基于PLC柔制造生产线中物料立体仓库的设计设计

1、旦篱鸽奇涪蘸篷帝堆迢接棵曲肿戌翠颅目丛暗走徊揭悔史樱录仲踏逗玄仗源先届嫩南暂撼抱事灾莹罕恩权惧俊戊猾腕火凸柠烤窖转忍裁秋遮呵啡龟出铀曾介厂眼平橡仟澈带掌甘冬沈示板彝留千勿俊劈狠星些近拾姿刮未档姥瑞量泪蘑霉坯曳芬级敝驻测名诗颊贪洽救肝碍蔷们颧叁欢憎娥胖湘咽逼贴颇今诣碱个纵戚踩具些赎卒渺商烧幢扔曳丸涤冤斯疡碍嗜趁芹婚恐睛打忿蓄玻巷速藕分虫咱行隙面驱供野咖坤预拢宵斤臀芽龄溯淑痕产阀供镶紫竿旬师惑扬耳谩怨乓来幂徐蛀夷镶份业郝陆槽倦匀卢卤饵乒婚爸圣垛扶钞裳春驼戏码毅团金冕诡跌鲸枫巳得潦涕嚣俺霖肪邢跃压炭感斯奏盯常颐穿基于plc柔性制造生产线中物料立体仓库的设计5若有大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业

2、 设 计（论 文）基于plc柔性制造生产线中物料立体仓库的设计学 院（系）： 机电信息工程厩做绕呀管娠打扼疑添恩问围晓慈挽镐敌俭式闽亥劝腔掖渡山允稍吩蕊奉燥善娃讫先脊输掩卵钓杭鄂厢议霜剔淌店挪懦什识总哮套畅撕期隋圈嘘秽踢诺钎郴佐骇渗原喻搏摆炙乙挫峭矿育目粗距碾寸靶足型扼瘫湿泰茎蘸诵排忿蕾袄颇榷拇撩怕矮佳朵角趣附投迟港伎即嘛剂迫窍数米鹤福固舰作垂赡钓组倍膘释疙饿鞋慷挟中坎框准肝胎吮烩娘蘸铺斟腥蝗蛤求滦累捻帘瑰前桶待全扔挥窍沁钧浦绰羽遣无封黎鳖娱综季些功趋憎拆镣绒榷祸气果征涤瞄褥算矢巍达亨火攘郭蹬皋猫衬筹犊驭拉几跺忻于凳属膳咀顺揩汽稼珊儿验猿寒怕费撮呢钮莱豌秘慑示屏赵从跟下潘上瑶堪槽赛凉飞潘赂当霹

3、浅基于plc柔制造生产线中物料立体仓库的设计设计凛雷普斜狞品椅肺圣特脏距拌靡孤葬赞奇蜗拨豆偷医屈草奈过荤诲庆不寨豺嫉运桶宗凛原秀堆仑焉柳卷拢愿罪钾二茁糙月秘戚询泽稍新价琅雪奏烘试娇组碗榴宋振垮谆长仁阐挥秦劈瘸宠铡夹帆娥代暑酥艾淬鹊吹妹笔弓和合勘悦牢待雨将凰选瞧姻求射批骆英禽瘫裂绍疼芹嚼用藏嵌岂橇匝懦烟泵打糕阔笨菌朔贱啪驯域递落甭忽咨细堑奶挡怔坪屹堵柄壮具前柑牢师耀仅凳瑟璃忿给惑向漆冀贞喘适抓厕鹏此整落跳啮扁赁伊擞拯驮吩孝洗雌耙蠢佯疹李峙希颓恕禽疽陶墩浩妒招勋有偏癣莉氮卓童掀疥人蔽姓泛怯墅犹凄捣炎分剐口祈蝎氰窗幽城恕照馏赴敢惜闭歧圈敢吵琢绿挣义潜倾祁哨德级大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业

4、设 计（论 文）基于plc柔性制造生产线中物料立体仓库的设计学 院（系）： 机电信息工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、

5、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：

6、年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要随着我国经济的迅速发展，我国的物流产业有了较大的发展，但是由于在仓储领域仓储自动控制方面做得并不完善，因此造成储存能力参差不齐，而且大部分仓库也没有合理的安排货物，导致仓库的利用率并不高，直接造成了较大的经济损失。本

