关于plc的运用说明书

1、1 简介可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。它是1970年代以来在集成电路和计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。因其功能强大、可靠性高、配置灵活、使用方便、体积小、重量轻等特点，在国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，我国在PLC技术和产品开发应用方面发展迅速。除了许多进口设备和自动化生产线外，国产机床越来越多地采用PLC控制系统来代替传统的继电器触点系统。控制器控制系统。与继电器-接触器系统相比，系统更可靠；占地面积小于继电器-接触器控制系统；价格可与继电器-接触器控制系统相媲美；

2、维护;可直接推动电磁阀，执行器相当于接触器；可以向中央执行机构致数据；可以直接将数据传输到中央数据处理系统等。1.1 立体仓库概述1.1.1 立体仓库发展历程立体仓库一词源于“高层货架”，一般是指利用多层、十几层甚至几十层的货架来存放单位货物。随着科学技术的发展，人们逐渐使用起重、装卸、运输机械设备等相应的物料搬运设备进行货物进出作业的仓库。由于这种仓库可以充分利用空间来存放货物，所以常被称为“立体仓库” 1 。早在 1950 年代初期，美国就出现了使用桥式堆垛机的仓库。这种起重机在通用桥式起重机的小车上装有堆垛和拾取货物的装置，用按钮从地面操作。从而大大减少了货架之间的通道，单位面积的存储量

3、平均提高了50%以上。 .此后，立体仓库在美国和西欧迅速发展。 1963年，美国一家公司首先在仓库业务中采用计算机控制，仓库高度达到了12米。 1960年代中期，日本开始建设实体仓库，发展速度越来越快。据日本工业机械师统计，到1982年，日本拥有3257座立体仓库，几乎相当于欧美国家。建立财产的总数。立体仓库以其空间利用率高、出入库能力强、计算机控制管理、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。业务关注。1.1.2 立体仓库的组成立体仓库一般由高层货架、仓储机械设备、建筑物及控制管理设施等组成 9 。货架的形式有很多种，材料一般采用钢材或钢筋混凝土。钢货架的优点是构件尺寸

4、小，仓库空间利用率高，生产方便，安装施工周期短。并且随着高度的增加，钢货架相对于混凝土货架的优势更加明显。为了提高货物装卸和存储的效率，自动化立体仓库一般采用货箱或托盘来存放货物。箱子和托盘的基本功能是装小物料，同时还应便于运输车辆和堆垛机的插入和存放。搬运设备是自动化仓库中的重要设备。它们通常由电力驱动，并通过手动或自动控制将货物从一个地方移动到另一个地方。输送系统必须具有高度的可靠性。在立体仓库中，一般只有一个输送系统。一旦发生故障，整个仓库都会受到影响。因此，要求输送系统各环节上的设备可靠、耐用、易于维护。为输送系统设置手动控制作为备份。1.2 国外研究现状立体仓库一般是指使用几层、十几

5、层甚至几十层货架来存放单位货物，并使用相应的物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。因为这种仓库可以充分利用空间来存放货物，所以常常形象地称为“立体仓库”。立体仓库的出现和发展是二战后生产和技术发展的结果。 1950年代初，美国出现了使用桥式堆垛机的立体仓库； 1950年代末1960年代初，出现了由司机操作的带有巷道堆垛机的立体仓库； 1963年，美国率先在高架仓库中使用计算机控制技术，建立了第一个计算机控制的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲迅速发展，并形成了专门的学科。 1960年代中期，日本开始建设实体仓库，发展速度越来越快，成为当今世界上立体仓库自动化程度最高的国家之一。三维

6、立体仓库及其物料搬运设备的发展在中国还不算晚。 1963年研制出第一台桥式堆垛机。 1973年，研制出国内第一台电脑控制的全自动立体仓库。仓库于1980年投入使用。 .迄今为止，中国自动化立体仓库数量已超过200个。立体仓库因其空间利用率高、出入库能力强、采用计算机进行控制和管理，有利于企业实施现代化管理，已成为企业物流和生产管理必不可少的仓储技术。业务关注。自动化仓库广泛应用于几乎所有行业。在我国，自动化仓库使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 ）研制出世界上第一台可编程控制器，并成功应用于

7、美国（ GM）生产线。但当时只能进行逻辑运算，所以称为可编程逻辑控制期，简称PLC （可编程逻辑控制器）。1970年代，随着微电子技术和计算机的飞速发展， PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制和生产过程控制，真正成为电子计算机工业控制设备，故称为可编程控制器。 ，简称PC （可编程控制器） 。但是由于PC容易与个人计算机（可编程计算机）混淆，人们还是习惯性的使用PLC作为可编程控制器的简称。1985 年，国际电工委员会 ( IEC )对PLC的定义如下：可编程控制器是执行数字操作的电子系统。它是专为工业环境应用而设计的工业控制器。它使用可编程存储器来存储其部分的逻辑操作和序列控制。 、计时、

8、计数和算术运算，通过数字或模拟输入输出控制各类机械的生产过程。PLC是从继电器逻辑控制系统发展而来的，因此在数学处理和顺序控制方面具有一定的优势。继电器在控制系统中主要有两个作用：（ 1 ）逻辑运算（ 2 ）弱电控制强电。PLC是一种集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的新型工业控制设备，已跃居工业自动化三大支柱（ PLC 、 ROBOT 、 CAD/CAM ）的顶端。可编程控制器，简称PLC 。它是在集成电路和计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。 1. 可靠性高，抗干扰能力强2.设计安装方便，维护工作量少4.功能强大，通用性好5.开发周期短，成功率高6.体积小，重量轻，功

