立体仓库使用说明书（亚龙科技）.doc

亚龙科技立体仓库使用说明书亚龙科技集团有限公司目 录一简 介二使用说明1. 系统组成2. 使用步骤3. 技术参数三电路原理1.基本原理2.PLC输入口的分配3.PLC输出口的分配4.驱动步进电机电路的连接:四PLC程序编译的简介1.V4.0 STEP 7 MicroWIN SP1的安装2.PLC驱动脉冲的发送3.单段管线操作的具体步骤4.多段管线操作的具体步骤5.向导配置脉冲串输出6.通讯协议的制定五模型操作指导1.手动运行方式2.自动运行方式3一简 介本公司开发的这套TVT-99C立体仓库模型系统是根据实际工业生产中使用的TVT-99C立体仓库模型系统实物为模本，并进行了相应的微化和适当的简化而设计完成的具有实际操作功能和实验功能的一套教学仪器。主要作为高校的自动化、机电一体化等专业的专科、本科、研究生作为一个PLC、步进电机及计算机通讯控制的实验平台。本实验装置采用了大家常见的各种物品为仓库的存取对象，使学习变的具有趣味性、生动性，从而激发的学生的求知欲的同时提高学生的实际动手能力。已经掌握了一定的PLC的编程方法的基础上，进一步学习我们提供程序能更加全面深入的了解和使用PLC、步进电机以及计算机与PLC进行通讯控制等方面知识。本TVT-99C立体仓库模型系统既可以作为大学自动化、机电一体化等专业学生的PLC课程的实验装置，可以进行课程设计和毕业设计。也可以作为使用其他的上位机组态软件和其他控制方式的开发平台，也可以为单片机，DSP等提供实验平台。本手册将讲解TVT-99C立体仓库模型系统的机械结构和步进电机的驱动控制电路的特点，以及西门子PLC在系统控制中使用的程序编制方法。 并提供简单的参考程序，及实验指导，帮助同学们在简单的了解PLC使用的基础上，逐步完成整个TVT-99C立体仓库模型系统的控制开发过程。本手册实验指导的内容是在假设学生已经基本熟悉西门子的S7-200的指令系统，及编程软件step7和上位机工控软件的基础上进行讲解，如果没有学习这方面的知识请先参考这方面的书籍，如西门子S7-200的系统手册和VisualBisic6.0指导书。二使用说明1. 系统组成装置样图如下：本TVT-99C立体仓库模型系统包括以下部件：实验台，库架，开关电源，西门子224PLC，步进电机及驱动，取货架，控制面板，电源线，编程通讯电缆等。实验台为纯铝合金制作而成，简洁耐用而且美观大方；库架为铝合金组装而成的五列四层架体和一个单独的存取架；开关电源把220V市电变换成24V直流电，为整个系统电路供电；PLC选用的为西门子224CPU，完成开关量输入，输出步进电机驱动所需的PTO脉冲和与计算机的通讯功能。选用步进电机运行可以通过计算比较简单的指定其运动距离，能方便的选择各个库架；取货架是由2个步进电机和一个直流电机完成上下、左右和伸出收回动作，通过导轨来指定运动轨迹；控制面板主要有急停开关，自动手动选择开关和手动控制左右上下伸出收回按钮组成，主要完成对TVT-99C立体仓库模型系统的手动控制操作；电源线为市电供电连接线，必须保证可靠的接地；编程通讯电缆为带隔离的232-485转换数据线，完成编程程序的下载和上位机与模型数据通讯的功能。2. 使用步骤 1） 将TVT-99C立体仓库模型系统放在平坦位置，并确保其运行轨道和托架运行范围内无障碍物。2） 接好所有电线，包括电源线，PLC的通讯电缆。3） 确定所有连接正确后，检查所有驱动器的DIP设置是否正确（见附录）。确定无误后打开电源。4） 将PLC上的开关拨到OFF状态，在上位机用Micro-Win下载机械手的PLC程序，下载完成以后将PLC打的运行状态（通过PLC上的控制开关或Micro-Win软件）然后关闭Micro-Win。