自动化立体仓库毕业论文---双轴立体仓库PLC控制系统

1、自动化立体仓库毕业论文-一双轴立体仓库PLC控制系统无锡职业技术学院系别（分院、部）控制技术学院班级生产过程自动化姓名 学号 课题名称双轴立体仓库PLC控制系统成绩毕业实践任务书1份 答辩表份毕业设计说明书（论文）1份 共35页外文翻译1 份共12 页另附图（表）2 个共页其它材料份共页2012年 4 月 10 日系别（部、班姓学课题名称指导教指导教无锡职业技术学院分院）控制技术学院级生产过程自动化名号双轴立体仓库PLC控制系统师职称师职称2012年 4 月 10 日1. 毕业设计任务书2. 外文翻译3. 毕业设计调研报告4. 毕业设计说明书（论文）目录第一章绪论11.1选题背景及研究意义11

2、.1.1自动化双轴立体仓库定义，分类11. 1.2立体仓库的历沿革11. 1. 3仓库的发展现状及缺点1第二章 双轴立体仓库的总体设计42. 1系统功能设计42.2此课题的设计内容及主思路42. 3本文结构424立体仓库控制系统设计步骤4第三章硬件部分63. 1立体仓库的结构与框架图63. 2 PLC 选择63. 2. 1 PLC型号的选择63. 2. 2 FX2N PLC 的介绍 83.2.3 PLCI/O 点的分配93.3步进电机与驱动器的选择103. 3.1步进电机驱动器的原理及选择 103.3.2步进电机工作原理及选择 113.4接近开关的工作原理及选择 153. 5系统外部硬件的连接

3、方式17第四章 软件部分204. 1 GX-developer 编程软件204.2 PLC梯形图概述264. 3本PLC程序的简单介绍274. 4立体仓库的工作流程图 284. 5 I/O地址分配表30第五章总结31参考文献34致谢35基于PLC的双轴立体仓库第一章绪论1.1选题背景及研究意义1.1、1双轴立体仓库定义、分类双轴立体仓库可分为六大类：（1）按按货架高度分类，可分为:高层立体仓库（15米 以上）中层立体仓库（515米）低层立体仓库（5米以下）（2）按货架构造分类， 可分为：单元货格式立体仓库贯通式立体仓库自动化柜式立体仓库条型货架立体仓 库（3）按建筑物构造分类，可分为：一体型立

4、体仓库分离型立体仓库（4）按立体仓库 装取货物机械种类分类，可分为：货架叉车立体库巷道堆垛机立体库（5）按操作方式 分类，可分为：人工寻址、人工装取方式自动寻址，人工装取方式自动寻址、自动装取 方式（6）按功能分类，可分为：储存式立体仓库拣选式立体仓库。1.1. 2立体仓库的历沿革立体仓库的历史沿革在1950年，在美国首次出现了双轴立体仓库的雏形，那时 的双轴立体仓库，严格说只能算是立体仓库，还远谈不上自动二字。其后，在英，法等 国也相继出现了类似的立体仓库。双轴立体仓库真正成为高效率的自动化设施，还是70 年代的以后的事情。随着经济的起飞。为提高物流的效率和充分利用仓储空间，日本 自1965

5、年从欧美引入双轴立体仓库，并于70年代以后使其获得飞速发展。现在，自 动化立体仓库技术已日趋成熟，并随着科学技术尤其是计算机技术的发展，而不断向前 发展。80年代中期起，我国先后在无锡，湖北和大连等地出现多座利用微机控制巷道 堆垛机的自动化仓库。但是，这些普通微机对环境和电源要求较高，部适合在工业现场 和堆垛机上直接使用。可编程控制器PLC的引进和广泛使用，使国产自动立库的性能 日趋完善。PLC是带处理器的通用工业控制器，器可靠性大大高于普通微机装置，适合 在恶劣的现场使用，可直接装在堆垛机的电气柜内与接触 器由同一电网供电。采用 PLC作为实时控制装置已成为当前各先进工业国家一致的发展方向。