9、耗低的特点。已广泛应用于自动化控制的各个领域，成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电器-接触器系统相比，系统更可靠；占地面积小于继电器-接触器控制系统；价格可与继电器-接触器控制系统竞争；易于在现场更改程序；使用、维护、维修方便；可以直接推动电磁阀，执行器相当于它；可以到中央执行机构；可以直接将数据传输到中央数据处理系统等3 。1960年代以来，越来越多的立体仓库在美国、日本、欧洲等国家和地区设计并投入使用，立体存储技术成为一门新兴学科。据不完全统计，美国有各类自动化立体仓库20000多个，日本38000多个，德国10000多个，英国4000多个，前面1500多个。堆垛机是自动化立体仓库的主

10、要作业机械。负责出库、入库、磁盘入库等任务。它是自动化立体仓库的核心部件。自动化立体仓库的发展主要以堆垛机的发展为标志。目前，隧道式堆垛机是主要的发展方向1 。在中国，立体仓库的发展始于1970年代初。 1963年研制出第一台桥式堆垛机。 1973年，中国第一座计算机控制的自动化立体仓库（高15米，机械部仓库于1980年投入使用。中国第一座自动化立体仓库是由机械工业自动化研究所和其他单位，并在某汽车厂投产9 。此后，我国立体仓库发展迅速，据不完全统计，我国已建成立体仓库近300个，其中全自动化立体仓库30余座，仪征化纤工业有限公司于1995年建成的涤纶长丝自动化立体仓库是自主设计、生产的综合自

11、动化程度最高的立体仓库。我国制造。近年来，我国自动化仓库技术发展迅速，已实现了与其他信息决策系统的集成，正在进行智能控制和模糊控制的研究。尽管如此，目前我国已经建成的集成存储系统并不多。与国外发达国家相比，我国的自动化立体仓库无论在数量上还是在建设水平上都存在较大差距。立体仓库PLC控制系统可以促进机械手行业的发展，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价值。1.3 立体仓库的研究意义1.3.1 社会意义立体仓库的特点是以高层立体货架为标志，以全套先进的搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段，有效利用存储空间，节省时间和人力进行各种操作，并具有巨大的社会效益。因此广

12、泛应用于机械制造、电气制造、机场、轻工化工企业、商业仓储、军事部门等各个行业。其中，自动化立体仓库具有广阔的市场前景。它集机械、电子、控制、计算机技术于一体，具有科技含量高、货物存取效率高、自动化程度高等优点。不错的应用。从制造工厂、商场、机场，到港口、军用地下冷库，甚至是立体仓库，尤其是随着人们生活水平的提高，我国机动车保有量迅速增加，传统停车场可以不再满足要求。人的需要，所以人们将立体仓库的概念和技术应用到停车场。多个城市相继开发立体停车场，逐步缓解停车难问题。因此，为了更好、合理地利用资源，保证生产与需求，平衡和提高物流效率，我们对自动化立体仓库的研究迫在眉睫。1.3.2 科技的意义近年

13、来，我国自动化仓库技术发展迅速。尽管如此，我国已经建成的集成存储系统并不多。与国外发达国家相比，我国的自动化立体仓库无论是在数量上还是在建设水平上。有比较大的差距。原因是缺乏自动化是一个很大的缺陷。改善这一缺陷最有效的方法是在控制系统中使用PLC控制器，因为PLC功能强大、可靠性高、抗干扰能力强、维护方便、易于实现机电一体化，并能完全满足三合一的要求。立体仓库。工作环境和控制系统要求。 PLC控制的三维仓库克服了继电器触点控制系统中机械触点接线复杂、可靠性低、功耗大、通用性和灵活性差等缺点，充分发挥微处理器的优势，兼顾现场电气运维人员的技能和习惯，尤其是PLC编程，不需要专门的计算机编程语言知

14、识，而是用一套基于继电器梯形图的简单指令，使用户编程生动直观。 ，简单易学，调试和错误检查也很方便。此外，目前各个领域使用的三维仓库往往是非常大的系统。立体仓库的开发往往需要大量的人力和财力，给立体仓库的研究带来很大的困难，也使得很多科技研发和教学科研机构都面临困难。针对这个问题，我们可以设计制作一个小型立体仓库模型，加入到控制系统中，进行仿真调试，然后将研究成果应用到立体仓库的生产开发中。节省成本。 ，提高效率，还可以对立体仓库进行更广泛的研究。事实证明，大型自动化仓库系统不再是发展方向。为适应工业发展的新形势，出现了规模更小、响应速度更快、用途更广的自动化仓库系统，如德国Veltins啤酒

15、厂的葡萄酒仓库、Metzler optik合作伙伴AG的小零件仓库等。交货速度和更快的工作周期带来了惊人的仓库利用率。1.3.3 教学意义目前，不少高校已将PLC列为高职院校电子、机械等专业的必修课。因此，可以把这个立体仓库做成教学模型，可以增加教学在教学过程中的应用。 ，并且可以通过让学生设计不同的PLC程序来达到不同的操作效果。适用于学生的毕业设计、课程设计、实践实验等，也适用于科研机构的科研。具有一定的教学意义。传统条件下的仓库管理作业主要以人工装卸为主，特别是一些大型物料，不仅工作效率低，浪费大量人力物力，而且存在较大的安全隐患，而且它还占据了很大的仓库面积。立体库的使用完全解决了这个

