基于PLC的立体仓库控制系统的方案设计书

随着国民经济的飞速进展,自动化立体仓库必定会在各行各业中得到越来越广泛的应用。自动化立体仓库是现代物流系统的重要组成局部，是一种多层存放货物的高架仓库系统，由自动把握与治理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机治理把握系统以及其他关心设备组成。本仓库模型把握系统是依据自动化立体仓库运行的根本原理而设计的。在整个把握系统中以三菱FX2N系列PLC作为核心把握元件，专用键盘作为人机接口部件，把握步进电机来驱动一个有三自由度的仓库模型在高强度导轨上做三维运动。以步进电机每转输出的脉冲数为根底，通过键盘对每个仓位予以地址编码，通过PLC对命令键盘进展扫描并得到相应的仓位号，当PLC接收到来自键盘的输入命令后，便输出对应仓位的脉冲数，经过驱动器驱动步进电机按设定的方向转动确定的角度，进而把握传动部件丝杠旋转进展准确的定位，以完成货物的存取功能。另外，为了保证整个把握系统运行的稳定性和牢靠性，我们还承受了限位开关对其进展限位保护。本文首先对该课题的可行性及课题实现的现实意义和价值进展了介绍；其次对该系统的硬件组成、构造、原理进展了阐述和分析；再次对本把握系统的核心——软件进展了编写，论文中即有梯形图又有相应的语句表；最终对设计本课题所学到的学问和结论进展归纳和总结，并对本论文有待完善的地方进展扼要的说明。关键字：立体仓库可编程把握器〔PLC〕步进电机物流治理目录绪论 2本课题设计的背景 2本课题设计的内容 3本课题设计的目的和意义 3系统把握方案确实定 4\l“_TOC_250016“自动化立体仓库的概述 4\l“_TOC_250015“承受PLC把握立体仓库的优点 5\l“_TOC_250014“系统设计的根本步骤 5\l“_TOC_250013“系统把握方案 6\l“_TOC_250012“立体仓库技术参数确实定 8\l“_TOC_250011“系统硬件设计 8\l“_TOC_250010“把握系统构造设计 8\l“_TOC_250009“可编程把握器(PLC)的选型 9\l“_TOC_250008“PLC概述 9PLC的选型 10步进电机的选择 11步进电机的原理 11步进电机的选择 12\l“_TOC_250007“步进电机驱动器的选择 15\l“_TOC_250006“传感器的选择 17微动开关的选择 19\l“_TOC_250005“PLC输入输出安排表 19\l“_TOC_250004“电气原理图的设计 20系统把握软件设计 21PLC梯形图概述 21三菱编程软件的特点 22系统流程图 23梯形图的设计 23\l“_TOC_250003“系统调试及结论 23\l“_TOC_250002“梯形图程序的下载〔传送〕 23\l“_TOC_250001“程序运行过程记录 245.3结论 25附录I PLC设计的梯形图 26\l“_TOC_250000“参考文献 36·引言可编程把握器(ProgrammableLogicController)，简称PLC2070年月以来，在集成电路、计算机技术根底上进展起来的一种型工业把握设备。由于它具有功能强、牢靠性高、配置灵敏、使用便利以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面进展很快，除有很多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多地承受PLC把握系统取代传统的继电-接触器把握系统。与继电—接触器系统相比系统更加牢靠；占位空间比继电—接触器把握系统小；价格上能与继电—接触器把握系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、修理；能直接推动电磁阀、接触器与于之相当的执行机构；能向中心执行机构；能向中心数据处理系统直接传输数据等自动化立体仓库也称立库，是在不直接进展人工参与的状况下自动地存储和取出物料的系统。它是承受高层货架存储货物，用特地的仓储作业设备进展货物出入库作业的仓库。与传统继电器接触装置相比，PLC具有体积小、抗干扰力气强和牢靠性高等优点。现.绪论本课题设计的背景立体仓库一般是指承受几层、十几层乃至几十层高的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备进展货物入库和出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“立体仓库”。立体仓库的产生和进展是其次次世界大战之后生产和技术进展的结果。50年月初，美国消灭了承受桥式堆垛起重机的立体仓库；50年月末60年月初消灭了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库；1963年美国领先在高架仓库中承受计算机把握技术，建立了第一座计算机把握的立体仓库。此后，自动化立体仓库在美国和欧洲得到快速进展，并形成了专门的学科。