6、国内外双轴立体仓 库的发展现状及优缺点。1.1. 3仓库的发展现状及优缺点双轴立体仓库仓库技术仍处于不断发展之中，今后将向两个方向发展：一是开 发储藏大型物体，如整台汽车，大型模具之类的自动化仓库;另一个是开发对录音带、 录像带或半导体器件之类的轻量或超轻量物体的小型双轴立体仓库。随着科学技术的发 展，双轴立体仓库将逐步向完整、人工智能化控制系统发展。现在国外各发达国家在 自动化仓库技术中投入大量资金，在仓库自动化过程各个环节即输入、储运、输出上 采用新技术。这些新技术集中有以下几种：自动导向小车系统(Automated Guided Vehicle)磁性导轨装置激光扫描仪(Laser Sca

7、nner)条形码识别(Bar-code Labels) 命令拣选系统(Order-Picking System )储运机器人机械手智能卡车(1)立体仓库 之所以受到青睐，是由于它具有以下优点：&提高空间利用率早期立体仓库的构想， 其基本出发点就是提高空间利用率，充分节约有限且宝贵的土地。在西方有些发达国 家，提高空间利用率的观点已有更广泛深刻的含义，节约土地，已与节约能源、环境保 护等更多的方面联系起来。有些甚至把空间的利用率作为系统合理性和先进性考核的 重要指标来对待。立体库的空间利用率与其规划紧密相连。一般来说，自动化高架仓 库其空间利用率为普通平库的2-5倍。这是相当可观的。b.便于形成

8、先进的物流系统, 提高企业生产管理水平。传统仓库只是货物储存的场所，保存货物是其唯一的功能， 是一种“静态储存”。双轴立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备，不仅能使货物在 仓库内按需要自动存取，而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接，并通过计算 机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节。企业 外购件和自制生产件进入自动化仓库储存是整个生产的一个环节,短时储存是为了在指 定的时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成一个自动化的物流系统，这是一种 “动态储存”，也是当今自动化仓库发展的一个明显的技术趋势。c加快货物的存取节 奏，减轻劳动强度，提高生产效率.建立以双

9、轴立体仓库为中心的物流系统.其优越性还 表现在自动化高架库具有的快速的入出库能力，能快速妥善地将货物存入高架库中(入 库)，也能快速及时并自动地将生产所需零部件和原材料送达生产线。这一特点是普通 平库所不能达到的。d.减少库存资金积压经过对一些大型企业的调査了解，由于历 史原因造成管理手段落后，物资管理零散，使生产管理和生产环节的紧密联系难以到 位，为了到达预期的生产能力和满足生产要求，就必须准备充足的原材料和零部件。 这样库存积压就成为一个较大的问题。如何降低库存资金积压和充分满足生产需要，已 成为大型企业不得不面对的一个大问题。高架库系统是解决这一问题的最有效的手段之 一。e现代化企业的标

10、志.现代化企业釆用的是集约化大规模生产模式。这就要求生 产过程中各环节紧密相连，成为一个有机整体；要求生产管理科学实用，做到决策科 学化。为此，建立自动化高架仓库系统是其有力的措施之一。（2）当然，立体仓库也存 在一些缺点：a.仓库结构复杂，配套设备多，需要大量的基建和设备投资。b.货架安装 要求精度高，施工比较困难，施工周期长。c计算机控制系统是仓库的“神经中枢”。 一旦出现故障，将会使整个仓库处于瘫痪状态，收发作业就要中断。d.由于高层货架 是利用标准货格进行单元储存的，所以对储存货物的种类有一定的局限性。e.由于仓 库实行自动控制与管理，技术性比较强，对工作人员的技术业务素质要求比较高，

11、必 须具有一定的文化水平和专业知识，而且经过专门培训的人员才能胜任。第二章双轴立体仓库的总体设计2.1系统功能设计将当前物料口上的货物放入最小号仓位，例如：若0号仓位已有货，则送至1号 仓位，若0、1号仓位均有货，则送至2号仓位，依次类推，每次将货物送至最小号仓 位，若012号仓位均有货，则不送货，直到有空余仓位。2.2此课题的设计内容及主要思路该立体仓库主体由底盘三层四仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。机 械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机作为拖动元件。 （1）立体仓库的具备的功能主要有几下几点：开机时首先要回零位操作，这样的目的就 是给堆垛机有个工作参考