16、问题。自动化立体仓库可以产生巨大的社会效益和经济效益。通过高位货架存储，将存储区域向高空大幅度开发，提高了空间利用率；自动化立体仓库采用分层存储，结合计算机管理，可轻松实现先进先出，防止货物自然老化变质和损坏；通过自动存取系统（AS/RS），加快了作业处理速度，提高了劳动生产率，降低了操作人员的劳动强度；采用自动化技术后，更能适应黑暗、低温、污染、有毒、易爆等特殊场合的物品存储需求；计算机控制，可以随时准确存储和管理各种信息，减少货物处理和信息处理过程中的错误；同时，借助计算机管理，还可以有效利用仓库的存储容量，方便盘点和盘点，合理减少库存，加快资金周转，节省营运资金，从而提高管理水平的仓库。

17、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，由于自动化仓库的使用，促进了企业的科学管理，减少了浪费，保证了均衡生产，也提高了操作人员和管理人员的素质。1.4 本研究的主要内容本课题的主要任务是立体仓库自动化控制系统的设计。除了十二个存放位外，仓库的主机架上还设有一个物品进出位，这十二个存放位的底部设置了检测开关。如果仓库中有物品，则相应的检测开关闭合，如果没有物品，则断开相应的检测开关。本文的主要研究内容和结构可分为五章，如下：1）第一章研究了自动化立体仓库的发展历程和基本构成，结合国外立体仓库的现状和国内立体仓库的不足，分析了立体仓库的发展方向。同时提出

18、了本文的主要内容。2）第二章展示了自动化立体仓库的设计方案，包括模块的组成，系统中各模块的功能，并提出了设计中的问题并给出了解决方案。3）第三章对立体仓库系统的硬件进行了设计，并通过立体仓库模型对其进行了设计和实现。分析了构成各个模块的部件，包括步进电机、直流电机、传动杆、动力模块等，并对这些硬件的工作原理和功能进行了说明。4）第四章进行了立体仓库自动化控制系统的软件设计，包括所使用的PLC控制器、PLC编程软件、PLC与各模块的连接、程序流程图以及PLC的详细阐述。程序，包括手动控制和自动控制、取货、发货、状态显示等程序。5）第五章通过立体仓库模型系统的运行分析结果，从系统调试分析中得出结论

19、，验证设计的可行性。2 系统控制方案的确定2.1 自动化立体仓库概述自动化立体仓库是指无需人工直接处理，自动完成物品入库和出库的系统。它以高级立体货架为主体，以成套搬运设备为基础。集成技术的高效、大容量存储机制。自动化立体仓库的出现，实现了仓库功能从单纯的仓储型向综合流通型的转变。 PLC控制的全自动立体仓库，实现仓储技术的全面自动化。自动化立体库基本上由以下几部分组成：高架：用于存放货物的钢结构。目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。托盘（货箱）：用于搬运货物的器具，也称为工作站器具。巷道堆垛机：用于货物自动存取的设备。按结构分为单柱和双柱两种基本形式；按服务方式分为直道、弯道、换乘

20、车三种基本形式。输送系统：立体仓库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机取出货物。输送机的种类很多，常见的有滚筒输送机、链式输送机、升降平台、配送车、提升机、皮带输送机等。AGV系统：即自动导引小车。按其导引方式分为感应导引小车和激光导引小车。自动控制系统：驱动自动立体图书馆系统设备的自动控制系统。目前控制方式主要以现场总线方式为主。库存信息管理系统：又称中央计算机管理系统。它是全自动立体图书馆系统的核心。目前，典型的自动化立体图书馆系统使用大型数据库系统（如ORACLE、SYBASE等）构建典型的客户端/服务器系统，可联网或与其他系统（如ERP系统等）集成。2.2 使用PLC控制立

21、体仓库的优势1、使用电力线低成本上网的最大优势是成本低。由于采用电力线接入互联网，可以直接利用现有电力网络实现通信，无需额外铺设电线、光缆等，大大降低了基础网络的投资。2、无处不在的电力线网络也是该技术的一个优势。电力线是最基本的网络，其规模是其他任何网络都无法比拟的。由于家家户户都有电力线，运营商可以轻松将这种网络接入服务渗透到家家户户。因此，一旦这项技术进入商业化阶段，将推动电信市场的变革，并给互联网的普及带来巨大的发展空间。3. 使用电力线高速上网可提供高速传输。德国最大的电力设备制造商RWE承诺，利用他们的电力线上网技术，其速度比ISDN拨号上网快30倍以上，比ADSL还要快！足以支持

22、现有网络上的各种应用。更高速度的PLC产品正在开发中。4. 方便无论您在家中的哪个地方，只要将其连接到房间内的任何电源插座，即可立即享受PLC带来的高速网络！5、永远在线的PLC属于“即插即用”，没有繁琐的拨号过程，接上电源就等于接上网络！6、结构灵活可通过PLC技术实现上网，灵活扩展接入端口数量，保持较高的资源利用率。目前，电力线信号通过变压器的技术还没有得到有效解决。因此，电力线通信设备集中在220V线路变压器的用户端。7、家庭数字PLC技术可以通过电力线将全家的电器与网络连接起来，构建一个可以在房间内的设备之间自由交换信息的局域网，让人们可以控制电器设备通过网络在自己家中。2.3 系统设

