PLC课程设计讲义

1、PLC课程设计讲义王丁、窦寅丰黑龙江大学TVT99A电梯模型一、设计目的1.掌握西门子PLC控制的原理, 掌握三相异步电动机、变频器、传感器（用于平层定位）、旋转编码器（产生高速计数脉冲）、触摸屏的原理及使用。2. 掌握采用远程I/O通信网络系统实现了电梯的PLC控制。二、应用设备 1.立体仓库模型 1台2.计算机 1台3.编程电缆 1根三、原理与步骤将电源及模型与PLC主机入、出口的联线。检查无误后，接通电源。模型处于待机状态，启动PLC运行程序，按动模型选层的内呼或外呼按键，若PLC运行程序编制正确的话，电梯模型将按内、外呼按键指令正常运行。电梯模型上的信号输出端子（内选按钮信号、外选按钮

2、信号、平层、限位信号、厢门限位信号及公共端等）计二十四个，应分别与PLC主机输入端子联接，公共端I与主机输入COM点联接，COM点极性为正。信号电平24V，负载能力不小于100MA。电梯模型上的输入信号端子（外呼指示灯、轿厢控制、内选指示灯、厢门控制、公共端等）计十八个，应分别与PLC主机输出端子联接，公共端与主机输出COM点联接。COM点极性为正，模型输入信号负载为24V10MA/口。若使PLC主机对模型实现完全控制，应选用40点FP1机型（输入口大于20点、输出口大于14点）;也可以选用38点FP0机型。四、调试方法1.开始时，电梯处于任意一层。2.当有外呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号

3、，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时3S后自动关门。3.当有内呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯队信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时3S自动关门。4.在电梯轿厢运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。例如，电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在此过程中可以响应二层向上外呼梯信号，但不响应二层向下外呼梯信号。同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼梯信号，则电梯 可以响应三层向下外呼梯信号。否则，电梯轿厢将继续运行至四楼，然后向下运行响应三层向下外呼梯信号。5.

4、电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯轿厢光去四楼响应四层向下外呼梯信号。6.电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢停止运行后，按开门按钮轿厢门打开，按关门钮轿厢门关闭。五、注意事项 1.楼层微动开关在使用中若发现有失灵现象，可松开两个固定螺母，调整左右位置。2.因运输原因模型上的上支架已反装，用户应按装配图重新安装，并将电机线插接在主电路板上部的两芯插座上。六、设计要求自行分析现有程序并生成分析报告，并在原系统基础上提出创新控制和编程方案（如电梯按某一规律自动运行、待机时固定停在某一层）

5、。在重新编写及调试程序后，生成软件设计报告。TVT99B材料分拣装置一、设计目的1.掌握西门子PLC控制的原理, 掌握气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容2.掌握计算机监控软件，掌握计算机上位监控3.掌握气动方面的减压器、滤清、气压指示,掌握与各类气源之间的接线二、应用设备1.材料分拣装置模型 1台2.计算机 1台3.编程电缆 1根三、原理与步骤该装置采用台式结构，内置电源，配装西门子S7-200系列主机，转接面板上设计了可与其它PLC或单片机连接的转接口。该装置中，选用了颜色识别传感器及对不同材质敏感的电容式和电感式传感器，分别被固定在网板上允许学员重新安装传感器排列位置或选择网板不同区

6、域安装(如三个传感器集中装在汽缸5附近的网板区域)。可增加编程难度，开发学员创造能力。本装置还设置了气动方面的减压器、滤清、气压指示等，可与各类气源相连接。各传感器位置见图1。 (a)信号板图 (b) 传感器位置图 图1各传感器位置及信号板接口1、气源由二联体左侧进气口连接6气管,另一端接至气源。（非长期使用，不要向油杯里注油）2、当选用外部PLC时,可通过转接板与I/O接口连接。四、系统接线说明 PLC地址接口板地址及注释I0.0A相脉冲输入SQ11I0.1推气缸3前位限位LMT3+SQ6I0.2推气缸2前位限位LMT2+SQ4I0.3推气缸1前位限位LMT1+SQ2I0.4下料气缸前位限位