12、点；每个仓位必须有检测装置（微动开关），当操作有误时停 止运动；仓位共有12个，3行4列；整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防发 生意外.（2）本系统设计的主要思路是：査阅PLC以及步进电机相关资料,对设计中所用 的三菱FX2N系列PLC和步进电机进行熟悉和掌握。从立体仓库的基本结构和所实现的 功能入手，通过分析I/O地址的分配和利用PLC完成位置控制及顺序控制的要求，再根 据实际应用的情形进行PLC程序的编制，以达到对双轴立体仓库所要求实现的功能。2. 3本文结构本文的结构本文以双轴立体仓库的研发工程项目作为应用背景，对立体仓库 技术进行了研究。全文共分为五章，各章的主要内容如下：第一章扼

13、要地介绍了双轴立 体仓库的概念、特点与相关研究背景;第二章讲解了本文的整体结构。第三章对立体仓 库的硬件方面进行了解和说明；第四章对软件方面进行了了解说明；第五章是总结。2. 4立体仓库控制系统设计步骤设计控制系统设计步骤不但可以使思维更加清晰易懂，更有助于良好的科学的习 习惯的养成。下图2-1是本课题的立体仓库控制系统设计步骤，图2-1立体仓库控制系统设计步第三章硬件部分3. 1立体仓库的基本结构与框架图该立体仓库主体由底盘、四层三仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。机 械部分采用步进电机作为拖动元件。双轴立体仓库系统主要有三个部分组成：（1）由三 行四列立体仓位组成每一个仓库都有一个

14、感应器用来检测仓库内是不是有货以此来要 求小气缸是否应该推出。（2）步进电机与步进电机驱动器，螺纹杆，可以以Y方向和X 方向托起重物向目标前进，步进电机是为了让输出更加的精准，而螺纹杆则是承载步进 电机的载体。（3）PLC控制单元PLC控制单元采用三菱公司生产的FX2N型PLC,所有操 作控制指令都是通过由三菱PLC发出的。 总之电机的框架图如3-1 所示图3-1系统外部框架图3. 2 PLC选择3.2.1 PLC型号的选择本设计是以PLC为控制主体，由它来实现按钮 与步进电机驱动器的连接。所以选择真确的PLC型 号对本设计直观重要。在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC

15、工程计选型。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，明确控制任务和只采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与的PLC和设计相应的控制系统。1输入输出(I/O)点数的估算I/O点数估算时应考在适当的余量，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的它它特点，对输入输出点数进行圆带，根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入40点，输出21点。2.存

16、储器容量的估算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此，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单 元的大此，因此程序容量此于存储器容量。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，需在程序调试之后电知道。为了设计选型时能对程 序容量有一定估算，通常釆用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有所 定的公式，许多文献资料中给出了一些不同公式,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，以此数为内存的移字数(16位为一个字)，另外再按此数的25%考在余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储5000相梯形 图，这样电能

17、在以后的改造过程中有足够的空间。3.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必模拟量的控 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

18、。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Basic等，以电足特殊控制场合的控制要求(3)诊断功能P

19、LC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，直接不不对操作和维护人员技术能力的要求，并不不平均维 修时间。4.机型的选择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。本课题设计的立体仓库控制系 统有输入信号8个，输出信号5个。其中

20、，外部输入元件包括：检测元件、启动按钮、 急停按钮、限位开关、复位按钮；输出有两个步进电机的正反向、动作指示等。按照上 述配置，所选I/O点不得低30点，结合实际情况，所选I/O点为32点。因此我所选 型号为FX2N-32MR。(2)经济性的考在选择PLC时，应考在性能价格与。考在经济性 时，应同时考在应用的可扩展性、可操作性、投入它出与等因素，进行与较和兼顾， 最终选出较满意的它。输入输出点数对价格有直接关系。当点数增加到某一数值后，相 应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能只 采等选择都有不不。在估算和选用时应充分考在，使带个控制系统有较合理的性能价格

21、与。本课题所设计的立体仓库的于此型控制系统，结合经济性的考在因此选择带体型 PLCo所以选择三菱FX2N-32MR。3. 2. 2 FX2N PLC 的介绍FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特 点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国 不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供 最大的灵活性和控制能力。FX2N 系列 PLC编辑本段FX2N系列PLC特点FX2n系列是FX系列PLC为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊 功能模块以满足不同的需要-模拟I/O,高速计数器。定位控