23、计的基本步骤立体仓库系统设计与调试的主要步骤如下图2.1所示：在立体仓库控制系统的设计过程中，应考虑以下几点：1、深入了解和分析立体仓库的工艺条件和控制要求。2.确定I/O设备。根据立体仓库控制系统的功能需求，确定系统所需的用户输入输出设备。3、根据I/O点数选择合适的PLC类型。4、分配I/O点，分配PLC输入输出点，编制输入输出分配表或输入输出端子接线图。5、设计立体仓库系统的梯形图程序，根据工作要求设计周密完整的梯形图程序，是整个立体仓库系统设计的核心工作。6、将程序输入PLC进行软件测试，发现错误，使系统程序更加完善。7、立体仓库的整体调试。 PLC软硬件设计和现场施工完成后，即可进行

24、整个系统的在线调试。调试中发现的问题要一一排除，直到调试成功。确定课题研究课题内容确定方案查找资料设计电气原理图根据程序要求确定硬件配置根据控制要求编写程序系统结构的设计调试程序记录运行结果 并进行分析总 结图 2.1 立体仓库控制系统的设计步骤2.4 系统控制方案本设计需要安装一个立体仓库，有十二个仓位、进出仓位和物品输出口，每个仓位都可以自检。三维仓库的结构示意图如下图2.2所示：自动堆垛机堆垛机伸叉称重仪供步进机驱动模块行走步进电机驱动模块升降步进电机驱动模块堆垛机电源直流开头电源直流开头电源四层三列立体库紧停按钮 紧停 叉中 联动 单动 手动 复位 功能 伸叉 升降 行走 线位 联动

25、自动堆垛机动作指示灯堆垛机控制PLC:Fx-2n-80mr反射式传感器图2.2 立体仓库结构示意图根据立体仓库设计的具体要求，本课题设计的立体仓库具有以下功能：1、堆垛机（机械手）必须具有三个自由度，即：前进和后退；上和下;左和右;2、堆垛机的运动由步进电机驱动；3、堆垛机的前进（或后退）运动和上（或下）运动可以同时进行；4、堆垛机在前进、后退、上下移动时必须有超限保护；5、每个位置必须有检测装置（微动开关），操作错误时会发出错误报警信号；6、按位置号后，在按入或取出前，可按取消键取消操作。7、整个电气控制系统必须配备急停按钮，以防发生意外。2.5立体仓库技术参数的确定表 2.1 立体仓库具体

26、参数入住/退房柜台最重的物品20公斤每个位置的高度4.5CM位置上下距离0.5CM位置平行距离0.5CM料仓容积4M 3可编程控制器 (PLC) 电源24V 直流堆垛机电源220V 交流，50Hz2.6 设计中的问题与解决方案2.6.1 设计问题立体仓库功能多，结构相对复杂。在考虑立体仓库的设计时，需要解决以下问题。1）如何在货物交付过程中实现准确快速的定位。2）如何判断PLC控制器收到运行命令时是否应该响应。3）输送平台到达货仓后如何进行货物进出操作。2.6.2 解决方案1）在货物交付过程中实现精确定位的最佳方法是使用坐标定位方法。这两个9个方向的位移，就能把货物送到准确的位置。因此，在硬件

27、设计上，输送货物的机械装置可以设计成横杆和竖杆。在动力控制中，可以用两个电机分别为水平运动和垂直运动提供动力，然后由电机控制输送平台。在水平和垂直条上滑动可将平台移动到指定位置。为了提高输送平台的传送速度，缩短到达指定位置的时间，控制时可以设置水平和垂直运动同时进行。当PLC发出一定的脉冲时，驱动器驱动步进电机旋转一定的角度。为了实现对步进电机的精确控制，需要对其具体的运行步数进行统计。步进电机按单位长度10cm计算。例如，坐标轴上的每个单位实际上代表 10 厘米。为了增加转矩，提高控制精度，本控制系统的所有数据（脉冲频率、数量等）均以0.9度的步距角为参考制定。三维仓库模拟装置丝杠上的螺纹螺

28、距为1.8mm，即电机每400个脉冲运行的距离为1.8mm。为了实现机器可以通过输入不同的数字到达不同的位置，需要做的是控制步进电机行进多少单位长度。2）对于PLC控制器是否应该响应运行命令的问题，可以通过在每个位置安装限位开关来实现。限位开关是用于限制机械设备运动极限位置的电气开关。当仓库货物满了，限位开关可以将此信号传送给PLC控制器，控制器根据接收到的信号判断是否响应。3）输送平台到达指定位置后，可通过平台上的货叉控制平台的前后上下运动，进行进出作业。如果将横杆和竖杆的移动方向设置为X方向和Y方向，将仓库的前后移动设置为Z方向。拾取货物时，输送平台先向前延伸至货物底部（Z方向），然后将货

29、物抬起（Y方向），最后缩回（Z方向）。运送货物时，输送平台先向前伸入库房（Z方向），然后放下货物（Y方向），最后缩回（Z方向），实现货物进出库。3 立体仓库系统的硬件设计3.1 立体仓库的基本结构图 3.1 位置编号立体仓库主体由场地、四层十二间仓体、运动机械和电气控制四部分组成。机械部分由滚珠丝杠、滑动丝杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机和直流电机作为驱动元件。电气控制由三菱FX2N系列程序控制器（PLC）、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等装置组成。3.2 硬件部分3.2.1 步进电机3.2.1.1 步进电机原理步进电机是数字控制系统中的执行电机。当系统向步进电机的定子绕组

