相应的检测开关使之闭合，若无物品，则相应的检测开关断开。1.3本课题设计的目的和意义传统条件下的库房管理作业，主要依据人工装卸，特别是对于一些大型物资，不仅工作效率低，浪费大量的人力、物力，存在较大的安全隐患，同时还占据大量的库房面积。立体库的投入使用，彻底解决了这一难题.自动化分拣出入库可以产生巨大的社会效益和经济效益。它通过高层货架存储，使存储区大幅度地向高空发展，提高了空间利用率；自动化分拣出入库采用层积式存放，结合计算机管理，可以很容易实现先入先出，防止货物的自然老化、变质和损坏；通过自动存取系统,加快了运行和处理速度，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动强度；采用自动化技术后，还能较好地适应黑暗、低温、污染、有毒和易爆等特殊场合的物品存储需要；计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理，减少了货物处理和信息处理过程中的差错；同时借助于计算机管理还能有效地利用仓库存储能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金，从而提高仓库的管理水平。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成，实现企业信息管理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，也提高了操作人员素质和管理人员的水平。2 系统控制方案的确定2.1 自动化分拣出入库的概述自动化分拣出入库是指在不直接进行人工处理的情况下,自动地完成物品仓储和取出的系统,它以高层立体货架为主体,以成套搬运设备为基础,是集自动控制技术、通信技术、机电技术于一体的高效率、大容量存储机构。自动化分拣出入库的出现,实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变。用PLC控制的自动化分拣出入库达到仓储技术的全面自动化。自动化立体库基本由以下部分组成: 货架:用于存储货物的结构。本次设计的货架包括将内部空间分为4*4的挡格堆垛机:用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式；按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。 库存信息管理系统:亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体库系统的核心。目前典型的自动化立体库系统均采用大型的数据库系统（如ORACLE，SYBASE等）构筑典型的客户机/服务器体系，可以与其他系统（如ERP系统等）联网或集成。2.2 采用PLC控制分拣出入库的优点1、低成本 利用电力线上网，最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网，直接使用现有电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大大地减少了在基础网络上的投资。2、范围广 无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。因为家家都有电力线，由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭.因此，这一技术一旦进入商业化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空间。 3、高 速 利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备生产商RWE承诺，运用他们的电力线上网技术，其速度要比ISDN拔号上网快30多倍, 比ADSL更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的PLC产品正在研制之中。 4、便 捷 不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC带来的高速网络享受!5、永远在线 PLC属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！6、结构灵活 通过PLC技术实现Internet接入，可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术，因此，电力线通信设备都是集中在220V线路变压器的用户端。2.3 系统设计的基本步骤分拣出入库系统设计与调试的主要步骤：在分拣出入库控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：深入了解和分析分拣出入库的工艺条件和控制要求。设计堆垛机的总体结构3.确定I/O设备。根据分拣出入库控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。4.根据I/O点数选择合适的PLC类型。5.分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。6.设计分拣出入库系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个分拣出入库系统设计的核心工作。2.4 系统控制方案根据对分拣出入库的具体要求，本课题所设计的分拣出入库具有以下功能：1、堆垛机（机械手）要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右；2、堆垛机的运动由步进电机驱动；3、堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；4、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；5、每个仓位必须有检测装置（微动开关），当操作有误时发出错误报警信号；6、当按完仓位号后，没按入或取前，可以按取消键进行取消该操作。