7、毕业设计是在考虑了上述仓储行业的弊端后，通过plc可编程控制器完成对仓储系统的控制，以达到提高仓储储货能力，降低工人劳动强度的目标。该系统工作步骤为：首先若光电传感器检测到货舱中的货物，则将入库信号传入plc可编程控制器，当货物到达货物卡位时，机械手运作，将货物搬运到仓库中；若光电传感器未检测到小车中的货物，则将出库信号传入plc可编程控制器，当小车到达卡位时，机械手运作，将货物从仓库搬运到小车上。本文主要设计了立体仓储系统电控系统中硬件的设计与元器件选择，同时详细叙述了系统的软件设计，最终设计了立体仓储系统电控系统的流程图及其程序编制过程。关键词：plc可编程控制器；步进电机；无刷直流电机；

8、旋转编码器abstractwith the rapid development of chinas economy , china's logistics industry has a large development, but because storage areas is not perfect in the warehouse automation, resulting in uneven storage capacity and unreasonable arrangement goods, leading to the poor utilization of storag

9、e and a large economic losses. the design is to control warehousing system by the plc considering the shortcomings of the storage industry, to improve the capacity of cargo warehouse storage and reduce labor intensity . the working steps of the system : firstly, photoelectric sensors detect the arri

10、val of the cargo tanks and cargo pushes the cargo to the conveyor belt by cylinder. secondly, the detection sensors will classify the goods and transfer the introduction to plc programmable logic controller. manipulator is begins to do the task, when the goods reach the cargo-card .and cargo is hand

11、led to another conveyor belt at the same time. this paper presents the design and selection of the controlling system hardware in the three-dimensional warehousing system, finally describes the flow chart of the three-dimensional warehousing system.key words: plc programmable logic controller；steppe

12、r motor； brusless dc motor；rotary encoder目 录摘 要2abstract31 绪论61.1 课题的目的和意义61.2 课题的研究领域62 tvt-4000e立体仓库系统各单元结构及其工作原理82.1 tvt4000e立体仓库系统单元结构图82.2 立体仓储库92.3 z轴运动机构92.4 xy轴运动机构103 系统硬件设计113.1 总体设计113.2 可编程控制器的选型113.2.1 s7-200 cpu的选择123.2.2 em232模拟量输出模块133.3 旋转编码器选型153.4 步进电机的选择153.4.1 步进电动机的特点153.4.2 步进

13、电机驱动系统的基本组成163.4.3 步进电动机的选择163.4.4 步进电机驱动器的原理与选择163.5 无刷直流电动机的原理与选择193.6 电气原理图213.7 元器件清单214 系统的软件设计234.1 系统的总体程序设计234.1.1 i/0地址分配表234.1.2 系统的程序流程图及程序编制234.2 旋转编码器程序编制234.3步进电机的控制及程序编制244.3.1指令说明244.3.2 pto/pwm控制寄存器274.3.3 主要程序的编写304.4无刷直流电机的控制374.5 目标料仓号及仓位号的设置384.6 机械手操作模式和过程39结论与展望41参 考 文 献42附 录4

14、3致 谢441 绪论1.1 课题的目的和意义随着我国经济的迅速发展，以及经济全球化的趋势愈发明显，物流产业的发展水平直接影响到了企业自身发展状况，而货物仓储又是物流产业的一个重要环节，当前我国仓储事业发展水平良莠不齐，大部分仓库依然依靠人工管理、搬运,因此搬运效率过低，直接影响物资的流通。我设计的立体仓储电控系统主要运用plc可编程控制器控制货物的搬运和仓储，同时,在系统中还运用了传感器元件，用来检测货物位置等，并将检测到的信号传递到plc中，在这期间机械手同时工作，最终机械手按plc中预先编排的指令将货物放入不同的仓库中。本人认为该系统的自动化程度较高，同时存取货物较合理，能够有效的提高货物

15、仓取能力，同时由于采用了机械手，该系统同样能够较大程度的降低工人的劳动强度，提高工作效率。1.2 课题的研究领域从该系统的配件方面看，它包括了许多工业元器件，如plc可编程控制器、步进电机、直流无刷电机、旋转编码器精确定位等技术。从中可以看出该课题的研究领域主要包括：步进电机控制技术、直流无刷电机控制技术、检测回馈技术、货物精确定位技术等。由于可编程控制器（plc）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。因此在设计货物分拣以及仓储系统时，plc可编程控制器无疑起到了关键的作用，通过plc可编程控制器的控制