7、LMT5+ SQ10I0.5电感传感器SASQ13I0.6电容传感器SBSQ14I0.7颜色传感器SCSQ15I1.0推气缸4回位限位LMT4- SQ7I1.1推气缸3回位限位LMT3-SQ5I1.2推气缸2回位限位LMT2-SQ3I1.3推气缸1回位限位LMT1SQ1I1.4下料气缸回位限位LMT5SQ9I1.6下料传感器SNSQ12I1.7推气缸4前位限位LMT4+SQ8Q0.0推气缸4电磁阀YV4Q0.1推气缸3电磁阀YV3Q0.2推气缸2电磁阀YV2Q0.3推气缸1电磁阀 YV1Q0.4下料气缸电磁阀YV5Q0.5输送带电动机F补充：PLC输出端子，L+ -24V M-GND PLC输

8、入端子，M-24V接线时，面板上面，红色端子均接到24V上面，黑色端子均接到GND通电时，请仔细检查接线是否正确。五、调试方法1.通电状态下，在颜色传感器下方的传送带上，放置带有某一颜色料块，调节传感器上的电位器，观察窗口中红黄（或绿）指示灯，当两灯恰同时发光时，该灵敏点即为料块颜色检出点。（注：顺时针旋转检测色温向低端移动，否则反之）2.在电感传感器下方的传送带上，放置铁质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铁质材料的检出点。(不同检测体的修正系数见图2所示) 图2 不同检测体的修正系数3.在电容传感器下方的传送带上，放置铝质料块，调整传

9、感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铝质材料的检出点。4.气压表标值建议调定在0.12 Mpa。七、技术要求及指标；1、输入电压 AC200V240V （带保护地三芯插座）2、气源 >0.2Mpa且<0.85Mpa3、分拣功能：分拣出金属与非金属分拣某一颜色块分拣出金属中某一颜色块分拣非金属中某一颜色块分拣出金属中某一颜色块和非金属中的某一颜色块建议分拣颜色为：红、绿、兰建议分拣材料为：铁、铝、塑料等。八、设计要求自行分析现有程序并生成分析报告，并在原系统基础上提出创新控制和编程方案。在重新编写及调试程序后，生成软件设计报告。TVT99C立

10、体仓库模型一、设计目的1.掌握西门子PLC控制的原理,主要以PLC编程练习及位置控制练习。2.掌握步进电机的工作原理,掌握步进电机驱动器的使用方法。3.掌握通过传感器信号采集，PLC编程，实现对步进电机及直流电机进行较复杂的位置控制及时序逻辑控制等功能4.两台或两台以上模型联机控制，可以学习低速工业网络的使用及协议，在上位机监控方面，可以学习多台模型优化控制运行，与实际监控现场的控制规模相似，是一种涵盖了PLC控制技术、位置控制技术、检测技术，局域网络技术的实物仿真模型。二、应用设备 1.立体仓库模型 1台2.计算机 1台3.编程电缆 1根三、原理与步骤 (一)、立体仓库的基本结构立体仓库主体

11、由底盘、四层十二仓位库体、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、直流电机作为拖动元件。电气控制是由西门子公司生产的S7-200型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。控制面板上的开关及按钮功能及仓位号（见图一、二） 图一控制面板上的开关及按钮功能 图二控制面板上的仓位号表一、控制面板上的按钮功能表按键号功能选择定义1自动选择1号仓位手动机构水平向左移动2自动选择2号仓位手动机构垂直向下移动3自动选择3号仓位手动机构水平向右移动4自动选择4号仓位手动机构水平向后移动5自动选择5号仓位手动机构垂

12、直向上移动6自动选择6号仓位手动机构水平向前移动7自动选择7号仓位手动无意义8自动选择8号仓位手动无意义9自动选择9号仓位手动无意义10自动选择10号仓位手动无意义11自动选择11号仓位手动无意义12自动选择12号仓位手动无意义(二)立体仓库硬件原理1.步进电机的原理与选择(1).步进电机的工作原理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

13、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。步进电动机的这种控制功能，是其它电动机无法替代的。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，应按需要合理选用。(2). 步进电动机的特点.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

14、(精度为100)，所以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。.起制动、正反转、变速等控制方便。.价格便宜,可靠性高。.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。.步进电动机带负载惯性的能力不强,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,电机才能获的满意的运行性能。.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). 步进电机驱动系统的基本组成与交直流电动机不同，仅仅接上