5） 安装并打开机械手的上位机程序。6） 现在你可以通过这个界面来对TVT-99C立体仓库模型系统进行操作了（关于上位机程序的使用请参阅操作指导）。3. 技术参数：供电电源： 单相三线 220VAC5%，50Hz，良好接地功耗： 正常工作小于0.2KW环境温度： 0+50相对湿度： 85% 无结露环境空气： 不含腐蚀性气体模型尺寸： 11006001260（长*宽*高）三电路原理1. 基本原理基本结构为PLC通过驱动器控制步进电机实现启动、停止、加速、减速、匀速、换向等运动轮廓，各个方向利用限位开关提供限位保护本装置控制采用德国西门子公司的S7-200系列的PLC，它可以满足多种多样的自动化控制需要，具有紧凑的设计，良好的扩展性，低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美的满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。S7-200系列是一种可编程序逻辑控制器。它能够控制各种设备以满足自动化控制需要。S7-200的用户程序中包括了位逻辑，中断，计数器，定时器，复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。尤其是它的两路PTO（高速脉冲输出）功能在步进电机的控制上非常的方便，它可以直接来通过驱动模块来驱动步进电机来实现不同的旋转要求，实现起步的加速或停止时的减速，所以在机械手的控制上非常方便。西门子S7-224CPU输入输出口连接电路方式如下图：2. PLC输入口的分配：输入口的连接方式如上图所示，按钮一端接24V+，另端接到PLC的输入口上，24V-接到输入的1M和2M上。在此我们使用的按钮和限位开关的常开触点。当按下按钮是开关接通，通过24V电源给PLC输入口一个脉冲信号。PLC的输入口主要分为两部分，一是TVT-99C立体仓库模型系统的控制面板上的各个控制按钮，包括急停按钮、自动手动转换开关、左右按钮、上下按钮、伸出和收回按钮。另一部分是各方位的限位开关，包括上限位，下限位，左限位，右限位，伸出限位和收回限位。具体的输入口的连接定义如下图：3. PLC输出口的分配： 输出口的分配比较少，但相对输入口要复杂一些。西门子224PLC支持两路的PTO脉冲输出，分别是Q0.0，Q0.1。PTO可以输出一串占空比50%的脉冲，我们可以控制脉冲的周期和个数，其中周期可以根据需要选用微秒或毫秒，脉冲个数是一个32位的无符号数。西门子编程软件为了用户的使用方便，还提供了运动控制向导来配置脉冲输出，我们提供的软件就使用了脉冲输出向导。提供的两个脉冲输出口正好满足我们两个步进电机的控制需求。.Q0.0用来控制上下电机的运动，.Q0.1用来控制左右电机的运动。 另外步进电机还有正反转控制功能，我们定义，Q0.2用来控制上下电机的运动方向，Q0.3用来控制左右电机的运行方向。 此外还有一个存取货物的直流电机，分别定义Q0.4，Q0.5为直流电机的正反转控制，控制系统的存取货物。具体的输出口连接见下图： 4. 驱动步进电机电路的连接:如上图所示，我们选用了两个驱动器和一个其继电器,分别需要驱动横向跟纵向的步进电机。驱动器为直流24V供电，输入端接收PLC发出的控制脉冲信号，输出来驱动步进电机的运行和正反转。PLS+为驱动器的步进脉冲，DIR+为驱动转向的控制，通过DIR高低电平来控制步进电机的正反转。它们与PLC的连接需要串一个2K左右的电阻，以降低输入的电流。PLS-和DIR-分别连接24V-。输出端为两相步进驱动脉冲发送端，其连接分别对应步进电机的A相，B相。