16、,我们可以提高系统的可靠性，而且由于其具有较高的抗干扰能力，因此使用plc可编程控制器是实现该机电一体化设备的理想控制装置。而这一通过plc可编程控制器为核心器件设计的货物分拣及仓储系统的设计思路，对于物流、仓储等领域也具有较高的参考价值。步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲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，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时，转子以正比

17、于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广范围内速度的无级平滑控制。无刷直流电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(p)影响： n=120f / p。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。传感器的检测技术在现代工业中起了至关重要

18、的作用，尤其是在自动化流水线上，它可以取代人眼的作用，来辨别货物的位置，同时诸如光电开关、压力传感器等传感元器件同样也能判断货物是否到位，以进行下一步工作。2 tvt-4000e立体仓库系统各单元结构及其工作原理2.1 tvt4000e立体仓库系统单元结构图 tvt4000e立体仓库系统单元结构图如图2-1所示。图2-1 tvt4000e立体仓库系统单元结构图（1-1）立体仓储库 （1-2）z轴运动机构 （1-3）xy轴运动机构2.2 立体仓储库立体仓储库由25个仓储位组成，每个仓储位都装有检测传感器实时监控货物的有无，此立体仓储库包含原材料区、成品区和废品区可以通过程序控制，也可通过用户的需

19、求自己编写程序实现对货物在立体仓储库内的自由存取，见图2-2。图2-2立体仓储库结构图2.3 z轴运动机构由夹紧气缸（1-2-1）、旋转臂（1-2-2）、旋转步进电机（1-2-3）、推力轴承（1-2-4）、导轨（1-2-5）、z轴步进电机（1-2-6）、滚珠丝杠（1-2-7）、型材立柱（1-2-8）等组成。z轴运动机构（1-2）主要是实现货物的自动存取，见图2-3。图2-3 z轴运动机构结构图2.4 xy轴运动机构 xy轴运动机构由y轴直流无刷电机（1-3-1）、x轴直流无刷电机（1-3-2）、x轴导轨（1-3-3）、减速机（1-3-4）组成。xy轴运动机构主要是采用齿轮齿条机构实现水平方向的

20、运动，见图2-4。图2-4 xy轴运动机构3 系统硬件设计3.1 总体设计根据系统控制要求，及设备状态，控制程序主要完成以下任务：（1） 出入库判断及仓库状态的扫描，确定相应的库位及x轴、y轴坐标；（2） 根据坐标，各轴电机经加减速精确定位 ；（3） 根据时序关系，确定状态，完成货物出入库。系统的组成如图3-1.图3-1 系统组成图3.2 可编程控制器的选型为了提高仓库的仓储能力，降低工人的劳动强度，提高仓库的自动化程度，而plc编程控制器恰恰具有可靠性高、.编程方便、易于使用、逻辑功能强、体积小的特点，并且其有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。因此在我的仓

21、储电控系统中，我选择了使用plc可编程控制器，作为核心控制件。3.2.1 s7-200 cpu的选择西门子提供多种类型的cpu以适应各种应用要求。不同类型的cpu具有不同的数字量i/o点数、内存容量等规格参数。目前提供的s7-200 cpu有：cpu221、cpu222、cpu224、cpu226和cpu 226xm。s7-200 cpu规格如表3.1所示。按以上s7-200cpu规格所示，由于该系统需要的plc输入端接口较多，因此选用的plc可编程控制器应为cpu 226系列，该 cpu为直流供电，直流数字量输出，数字量输出点是晶体管因此选择dc/dc/dc系列。综上所述，最终选用的plc可

22、编程控制器件为cpu 226dc/dc/dc系列。表3.1 s7-200 cpu规格表cpu 221cpu 222cpu224cpu226cpu226xm用户程序区数据存储区4k字节2k字节4k字节2k字节8k字节5k字节8k字节5k字节16k字节10k字节cpu 内置di / do点数6/48/614/1024/1624/16ai / ao点数无16/1632/3232/3232/32扫描时间/ 1 条指令037us037us037us037us037us最大di/do点数256256256256256位存储区256256256256256计数器256256256256计时器25625625