15、供电电源，步进电机不会运行的。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，如图三所示 。 图三 步进电机驱动系统的基本组成(4).步进电动机的选择计算在选择步进电动机时首先考虑的是步进电动机的类型选择，其次才是具体的品种选择，在该立体仓库控制系统中要求步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，确定步进电动机采用2相8拍混合式步进电机；在进行步进电动机的品种选择时，要综合

16、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。由于我们使用螺栓机构的定位装置，已知条件和要求条件为：移动部分总重 M=25kg 外力 Fa=4kg.cm磨擦系数 =0.04螺栓机构的效率 =O. 9螺栓轴径 =1.2cm螺栓长 =42cm螺距 P=3mm分辨率 L=0.01mm移动距离 =0.0075mm/步速度 V=2mmin 计算： 设拟选用2相、1.8°步距角的HB型电动机速比(设使用直接驱动方式)i=m×/(360×L)=2×1.8(360×O.01)=1轴向力F=Fa+M=4+0.04

17、5;25=5kg.cm负载转矩=F×P(2 )+(××)/2 =5×0.3(2 ×3.14×0.9)+ (0.3×1.67× 0.3)/(2 ×3.14)=0.289kg.cm 螺栓的惯量 =（×××）/32=（3.14×7.9××42×）/32=0.0675kg.移动体的惯量=M×=25×=0.0571 kg. 负载惯量为=+=0.0675+0.00571=0.1246kg.根据以上计算可以初步选定步进电动机，其惯

18、量为=0.03 kg.，空载起动频率=3000H。由要求的速度可求出运行的频率：f=VL=2000(60×0.01)=3333HZ可知需要加减速的驱动方式。齿轮比：G=360°/L=0.0075 ×360°/ (1.8°×0.01)=150换算到电机轴的负载转矩为T=G×L(+F)/ 2 =150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9) =1.40 kg.cm对首次设计的装置来讲，所选用的电动机通常留有23倍的余量，所以电机转矩=3T=3×1.40=4.2 kg.cm =0

19、.41N.M根据以上的计算，我们在该立体仓库控制系统中的步进电动机采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2相8拍混合式步进电机，它的主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。型号：42BYGHl01。电气原理图如图四所示。快接线插头：红色表示A相，蓝色表示B相；如果发现步进电机转向不对时可以将A相或B相中的两条线对调。图四步进电机的出线图此步进电机的电气技术数据为:电机型号相数步距角相电流驱动电压额定转矩重量42BYGH1012 1.8°1.7ADC24V0.44NM 0.24 kg2.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

20、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V

21、CC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，参见图五和图六。在该立体仓库中由于FP0提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，所以须外部另加1.8K的限流电阻R。 图五 输入信号接口电路 图六 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，其接口见图七。 图七 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

22、)。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：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，见图八。 图八 电机与驱动器接线图所以我们采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的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

23、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为：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九 图九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. 细分数的设定要了解“细分”，先要弄清“步距角”这个概念：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。SH系列驱动器是靠驱动器上的拨位开关

24、来设定细分数的，您只需根据面板上的提示设定即可。在系统频率允许的情况下，尽量选用高细分数。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，例如细分数设定为40、驱动步距角为0.9°/1.8°的电机，其细分步距角为1.8÷40=0.045。可以看出,步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了，如驱动器工作在40细分状态时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状态驱动上例的电机时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°；而用细分驱动器工作在40细分状态时，电机只转动了0.045°，这就

25、是细分的基本概念。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。驱动器细分后将对电机的运行性能产生质的飞跃，但是这一切都是由驱动器本身产生的，和电机及控制系统无关。在使用时，唯一需要注意的一点是步进电机步距角的改变,这一点将对控制系统所发出的步进信号的频率有影响;因为细分后步进电机的步距角将变小，要求步进信号的频率要相应提高。驱动器细分后的主要优点为：a.完全消除了电机的低频振荡。低频振荡(约在200Hz左右)是步进电机的固有特性，而细分是消除它的唯一途径，如果您的步进电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。b.提高了电机的输出转矩。尤其是对三相反应

26、式电机，其力矩比不细分时提高约304096。c.提高了电机的分辨率。由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，提高电机的分辨率是不言而喻的。以上这些优点，尤其是在性能上的优点，并不是一个量的变化，而是质的飞跃。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。(4). 步进电机驱动器指示灯

