教学材料《PLC软件》-项目八

项目八工件仓储控制一、教学目标与教学任务1.教学目标了解步进电动机的基本控制原理和工作特点。了解步进电动机与PLC的连接方式和控制方式。基本掌握松下PLC专用脉冲输出指令的使用方法。能够利用功能指令进行TVT2000G步进电动机示教控制程序的编写与调试。基本掌握松下PLC常用算术运算指令的使用方法。能够利用有关指令正确计算出原点到各仓位所需脉冲。下一页

返回项目八工件仓储控制能够利用有关指令进行TVT2000G的自动仓储控制程序编写和调试。2.教学任务了解步进电动机基本工作原理、特点、连接方式和控制方式。根据控制要求进行电气回路接线。学习松下PLC脉冲输出指令和算术运算指令的使用方法。根据控制要求进行步进电动机的示教控制。编写控制程序实现各仓位脉冲数的计算。编写控制程序实现工件自动入库动作。上一页

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返回项目八工件仓储控制二、项目描述气动入库机构接收到机械手送来的工件后，要由步进电动机带动气动入库机构将不同材质、颜色的工件送到不同的仓位，再由气动入库机构将工件推入仓库。完成后气动入库机构回到原位，等待接收下一个工件。因此需要编写控制程序使TVT2000G实训装置中平面仓储子系统各部件按上述要求完成相应的动作。上一页

返回任务1步进电动机的示教控制任务描述在平面仓储子系统中步进电动机的作用是带动气动入库机构到达机械手下方的取货位，在接收到工件后再带动该机构将不同材质、颜色的工件送到不同的仓位，并由推出气缸将下件推入仓库。要使设备能正常完成这些动作首先应通过示教确定气动入库机构从原点位置到达取货位、仓位0、仓位7所需的脉冲数。任务分析要能控制步进电动机带动气动入库机构到达所需要的各个位置，就首先要了解步进电动机的基本工作原理和工作特点以及步进电动机的控制方法。下一页

返回任务1步进电动机的示教控制知识链接步进电动机简介1.步进电动机简介步进电动机是一种将电脉冲转换为角位移的电动机。它具有结构简单，控制方便，定位准确，成本低廉等优点，是过程控制及仪表中的主要控制元件，被广泛用于各种定位系统中。步进电动机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个脉冲信号加到步进电动机定子绕组时，转子就转一步。控制系统每发一个步进脉冲信号，电动机所转动的角度就称为步距角。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制由于当脉冲信号按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数，因此改变输入脉冲的数日就能控制步进电动机转子转动角度的大小。而改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子转动的方向。当脉冲信号按某一相序连续加到步进电动机时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。由此可知，步进电动机的角位移量与脉冲数成正比;它的转速与脉冲信号频率成正比;它的转向则由脉冲的通电相序决定。因此，通过改变电脉冲的数量、频率和通电相序，就能控制步进电动机的角位移、转速和转向，从而实现转动速度的无级平滑控制，它的这种控制功能，是其他电动机无法替代的。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制2.步进电动机分类步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式;步进电动机的相数可分为单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能，但电动机的结构和驱动电源就会复杂，成本就会增加，所以应按需要合理选用。3.步进电动机特点(1)优点①步进电动机是一种作为控制用的特种电动机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，步距误差不积累，所以广泛应用于各种开环控制。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制②步进电动机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制方便。③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。④起制动、正反转、变速等控制方便。⑤价格便宜，可靠性高。(2)缺点①效率较低，并且需要配上适当的驱动电源。②步进电动机带惯性负载的能力不强，在使用时既要注意负载转矩的大小，又要注意负载转动惯量的大小。只有当两者选取在合适的范围时，电动机才能获得满意的运行性能。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制③由于存在失步和共振，因此步进电动机的加、减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变。4.步进电动机驱动器(1)步进电动机驱动器的作用与交、直流电动机不同，仅仅接上供电电源，步进电动机是不会运行的。为r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TVT2000G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。步进电动机控制系统构成如图8-2所示。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制(2)步进电动机驱动器与PLC的连接TVT2000G培训装置上所用的步进电动机驱动器共有三路输入信号，它们是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机电平FREE(此端为低电平有效，这时电动机处于无力矩状态。此端为高电平或悬空不接时，此功能无效，电动机可正常运行)。步进电动机驱动器与PLC的连接方式如图8-4所示，图中的OPTO端为三路输入信号的公共端(共阳方式)。(3)步进电动机驱动器细分数设定对于步进电动机，细分后电动机的步距角等于电动机的整步步距角除以细分数。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制驱动器细分后将对电动机的运行性能产生质的飞跃，马伙动器细分后的主要优点为:①提高了电动机的分辨率(精度);②提高了电动机的输出转矩;③完全消除了电动机的低频振荡。低频振荡(在200Hz左右)是步进电动机的固有特性，而细分是消除它的唯一途径。如果步进电动机有时要在共振区工作(如走圆弧)，选择细分驱动器是唯一的选择。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电动机的相电流所产生的，它是由驱动器本身产生的，和电动机及控制系统无关。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制步进电动机驱动器是靠驱动器上的拨位开关来设定细分数的，只需根据面板上的提示进行设定即可。在系统频率允许的情况下，应尽量选用高细分数。在使用时，应当注意细分后步进电动机的步距角将变小，为保证电动机的转速，步进脉冲信号的频率也要相应提高。