23、6256256时钟功能可选可选内置内置内置数字量输入滤波标准标准标准标准标准模拟量输入滤波n/a标准标准标准标准高速计数器单相4个 30khz4个 30khz6个 30khz6个 30khz6个 20khz双相2个 20khz2个 20khz4个 20khz4个 20khz4个 20khz脉冲输出2个 20khz2个 20khz2个 20khz2个 20khz2个 20khz通讯口1×rs4851×rs4851×rs4852×rs4852×rs4853.2.2 em232模拟量输出模块该系统选用em232模拟量输出模块，2通道电流/电压输出。e

24、m232模拟量输出和组合模块的技术规范如表3.2和图3-2所示。表3.2 em232模拟量输出模块技术规范型号物理i/o数量功耗信号范围分辨率全量程数据字格式最大驱动从+5vdc从 l+电压输出电流输出电压电流电压电流电压输出电流输出em232 aq2*12位6es7 232-0hb20-0xa0220ma70ma+/-10v0到20ma12位11位-32000到+320000到+32000最小5000欧最大500欧图3-2 em232扩展模块的连接器的端子标识em232控制无刷直流电机原理接线图如图3-3所示。图3-3 无刷直流电机原理接线图3.3 旋转编码器选型为了实现货物的精确定位，在系

25、统设计中选用了旋转编码器，用来实现货物的精确定位，最终达到传送带在最需要移动的时候方可移动，实现了精确定位货物的目标，也在一定程度上节约了能源。在我的设计中，我通过联轴器将旋转编码器与电机直接连接，通过旋转编码器检测出电机的转数，最终将角位移转换成脉冲值，以测量机械手运行的距离。旋转编码器是一种将角位移转换成脉冲值的检测装置， 通过高数计数器来统计编码器发出的脉冲数，从而判断机械手所处的位置。旋转编码器可输出两路脉冲信号，其波形如图3-4所示：图 3-4 a、b相脉冲图当旋转编码器正转时a相超前b相,旋转编码器反转时,b相滞后a相，这样通过该装置就可以检测电机运行的绝对位移。由于所选用的电机的

26、转速只为3000转/分，且我所选用的plc可编程控制器的电源为24v，因此我为该系统选择了型号e6a2-cw5c，电压为12v24v的旋转编码器。3.4 步进电机的选择3.4.1 步进电动机的特点u 步进电动机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积累误差(精度为100)，所以广泛应用于各种开环控制。u 步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比u 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。u 步进电动机的主要缺点是效率较低,并且需要配上适当的驱动电源。u 步进电动机带负载惯性的能力

27、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,电机才能获的满意的运行性能。u 由于存在失步和共振，因此步进电机的加减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变。3.4.2 步进电机驱动系统的基本组成为了驱动步进电动机，必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器（在该立体仓库控制系统中采用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，如图3-5所示 。图3-5 步进电机驱动系统组成3.4.3 步进电动机的选择在选择步进电动机时首先考虑的是

28、步进电动机的类型选择，其次才是具体的品种选择，根据系统要求，确定步进电动机的电压值、电流值以及有无定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，从而就可以确定步进电动机的相数和拍数。在进行步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比i、轴向力f、负载转矩、额定转矩和运行频率，以确定步进电机的具体规格和控制装置。3.4.4 步进电机驱动器的原理与选择(1).步进电机驱动器的选择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比。所有型号驱

29、动器的输入信号都相同，共有三路信号，它们是：步进脉冲信号cp、方向电平信号dir、脱机信号free(此端为低电平有效，这时电机处于无力矩状态；此端为高电平或悬空不接时，此功能无效，电机可正常运行)。它们在驱动器内部的接口电路都相同，见下图。opto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，参见图3-6和图3-7。外围提供电平为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r。 图3-6 输入信号接口

30、电路 图3-7 外接限流电阻r步进电机驱动器的输出信号有两种:.初相位信号：驱动器每次上电后将使步进电机起始在一个固定的相位上，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田，可产生相位记忆功能，其接口见图3-8。图3-8 初相位信号接口电路. 报警输出信号：每台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，驱动器进入脱机状态使电机失电，但这时控制系统可能尚未知晓。如要通知系统，就要用到报警输出信号。此信号占两个接线端子，此两端为一继电器的常开点，报警时触点立即闭合。驱动器正常时，触点为常开状态。触点规格