27、说明驱动器的指示灯共有两种：电源指示灯(绿色或黄色)和保护指示灯(红色)。当任一保护发生时，保护指示灯变亮。(5). 步进电机驱动器电源接口对于超小型驱动器(SH2H057、SH3F075、 SH2H057M、SH-3F075M)，采用一组直流供电DC(24-40V)，注意正负极不要接错，此电源可以由一变压器变压后加整流滤波(无须稳压)组成;或者由一开关电源提供,参考下图。因为PLC需要采用开关式稳压电源供电,所以在该立体仓库中电源应选用开关式稳压电源，见图十。 图十开关式稳压电源3.传感器的选择(1).反射式传感器的选择在该立体仓库中采用欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器作

28、货物检测 ，它是日本欧姆龙公司的产品，采用能抗周围外来光干扰的变调光式；采用变调光式，与直流光式比，不易受外来光干扰的影响；电源电压为DC5-24V的大量程电压输出型；带有容易调整的光轴标识；带有便于调整，动作确认的入光显示灯；其结构图如图十一所示。图十一 反射式传感器结构图工作原理：当物体相对于传感器移动时，反射回来的信号与原先的信号相比较，产生频移，集成电路再把微弱的频移信号进行放大，再经多普勒检测、放大、限幅等措施，最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。反射式传感器的时间图和输出回路图如图十二所示图十二 反射式传感器的时间图和输出回路图它有三根连接线(红、蓝、黑)，红色接电源的正

29、极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。需要注意检测距离不要离传感器太近，否则传感器不能动作；连接是采用接插件方式，千万不要对端子(读出头)进行焊接。此传感器的电气技术数据为型号EE-SPY402形状立式检测方式反射型检测距离5mm(反射率90 15×15mm)应差距离0.2mm(检测距离3mm,横方向)光源(发光波长)GaAs红外发光二级管(940nm)显示灯入光时灯亮 (红)电源电压DC524V±10 脉动(p-p)5以下 消耗电流平均值15mA以上50mA以下控制输出NPN电压输出负载电源电压DC524V负载电流8

30、0mA以下残留电压1.0以下(负载电流80mA时 )残留电压0.4以下(负载电流10mA时 ) 应答频率100HZ使用环境照度受光面照度 白炽灯 太阳光：各3，000x以下环境温度动作时：-10+55°C 保存时-25+65°C(不结冰)环境湿度动作时：585RH 保存时-595RH (不结露) 耐久振动1055HZ 上下振幅1.5mm XYZ各方向2h耐久冲击500m/ X、Y、Z各方向三次 保护构造IEC规格 IP50 连接方式接插件式 (不可进行软钎焊) 质量约2.6 g 外壳材质聚碳酸酯(PC)(2).对射式传感器的选择.对射式传感器的工作原理对

31、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和遮光时ON两种。入光时为ON的对射式传感器的结构图如图十三所示，当24V电压加到发光二极管LED1时，它将光发射给发光二极管LED2，LED2接收到光导通，三极管导通，输出为ON；当发光二极管LED1发射出的光被物体挡住使发光二极管LED2接收不到时，LED2不导通，三极管也不导通，输出为OFF。 图十三 对射式传感器结构图.对射式传感器的选择在该立体仓库控制系统中采用8个对射式传感器作限位控制，其中4只对射式光电传感器分别作为X、Y轴的限位控制，当入光时输出晶体管ON；2只对射式光电传感器分别作为货架在X轴和Y轴的

32、到位检测，当遮光时输出晶体管ON，如果货架未到达正确位置，Z轴电机将不能运行以确保当PLC程序出错时也不至于损坏设备；2只对射式光电传感器作为Z轴的限位控制，当遮光时输出晶体管ON，其信号对应PLC的输入点是X4（后限位）和X5（前限位）。4.微动开关的选择在该立体仓库控制系统中共有13个仓位（四层十二个仓位加0号仓位）分别采用13只微动开关作为货物检测，当有货物时相应开关动作，其信号对应PLC的输入点是X40-X4C；另外为保险起见，在X轴的左限位和Y轴的下限位处还分别加装了1只微动开关作限位保护，以确保立体仓库在程序出错时不损坏；微动开关原理图如图十四所示。 图十四 微动开关原理图5.并联