30、添加电脉冲信号时，转子转动一步。当电脉冲按一定相序加到电机上时，转子沿一定相序运动。旋转方向的步数等于电脉冲的数量。因此，改变输入脉冲数可以控制步进电机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序可以控制步进电机转子机械位移的方向，实现位置控制。当以一定的相序连续向步进电机施加电脉冲时，转子以与电脉冲频率成正比的速度沿一定方向旋转。因此，通过改变电脉冲的频率和通电相序，可以控制步进电机的转速和转向，实现大范围转速的无级平滑控制。步进电机的这种控制功能是其他电机无法替代的。步进电机可分为磁阻式、永磁式和混合式。步进电机的相数可分为：单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相。增加相数可以提高步进电机

31、的性能，但是电机的结构和驱动功率会比较复杂，成本也会增加，所以要根据需要合理选择。3.2.1.2 步进电机的选择(1)、步进电机的特点1、步进电机是用于控制的专用电机。它以固定的角度（称为“步距角”）逐级进行旋转，其特点是没有累积误差（精度为100%），因此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。步进值不易因电气、负载和环境条件的变化而改变。使用开环控制（或半闭环控制）进行良好的定位控制。启、制动、正反转、变速控制方便。、价格低、可靠性高。、步进电机的主要缺点是效率低，需要配备合适的驱动电源。步进电机承载负载惯量的能力不强。使用时，不仅要注意负载转矩的大小，还要注意负载

32、转动惯量的大小。当两者选择在合适的范围内时，电机可以获得满意的效果。经营业绩。(2)步进电机驱动系统的基本组成与交流和直流电机不同，步进电机不会仅通过连接电源来运行。为了驱动步进电机，必须有一个脉冲发生器来决定电机的速度和旋转角度（PLC在三维仓库控制系统中用作位置控制的脉冲发生器），以及一个使电机绕组的电流按指定的顺序打开和关闭。一个分配器，一个功率放大器，保证电机的正常运行，组成一个直流电源等的动力系统，如图3.2.图 3.2 步进电机驱动系统组成(3)步进电机的选型计算选择步进电机时，首先考虑的是步进电机的选型，其次才是具体的品种选择。在这个立体仓库控制系统中，要求步进电机具有低电压、低

33、电流、定位扭矩和使用螺栓机构。确定步进电机采用2相8拍混合式步进电机；在选择步进电机的型号时，应综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩、额定转矩和运行情况。频率来确定步进电机的具体规格和控制。由于我们使用螺栓机构的定位装置，已知和需要的条件是：运动部件总重量 M=25kg外力 Fa= 4kg.cm摩擦系数=0.04螺栓机构的效率= O. 9螺栓轴径=1.2cm螺栓长度= 42cm间距P=3mm分辨率L=0.01mm移动距离=0.0075mm/步速度V=2m/min计算：假设选择 2 相 1.8 步距角的 HB 型电机。速比（如果使用直接驱动）i=m /(360L)=21.8/(360 O.01 )

34、=1轴向力F=Fa+ M=4+0.0425= 5kg.cm负载扭矩 P/(2 )+( )/2=50.3/(23.140.9)+ (0.31.67 0.3)/(23.14)= 0.289kg.cm螺栓的惯性=( )/32= (3.147.9 42 )/32= 0.0675 公斤。运动物体的惯性=M=25= 0.0571 公斤。负载惯量为= +=0.0675+0.00571=0.1246 公斤。根据以上计算，可以初步选择步进电机，其惯量=0.03kg。 ，空载启动频率=3000H。运行频率可从所需速度求得：f=V/L=2000/(600.01)=3333HZ可见需要加减速的驱动方式。齿轮比：G=

35、360/ L=0.0075360/ (1.80.01)=150转换到电机轴的负载转矩为T=GL( +F)/2=1500.01(0.289+5)/(6.280.9)=1.40公斤.厘米对于第一次设计的装置，选用的电机通常有23倍的余量，所以电机转矩=3T=31.40=4.2kg。厘米 = 0.41N。米根据以上计算，立体仓库控制系统中的步进电机采用星达机电研发生产的2相8拍混合式步进电机。其主要特点是：体积小、启动和运行频率高、具有定位力矩大等优点。型号：42BYGHl01。电气原理图如图 3.3 所示。快速连接插头：红色表示A相，蓝色表示B相；如果发现步进电机转动不正确，可以将A相或B相的两根

36、线接反。图 3.3 步进电机出线线圈表 3.1 步进电机电气技术数据电机型号阶段步距角相电流驱动电压额定扭矩重量42BYGH10121.8 01.7ADC24V0.44NM0.24公斤3.2.1.3 步进电机驱动器的选择(1)、步进电机驱动器的选择步进电机的运行需要由电子设备驱动。这个装置就是步进电机驱动器，它把控制系统发出的脉冲信号转换成步进电机的角位移，或者：控制系统每发出一个脉冲信号，步进电机通过步进电机转动一个步距角。司机。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。各类驱动器的输入信号都是一样的，一共有三个信号，分别是：步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、离线信号FREE（此端低电平

37、有效，电机无此时转矩状态；当该端子为高电平或未悬空时，此功能无效，电机可以正常运行）。它们在驱动部分的接口电路是一样的，见下图。 OPTO端为三路信号的公共端，三路输入信号在驱动部分接公共阳极，所以OPTO端必须接外部系统的VCC，如果VCC为+5V，可直接连接；如果VCC不是+5V，则必须外加一个限流电阻R，以保证给驱动器的光耦提供8-1 5mA的驱动电流。在这个立体仓库中，由于FP0提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，所以外部加了一个1.8K的限流电阻R。步进电机驱动器的输出信号有两种：。初相信号：每次驱动器上电后，步进电机都会在一个固定的相位启动，也就是初相。初相信号是指步进电机