22、制达到16轴，脉冲串 输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。对每一个FX2n主单元可配置总 计达8个特殊功能模块。网络和数据通信一一连接到世界上最流行的开放式网络CC-Link, Profibus Dp和DeviceNet或者釆用传感器层次的网络解决您的通信需要。FX2N 系列 PLC其它功能:内置式24V直流电源：24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元 件。快速断开端子块：因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可 以更换单元。时钟功能和小时表功能：在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较 指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器

23、维护提供了有价值的信息。持续扫描功能：为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。输入滤波器调节功能：可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到 x017）注解记录功能：元件注解可以记录在程序寄存器中。在线程序编辑：在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。RUN/STOP开关：面板上运行/停止开关易于操作。远程维护：远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数 据。密码保护：使用一个八位数字密码保护您的程序。3. 2.3 PLC I/O点的分配由于PLC的I/O 口的数量是一定的，特殊的I/O 口有着特殊的作用，如何正确的分 配I/O 口，对程序的执行有着重要的影响

24、。根据控制要求，将各输入设备和被控设备详细列表，准确的统计出被控设备对数需 求量，然后在实际统计的I/O点数的基础上增加15%20%的备用量，以便以后调整和 扩充。同时要充分利用好输入和输出扩展单元，提高主机的利用率，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。在确定好I/O点数后, 还要注意它的性质，类型和参数、根据本次设计的立体仓库系统的输入、输出信号，其 中外部输入元件包括：检测元件、按钮、存、急停、复位开关等；输出有2个电机的正 反向、动作指示等。由于步进电机输入的是高速脉冲所以用YO,Y1作为步进电机的输入 口，Y2,Y3分别控制电机的运行方向。Y4控制

25、小气缸。另外输入部分以X0, XI, X2, X3分别作为启动，停止，复位，检测按钮。3. 3步进电机与驱动器的选择3. 3.1步进电机驱动器的原理及选择由于步进电机不能与PLC直接相连，想要实现 PLC控制步进电机的运行这就需要一种中间装置， 一般我们会选择步进电机驱动器，以此来实现PLC 对步进电机的控制。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 率成正与。 所有型号驱动器的输入信号都相同，共有三路信号

26、，它们是：步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、驱机信号FREE（此端为低电平有效，这时电机 处于无力有状态；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，0PT0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8-1 5mA的驱 动电流。在该立体仓库中由于FPO提供的电平为24V,而输入部分的电平为5V,所以 须外部另加1.8K的限流电阻Ro外接限流电阻R步进电机驱动器的输出信号有两种: 、初相位信

27、号：驱动器每次上电后将使步进电机起始在一个所定的相位上，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此，可它生相位记忆功能。、报报输出信号： 每每驱动器都有多种保护每每(如：过压、过流、过温等)。当保护发生时，驱动器进 入驱机状态使电机驱电，但这时控制系统可能但 未知未。如要通知系统，就要用到报 报输出信号。此信号此两个接线端子，此两端为一继电器的常开点，报报时触点立即 闭合。驱动器正常时，触点为常 开状态。触点规格：DC24V / 1A或AC110V/0. 3A。一 一来说，对于两相四根线电机可以直接和驱动器相连。所

28、以我采用SH系列步进电动机 驱动器，型号为SH-2H057。主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。 SH-2H057步进电动机驱动器釆用步步结构，此种结构主要用于此功率驱动器，这种结构 为这闭的超此型结构，本身不带风机，其外壳即为其热体，所以使用时要将其所定在较 厚、较大的的的的上或较厚的机较内，接触面之间要接上导热接接，在其在边加一个风 机也是一种较好的其热好法。此步进电机驱动器的电气技术数据为：步进电机驱动器的 电气技术数据细分数驱动器型号相数类别通过拨位开关设定SH-2H057二相或四相混合 式二相八拍最大相电流开关设定一组直流3. 0A,DC(24V-40V)工作电源。3.