PLC脉冲输出功能及指令1.FP∑可编程控制器脉冲输出功能不同的步进电动机驱动器需配合适当的PLC，原则是使PLC的输出高频脉冲可以传输到步进电器驱动器内部。在图8-4中，步进电动机驱动器的输入信号采取的是公共阳极，则PLC就应当采用NPN晶体管输出类型。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制如果步进电动机驱动器的输入信号采取的是公共阴极，则PLC就应当采用PNP晶体管输出类型。2.F172(PLSH)脉冲偷出控制指令(JOG控制:带通道指定)(1)指令功能F172(PLSH)脉冲输出控制指令用控制PLC根据参数表的设置，从指定通道(ch0或ch2)输出脉冲。(2)程序示例F172指令应用示例如图8-5所示。(3)参数表参数表存储区中各参数的含义如图8-6所示。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制控制代码中各位(十六进制)的含义如图8-7所示。频率范围:频率范围用K值表示;

频率范围1.5Hz到9.8kHz对应K1到K9800(单位为Hz)，最大误差在9.8kHz时约-0.9kHz,K1对应1.5Hz;

频率范围48Hz到100kHz对应K48到K100000(单位为Hz)，最大误差在100kHz时约-3kHz;

频率范围191Hz到100kHz对应K191到K100000(单位为Hz)，最大误差在100kHz时约-0.8kHz。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制

动作模式及输出逻辑关系:本项目采用PLS+SIGN(脉冲+方向信号)方式，不采用CW/CCW方式。目标值(绝对值):目标值只能采用绝对值，用于到达目标值让PLC停止脉冲输出;目标值设置的范围见表8-2，如果指定的数值超出范围，则实际的输出脉冲数可能与设定值不同，在无计数模式下，忽略目标值。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制(4)指令使用注意事项①通过在控制代码中指定加计数或者减计数，可将该指令作为JOG操作指令。②该指令允许在每个扫描周期内改变脉冲频率，也可以在不同时间修改目标值。但是在指令执行的过程中，不能改变控制代码。③如果频率被设置成50kHz或者更高，应指定占空比为1/4(占空比是高电平所占周期时间与整个周期时间的比值)。④使用本指令时，在对应系统寄存器400和401设置中该通道为“不设置为高速计数器”。⑤在RUN模式下当脉冲输出运行时，如果改写程序，在改写过程中停止输出脉冲。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制⑥在指令执行过程中，如果向频率参数区中写人超出指定范围的数值，实际的频率输出会被调整为最大值或最小值。如果在开始执行时出现这种情况，则会产生运算错误。⑦只能在版本2.0及以后版本(C32T2,C28P2)中设置目标值。2.F171(SPDH)脉冲偷出控制指令一原点返回控制(1)指令功能F171(SPDH)脉冲输出控制指令分为原点返回控制和梯形控制两种控制方式。这里主要用到的是原点返回控制，梯形控制将在后面的任务中进行介绍。原点返回控制的作用是控制PLC根据参数表中所设置的参数，从指定的输出通道(ch0或(ch2)输出脉冲。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制(2)程序示例F171指令应用示例如图8-8所示。原点返回控制有以下两种工作模式。只利用原点输入信号返回原点;当原点信号输入时脉冲输出停止。利用近原点输入和原点输入信号返回原点;当近原点信号输入时开始减速，在原点输入后脉冲输出停止。(3)参数表和F172指令一样，F171指令在使用前也需要对其工作参数进行设置。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制参数表存放在“S”为起始地址的10个连续地址的数据寄存器中，用于设定指定控制代码、初速度、最大速度、加/减速时间、目标值。`S”参数定义如图8-11所示。控制代码各位(十六进制)的含义如图8-12所示。由初始速度(Fmin)和最高速度(Fmax)构成的频率范围:初始速度和最高速度均用K值表示;