38、每运行到初相，该信号输出为高电平，否则为低电平。该信号与控制系统配合使磁场产生相位记忆功能，其界面如图3.4所示。图 3.4 初相信号接口电路、报警输出信号：每个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，驱动器会脱机以使电机断电，但此时控制系统可能没有意识到这一点。要通知系统，请使用“警报输出信号”。该信号占用两个接线端子，两端为继电器的常开点，报警时触点立即闭合。驱动器正常时，触点常开。一般来说，对于两相四线电机，可以直接接驱动器，如图 3.5 所示。图 3.5 电机与驱动器接线图所以我使用SH系列步进电机驱动器，型号为SH-2H057 。主要由电源输入部分、信号输入部

39、分和输出部分组成。 SH-2H057步进电机驱动器采用铸铝结构。这种结构主要用于小功率驱动。该结构为封闭式超小型结构，无风扇。它的外壳是散热器。如果固定在较厚、较大的金属板或较厚的机柜上，接触面应涂导热硅脂，旁边的风扇也是更好的散热方式。该步进电机驱动器的电气技术数据为：表3-2步进电机驱动器电气技术数据驱动器型号阶段类别细分数通过拨号开关设置最大相电流开关设置工作功率SH-2H057两相或四相混合型两相八拍3.0A一套直流直流(24V-40V)，步进电机驱动器接线图如图3.6所示图 3.6 步进电机驱动器接线图步进电机是数字控制系统中的执行电机。当系统向步进电机的定子绕组致电脉冲信号时，转子

40、将转动一步。当电脉冲按一定的相序加到电机上时，转子就会按一定的方向运动。旋转步数等于电脉冲数。因此，改变输入脉冲数可以控制步进电机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序可以控制步进电机转子机械位移的方向，实现位置的控制，实现速度的无限范围。平稳控制。步进电机可分为磁阻式、永磁式和混合式。步进电机的相数可分为：单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相。 .增加相数可以提高步进电机的性能，但是电机的结构和驱动功率会比较复杂，成本也会增加，所以要根据需要合理选择。本系统使用的步进电机为42BYG250C步进电机技术数据：表3-3 2BYG250C步进电机电气技术数据电机型号阶段步距角静态相电流驱

41、动电压额定扭矩重量42BYG250C20.9/1.81.5ADC24V0.54牛米0.3KG3.2.2 传感器3.2.2.1 两种传感器的工作原理(1)反射式传感器的工作原理：采用可变调光方式，可抵抗周围外界干扰；采用可变调光式，比DC光学式更不易受外界光线干扰的影响；电源电压为DC5-24V大范围电压输出型；易于调整的光轴标记；带有指示灯，便于调节和动作确认；其结构图如图 3.7 所示。图 3.7 反射式传感器结构图工作原理：当物体相对传感器运动时，反射信号与原始信号进行比较，产生频移。集成电路再将微弱的移频信号放大，再经过多普勒检测、放大、限幅等措施，最终得到与物体运动信号相关的主流信号输

42、出电平。(2)光束传感器的工作原理：对射式传感器的输出状态一般为NPN输出，输出晶体管的动作状态可分为入光时ON和挡光时ON两种。图 3.4 显示了接收光时开启的对射型传感器的结构。当24V电压加在发光二极管LED1上时，它向发光二极管LED2发光，LED2受光导通，三极管导通，输出导通；当发光二极管LED1发出的光线被物体遮挡时，发光二极管LED2接收光线。达不到时，LED2不亮，三极管不亮，输出OFF。3.2.2.2 本方案的选择在这个立体仓库中，采用欧姆龙EE-SPY402槽型和反射型连接器式传感器进行货物检测。它是日本欧姆龙公司的产品。 ，与DC灯型相比，不易受外界光线干扰；电源电压为

43、DC5-24V，大范围电压输出型；带有易于调整的光轴标记；带有易于调节和动作确认的指示灯；反射式传感器的时序图和输出电路图如图 3.8 所示。图 3.8 反射式传感器的时序图和输出电路图它有三根连接线（红、蓝、黑） ，红色接电源正极，黑色接电源负极，蓝色为输出信号。靠近挡块时，输出电平为低，反之为高。 .需要注意的是，检测距离不能离传感器太近，否则传感器将无法工作；用连接器进行连接，不得焊接端子（读头）。该传感器的电气技术数据为：表 3.4 传感器电气技术数据模型EE-SPY402形状垂直的检测方法反光的检测距离5mm（反射率901515mm）滞后距离0.2mm（检测距离3mm，水平方向）光源

44、（发光波长）GaAs红外发光二极管（940nm）指标受光时亮起（红色）电压DC524V10 脉动(pp) 5以下目前的消费平均值大于15mA小于50mA控制输出NPN电压输出负载电源电压DC524V负载电流低于 80mA残留电压 1.0 以下（负载电流 80mA 时）残留电压 0.4 以下（负载电流 10mA 时）响应频率100赫兹使用环境照明受光面照明也是白炽灯：每个 3,000 x 或更少环境温度运行期间：-10 至 +55C，储存期间 -25 至 +65C（无冷冻）环境湿度运行中：585RH 存放中-595RH（无冷凝）持久振动1055HZ，垂直振幅1.5mm，XYZ各方向2h持久的影响