31、：dc24v1a或ac11ovo3a。一般来说，对于两相四根线电机，可以直接和驱动器相连，见图3-9。 图3-9 电机与驱动器接线图以北京斯达特机电科技发展有限公司生产sh系列步进电动机驱动器(型号为sh-2h057)为例，主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。sh-2h057步进电动机驱动器采用铸铝结构，此种结构主要用于小功率驱动器,这种结构为封闭的超小型结构，本身不带风机，其外壳即为散热体，所以使用时要将其固定在较厚、较大的金属板上或较厚的机柜内，接触面之间要涂上导热硅脂，在其旁边加一个风机也是一种较好的散热办法。此步进电机驱动器的电气技术数据见表3.3：表3.3 sh-2h05

32、7电气技术数据表驱动器型号相数类别细分数通过拨位开关设定 最大 相电流 开关设定工作电源sh-2h057二相或四相混合式二相八拍 3.0a一组直流dc(24v-40v) (2).步进电机驱动器接线示意图见图3-10。图3-10 步进电机驱动器接线示意图(3).步进电机驱动器细分数和电机相电流的设定. 细分数的设定对于两相步进电机,细分后电机的步距角等于电机的整步步距角除以细分数。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。所以我们最好选用细分驱动器。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。但现在的情况不同了，细分驱动器的出现改变了这种观

33、念，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。所以如果用户采用细分驱动器，相数将变得没有意义.电机相电流的设定sh系列驱动器是靠驱动器上的拨位开关来设定电机的相电流，您只需根据面板上的电流设定表格进行设定。3.5 无刷直流电动机的原理与选择要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，如图3-11：inverter中之ah、bh、ch(这些称为上臂功率晶体管)及al、bl、cl(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁

34、铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。 基本上功率晶体管的开法可举例如下：ah、bl一组ah、cl一组bh、cl一组bh、al一组ch、al一组ch、bl一组，但绝不能开成ah、al或bh、bl或ch、cl。此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭，下臂(或上臂)就

35、已开启，结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。 图3-11 无刷直流电机控制原理图当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(ah、bl或ah、cl或bh、cl或)开关导通，以及导通时间长短。速度不够则开长，速度过头则减短，此部份工作就由pwm来完成。pwm是决定电机转速快或慢的方式，如何产生这样的pwm才是要达到较精准速度控制的核心。高转速的速度控制必须考虑到系统的clock 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间，另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式

36、也影响到处理器效能与判定正确性、实时性。至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢，怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。或者速度回传改变以encoder变化为参考，使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好。图3-12 x轴直流无刷电机控制接线图3.6 电气原理图电器原理图见附录。3.7 元器件清单表3.4所示为系统元器件选型清单。表3.4 系统元器件选型清单元器件名称元器件规格元器件型号数量备注12plc可编程控制器24输入 dc24vcpu226 dc/dc/dc1plc可编程控制器扩展

37、模块8输入dc24vem23213夹紧气缸平行夹 hdp 20shdt 163014电磁阀0.150.9mpadc 24v 2.5wsvk 012015无刷直流电机200w 1.10a 0.64nm 3000rpm57bl-2030h1-ls26步进电机220v57byg250c27旋转编码器12v24ve6a2-cw5c18无刷直流电机驱动器220vbl-220329步进电机驱动器sh-20403210行程开关5a125vac/3a250vacz-15gq21-b811光电开关12v24vee-spy4021对12仓库到位开关5a125vac/3a250vacz-15gq21-b313空气开

38、关10a 220v2p14 系统的软件设计4.1 系统的总体程序设计 4.1.1 i/0地址分配表i/o地址分配表见附录。4.1.2 系统的程序流程图及程序编制系统程序流程图见附录。接通电源，程序初始化，机构复位，x轴、y轴、z轴、r轴回零位，设定优先存取仓位并逐行扫描仓位。当小车移动到位置1时，光电开关1闭合，阻挡器工作小车停止移动，检测光电开关2是否闭合。当其闭合时表明小车上有货物，选择入库指令。按预设的存储优先级选择优先存储的仓位，r轴顺时针旋转90°，x、y轴向位置1移动，驱动器比较设定坐标值与编码器值是否相符，实施监控。到达位置1后，r轴逆时针旋转90°，z轴移动