频率范围1.5Hz到9.8kHz对应K1到K9800(单位为Hz)，最大误差在9.8kHz时约-0.9kHz,K1对应1.5Hz;

频率范围48Hz到100kHz对应K48到K100000(单位为Hz)，最大误差在100kHz时约-3kHz;

频率范围191Hz到100kHz对应K191到K100000(单位为Hz)，最大误差在100kHz时约-0.8kHz。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制动作模式及输出逻辑关系:本项目采用PLS+SIGN(脉冲+方向信号)方式，不采用CW/CCW方式。加/减速时间:30段—K30到K32767;60段—K60到K32767(版本2.0以后)。偏差计数器清零信号:0.5ms到100ms(K0到K100)设定值+误差(小于或等于0.5ms)，不使用本信号或指定0.5ms时，设置为K0(本项目中设为K0)。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制(4)用法举例根据图8-13所示的程序，启动信号X1出现上升沿时，首先利用双字传送指令F1DMV指令将十六进制的23传送给DT0,DT1。DT1,DT0构成F171指令所用参数表的第一个参数:控制代码，H23对应H00000023，所以控制代码前六位为0，后两位为23。完成参数的设置后，开始执行脉冲输出指令，PLC根据参数表的设定从通道0输出脉冲信号，其中Y0输出脉冲信号，Y1输出方向信号(ON)。当原点信号X2为ON时，F171指令立即停止执行，脉冲输出停止。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制(5)指令使用注意事项①使用本指令时，在对应系统寄存器400和401设置中该通道为“不设置为高速计数器”。②在减速过程中，频率的改变和加速时的斜率是一样的。③如果输出脉冲频率被设置成s0kHz或者更高，指定占空比为1/4(25%)。④在RUN模式下当脉冲输出运行时，如果改写参数，那么实际输出的脉冲数可能多于设定的脉冲数。⑤当控制代码后两位是H20到H27时(原点返回模式1)，无论有无近原点信号输入、减速过程是否结束或者在减速过程之中，原点信号都有效;上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制当控制代码后两位是H30到H37时(原点返回模式且)，只有在近原点信号输入、减速过程结束之后，原点信号才有效。⑥即使已有原点信号输入，执行本指令仍能输出脉冲。⑦利用F0(MV)指令可以进行软件复位、禁止计数、停止脉冲输出或近原点处理。⑧在设置加/减速时间、阶梯数量和初始速度时，应使用满足以下公式的数值:上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制在了解了步进电动机的控制方式和相关指令后，在设计步进电动机示教程序时还需要考虑以下几个问题。①在进行F171,F172指令参数设置前，首先要对测试PLC提供给步进电动机驱动器的方向信号为ON或OFF时，入库机构的运动方向。②在PLC转换到运行状态时，应通过F171指令让气动入库机构自动回到原点位置，做好启动的准备，参考程序如图8-14所示。③由于设备中原点所用地址为X8，不是F171指令指定的X2或XS。所以在回到原点位置时，应对DT90052的相关位进行设置，达到停止F171指令运行和脉冲值清零的作用，参考程序如图8-15所示。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制④通过相关按钮开关配合F172指令可以调节气动入库机构位置，使其可以准确停留在所需位置，为方便调节，脉冲频率可以设低一点。⑤原点位置(X8)由于在同步带的最右侧，所以一般应设置向左行脉冲计数为加计数，向右行脉冲计数为减计数，参考程序如图8-16所示。⑥当气动入库机构到达取货位、仓位0或仓位7时应通过按钮将所计得脉冲数存入指定数据寄存器，以便以后在自动运行程序中调用。⑦存放取货位、仓位0和仓位7的数据寄存器应为断电保持型的数据寄存器，避免所存放的脉冲数在断电后丢失。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制⑧在取货位、仓位0和仓位7的正确脉冲数存储完毕后，应将相关按钮开关的连接线拔出，以防止错误操作开关，使原本存放的正确脉冲数被错误的脉冲数所替代。任务实施下面介绍参考工作步骤。①根据步进电动机的示教控制要求，对照前面所提供的TVT2000;参考地址表确定本任务所需PLC输入/输出地址。②根据地址表进行输入/输出信号电气线路连接。③编写控制程序使步进电动机可以在JOG方式下进正反转运行，并通过参数调整使入库机构左行为加计数，右行为减计数。上一页