29、3.2步进电机的工作原理及选择在系统中要将货物放到指定地点，这就需要步进电机在螺纹杆的运动来实现，选择 一种正确的步进电机有利于程序的执行。下面简要的介绍一下步进电机的基本组成以及 工作原理。进给伺服驱动系统的驱动电机有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机和直线电 机。步进电机应用于开环伺服驱动系统；直流伺服电机、交流伺服电机和直线电机主要 应用于半闭环或闭环进给伺服驱动系统。步进电机受驱动器的控制，将进给指令脉冲信号变换为具有一定方向、大小和速度 的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。驱动器每给步进电机输入一个电脉冲信号，步进电机转动一个角度，称为步距角， 其转动角s度与电脉冲信号

30、个数成正比，转动速度与电脉冲信号的频率成正比。步进电 机的各相绕组在通电状态时，电机具有自锁能力，同时，每转一周都有固定的步数，从 理论上来说步进电机的步距误差不会累积。但步进电机在大负载和速度较高的情况下容 易失步，而且，能耗也大。步进电机主要用于速度和精度要求不太高的经济型数控机床。1. 步进电机的种类、结构及工作原理1. 步进电机的种类步进电机的分类方式很多，常见的分类方式有按相数、按产生力矩的原理、按输出 力矩的大小和结构进行分类。1）按相数分类步进电机按相数（即磁极对数）可分为三相、四相、五相、六相等。相数越多，步 距角越小，输出转矩越大，但结构也越复杂。通电方式采用m相m拍、双m拍

31、和m相 2m拍等。2）按力矩产生的原理分类步进电机根据磁场建立方式可分为反应式、永磁反应式和混合式三类。反应式步进电机的定子有励磁绕组，而转子用软磁材料制成无绕组，由被励磁的定 子绕组产生反应力矩实现步进运动。永磁反应式步进电机的定子和转子均有励磁绕组（或转子用永磁材料制成），由电 磁力矩实现步进运动，具有输出转矩大、步距角小和额定电流小等优点，缺点是转子容 易失磁，导致电磁转矩下降。混合式步进电机是反应式与永磁式步进电机的混合，结合了两者的优点有逐步取代 反应式步进电机的趋势。3）按输出力矩的大小分类根据步进电机输出力矩的大小可分为快速步进电机和功率步进电机两类。快速步进 电机，输出力矩一般

32、为0. 07Nm4Nm,用于带动小型精密机床的工作台（如线切割机床）。 功率步进电机输出力矩在5 Nm50 Nm以上，可以直接驱动工作台。4）按结构分类步进电机按结构可分为轴向分相式（即多段式）和径向分相式（即单段式）。轴向 式步进电机是沿着轴向长度分成磁性能独立的几段，每一段都用一组绕组励磁，形成一 相。径向分相式步进电机沿着圆周的径向分成磁性独立的几相，每一相都用一组绕组励 磁。2. 径向分相式步进电机的组成及工作原理如图3-2所示，步进电机由定子1和转子3两部分组成。定子铁心由硅钢片叠压而 成，定子绕组绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上，在直径方向上相对的两个齿上的线 圈串联在一起，构成一

33、相控制绕组，共有三相定子绕组，称为三相步进电机。转子用软 磁材料制成无绕组。H图3-2三相径向分相反应式步进电机原理图1-定子2-定子绕组3-转子工作原理如图3-3所示，当A相绕组通以直流电流时，根据电磁学原理，便会在 AAZ方向上产生一磁场，A相绕组的磁力线为保持磁阻量小，给转子施加电磁力矩，使 转子的1、3齿与定子AA磁极对齐，如图3-3 AB-或ACCBBA- AC方式通电，则称为双三拍通电方式，步距角仍为30。双三拍工作方式由于工作过程中始终保持有一相定子绕 组通电，可有效克服单三拍绕组通电切换瞬间失去自锁转矩而导致失步的现象，所以平 衡性更好，故在实际工作过程中多采用双三拍工作方式。