7、整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发生意外。3 系统硬件设计3.1 直线滚动导轨副的计算与选型（垂直）3.1.1 块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为垂直布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：Fmax=G/2 (3-1)其中，移动部件重量G=1000N，代入式（3-1），得最大工作载荷=500N。查表3-41，根据工作载荷=0.5kN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷，额定静载荷。根据任务书设计规定，行程800考虑工作行程应留有一定余量，查表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为940mm。3.1.2 距离额定寿命L的计算上述所取的KL系列JSA-LG15系列导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过C，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表3-36表3-40，分别取硬度系数f=1.0，温度系数f=1.00，接触系数f=0.81，精度系数f=0.9，载荷系数f=1.5，代入式（3-33），得距离寿命：L= (3-2)远大于期望值，故距离额定寿命满足要求。3.1.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型如前所述，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=1000N,受到已知移动部件总重量G=1000N，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.4，滚动导轨上的摩擦系数=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：Fm=KFx+(Fz+Fy+G)=1.41000N=1400N (3-3)3.1.4 最大动工作载荷FQ的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=200mm/min，初选丝杠导程Ph=5mm,则此时丝杠转速n=v/Ph=40r/min。取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入,得丝杠寿命系数L0=36（单位为：106r）。查表3-30，取载荷系数fw=1.2,滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH=1.0,代入式（3-23），求得最大动载荷：= (3-4)3.1.5 初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈*1系列，精度等级取5级，额定动载荷为9309N，大于FQ，满足要求。3.1.6 传动效率的计算将公称直径d0=20mm,导程Ph=5mm,代入得丝杠螺旋升角=433。将摩擦角=10，代入=tan/tan(+) (3-5),得传动效率=96.4%。3.1.7 刚度的验算滚珠丝杠副的支承采用“双推-简支”的方式。丝杠的两端各采用-对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距约为a=900mm；钢的弹性模量E=2.1105Mpa;查表3-31，得滚珠直径Dw=3.175mm，丝杠底径d2=16.2mm,丝杠截面积S=/4=206.12m。 算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量=0.0291mm.。 (3-6)根据公式 (3-7)求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数列数为31，代入公式Z圈数列数，得滚珠总数量=60。丝杠预紧时，取轴向预紧力/3=466.67N。则由式（3-27），求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量mm。因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可以减少一半，取=0.0012mm。将以上算出的和代入，求得丝杠总变形量（对应跨度500mm）=0.0313mm=31.3本例中，丝杠的有效行程为840mm，由表3-27知，5级精度滚珠丝杠有效行程在800-1000mm时，行程偏差允许达到40，可见丝杠刚度足够。3.1.8 压杆稳定性校核根据公式（3-28）计算失稳时的临界载荷FK。查表，取支承系数=2；由丝杠底径d2=16.2mm求得截面惯性矩3380.88 (3-8)压杆稳定安全系数K取2.5（丝杠垂直安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值900mm。代入式（3-28），得临界载荷FK=6920.76N，故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。3.2 直线滚动导轨副的计算与选型（横向）3.2.1 导轨上移动部件的重量估算按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为3000N.3.2.2 块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为垂直布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：Fmax=G/4 其中，移动部件重量G=3000N，得最大工作载荷=750N。