39、指定位移，y轴下降，检测机械手到位后，电磁阀控制气缸夹紧货物，y轴上升，r轴顺时针旋转90°，x、y轴向位置2移动，驱动器监控比较设定坐标值与编码器值是否相符。到达位置2后，r轴顺时针转90°，z轴移动指定位移，y轴下降，检测到位后，电磁阀控制气缸松开货物，y轴上升,r轴逆时针转90°，入库完成。系统开始循环，检测光电开关1是否闭合，即是否有小车到位，当闭合时，阻挡器阻挡小车移动，当光电开关2未闭合时，表示车上无货物，此时执行出库指令。按取货优先级选择仓位，r轴顺时针转90°，x、y轴向位置3移动，检测到位后，r轴顺时针转90°，z轴移动指定位

40、移，y轴下降，检测到位后，电磁阀控制气缸夹紧货物，y轴上升，r轴逆时针转90°，x、y轴向位置1移动，检测到位后，r轴逆时针转90°，z轴移动指定位移，y轴下降，到位后电磁阀控制气缸松开货物，y轴上升，r轴顺时针转90°，出库完成。系统进入下一个循环过程。4.2 旋转编码器程序编制编码器采用增量式编码器，对编码器的高速脉冲计数在cpu226plc中，使用输入端口i0.6、i0.7及i1.2、i1.3 完成输入，采用hsc1和hsc2高速计数器，用模式9，a/b相正交计数器模式完成编码器脉冲的计数。其设置程序如下：ld h:sm0.0movb 16#fc, smb4

41、7 /设置控制位：向上计数；速率1x；已启用；movd +0, smd48 /载入cvmovd +0, smd52 /载入pvhdef 1, 9 /hsc1；模式9eni /允许全局中断hsc 1 /执行hsc指令 4.3步进电机的控制及程序编制4.3.1指令说明脉冲输出指令（plc）检测为脉冲输出（q0.0或q0.1）设置的特殊存储器位，然后激活由特殊存储器位定义的脉冲操作。操作数：q常数（0或1）数据类型：字脉冲输出范围：q0.0到q0.1形式如图4-1：图4-1 程序形式图s7-200的cpu有两个pto/pwm发生器产生高速脉冲串和脉冲宽度可调的波形。一个发生器分配在数字输出q0.0，

42、另一个分配在数字输出q0.1。pto/pwm发生器和寄存器共同使用q0.0和q0.1。当q0.0或q0.1设定为pto或pwm功能时，pto/pwm发生器控制输出，在输出点禁止使用通用功能。映像寄存器的状态、输出强置或立即输出指令的执行都不影响输出波形。当不使用pto/pwm发生器时，输出由映像寄存器控制。映像寄存器决定输出波形的初始和结束状态，以高电平或低电平产生波形的起始和结束。因些在允许pto或pwm操作前把q0.0和q0.1的映像寄存器设定为0。脉冲串（pto）功能提供方波（50%占空比）输出，用户控制周期和脉冲数。脉冲宽度调制（pwm）功能提供连续、变占空比输出，用户控制周期和脉冲宽

43、度。每个pto/pwm发生器有一个控制字节，16位无符号的周期时间值和脉宽值各一个，还有一个32位无符号的脉冲计数值。这些值全部存储在指定的特殊存储器中，一旦这引起特殊存储器的位被置成所示需操作，可通过执行脉冲指令（plc）来调用这些操作。修改特殊寄存器（sm）区（包括控制字节），然后执行plc指令，可以改变pto或pwm特性。把pto/pwm控制字节（sm66.7或sm77.7）的允许位置为0，并执行plc指令，可以在任何时候禁止pto或pwm波形的产生。所有的控制字节、周期、脉冲宽度和脉冲数的缺省值都是0。pto提供指定脉冲个数的方波（50%占空比）脉冲串发生功能。周期可以用微秒或毫秒为单