34、如果定子绕组按 A-AB-B-BC-C-CA-A 或按 A AC C- CBBBAA顺序通电，称为三相六拍方式，如图3-4所示以三相六拍通电方 式工作，当A相通电转为A和B同时通电时，转子的磁极将同时受到A相绕组产生的磁 场和B相绕组产生的磁场的共同吸引，转子的磁极则停在A和B两相磁极之间，此时步 距角为15 ,减小一半。45相通电1栢道电UA相通电图3-4步进电机三相六拍通电方式工作原理图由此可见，改变定子绕组的通电顺序，可改变电机的旋转方向。改变定子绕组通电 的频率，可改变转子的转速。步进电机的步距角与定子绕组的相数、转子的齿数以及通 电方式有关。3. 步进电机的主要特性1）步距角步距角a

35、是决定步进式伺服系统脉冲当量的重要参数。步距角越小，脉冲当量越小, 数控机床的控制精度越高。步距角a :3斷a =mzk式中m定子绕组的相数；z转子的齿数；k步进电机的通电方式，为m相m拍时，k=l；为m相2m拍时，k=2；依此类推。实际步进电机的定子磁极与转子圆周上都有齿，如图3-5所示。定子磁极的齿距与 转子的齿距相同，只是定子磁极的齿依次与转子的齿错开齿距的1/m （in为步进电机相 数）。这样，每次定子绕组通电状态改变时，转子只转过齿间夹角的1/m （三相三拍） 或l/2m （三相六拍）角度。若在三相定子的每个磁极上有5个小齿，齿槽等宽，齿间 夹角为9。，小齿在空间位置上依次错开1/3

36、齿距。转子上均匀分布40个小齿，齿槽 等宽，齿间夹角也为9。当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的 齿刚好超前（或滞后）转子齿1/3齿距（即3。）, C相磁极齿超前（或滞后）转子齿2/3齿距角。当按三相三拍通电方式工作时，步距角为:= 360= 360 /(3x40xl) = 3当按三相六拍通电方式工作时，步距角为:a = 360= 360/(3x40x2) = 1.5定子各相齿转子宙展开方向图3-5步进电机各相定子与转子的齿距对应关系2)步距误差步进电机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角之间都存在步距误差。连续 走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回至上一转的

37、稳定位置，因此步 进电机的步距误差不会长期累积。影响步进电机步距误差和累积误差的主要因素有：齿 与磁极的分度精度、铁心叠压及装配精度、各相矩角特性之间差别的大小、气隙的不均 匀程度等。对于本系统步进电机的选择，在通过实用性，及价格方面的综合考虑决定选用 17HSU1型步进电机，这种型号的步进电机引出四根线分别是红色，绿色，黄色和蓝色; 其中红色引线应该与步进驱动器的A接线端子相连，绿色引线应该与步进电机驱动器的 A负相连，黄色引线应与步进电机驱动器的B相连，蓝色引线应与步进电机驱动器的B 负相连。3. 4接近开关的工作原理及选择为了在系统运行时能知道当前的仓库是否有货需要在每一个仓位里装有一个

38、传感 器，以此来判断仓库是否有货，继而控制程序的执行。在此我选择了电感式传感器，同 时也介绍一下其他种类的传感器。电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大 处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产 生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生 变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测 的物体必须是金属物体。1、概述接近传感器可以在不与目标物实际接触的情况下检测靠近传感器的金属目标物。根 据操作原理，接近传感器大致可以分为以下三类：利用电磁感应的高频振荡型，使用

39、磁 铁的磁力型和利用电容变化的电容型。特性;非接触检测，避免了对传感器自身和目标物的损坏。无触点输出，操作寿命长。即使在有水或油喷溅的苛刻环境中也能稳定检测。反应速度快。小型感测头，安装灵活。2、类型(1) 按配置来分(2) 、按检测方法分通用型：主要检测黑色金属(铁)。所有金属型：在相同的检测距离内检测任何金属。有色金属型：主要检测铝一类的有色金属。3、高频振荡型接近传感器的工作原理电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。振荡器在传 感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流 吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。振荡器的振荡及停振这

40、二种状态，转换为 电信号通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。下面为详细介绍：(1) 通用型接近传感器的工作原理振荡电路中的线圈L产生一个高频磁场。当目标物接近磁场时，由于电磁感应在目 标物中产生一个感应电流(涡电流)。随着目标物接近传感器，感应电流增强，引起振 荡电路中的负载加大。然后，振荡减弱直至停止。传感器利用振幅检测电路检测到振荡 状态的变化，并输出检测信号。振幅变化的程度随目标物金属种类的不同而不同，因此检测距离也随目标物金属的 种类不同而不同。(2) 所有金属型传感器的工作原理所有金属型传感器基本上属于高频振荡型。和普通型一样，它也有一个振荡电路， 电路中因感应电流