查表3-41，根据工作载荷=0.75kN，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷，额定静载荷。根据任务书设计规定，行程600考虑工作行程应留有一定余量，查表3-35，按标准系列，选取导轨的长度为640mm。3.2.3 距离额定寿命L的计算上述所取的KL系列JSA-LG15系列导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过C，每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表3-36表3-40，分别取硬度系数f=1.0，温度系数f=1.00，接触系数f=0.81，精度系数f=0.9，载荷系数f=1.5，代入式（3-33），得距离寿命：L= 远大于期望值，故距离额定寿命满足要求。3.2.4 最大工作载荷Fm的计算如前页所述，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）Fx=0N,受到已知移动部件总重量G=3000N，按矩形导轨进行计算，查表3-29，取颠覆力矩影响系数K=1.4，滚动导轨上的摩擦系数=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：Fm=KFx+(Fz+Fy+G)=0.0053000N=15N (3-9)3.2.5 最大动工作载荷FQ的计算设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度v=200mm/min，初选丝杠导程Ph=5mm,则此时丝杠转速n=v/Ph=40r/min。取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入L0=60nT/106,得丝杠寿命系数L0=36（单位为：106r）。查表3-30，取载荷系数fw=1.2,滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH=1.0,代入式（3-23），求得最大动载荷：= (3-10)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向）3.3.1初选型号根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠为3圈*1系列，精度等级取5级，额定动载荷为9309N，大于FQ，满足要求。3. 3.2传动效率的计算将公称直径d0=20mm,导程Ph=5mm,代入得丝杠螺旋升角=433。将摩擦角=10，代入=tan/tan(+),得传动效率=96.4%。3.3.3 刚度的验算滚珠丝杠副的支承采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端各采用-对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距约为a=700mm；钢的弹性模量E=2.1105Mpa;查表3-31，得滚珠直径Dw=3.175mm，丝杠底径d2=16.2mm,丝杠截面积S=/4=206.12m。算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量=2.42610-4mm.。根据公式，求得单圈滚珠数Z=20；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数列数为31，代入公式Z圈数列数，得滚珠总数量=60。丝杠预紧时，取轴向预紧力/3=3N。则由式（3-27），求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2.5910-5mm。因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可以减少一半，取=1.2910-5mm。将以上算出的和代入，求得丝杠总变形量（对应跨度700mm）=2.5610-4mm=0.256本例中，丝杠的有效行程为660mm，由表3-27知，5级精度滚珠丝杠有效行程在800-1000mm时，行程偏差允许达到36，可见丝杠刚度足够。3.3.3压杆稳定性校核根据公式计算失稳时的临界载荷FK。查表3-34，取支承系数=1；由丝杠底径d2=16.2mm求得截面惯性矩3380.88；压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值700mm。代入公式得临界载荷FK=4766.8N，故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型根据公式（3-28）计算失稳时的临界载荷FK。查表3-34，取支承系数=1；由丝杠底径d2=16.2mm求得截面惯性矩3380.88；压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值1500mm。代入式（3-28），得临界载荷FK=1038.1N，故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。3.5 回转齿轮3.4.1 齿轮得材料及热处理方法小齿轮选用40Cr，调质处理，齿面硬度为260HBS。大齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度220HBS，HBS1-HBS2=260-220=40。查得Flim1=240Mpa, Flim2=240Mpa,SF=1.3故F1= =129Mpa （3-11）F2= =195Mpa粗选8级精度取小齿轮齿数Z1=20, 大齿轮Z2=172.673=45.441。取小齿轮齿数Z1=17，则大齿轮Z2=172.673=45.441，取Z2=46，实际传动比i =2.706。3.4.2 齿轮疲劳强度设计查表，取载荷系数K=1.1，推荐齿宽系数R=0.250.3,取R=0.3。