33、型开关稳压电源的原理和选择(1).并联型开关式稳压电源的原理并联型开关稳压电源是由开关晶体管V和二极管及储能电感L、滤波电容C组成的。除此以外，通常还有较为复杂的驱动电路，调节电路、保护电路、基准电路以及构成闭环回路中的取样电路、放大电路和耦合电路等各个部分，用来对输出电压的大小以及特性进行控制和调节，图十五并联型开关稳压电源的原理框图。图十五 并联型开关稳压电源的原理框图设开关晶体管V的开关转换周期T，导通期的时间为，截止期的时间为，占空比为(T)。图十六 并联型开关稳压电源输出电路的电流、电压波形其工作原理如下：当开关晶体管V处于导通期间，输入电压加到储能电感L的两端(这里我们忽略了V的饱

34、和压降)，二极管因被反向偏置而截止。在此期间流过L的电流为近似线性地增加的锯齿波电流(见图十六)，并以磁能的形式储存在L中。当开关晶体管V截止时，储能电感L两端的电压极性相反，此时二极管被正向偏置而导通。储存在L中的能量通过二极管输送给负载电阻和滤波电容C。在此期间，L中的泄放电流是锯齿波电流的线性下降部分。同理，当开关晶体管V导通期间在储能电感L中增加的电流数值应该等于开关管V截止期间在储能电感L中减少的电流值。只有这样才能达到动态平衡，才能给负载电阻提供一个稳定的输出电压。(2). 开关式稳压电源的选择在该立体仓库控制系统中，考虑到PLC和步进电机驱动器都要求直流24V电源，综合考虑系统用

35、电量、系统运行可靠性和系统设计的规整性，我们选用了DM150-24型并联式开关电源。DM150系列开关电源输出功率大，体积小， 重量轻， 高可靠性，适应宽范围的输入电压变动，具有完备的过压、过流保护功能；内置输入EMI滤波器，具有高抗干扰能力；根据UL478标准设计，耐压1500Vac1分钟；采用端子方式连接，全金属外壳，有卧式和立式两种安装方式。DM150系列开关电源的性能指标见表二表二、DM150系列开关电源的性能指标 型 号 DMl50-24输入电压 ACl70V264V 输入频率 5060Hz输入浪涌电流60A(ACIN 220V，Ta25，冷启动) 输出电压 24V输出电流 6.5A

36、输出功率 156W输出可调范围约±10过流保护外部短路撤除，输出自动恢复 过压保护 27±1V输入-输出绝缘AC1500V，1分钟，10mA；DC500V，绝缘电阻>60M输入-机壳绝缘AC1500V，1分钟，10mA；DC500V，绝缘电阻>50M输出-机壳绝缘AC1500V，1分钟，10mA；DC500V，绝缘电阻>10M 相对湿度Ta=25 相对湿度=80工作环境温度-1040 储存温度 -2055 尺寸重量 200X118X49mm(长X宽X高) 颜色黑色 冷却方式 风冷(三)、系统工作步骤本系统采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构，电机采

37、用步进电机和直流电机，其关键部分是堆垛机，它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，低层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则铲叉向后缩回。整个系统需要三维的位置控制。其实验步骤如下：1.接通电源。2.将选择开关置于手动位置（此时16号有效）3分别点动按键1、2、3、4、5、6，观察水平（X轴）、垂直（Y轴）、前后（Z轴）各丝杠运行情况，运行应平稳，在接近极限位置时，应执行限位保护（运

38、行自动停止）。4.用计算机或手持编程器（需另购）编写程序并下装至PLC。（出厂前已装演示程序，详见光盘，以下描述为演示程序的运行情况）。5.将选择开关置自动位置（通电状态下，各机构复位，即返回零位）。6.将一带托盘汽车模型置零号仓位，放置模型时，入位要准确，并注意到仓位底部检测开关已动作。7.执行送指令（1）选择欲送仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。 （2）按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择仓位内已有汽车，则该指令不被执行）。（3）指令完成后，机械自动返回。（4）零号仓位已无汽车，则下一个送指令（误操作）将不被执行。8.执行取指令（1）选择欲取仓位号，按动仓位号对应