45、500m/ X、Y、Z各方向3次保护结构IEC标准IP50连接方式连接器类型（不可焊接）质量大约。 2.6 克外壳材质聚碳酸酯 (PC)3.2.3 微动开关的选择在这个立体仓库控制系统中，共有13个仓库（四楼12个仓库加上0号仓库），13个微动开关分别用作货物检测。 X22-X36 ；另外，为了安全起见，在X轴左限位和Y轴下限位加装了微动开关进行限位保护，保证程序出错时不损坏立体仓库；移动开关示意图如图3.9所示。图 3.9 微动开关示意图3.3 PLC控制器3.3.1 PLC 概述可编程控制器，英文称为Programmable Controller，简称PLC，本课题以PLC为其简称。 PL

46、C是工业现场使用的电气控制器。它源自继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，将通过输入电路的物理过程得到的输入信息转换为需要的输出信息，然后通过输出电路的物理过程实现对负载的控制。PLC是以电子计算机为基础的，但并不等同于普通计算机。普通计算机在进行进出信息转换时，大多只考虑信息本身，一般不考虑信息进出的物理过程。 PLC应考虑进出信息的可靠性和实时性，以及信息的实际使用情况。尤其是要考虑如何适应工业环境，如安装方便、维护方便、抗干扰等，进出信息的转换和可靠的物理实现，可以说是两者兼而有之。 PLC控制的基本要点。 PLC可以通过其外围设备或通信接口与外界交换信息。它

47、的功能比继电器控制装置要多、强得多。PLC具有丰富的指令系统、多种I/O接口、通讯接口、大容量存储、可靠的自主监控系统，因此具有以下基本功能： eq oac(,1)逻辑处理功能； eq oac(,2)数据运算功能； eq oac(,3)精准计时功能； eq oac(,4)高速计数功能； eq oac(,5)中断处理（可实现各种外部中断）功能； eq oac(,6)程序和数据存储功能； eq oac(,7)网络通讯功能； eq oac(,8)自检和自诊断功能。可以说，PLC几乎可以完成普通小型计算机所能实现的所有功能。像PLC 。它集成了丰富的功能，这是其他电子控制器所不具备的，更是传统继电器控

48、制电路无法比拟的。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、智能化创造了条件。3.3.2 PLC的选择在设计PLC系统时，首先要确定控制方案，下一步是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用是设计和选型的主要依据。因此，在工程设计选型和估算时，应详细分析过程的特点和控制要求，明确控制任务和所需的操作和动作，然后输入输出点的数量，所需的内存容量，输入和输出点的数量应根据控制要求进行估算。 PLC功能、外部设备特性等，最终选择性价比更高的PLC，设计相应的控制系统。1 .输入和输出 ( I/O) 点的估计I/O点。通常根据统计输入输出点的数量，增加10%到20%的

49、扩展。在margin之后，它被用作输入和输出点数的估计数据。实际订货时，还要根据厂家PLC的产品特点，四舍五入输入输出点数。根据估算方法，本项目的 I/O 点数为输入40 点，输出21 点。2 .估计内存容量内存容量是可编程控制器本身可以提供的硬件存储单元的大小，程序容量是内存中用户应用程序使用的存储单元的大小，所以程序容量小于内存容量。在设计阶段，由于尚未编译用户应用程序，因此在设计阶段程序容量是未知的，需要在程序调试完成后才能知道。为了在设计和选型时对程序容量有一定的估计，通常用内存容量的估计来代替。估计内存的存储容量没有固定的公式。许多文档中给出了不同的公式。一般来说，它们是数字 I/O

50、点数的10到15 倍，再加上模拟I/O点数的100倍。该数字为存储的总字数（ 16位为一个字），余量按该数字的25%考虑。因此，本课题的PLC存储容量选择应该能够存储5000张梯形图，以便在以后的改造过程中有足够的空间。3 .控制功能的选择选择包括操作功能、控制功能、通讯功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本课题设计的自动门控制的需要，主要介绍以下功能的选择。( 1 )控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制。因此，在大多数场合常采用单回路或多回路控制器来解决模拟量的控制，有时还会采用专门的智能输入输出单元来完成所需的控制功能，以提高PLC的处理速度和节省内存。容量。( 2 ) 编程

51、功能离线编程方式： PLC和编程器共用一个CPU 。当编程器处于编程模式时， CPU只为编程器提供服务，不控制现场设备。编程完成后，编程器切换到运行模式， CPU控制现场设备，不能编程。离线编程可以降低系统成本，但使用和调试不便。在线编程模式： CPU和编程器都有自己的CPU ，主机CPU负责现场控制，在一个扫描周期内与编程器交换数据，编程器将在线编译好的程序或数据致给主机，下一次扫描循环，主机就按照新收到的程序运行。这种方法成本较高，但系统易于调试和操作，多用于大中型PLC。五种标准化编程语言：顺序功能图（ SFC ）、梯形图（ LD ）、功能块图（ FBD ）三种图形语言和语句表（ IL