41、在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率。目标物接近传感器 时，不论目标物金属种类如何，振荡频率都会提高。传感器检测到这个变化并输出检测信号。(3) 有色金属型传感, 有色金属传感器基本上 目标物内流动引起的能量茹 接近传感器时，振荡频率坞 低。如果振荡频率高于参老所以从各方面考虑本谓i电路，电路中因感应电流在 或铜之类的有色金属目标物 I接近传感器时，振荡频率降3. 5系统外部硬件的连接方式X0启动“XI停止卩X2复位“1-*X3监控CONL-本系统以PLC的XO, XI, X2,分别连接外部的SB1启动按钮，SB2停止按钮，SB3复 位按钮。如图3-6所示。图3-6 PLC与按钮的连接另

42、外接近开关传感器的三根线一根连接24V直流电源，一根接地，还有一根连接PLC的输入端。连接方法如图3-7所示。图3-7 PLC与接近开关的连接而PLC的另一端的输出与步进电机和小气缸的电磯阀向连，与步进电机相连时，步 进电机有两种接法，这与控制信号有关，三菱的PLC是低电位信号，因此应该采用共阳 接法。在PLC与步进电机之间要加上2K的电阻，因为步进电机的控制信号是+5V,而三 菱的PLC的输出信号通常是+24V,这是不匹配的。所以要在两者之间要加上2K的电阻, 起分氐 限流作用。另外步进电机的CP-,是脉冲输入端子，只能与Y0或Y1向连接， 因为在三菱PLC中YO, Y1为高速输出脉冲。DI

43、R+是方向控制信号接线端子。PLC与步进 电机，步进电机驱动器的接线如图3-8所示。图3-8 PLC与步进电机驱动器的接线步进电机驱动器与步进电机相连接时只要驱动器的四根线与步进电机的四根线一 一对应即可。如图3-9所示。步进驱动器步进电机242CP-A#A+eV .CPA 7DIR-B2_ BDIR-jV+ 步进驱动器步进电机3CP-A*A+eCP+A“DIRrB4B*DidBV*图3-9步进驱动器与步进电机相连Y4与电磁阀相连作为气动回路它的气动原理图如图3-10所示。第四章软件部分4.1 GX-developer 编程软件每一种产品的PLC都有与之相对应的编程软件，想要编写PLC的程序就

44、得在编程 软件中编写，然后输入到PLC里。对于三菱的编程软件有FX系列，GX系列，MX系列等, 其中GX系列的编程软件相比FX系列的编程软件的通用型比较好,而且还可以编写国产 品牌的PLC,实用性比较好，在此我选择了 GX-developer编程软件来编写程序，以下 是对本编程软件的一般使用的介绍。1 打开软件后一新建项目一选择PLC类型确定后，进入程序编辑界面：图4-12创建梯形图卜1ELSOFT至列GE Developer工程未设置-梯形图(写入1- n|xl二工程編辑d)查找/替换(S)变换()显示(Y)在线(Q)诊断I工具CD 窗口 QD1程序二lz二闻1卜円円丨忧i 1 11F5 1

45、 SF5 1 F6 1 sF6 ! F7 | F3 F9 | sF91 sF7；4小|屮円巴円I| |u|H|1 sF8 I aF7 aF3 |! FW| Fl 0 |-aF9 |工程准备完毕FX2H(C)本站图4-2建完新工程后，会弹出梯形图编辑画面如上图所示：画面左边是参数区，主要设置PLC的各种参数，右边是编程区，程序都编在这一块。然后在上图所示的“COM端口”中选择与电脑USB 口一致，然后“确认”。爲设备管理蛊文件迥 操作(A)直看W 帮助03昌剪回闽幼20081125二1508+ “HVD/CD-ROM 驰动器+号IDE ATVATAPI控制器 田園PCMCIA卡+倉SCSI和RA