小齿轮上的转矩T1=1.7297105Nmm （3-12）（1）计算分度圆锥角1=arctan= arctan=69.72 （3-13）2=90-1=90-69.72=20.28（2）计算当量齿数Zv1=18.12 （3-14）Zv2=132.71（3）计算模数查的YF1=3.02, YF2=2.16因为=0.023，=0.011，故将代入计算。mm=3.43 （3-15）（4）计算大端模数m =4.04查表取m=4.5（5）计算分度圆直径d1=mZ1=4.517=76.50mmd2=mZ2=4.546=207.00mm(6)计算外锥距R=109.16mm （3-16）(6)计算齿宽b=RR=0.3109.16=32.75mm取b1=b2=35mm3.4.3 验算轮齿弯曲疲劳强度F1=95.38Mpa （3-17）F1=129Mpa, F1F1，故安全。3.6 步进电动机的计算与选型3.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq 已知：滚珠丝杠的公称直径d0=20mm，总长l=1360mm，导程Ph=5mm，材料密度=7.8510-3g/;移动部件总重力G=800N；如表4-1所示，算得各个零部件的转动惯量如下： 滚珠丝杠的转动惯量=1.67kgcm2;拖板=1.90kgcm2。初选步进电动机的型号为110YBG2602,为两相混合式，由常州宝马集团公司生产，二相八拍驱动时的步距角为0.75，从表（4-5）查得该型号的电动机转子的转动惯量Jm=15 kgcm2。则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：18.57 kgcm2 （3-18）3.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 分快速空载和承受最大负载两种情况进行计算。1) 快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩由式（4-8）可知，包括三部分;一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据公式可知，相对于和很小，可以忽略不计。则有：=+ （3-19）根据式（4-9），考虑传动链的总效率，计算空载起动时折算到电动机转轴上最大加速转矩：= (3-20)其中： =1041.6r/min (3-21)式中空载最快移动速度，任务书指定为2000mm/min；步进电动机步距角，预选电动机为0.75；脉冲当量，本例=0.004mm/脉冲。设步进电机由静止加速至所需时间，传动链总效率。则由式求得：0.258 Nm由式（4-10）知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为： 0.015 Nm （3-22）式中导轨的摩擦因素，滚动导轨取0.005垂直方向的铣削力，空载时取0传动链效率，取0.8最后由式（6-13）求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩： =+=0.273Nm (3-23) 2) 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩由式（4-13）可知，包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，相对于和很小，可以忽略不计。则有： =+ （3-24）其中折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩由公式计算。有： 1.032 Nm （3-25） 再由式计算垂直方向，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩： 0.015 Nm （3-26）最后，求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩：=+=1.046 （3-27）最后求得在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩为： 1.046 （3-28）3.6.3 步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。取K=4, 则步进电动机的最大静转矩应满足： 41.046=4.188 （3-29）初选步进电动机的型号为110BYG2602，由表4-5查得该型号电动机的最大静转矩=20Nm。可见，满足要求。 4.6.4 步进电动机的性能校核1）最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快空载移动速度=2000mm/min，求出其对应运行频率 fmaxf=2000/(600.008)=4166.67Hz。查得，在此频率下，电动机的输出转矩=20Nm，大于快速空载起动时的负载转矩=0.127Nm，满足要求。2）最快空载移动时电动机运行频率校核 与快速空载移动速度=2000mm/min对应的电动机运行频率为fmax=4166.67Hz 。查表4-5可知110BYG2602电动机的空载运行频率可达20000，可见没有超出上限。 3）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq=7.57kgcm2，电动机转子的转动惯量Jm=15 kgcm2，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率（查表4-5）。由式（4-17）可知步进电动机克服惯性负载的起动频率为：fL=fq1+Jeq/Jm=1467.4Hz （3-30）说明：要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于1467.4Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100。