继电器3在这里起的是断电保护作用。当打开电源的时候继电器得电，常开促点闭合，供电给驱动器1，步进电机正常运行。如果在运行中忽然断电，经过继电器把A+，A-，B+，B-短接，步进电机1将起到制动作用，托盘就不会因为重力而下落。另外还有个主管取货和存货的直流电机，它的正反转运动我们是通过两个继电器组合来实现的（见上图）。两个继电器的常开触点都直接与12V+相连接，常闭触点则直接与12V-相连接，中间抽头分别连接直流的正极和负极。两个继电器线圈的输入端分别与PLC输出端Q0.4，Q0.5相连接，这样就可以通过程序方便的控制直流电机的正反转。如果定义PLC口有输出为1，不输出为0，则控制的各个状态如下表：Q0.4Q0.5直流电机状态00不转01正转10反转11不转 四PLC程序编译的简介1. V4.0 STEP 7 MicroWIN SP1的安装本套设备我们选用的是西门子200系列的PLC，其配套的编程软件使用的是V4.0 STEP 7 MicroWIN SP1，是汉化版的饿编程软件。其安装也是非常的简单，首先将我们附带的光盘放入光驱，打开文件夹STEP7 V4.0，直接点击Setup.exe文件，按照步骤操作来进行英语版的安装，如果想升级为汉化版软件，那还的需要安装STEP7_MicroWIN_V40_SP1，它的安装过程中会提示卸载刚安装的STEP7 V4.0程序，只有卸载了它才能继续安装。这样我们就可以使用汉语版的编程软件了。2. PLC驱动脉冲的发送驱动脉冲的发送是PLC驱动TVT-99C立体仓库模型系统运动的基础。在这里我们就首先讲解一下脉冲的生成步骤。S7-200有两台PTO/PWM生成器，建立高速脉冲链或脉冲宽度调节波形。一台生成器指定给数字输出点Q0.0，另一台生成器指定给数字输出点Q0.1。一个指定的特殊内存（SM）位置为每台生成器存储以下数据：一个控制字节（8位数值）、一个脉冲计数值（一个不带符号的32位数值）和一个循环时间和脉冲宽度数值（一个不带符号的16位数值）。PTO/PWM生成器和进程图像寄存器共用Q0.0和Q0.1。PTO或PWM功能在Q0.0或Q0.1位置现用时，PTO/PWM生成器控制输出，并禁止输出点的正常使用。输出波形不受进程图像寄存器状态、点强迫数值、执行立即输出指令的影响。PTO/PWM生成器非现用时，输出控制转交给进程图像寄存器。进程图像寄存器决定输出波形的初始和最终状态，使波形在高位或低位开始和结束。PTO功能可以输出一串脉冲(占空比50%)，用户可以控制脉冲的周期和个数。脉冲个数: 1-4294976295个周期: 50us-95535us或者2ms-65535ms它有两种发生方式：单段管线和多段管线3. 单段管线操作的具体步骤从主程序建立初始化子例行程序调用后，用以下步骤建立控制逻辑，用于在初始化子例行程序中配置脉冲输出Q0.0：1 通过将以下一个数值载入SMB67: 16#85（选择微秒递增）或16#8D（选择毫秒递增）的方法配置控制字节。2 两个数值均可启用PTO/PWM功能、选择PWM操作、设置更新脉冲宽度和循环时间数值、以及选择时基（微秒或毫秒）。3 在SMW68中载入一个循环时间的字尺寸数值。4在SMD72中载入脉冲计数的双字尺寸数值。5 （选项）如果您希望在脉冲链输出完成后立即执行相关功能，您可以将脉冲链完成事件（中断类别19）附加于中断子例行程序，为中断编程，使用ATCH指令并执行全局中断启用指令ENI。6执行PLS指令，使S7-200为PTO/PWM生成器编程。7退出子例行程序。4. 多段管线操作的具体步骤 从主程序建立初始化子例行程序调用后，用以下步骤建立控制逻辑，用于在初始化子例行程序中配置脉冲输出Q0.0：1.