46、ID控制器 t诲处理器+ 9磁盘驰动器图4-4设置完串口，点击“通讯测试”：若出现“与FXPLC连接成功”对话框，则说明可以与PLC进行通讯。若出现“不能与PLC通信，可能原因。”对话框，则说明电脑和PLC不能建 立通讯，此时需要确认PLC电源有没有接通或编程电缆有没有正确连接等事项，直到 点击“通信测试后”，显示连接成功。通信测试连接成功后，点击“确认”，则会回到工程主画面，如下图所示图4-5不管是“PLC写入”还是“PLC读取”，选择后都会出现如下画面:12图4-6一般我们读取或写入的是程序及一些参数，操作过程如下：选择“参数+程序”点击“执行”点击“是”5程序的监控一一快捷键F3连接好P

47、LC,则可以通过“监视”功能对程序中的信号及数据进行监控。 其操作过程如下。点击“在线”菜单-选择“监视”“监视模式”监视后，程序中蓝色部分表示此信号能流通，没有变蓝的信号则不能流通。jjpBELSOFTS列 CX Dcvclopcx 工雀未设頁-样形Bao&ia 执行中）waiji.口、二工理 m （2）2E（C）異云GO在拔）|i)工貝 ) Wtt)- 5 X习稣鶴眾丄1咼証WW1FLCKK). 5PLC写入Oft闪卡1(L)(IX004%QK)| 左視II式8)T3凋试V3s农虫入枝式）电匸SKWF3面）匕）Ctrl*F3ixl8*fE 仗)A1W8E視停止准羽面）0）Ctrl*AltF

48、5比 WTHZtlJIUL2QHKruc 內存i .当Mi磴占厲切拱（2毬1） Q）当MSfflKffi-CTJl. (leffitt) Qj时丼邊*2二戟元件ftdfca）. 状元件5E录工）.flc用戶皺18 qp煤冲内ffllttl).图47注：若要监控PLC程序的状态，一定要在通讯成功后才能执行，若没有与PLC 通讯成功，则不能对PLC监控。6程序的在线修改（在线编辑）一一快捷键：先按Shift然后按F3。在线编辑：直接在PLC中修改程序，修改后无需再把程序写入PLC图4-8修改完成后，被修改的对象会显示灰色，此时我们同样要对程序进行编译，编译方 法与前面所述的相同，编译完成后，即程序

49、在线修改完成。注：程序的在线修改是直接把PLC里面的程序进行修改，不需要再进行PLC写入操 作。而普通的修改（没有在线修改），则只是修改电脑软件中的程序，而PLC内部的程 序并没有被修改，所以要使修改后的程序写入PLC,还需进行PLC写入操作7.输入注释：若要对一些信号做一些标签，以便看程序或写程序时知道每个信号的用途，则可对 每个信号输入注释，输入注释的操作过程如下：第一个在“工具”里面点击“选项”第二个在“选项”里面有一个“输入注释”在此项打勾。图4一9第二步：在编辑里面有一个“文档生成”点击一下“注释编辑”编辑的注释就可以显示出来了 O图4104.2 PLC梯形图概述梯形图是使用得最多的

50、图形编程语言，被称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，

51、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；按信号类型可以分为的有电流型(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

52、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M8002可以不画出%我点的状态和逻辑关补球出应的编程元件的状基陛梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的 顺序进行的。熊笋的続暑 像寄存器中的值诃币是的接口，是通过输*算世鄒分 入暂存器反映翰入信号状态， 字信号进入讥&系阿输出模块相反30分为开关量输儿血），卉关量输出（哼）, 模拟量输入（AI）,模拟量输出（A0）等模块。和量L按电唐水光分，有肿20VAp、 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、）4bit J 16bit等；按信号类型可分为电流型（4-Z0mA,电庄型（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、枫以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映外部输沢触点的状态来进行的PE与电气回路（I/O）完成的。I/O模块集成了 PLC的I/O电路，其输 输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数110VAC、 24VDC,热电偶、脉冲等模块。4.3本PLC程序的简单介绍第一段程序主要是讲的系统的启动与初始化。这段程序是以XO为启动外接常开，XI为停止按钮外接常闭，以Ml的上升沿来初