52、）、结构化文本（ ST ）两种文本语言。选用的编程语言应符合其标准（ IEC6113123 ），同时还应支持C 、 Basic等多种语言编程形式，以满足特殊控制场合的控制要求。( 3 ) 诊断功能PLC包括硬件和软件诊断。硬件诊断通过硬件逻辑判断来确定硬件的故障位置，软件诊断分为诊断和外部诊断。通过软件诊断PLC部分的性能和功能是诊断，通过软件诊断PLC的CPU和外部输入输出等部件的信息交换功能是外部诊断。4 .型号选择PLC类型FX2系列可编程控制器主机分为16、24、32、64、80、128点六档，以及各种输入输出扩展单元，这样在增加I/O点数时，无需更改模型。实现了扩展模块，减少了经济投

53、资。本课题设计的立体仓库控制系统有40个输入信号和21个输出信号。其中，外部输入元件包括：检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限保护等。输出具有三个步进电机的正反转、动作指示、错误显示和很快。根据以上配置，选择的I/O点数不应低于61点。结合实际情况，选择的I/O点数应为80点。所以我选择的型号是FX2N-80MR 。( 2 )经济考虑选择PLC ，应考虑性价比。在考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进而选择更满意的产品。输入输出点的数量直接影响价格。当点数增加到一定值时，相应的内存容量也会相应增加。因此，点数的增加会影响CPU、内存容量和控制功能范围的选

54、择。在估算和选型时要充分考虑，使整个控制系统具有更合理的性价比。本课题设计的立体仓库属于小型控制系统，考虑到经济性，选用一体化PLC 。根据我组设计的立体仓库，输入点数为40点，输出电点数为21点，所以我们选择三菱FX2N-80MR 。3.3.3 控制台控制台由控制面板电路和继电器电路两部分组成。控制面板设有按键功能表、功能选择开关、位号显示、状态指示和键盘。图 3.10 控制面板图用户可参照按钮功能表、波动功能选择开关，通过操作控制台上的键盘将信号传送至PLC控制器。该电路将信号传输到直流电机以控制物品的拾取或交付。同时面板上的两个数码管可以显示当前位置编号，三种状态分别表示处于“准备”、“

55、取”或“致”状态。表 3.5 控制面板上的控制功能钥匙号码特征选择定义1自动的选择位置 1手动的机构水平向左移动2自动的选择位置 1手动的机构垂直向下移动3自动的选择位置 1手动的机构水平向右移动4自动的选择位置 1手动的机构水平向后移动5自动的选择位置 1手动的机构垂直向上移动6自动的选择位置 1手动的机构水平向前移动7自动的选择位置 1手动的无意义的8自动的选择位置 1手动的无意义的9自动的选择位置 1手动的无意义的10自动的选择位置 1手动的无意义的11自动的选择位置 1手动的无意义的12自动的选择位置 1手动的无意义的3.4 控制系统结构设计本设计是利用PLC控制系统来控制立体仓库的运

56、动。可快速响应输入信号，控制立体仓库，方便维护。控制系统结构图如图3.11所示。指示灯Dc24vCP步进脉冲DIR方向电平OPTO公共阳端PLC FX2N-80MRX0 X5 X.2 X.3X4 X37 X40X41 X42 X43 X44X45 X46 X47 X6X21 X22X36 X1 COM COM Y6 Y7 Y10 Y11Y24 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5SB1SB3SB2SB4SB5限制开关微动开关SB6SB21急停SB0启动手动/自动图 3.11 控制系统结构图4 系统软件设计4.1 PLC梯形图概述梯形图是最常用的图形编程语言，被誉为PLC的第一编程语言。梯形图与电

57、气控制系统的电路图非常相似。它具有直观易懂的优点。本厂电气人员易于掌握，特别适用于开关逻辑控制。梯形图通常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。PLC梯形图继续使用继电器的名称，如输入继电器、输出继电器、辅助继电器等，但它们并不是真正的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每个软继电器对应一个存储单元PLC内存中的图像寄存器。如果存储单元处于“ 1 ”状态，则表示梯形图中软继电器对应的线圈“通电”，常开触点接通，常闭触点断开。这种状态称为软继电器的“1”。 ”或“开”状态。如果存储单元处于“ 0 ”状态，则对应软继电器的线圈和触点的状态与上述相反，软继电器称为“ 0 ”或“ OFF ”状

58、态。这些“软继电器”通常也被称为使用中的编程元件。开关量：按电压等级有220VAC 、 110VAC 、 24VDC ，按隔离方式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，还有专用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。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，可以想象左右母线（左母线和右母线），并且母线之间存在“能量流”。 从左到右流动。右边的母线可能不画。根据梯形

59、图中各个触点的状态和逻辑关系，得到图中各个线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解。梯形图中的逻辑解法是按照从左到右、从上到下的顺序进行的。解的结果可以立即被后续的逻辑解使用。逻辑求解基于输入图像寄存器中的值，而不是求解过程中瞬时外部输入触点的状态。PLC和电路是通过输入输出部分（ I/O ）完成的。 I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入寄存器反映了输入信号的状态，输出点反映了输出锁存器的状态。输入模块将电信号转换成数字信号进入PLC系统，输出模块则相反。 I/O分为数字输入（ DI ）、数字输出（ DO ）、模拟输入（ AI ）、模拟输出（ AO ）等模块。开关量：按电压等级有22

60、0VAC 、 110VAC 、 24VDC ，按隔离方式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，还有专用I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。4.2 三菱编程软件特点本设计的梯形图编程是使用三菱公司的GX Developer 7.0编程软件完成的。一、生产方案2. 可编程控制器 CPU 的写入/读取3 、监控功能，监控功能包括回路监控、软组件同步监控、软组件登录监控功能。该功能对于自动门控制系统的故障查找非常重