通过将以下一个数值载入SMB67:16#A0（选择微秒递增）或16#A8（选择毫秒递增）的方法配置控制字节。两个数值均可启用PTO/PWM功能、选择PTO操作、选择多段操作、以及选择时基（微秒或毫秒）。2.在SMW168中载入一个字尺寸数值，用作概要表起始V内存偏移量。(要表的结构请参照系统手册。)3.使用V内存在概要表中设置段值。确保“段数”域（表的第一个字节）正确无误。4.（选项）如果您希望在PTO概要完成后立即执行相关功能，您可以将脉冲链完成事件（中断类别19）附加在中断子例行程序中，为中断编程。使用ATCH执行全局中断启用指令ENI。5.执行PLS指令，使S7-200为PTO/PWM生成器编程。 6退出子例行程序。以上两个都以Q0.0的脉冲输出为参考。如果对Q0.1口进行操作请查阅它的寄存器地址，方法完全一样，只是地址不同。5. 向导配置脉冲串输出上面的具体操作步骤虽然烦琐但比较直观，是初学者应该掌握的。随着西门子S7-200编程软件STEP7不但的完善提高，一种比较新型的脉冲发送向导代替了我们烦琐的程序编写。我们在本套设备中所附带的PLC程序就使用了向导来配置的PTO脉冲发送。 上图就是PTO脉冲发送配置的画面图，它的打开步骤是在STEP7主窗口中选择指令树栏中的向导选项，点击后再选择PTO/PWM选项，然后就可以进入向导，根据向导的提示来进行脉冲串输出和脉冲包络轮廓的配置。 下面结合本TVT-99C立体仓库模型系统的控制对PTO的用法进行说明。步进电机驱动器的PLS接口提供到了PTO的输出，所以只要我们按照相应的数量，周期输出脉冲，那么电机就能实现相应的运动距离了。因为步进电机驱动器提供了细分功能，所以在计算脉冲个数的时候就要注意，不同的细分方式下电机的相同转数则需要不同的脉冲个数，可以这样简单的理解细分，N细分就是N个脉冲走1步，这样我们就可以得到这样的公式： n(脉冲个数)=运行距离/齿轮周长*步进电机每转步数*细分数我们使用的齿轮一周的运动距离是60mm，步进电机的步距脚为1.8度，那么转一转需要200个脉冲，库架上下之间的距离为120mm,驱动器选择的是48细分（具体的细分，那么托盘上下运行一层所需要的脉冲个数就可以用公式计算： n=120/60*200*48=19200相应的左右间隔距离为150mm ,选用的驱动器细分为4，那么左右运动一格所需要的脉冲数为： n=150/60*200*4=2000计算出运动一格的脉冲数，我们就可以根据所要运动的格数计算出各个运动距离所需要的脉冲数。计算出的数值相应的添入向导所提供的轮廓中，在程序中根据各个情况调用不同的运动轮廓来实现运动距离。6. 通讯协议的制定这里说的通讯协议包括上位机与PLC之间传输的内容，以及每个字节的含义，程序的控制方法等。要完成协议的制定，我们首先要考虑通讯要完成的内容：1、上位机可以通过通讯来控制PLC并最终控制步进电机，实现回原点，送货，取货，和确定库架的左右上下位置。2、PLC通过串口与上位机做通讯。当有操作的时候会将控制信息发给PLC，PLC收到后发回一个接受到的信息(字符”# ”)。在执行完后发回一个完成信息。下面以例程序得通讯协议为例说明： 通讯协议的定义（这里以例程序的通讯协议为例）。两边的波特率选取一致，取9600 无效验，每个字符的数据为8位，一个停止位（具体的实现方法在VB和PLC编程的时候设置）。由于这个系统通讯距离很近，只有几米，而且环境中的电磁干扰也不是很厉害(实验室环境)，所以没有采用什么校验。 