39、按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。（2）按动取指令按钮，观察取出动作（若被选择仓位内无汽车，则该指令不被执行）。（3）指令完成后，机构自动复位。（4）零号仓位已有汽车，则下一个取指令（误操作），将不被执行。9、演示程序中的其它内容（1）当零号仓位上有货物时，若无外部操作指令，“就绪”灯亮，延时10秒后，自动将货物放在仓库号最小的空位上，依次类推。如1#、2#、3#、4#都已有货物，程序延时10秒，10秒内若无外部操作指令，自动将货物放在5#仓库。如1#、3#、4#都已存放货物， 10秒内若无外部操作指令，自动将货物放在2#仓库。在延时的10秒内，若按下数字5#，然后按下“送”键，则运行机构将

40、货物放入5#库，若按下5#键后，想取消此操作，可按下“放弃”键。此时，程序又处在待命状态，“就绪”灯亮，又可进行其它操作。（2）当零号仓位上无货物时，若无人操作，“就绪”灯亮10秒后，程序将把数值最大仓库号里的物品转运至没有放货物的仓号比它小的仓库里。如1#、2#、5#有物，该程序将自动把5#物品转至3#仓库。若需从5#取回物品，放入4#库，操作步骤如下：“就绪”灯亮时，按下按钮键“5”，再按“取”键，运行机构执行程序要求取回货物后，停在起初位置。此时按按键4#，再按“送”键，运行机构将把货物放在4#库，然后停在起初位置，“就绪”灯亮10秒后，若无外部操作指令，程序又将4#库货物转至3#库。四

41、、TVT-99C接线说明符号 i/0 注释 接线d0I0.0d0d1I0.1d1d2I0.2d2d3I0.3d3d4I0.4d4d5I0.5d5d6I0.6d6d7I0.7d7Z_HOMEI1.0Z轴后限位ZLMT- SQ5Z_LIMITI1.1中位检测开关ZLMT+ SQ6X6I1.2托盘检测SN SQ7X7I1.3启动按钮SW0X_LIMITI1.4X轴右限位XLMT+ SQ2X_HOMEI1.5X轴左限位XLMT- SQ1Y_LIMITI1.6Y轴上限位YLMT+ SQ4Y_HOMEI1.7Y轴下限位YLMT- SQ3CHO_CPQ0.0X轴脉冲输出X轴CPCH1_CPQ0.1Y轴脉冲输

42、出Y轴CPCH0_DIRQ0.2X轴方向控制X轴DIRCH1_DIRQ0.3Y轴方向控制Y轴DIRh1Q0.4H0h2Q0.5H1h3Q0.6H2h4Q0.7H3Y6Q1.1Z轴正转送入(向前)+Z轴FY7Q1.2Z轴反转退出(向后)-Z轴RY8Q1.0系统就绪显示YBQ1.3高位显示数据B10YCQ1.4数码显示AB00YDQ1.5数码显示BB01YEQ1.6数码显示CB02YFQ1.7数码显示DB03补充：PLC输出端子，L+ -24V M-GND PLC输入端子，M-24V I1.3 为启动按钮，将sw0拨到下方，则系统启动运行。接线时，面板上面，红色端子均接到24V上面，黑色端子均接到

43、GND通电时，请仔细检查接线是否正确。2细分， 电流1.5A。五、调试方法1、将Z轴上的汽车模型取下，且置Z轴为后极限位置。2、编程使X轴、Y轴回复零位。以后的立体仓库坐标定位以零点（0，0）开始。3、编程使Z轴部件到达1#仓库，且校对位置，力图使仓房中心线与Z轴对齐。记录坐标值（X1，Y1），此坐标值以步进电机的脉冲数为准。4、依次记录2#12#仓库坐标。六、装置中已实施的硬件保护1、X轴极限位保护（SQ0、SQ1）2、Y轴极限位保护（SQ2、SQ3）3、Z轴极限位保护（SQ4、SQ5）4、X轴、Y轴、Z轴协调保护（SQ6、SQ7硬件联锁）以上各种保护开关，确保学员在编程实验中、立体仓库在程