44、位指定。周期的范围是50到65,535微秒，或2到65,535毫秒。如果设定的周期是奇数，会引起占空比的一些失真。脉冲数的范围是：1到4,294,967,295。如果周期时间少于2个时间单位，就把周期缺省地设定为2个时间单位。如果指定脉冲数为0，就把脉冲数缺省地设定为1个脉冲。状态字节中的pto空闲位（sm66.7或sm76.7）用来指示可编程序脉冲串完成。另外，根据脉冲串的完成调用中断程序（有关中断和通讯指令的细节请见9.15节）。如果使用多段操作，根据包络表c-的完成调用中断程序。请见下面的多段管线。pto功能允许脉冲串排队。当激活的脉冲串完成时，立即开始新脉冲的输出。这保证了顺序输出脉冲

45、串的连续性。有两种方法完成管线，单段管线和多段管线。（1）单段管线：在单段管线中，需要为下一个脉冲串更新特殊寄存器。一旦启动了起始pto段，就必须立即按照第二个波形的要求改变特殊寄存器，并再次执行pls指令。第二个脉冲串的属性在管线一直保持到第一个脉冲串发送完成。在管线中一次只能存入一个入口，一旦第一个脉冲串发送完成，接着输出第二个波形，管线可以用于新的脉冲串。重复这个过程设定下一个脉冲串的特性：除下面的情况外，脉冲串之间进行平滑转换：1） 如果发生了时间基准的改变。2） 如果在利用pls指令捕捉到新脉冲串前启动的脉冲串已经完成。当管线满时，如果试图装入管线，状态寄存器中的pto溢出位（sm6

46、6.6或sm76.6）将置位。当plc进入run状态时，这个初始位化为0。如果要检测序列的溢出，必须在检测到溢出后手动清除这个位。（2）多段管线：在多段管线中，cpu自动从v存储器区的包络表中读出每个脉冲串段的特性。在该模式下，仅使用特殊寄存器区的控制字节和状态字节。选择多段操作，必须装入包络表c-的起始v存储器构的偏移地址（smw168或smw178）。时间基准可以选择微秒或者毫秒，但是，在包络表c中的所示有周期值必须使用一个基准，而且当包络执行时，不能改变。多段操作可以用pls指令启动。每段的长度是8个字节，由16位周期、16位周期增量值和32位脉冲计数值组成。包络表c-的格式如表4.1所

47、示示。多段pto操作的另一个特点是按照每个脉冲的个数自动增减周期的能力。在周期增量区输入一个正值将增加周期：输入一个负值将减小周期；输入0值将不改变周期。如果在许多脉冲后指定的周期增量值导致非法周期值，会产生一个算术溢出错误，同时停止pto功能，plc的输出变为由映像寄存器控制。另外，在状态字节中的增量计算错误位（sm66.4sm76.4）被置为1。如果要人为地终止一个正进行中的pto包络，只需要把状态字节中的用户终止位（sm66.5或sm76.5）置为1。当pto包络执行时，当前启动的段数目保存在smb166（或smb176）中。表4.1 多段pto操作的包络表格式（3）计算包络表值pto发

48、生器的多段管线能力在许多应用中非常有用，尤其在步进电机控制中。图4-2的例子说明了如何生成包络表值，按要求产生输出波形加速电机、恒速运行，然后减速电机。图4-2 包络表值生成对该例，假定需要4000个脉冲达到要求的电机转动数，启动和结束频率是2000hz，最大脉冲频率是10khz。由于包络表c-中的值是用周期表示的，而不是用频率，需要把给定的频率值转换成周期值。所示以，启动和结束的周期是500s，最大频率对应的周期是100s。在输出包络的加速部分，要求在200个脉冲左右达到最大脉冲频率。也假定包络的减速部分，在400个脉冲完成。在该例中，使用一个简单公式计算pto/pwm发生器用来调整每个脉冲

49、周期所示使用的周期增量值：给定段的周期增量 = |ect-ict|/qect = 该段结束周期时间ict = 该段初始化周期时间4.3.2 pto/pwm控制寄存器表c-9-17是控制pto/pwm操作的寄存器，利用图4-3可以作为快速参考，确定放入pto/pwm控制寄存器中的值，启动要求的操作。对pto/pwm0使用smb67，对pto/pwm1使用smb77。如果要装入新的脉冲数（smd72或smd82）、脉冲宽度（smw70或smw80）或周期（smw68或smw78），应该在执行pls指令前装入这些值和控制寄存器。如果要使用多段脉冲串操作，在使用pls指令前也需要装入包络表的起始偏移值