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返回任务1步进电动机的示教控制④编写控制程序使步进电动机可以在PLC开机后自动返回原点。⑤编写控制程序使步进电动机在返回原点后自动停止并且脉冲计数值自动清零。⑥编写控制程序将气动入库机构到取货位、仓位0和仓位7的脉冲数存入相应断电保持数据寄存器。⑦打开PLC电源，下载并调试程序使其符合示教控制的要求(注意文件保存)。⑧做好程序内主要元件的标注，并记录程序。⑨根据任务完成情况，完成任务评价表和实习报告。⑩根据各组任务评价表中所记录的问题进行讨论和分析，找出最优方案。上一页

返回任务2仓位脉冲数计算程序的设计任务描述在已知气动入库机构从原点移动到达仓位0和仓位7的脉冲数，根据它们的值需要求出气动入库机构从一个仓位移动相邻仓位所需的脉冲数(简称仓间距)，并据此求出从原点到达各个仓位所需的脉冲数。任务分析要能够根据原点到仓位0和仓位7的脉冲来计算仓间距，并据此计算出原点到达各仓位脉冲数需要用到各种基本算术运算指令。因此要完成本任务控制程序的编写应首先对相应的算术运算指令有所了解。下一页

返回任务2仓位脉冲数计算程序的设计知识链接算术运算指令松下FPS可编程控制器提供了丰富的4位、8位、16位和32位数据算术运算指令，这里只介绍几条可以用于完成本任务的16位算术运算指令。1.F20(+)指令(1)指令功能该指令用于两个16位数据相加。(2)程序示例F20(+)指令应用示例如图8-18所示。上一页

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返回任务2仓位脉冲数计算程序的设计2.F25(-)指令(1)指令功能该指令用于两个16位数据相减。(2)程序示例F25(-)指令应用示例如图8-19所示。3.F30(*)指令(1)指令功能该指令用于两个16位数据相乘。(2)程序示例F30(*)指令应用示例如图8-20所示。上一页

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返回任务2仓位脉冲数计算程序的设计4.F32(%)指令(1)指令功能该指令用于两个16位数据相除。(2)程序示例F32(%)指令应用示例如图8-21所示。各仓位脉冲数计算程序在设计时主要考虑以下几点。①由于仓位。到仓位7各仓位的间距是均等的，所以可以通过简单的算术运算来求得气动入库机构从原点到各仓位所需脉冲数。上一页