综上所述，本次设计中工作台的进给传动系统选用90BYG2602步进电动机，完全满足设计要求。3.7增量式旋转编码器的选用 本设计所选步进电动机采用半闭环控制，可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角 匹配，可知电动机转动一转时，需要控制系统发出个步进脉冲。考虑到增量式旋转编码器输出的A、B相信号，可以送到四倍频电路进行电子四细分，因此，编码器的分辨力可选120线。这样控制系统每发一个步进脉冲，电动机转过一个步距角，编码器对应输出一个脉冲信号。此次设计选用的编码器型号为：ZLK-A-120-05VO-10-H 盘状空心型，孔径10mm，与电动机尾部出轴相匹配，电源电压+5V，每秒输出120个A/B脉冲，信号为电压输出。3.8步进电动机的驱动电源选用3.8.1主要特点：1. 220V交流供电2. 恒流斩波控制3. 提供3A/4A/6A/7A四种标准电流4. 节能的半电流锁定模式5. 输入信号TTL兼容6. 光电隔离信号输入7. 过流、过压保护3.8.2电气特性 Ti=25 项 目 指 标 电源电压 AC220V10%，50Hz1 Hz 输出电流 3A/4A/6A/7A可选 步进脉冲频率 010K Hz 逻辑信号电流 510mA 绝缘电阻 500M3.8.3使用环境及参数 冷 却 方 式 强制风冷 使用环境 温 度 10+50 湿 度 4090%PH 外 形 尺 寸 117x290x130mm 重 量 约 Kg3.8.4电流选择1.订货时向制造厂声明；出厂设定值为6A。2.用户临时需要更改电流时，请照如下所示：在断电情况下，打开机壳，按下表所示拨动红色拨码开关，再通电即按设定情况工作。 开关位置 电 流 1 2 OFF OFF 3A OFF ON 4A ON OFF 6A ON ON 7A注意：改变设定后，需重新通电，设定方有效。3.8.5控制信号（1）方向控制外部输入信号Cw电平变化可改变电机运转方向。注：电机的初始运行方向与电机的接线有关，互换任意两相可以改变初始运行的方向。（2）步进脉冲输入信号Cp最大通过频率为10KHz。脉冲的低电平时间应大于500nS。（3）使能信号EnEn端外加低电平时，电机响应Cp端输入脉冲运行，Cp端没有信号时，电机处于半流锁定状态；En端悬空时，驱动器切断电机各相的电流使电机轴处于自由状态，此时步进脉冲Cp将不被响应。（4）输出信号A1、A2，B1、B2接二相混合式步进电动机的出线。（5）信号结构 （6）信号要求BD28Nc驱动器采用单脉冲控制方式。Cp、Cw、En信号通过光耦隔离，采用共阳极接法。为确保内置光耦能可靠导通，要求信号提供至少5mA的电流。驱动器内部已串入光耦的限流电阻1K，对应+5V电平。当输入电压较高时，可根据需要外串电阻进行限流。例如输入电平为+24V时，应在每个控制信号上串联2K左右电阻。该驱动电源与控制器的接线方式如图8.1所示。图3-1此步进电机驱动器的电气技术数据为：表3-1步进电机驱动器的电气技术数据驱动器型号相数类别细分数最大相电流工作电源BD28Nc二相或四相混合式二相八拍4A110-220VAC3.9 可编程控制器(PLC)的选型3.9.1 PLC概述可编程控制器，英文称Programmable Controller，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题,入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电控制装置多的多、强的多。PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：逻辑处理功能；数据运算功能；准确定时功能；高速计数功能；中断处理（可以实现各种内外中断）功能；程序与数据存储功能；联网通信功能；自检测、自诊断功能。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。像PLC这样。集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。3.9.2 PLC的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。3.9.3输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入55点，输出12点。存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储5000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。3.9.5控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本课题所设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。（1）控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。（2）编程功能离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。（3）诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。3.9.6机型的选择(1)PLC的类型FX2系列可编程控制器主机分为16、24、32、64、80、128点六档，还有各种输入和输出扩展单元，这样在增加I/O点数时，不必改变机型，可以通过扩展模块实现，降低了经济投入。本课题设计的分拣出入库控制系统有输入信号40个，输出信号21个。其中，外部输入元件包括：检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限位保护等等；输出有三个步进电机的正反向、动作指示、错误显示等等。按照上述配置，所选I/O点不得低于70点，结合实际情况，所选I/O点为80点。