我们附带的程序中定义的通讯协议如下：“#”+byte1+byte2+byte3+chr13 开始字符“#” byte1为控制字符（con） 0：-入库1：-出库2：-回原点3：-停止动作 byte2 库架左右运动脉冲轮廓号byte3 库架上下运动脉冲轮廓号 结束信息chr（13）（回车符 ）PLC在接收了计算机的信息以后还要给计算机一个反馈信息，这个信息定义比较灵活，我们定义的是在接收到信息后向计算机回送字符“#”。有了上面的这些信息，我们就可以比较清晰的看懂程序，并可根据自己的需要来编写和修改程序。五模型操作指导本TVT-99C立体仓库模型系统具有两种操作方式即手动方式和自动方式。下面我们依次进行说明。1. 手动运行方式要想让模型工作在手动模式，需要操作者手动把控制面板上的转换开关打到“手动”位置，平常我们都是打在“自动”上，避免手动误操作。控制面板上有手动操作的所有按钮和开关，各具体的作用如下：“急停”按钮：在运行中出现意外情况时按下来停止模型的一切运动。不管在手动工作方式还是在自动工作方式，急停开关都起作用。同时也要求操作者在模型运动中不能离开，要时时的观察其运动，防止出现意外情况。“手动/自动”转换开关：在“手动”位置时，上位机对模型失去了控制权，模型的运动完全掌握在控制面板左面两排手动按钮上。当打在“自动”位置时，手动按钮失去作用，模型的运动处于上位机的控制下，操作者可以通过上位机画面来直接控制模型运转。方向控制按钮：方向控制按纽一共有6个，分别控制了模型的上下左右前后三维立体运动。操作者可以直接按下各个按钮来控制其运行。这里值得注意的是，在托架伸出时，程序会锁住左右运动，但上下方向是可以运行的，以便能送/取货。操作时要注意不要发生碰撞。2. 自动运行方式本模型使用了比较常用的VisualBasic6.0作为上位机控制软件。来控制完成进入库运动的要求。打开上位机程序，点击运行，就可以弹出控制的主画面，。也可以在打开程序后选择文件菜单中的生成可执行文件，以后可以直接点击生成的可执行文件来运行本上位机程序。下面就是主画面：主画面可分为3部分，分别是货架区、按钮控制区、系统状态显示区。货架区的各个仓号是与实际的货架相对应，可以直观的显示操作的结果，其中白色的方格代表本仓位为无托盘肯定也无货物的空库状态。纯兰色的位置表示本仓位只有托盘没有货物。兰色方格中有文字的表示有托盘并有货物，前面的文字表示的是货物的名称，括号中的数字表示货物的数量。特别的有汽车图象的地方表示存入的货物名称为“汽车”或“轿车” ；按钮区可以实现模型的各种运动控制，也可以弹出画面显示仓库状态，出入库统计和退出提示；系统状态区，可以显示模型当前的运动模式等。下面我们一一的详细讲解本控制画面的使用。1. 回原点功能，我们定义的模型原点在右下方，点击回“原点”按钮，在切连接正常的情况下，模型会先收回托架，然后向左向下运动，直到达到限位位置后再向相反的方向运动一定的距离停止，正常停止的位置就是原点位置。这样我们就完成了一次回原点的控制，我们建议在每次开机后都首先进行一次回原点的控制，以便准确的确定托盘的位置。而且在长时间的连续运行过程中也要根据情况回一次原点，来消除长时间运动产生的累积误差。2. 初始化功能，点击“初始化”按钮会出现提示窗口，如下图：点击“是”前，你要拿走模型库架中的所有托盘，之后可以点击“是”按钮，这时上位机会默认库架中的各个仓位都是空的即没有托盘当然也就没有货物。执行后的画面如下图，清空仓库全显示白色，表示里面全没有托盘和货物。3. 仓库状态显示功能，主画面中点击“仓库状态”按钮，系统会弹出库存状态，如下图，查看这个界面我们可以非常直观的时时了解现在库架的各种状态，这些状态包括无托盘状态有托盘无物状态、有托盘有物状态。其中有物状态可以显示物品的名称和数量。查看完成点击“返回”按钮，返回主画面。 4. 出入库统计功能，主画面中点击“出入库统计”按钮，将弹出统计