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返回任务2仓位脉冲数计算程序的设计②首先可以将仓位7对应的脉冲数减去仓位0对应的脉冲数就可以得到从仓位0到仓位7所需的脉冲数。③再将仓位。到仓位7所需的脉冲数除以7即可以得到两个相邻仓位间的间距，余数部分在这里可以忽略不计)仓间距计算程序可以参考图8-22所示程序。④从原点到仓位0所需脉冲加上仓间距即为从原点到仓位1所需脉冲数;从原点到仓位1所需脉冲数加上仓间距即为从原点到仓位2所需脉冲数……依此类推，即可得到原点到所有仓位所需脉冲数。仓位1脉冲计算参考程序如图8-23所示。⑤计算所得结果应存入相应数据寄存器，以便在自动运行程序中调用。上一页

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返回任务2仓位脉冲数计算程序的设计任务实施下面介绍参考工作步骤。①编写程序计算入库机构从仓位。到仓位7所需脉冲数。②编写程序计算相邻两个仓位间的脉冲数(仓间距)。③编写程序入库机构到达其他各仓位所需脉冲数。④打开PLC电源，下载并调试程序保证各脉冲数计算准确(注意文件保存)。⑤做好程序内主要元件的标注，并记录程序。⑥根据任务完成情况，完成任务评价表和实习报告。⑦根据各组任务评价表中所记录的问题进行讨论和分析，找出最优方案。上一页

返回任务3自动仓储控制任务描述由前面的任务得到了从原点到取货位和各仓位的脉冲数以及前站传送来的工件材质信息。在这个任务要将机械手送来的不同工件通过气动入库机构送到不同的仓位再由通过气动入库机构上的推料气缸将工件推入仓库。完成后，气动入库机构自动返回原点，等待下一个工件到来。任务分析要使气动入库机构能根据工件材质不同自动向各仓位运行需要用到F171指令的另一种控制方式—梯形控制方式。下一页

返回任务3自动仓储控制知识链接F171(SPDH)脉冲输出控制指令—梯形控制1.指令使用说明F171指令有两种控制方式:原点返回控制方式和梯形控制方式。在这个项目中需要用到梯形控制方式。梯形控制方式的特点是在触发条件满足时PLC在指定通道以最低速度输出脉冲并在规定时间内上升到最高速度，其输出波形图如图8-24所示;在即将达到目标值所规定的脉冲数时开始在规定时间下降到最低输出频率;当输出脉冲总数达到目标值时脉冲输出停止。上一页

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返回任务3自动仓储控制梯形控制方式有两种动作模式:增量型(相对值控制)和绝对型(绝对值控制)。增量型以当前位置为原点PLC输出由目标值设定数量的脉冲;绝对型则是根据当前值与目标值的差值输出脉冲(当前值与目标值的差值即为输出脉冲的数量)。增量式动作模式和绝对式动作模式见表8-3和表8-4。2.参数表F171一梯形控制的参数表存放在“S”为起始地址的12个数据寄存器中，用于设定控制代码、初速度、最高速度、加/减速时间、目标值。“S”参数定义如图8-25所示，控制代码含义如图8-26所示。上一页

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返回任务3自动仓储控制频率范围:设置方法与原点返回控制方式相同。加/减速时间:设置方法与原点返回控制方式相同。目标值:K-2147483648到K21474836470在设置加/减速时间、阶梯数量和初始速度时，应使用满足以下公式的数值:当加/减速过程包含30级时，应以30ms为单位进行设置;当该过程有60级时，则以60ms为单位。自动仓储控制程序在设计时主要考虑以下几点。

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返回任务3自动仓储控制①由于气动入库机构从原点位置到取货位所需时间比气动机械手完成动作时间要短得多，所以可以在机械手开始动作时让气动入库机构移到取货位，而不用考虑气动机械手会不会早于气动入库机构到达取货位。此时应将机械手开始动作的信号传送到平面仓储系统作为气动入库机构向取货位运动的启动信号。②应根据物料分拣子系统传送来的工件材质信号将相应仓位的脉冲数作为目标值放入F171指令的参数表中，控制气动入库机构到达相应仓位，参考程序如图8-29所示。③气动入库机构应在气动机械手转离取货位时才能移向相应仓位，过早移动可能造成气动机械手和气动入库机构互相卡住，造成故障。上一页

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返回任务3自动仓储控制④气动入库机构是否到达指定仓位可以通过PLC实