60年月中期，日本开头兴建立体仓库，并且进展速度越来越快，成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。我国对立体仓库及其物料搬运设备的研制开头并不晚，1963年研制成第一台桥式堆垛起重机〔机械部北京起重运输机械争论所〕，1973年开头研制我国第一座由计算机把握的自动化立体仓库〔高15M，机械部起重所负责〕，该库1980年投入运行。到目前为止，我国自动化立体仓库数量已超过200座。立体仓库由于具有很高的空间利用率、很强的入出库力气、承受计算机进展把握治理而利于企业实施现代化治理等特点，已成为企业物流和生产治理不行缺少的仓储技术，越来越受到企业的重视。自动化仓库应用范围很广，几乎遍布全部行业。在我国，自动化仓库应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〕研制书世界第一台可编程把握器，并成功地应用在美国〔GM〕的生产线上。但当时只能进展规律运算，故称为可编程规律把握期，简称PLC〔programmablelogiccontroller〕。70年月后期，随着微电子技术和计算机的迅猛进展，使PLC从开关量的规律把握扩展到数字把握及生产过程把握域，真正成为一种电子计算机工业把握装置，故称为可编程控制器，简称PC〔programmablecontroller〕.但由于PC简洁与个人计算机〔programmablecomputer〕相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程器的缩写。1985年国际电工委员会〔IEC〕对PLC的定义如下：可编程把握器是一种进展数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业把握器，它承受了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行规律运算、挨次把握、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，把握各种类型机械的生产过程。PLC是继电器规律把握系统进展而来，所以它在数学处理、挨次把握方面具有确定优势。继电器在把握系统中主要起两种作用：〔1〕规律运算〔2〕弱电把握强电。PLC是集自动把握技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种型工业把握装置，已跃居工业自动化三大支柱〔PLC、ROBOT、CAD/CAM〕的首位。可编程把握器，简称PLC。它在集成电路、计算机技术的根底上进展起来的一中型工业把握设备。具有1.牢靠性高、抗干扰力气强2.设计、安装简洁，维护工作量少4.功能强、通用性好5.开发周期短，成功率高6.体积小，重量轻、功耗底等特点。已经广泛应用于自动化把握的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电——接触器系统相比系统更加牢靠；占位空间比继电——接触器把握系统小；价格上能与继电——接触器把握系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、修理；能直接推动电磁阀、触器与于之相当的执行机构；能向中心执行机构；能向中心数据处理系统直接传输数据等。因此，进展立体仓库的PLC把握系统的设计，可以推动机械手行业的进展，扩大PLC在自动把握领域的应用，具有确定的经济和理论争论的价值。本课题设计的内容FX2N系列PLC的立体仓库把握系统的设计。仓位的主体框架除包括十二个库位外，还配有一个物品入口位和一个出口位，并在这十二个库位的底部均设置有检测开关，假设库内有物品，则压制相应的检测开关使之闭合，假设无物品，则相应的检测开关断开。本课题设计的目的和意义传统条件下的库房治理作业，主要依据人工装卸，特别是对于一些大型物资，不仅工作效率低，铺张大量的人力、物力，存在较大的安全隐患，同时还占据大量的库房面积。立体库的投入使用，彻底解决了这一难题.自动化立体仓库可以产生巨大的社会效益和经济效益。它通过高层货架存储，使存储区大幅度地向高空进展，提高了空间利用率；自动化立体仓库承受层积式存放，结合计算机治理，可以很简洁实现先入先出，防止货物的自然老化、变质和损坏；通过自动存取系统(AS/RS),加快了运行和处理速度，提高了劳动生产率，降低操作人员的劳动强度；承受自动化技术后，还能较好地适应黑暗、低温、污染、有毒和易爆等特别场合的物品存储需要；计算机把握能够始终准确无误地对各种信息进展存储和治理，削减了货物处理和信息处理过程中的过失；同时借助于计算机治理还能有效地利用仓库存储力气，便于清点和盘库，合理削减库存，加快资金周转，节约流淌资金，从而提高仓库的治理水平。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统集成，实现企业信息治理的自动化。