因此我所选型号为FX2N-80MT。3.9.7 FX特殊功能模块选择1 因为本系统中有4台步进电机 而FX2N系列的脉冲脉冲输出指令只能对其Y0000和Y0001进行操作 所以另加4个脉冲输出模块，根据三菱FX特殊功能模块手册选择了FX2N-1PG的输出模块参数如下表3-2 FX2N-1PGPMF一览与步进电机相连时接线参考如下图3-2 接线参考2 根据分拣类型需另加模拟量I/O模块，根据FX特殊功能模块手册选择了FX2N-4AD模块. FX-4AD概述FX-4AD模拟量输入模块是FX系列专用的模拟量输入模块。该模块有4个输入通道（CH），通过输入端子变换，可以任意选择电压或电流输入状态。电压输入时，输入信号范围为DC 10+ 10V，输入阻抗为200k，分辨率为5mV；电流输入时，输入信号范围为DC -20+20mA，输入阻抗为250，分辨率为20A。FX-4AD将接收的模拟信号转换成12位二进制的数字量，并以补码的形式存于16位数据寄存器中，数值范围是-2048+ 2047。它的传输速率为15ms/K，综合精度为量程的1。FX-4AD的工作电源为DC24V，模拟量与 数字量之间采用光电隔离技术，但各通道之间没有隔离。FX-4AD消耗PLC主单元或有源扩展单元5V电源槽30mA的电流。FX-4AD占用基本单元的 8个映像表，即在软件上占8个I/O点数，在计算PLC的I/O时可以将这8个点作为PLC的输入点来计算。2. FX-4AD的接线FX-4AD的接线如图所示，图中模拟 输人信号采用双绞屏蔽电缆与FX-4AD连接，电缆应远离电源线或其它可能产生电气干扰的导线。如果输入有电压波动，或在外部接线中有电气干扰，可以接一 个0.1F0.47F（25V）的电容。如果是电流输入，应将端子V+和I+连接。FX2N-4AD接地端与PLC主单元接地端连接，如果存在过多 的电气干扰，再将外壳地端FG和FX-4AD接地端连接。图3-3 FX-4AD的接线3. FX-4AD缓冲寄存器（BFM）的分配FX-4AD模拟量模块内部有一个数据缓冲寄存器区，它由32个16位的寄存器组成，编号为BFM031，其内容与作用如表6-1所示。数据缓冲寄存器区内容，可以通过PLC的 FROM和 TO指令来读、写。 表3-3 FX-4AD缓冲寄存器（BFM）的分配BFM编号内容备注#0（*）通道初始化，用4位十六位数字H表示，4位数字从右至左分别控制1、2、3、4四个通道每位数字取值范围为03，其含义如下：0表示输入范围为-10V+10Vl表示输入范围为+4mA+20mA2表示输入范围为-20mA+20mA3表示该通道关闭缺省值为H0000#1（*）通道1采样次数设置采样次数是用于得到平均值，其设置范围为14096，缺省值为8#2（*）通道2#3（*）通道3#4（*）通道4#5通道1平均值存放单元根据#1#4缓冲寄存器的采样次数，分别得出的每个通道的平均值#6通道2#7通道3#8通道4#9通道1当前值存放单元每个输入通道读入的当前值#10通道2#11通道3#12通道4#13#14保留#15（*）A/D转换速度设置设为0时：正常速度，15ms/通道（缺省值）设为1时：高速度，6ms/通道#16#19保留#20（*）复位到缺省值和预设值缺省值为0；设为1时，所有设置将复位缺省值#21（*）禁止调整偏置和增益值b1、b0位设为1、0时，禁止；b1、b0位设为0、1时，允许（缺省值）#22（*）偏置、增益调整通道设置b7与b6、b5与b4、b3与b2、b1与b0分别表示调整通道4、3、2、1的增益与偏置值#23（*）偏置值设置缺省值为0000，单位为mV或A#24（*）增益值设置缺省值为5000，单位为mV或A#25#28保留#29错误信息表示本模块的出错类型#30识别码（K2010）固定为K2010，可用FROM读出识别码来确认此模块#31禁用3.10微动开关的选择在该分拣出入库控制系统中共有32个仓位，分别采用32只微动开关作为货物检测，当有货物时相应开关动作，其信号对应PLC的输入点是X5-X44；另外为保险起见，在X轴Y轴Y轴和旋转轴限位位置处还分别加装了微动开关作限位保护，以确保分拣出入库在程序出错时不损坏；微动开关原理图如图3-10所示。图3-4 微动开关原理图3.11 PLC输入输出分配表根据本课题PLC输入输出的控制要求，得出PLC输入输出I/O分配，表3-4PLC输入输出I/O分配X0启 动X27开关B1.3Y0Y轴电机方向X1停 止X30开关B1.4Y1X轴电机方向X2取 出aX31开关B2.1Y2旋转电机方向X3取 出bX32开关B2.2Y3Z轴电机方向X4送 进X33开关B2.3Y4Y轴电机脱机X5开关A1.1X34开关B2.4Y5X轴电机脱机X6开关A1.2X35开关B3.1Y6旋转轴电机脱机X7开关A1.3X36开关B3.2Y7Z轴电机脱机X10开关A1.4X37开关B3.3Y10A仓库满显示X11开关A2.1X40开关B3.4Y11B仓库满显示X12开关A2.2X41开关B4.1Y12机械手信号X13开关A2.3X42开关B4.2X14开关A2.4X43开关B4.3X15开关A3.1X44开关B4.4X16开关A3.2X45X轴左限位X17开关A3.3X46X轴右限位X20开关A3.4X47Y轴左限位X21开关A4.1X50Y轴右限位X22开关A4.2X51Z轴左限位X23开关A4.3X52Z轴右限位X24开关A4.4X53转轴左限位X25开关B1.1X54转轴右限位X26开关B1.2X55判断信号 4 系统控制软件设计4.1 PLC梯形图概述梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按其精度可分为12bit、14bit、16bit等；按信号类型可分为电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Bus bar)，。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分
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