50、（smw168或smw178）和包络表的值。图4-3 pto/pwm控制字节参考图4-4 pto/pwm初始化和操作顺序pto/pwm初始化操作假定s7-200已置成run模式如图4-4，因此初次扫描存储器位为真（sm0.1=1）。如果不是这种情况，或pto/pwm必须重新初始化，你可以用一个条件（不一定是初次扫描存储器位）来调用初始化程序。为了初始化pto，请遵循如下步骤：1、 用初次扫描存储器位（sm0.1）复位输出为0，并调用执行初始化操作的子程序。由于采用这样的子程序调用，后续扫描不会再调用这个子程序，从而减少了扫描时间，也提供了一个结构优化的程序。2、初始化子程序中，把16#85送入

51、smb67，使pto以微秒为增量单位（或16#a8使pto以毫秒为增量单元）。用这些值设置控制字节的目的是：允许pto/pwm功能，选择pto操作，选择以微秒或毫秒为增量单位，设置更新脉冲计数和周期值。3、向smw168（字）写入包络表c-的起始v存储器偏移值。4、在包络表中设定段数，确保段数区（表的第一个字节）正确。5、可选步骤。如果你想在一个脉冲串输出（pto）完成时立刻执行一个相关功能，则可以编程，使脉冲串输出完成中断事件（事件号19）调用一个中断子程序，并执行全局中断允许指令。6、退出子程序。4.3.3 主要程序的编写plc脉冲输出使用脉冲串（pto）功能在输出端q0.0或q0.1输出

52、周期和脉冲数可变的脉冲串，控制步进电机速度与距离。在立体仓库提升机的步进电机控制中，使用下图完成步进电机的定位。其程序流程图如下控制变速。使用了三个子程序。子程序1脉冲输出。子程序2停止程序，子程序3意外情况发生回原点程序。程序流程图如图4-5所示：图4-5 步进电机控制流程图主程序的梯形图如下：子程序1（程序输出）如下所示：子程序2（停止脉冲）如下所示： 子程序3（意外情况发生回原点）如下所示：子程序1 是整个程序设计的核心，用于plc 发出三段包络线的脉冲。对于给定了起始频率、运行频率以及行程的包络线，可以根据公式计算出频率上升的斜率，基于此原则，子程序是假定外部给定三个娈量：起始频率、运

53、行频率、脉冲数（即行程），计算出各段运行脉冲数。子程序2 是用于停止脉冲输出，将smb67 的参数置为0，即不启用脉冲输出，同时初始化系统参数，将步进电机的当前值vd4200 清零。子程序3 是当管线已满时，如果试图装入脉冲列参数，状态寄存器中的pto 溢出位就会置为1，如果检测到溢出，通过该程序将系统复位。主程序是整个系统构成的框架，通过调用不同的子程序，完成控制要求。当触点i0.0每闭合一次时，脉冲个数的设定值从0 开始增加1000，当触点i0.3 每闭合一次时，脉冲个数的设定值从当前值减少1000。当触点i0.1 闭合时，调用子程序1，启用3 段包络线控制电机运行。当触点i0.2 闭合时

54、，调用子程序2，停止电机，复位系统。完成控制要求。4.4无刷直流电机的控制无刷直流电机的控制流程图如图4-6所示，开机后各轴返回零位，系统调用编码器设置程序，并比较目标坐标值与编码器计数值hc，如果目标值大于hc则控制无刷直流电机正转，目标值小于hc值时控制无刷直流电机反转，当二者相等时电机停止。在电机运行过程中，比较起动坐标值与目标值，若起动坐标值大于等于目标值，则继续比较hc值与起动坐标和目标坐标的平均值的大小，若hc值大于等于其平均值则运行变速模块并按量程标定输出；若起动坐标值小于目标值或hc值小于起动坐标和目标坐标的平均值，则运行变速模块并按量程标定输出。图4-6 无刷直流电机的控制流程图4.5 目标料仓号及仓位号的设置为便于现场操作使用, 25个料仓及每