44、序出错时，并不损坏该装置。七、技术参数1、输入电压：AC200V240V（带保护地三芯插座）或DC24V耗电量250W。2、环境：温度-5°40°C，湿度80%。3、外形尺寸：60×45×60CM。八、注意事项1.当0#仓库有货物时，只能有“放”的操作，0#仓库上无货物时，只有“取”的操作。2.演示程序中，只编写了1#6#仓库自动优化放物程序。3.取、送汽车模型应观察模型到位情况，应注意检测开关的动作情况。4.需用手取送模型时，应在断电状态下进行！5.仓库模型应水平放置，并观察Y轴与库体垂线重合情况。若重合不良，应在垫角下垫某一厚度垫片解决。九、设计要求

45、自行分析现有程序并生成分析报告，并在原系统基础上提出创新控制和编程方案。如：使该装置实现如下基本功能1.将Z轴上的货物送到指定位置（由教师指定位置）2.将某一指定位置的货物取出3.自动将某一位置的货物送到另一位置4.将零号位置的货物送到任意位置5.从任意位置取回货物放至零号位6.能够实现低速启动变速运行低速停车的功能7.X、Y、Z极限保护8.012号仓位扫描检测在重新编写及调试程序后，生成软件设计报告。TVT-99D机械手模型一、实验目的1.掌握PLC控制的基本原理、步进电机及驱动模块、直流电机、传感器、开关电源等器件的原理及使用。2.掌握计算机监控软件，掌握计算机上位监控3.掌握位置控制技术

46、、气动技术二、实验设备1.机械手模型 1台2.计算机 1台3.编程电缆 1根三、实验原理与步骤1.步进电机采用二相八拍混合式步进电机，主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。型号：42BYGH101。电气原理图如图一快接线插头：红色表示A相,兰色表示B相.在您做实验时如果发现步进电机转向不对时可以将A相或B相中的两条线对调。2、步进电机驱动模块采用中美合资SH系列步进电机驱动器，主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。电源输入部分由电源模块提供，用两根导线连接，注意极性。(见图二)信号输入部分：信号源由FP0主机提供。由于FP0提供的电平为24V，而输入部分的电平为

47、5V，中间加了保护电路。输出部分：与步进电机连接，注意相序。 3.传感器(1).接近开关：接近开关有三根连接线（红、兰、黑）红色接电源的正极、黑色接电源的负极、兰色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。结构图如（图三）(2).微动开关：当挡块碰到微动开关动作（常开点闭合）见结构图（图四） 图四 微动开关原理图 4.FP0模块由松下FP0系列PLC晶体管输出的主机，具有高速运算能力、PID调节功能、同时可以输出两路脉冲控制两台电机的优点。输出两路脉冲梯形图（图五）。图六为主机模块的面板图。 图五:梯形图及f/t图5、直流电机：输入电压为12V24V，两根导线输入红色为直流电机

48、正极，兰色为负极。6、直流电机控制板：由输入信号、输入电源、输出等组成，输入信号由FP0模块提供；输入电源由电源模块提供；输出驱动直流电机如（图七） 7、电源模块：输入交流电压：110V220V/50HZ、60HZ； 输出直流电压：24V/6.5A； 最大功率： 156W；8、旋转码盘：机械手每旋转3°发出一个脉冲，其结构图如（图八）四、设计程序清单1.I/O地址分配表演示程序PLC的I/O地址分配表：输入X0横轴正限位输出Y0横轴脉冲X1竖轴正限位Y1竖轴脉冲X2横轴反限位Y2横轴方向X3竖轴反限位Y3竖轴方向X4旋转脉冲(Out5)X20手正转限位(Out1)Y20手正转X21手

49、反转限位(Out2)Y21手反转X22底座正限位(Out3)Y22底座正转X23底座反限位(Out4)Y23底座反转Y24电磁阀动作注：Out1Out5为传感器输出。2.演示程序见配套光盘五、调试方法1.接上实验台上控制板的各模块所需的直流电源（DC24V），同时接上PLC主机电源及COM点COM（±）接电源的正极，COM（）接电源的负极。2.定义实验板上的步进驱动器，上为1号下为2号。将1号的步进驱动器输出的信号与机械手横轴的步进电机线相连。将2号的步进驱动器输出的信号与机械手竖轴的步进电机线相连。其它的线，根据线标接在实验板或主机上的相应位置。注：Out（X0）表示传感器的输出与主机输入X0端子相连，不要与主机输出Y0端子相连。3.PLC输出脉冲信号接入步进