同时，由于使用自动化仓库，促进企业的科学治理，削减了铺张，保证均衡生产，也提高了操作人员素养和治理人员的水平。系统把握方案确实定自动化立体仓库的概述自动化立体仓库是指在不直接进展人工处理的状况下,自动地完成物品仓储和取出的系统,它以高层立体货架为主体,以成套搬运设备为根底,是集自动把握技术、通信技术、机电技术于一体的高效率、大容量存储机构。自动化立体仓库的消灭,实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变。用PLC把握的自动化立体仓库到达仓储技术的全面自动化。自动化立体库根本由以下局部组成:高层货架:用于存储货物的钢构造。目前主要有焊接式货架和组合式货架两种根本形式。托盘〔货箱〕：用于承载货物的器具，亦称工位器具。巷道堆垛机:用于自动存取货物的设备。按构造形式分为单立柱和双立柱两种根本形式；按效劳方式分为直道、弯道和转移车三种根本形式。输送机系统:立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类格外多，常见的有辊道输送机，链条输送机，升降台，安排车，提升机机，皮带机等。AGV系统:即自动导向小车。依据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。自动把握系统:驱动自动化立体库系统各设备的自动把握系统。目前以承受现场总线方式为把握模式为主。库存信息治理系统:亦称中心计算机治理系统。是全自动化立体库系统的核心。目前典型的自动化立体库系统均承受大型的数据库系统〔如ORACLE，SYBASE等〕构筑典型的客户机/效劳器体系，可以与其他系统〔如ERP系统等〕联网或集成。PLC把握立体仓库的优点1、低本钱利用电力线上网，最大的优点就是本钱低。由于利用电力线上网，直接使用现有电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设线、光电缆等，大大地削减了在基础网络上的投资。2、范围广无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最根底的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比较的。由于家家都有电力线，由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入效劳渗透到每一个家庭.因此，这一技术一旦进入商业化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的进展空间。3、高速利用电力线上网能够供给高速传输。德国最大的电力设备生产商RWE承ISDN30多倍,比ADSL更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的PLC产品正在研制之中。4、便捷不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上，就可马上拥有PLC带来的高速网络享受!5、永久在线PLC属于“即插即用“，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！6、构造灵敏通过PLC技术实现Internet接入，可以灵敏扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术，因此，电力线通信220V线路变压器的用户端。7、家庭数字化PLC技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来把握自己家里的电器设备。系统设计的根本步骤立体仓库系统设计与调试的主要步骤，如以以下图2-1所示：在立体仓库把握系统的设计过程中主要要考虑以下几点：深入了解和分析立体仓库的工艺条件和把握要求。确定I/O设备。依据立体仓库把握系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。I/O点数选择适宜的PLC类型。安排I/O点，安排PLC的输入输出点，编制出输入输出安排表或者输入输出端子的接线图。设计立体仓库系统的梯形图程序，依据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个立体仓库系统设计的核心工作。将程序输入PLC进展软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。立体仓库整体调试，在PLC软硬件设计和现场施工完成后，就可以进展整个系统的联机调试，调试中觉察的问题要逐一排解，直至调试成功。系统把握方案

图2-1立体仓库把握系统设计步骤德马物流公司需要装一立体仓库十二个仓库位、有物品出入口位与输出口位，各仓位能自检，其动作示意图(2)所示。立体仓库的构造示意图见以以下图2-2所示:堆垛机动堆垛机动作指示灯自动堆垛机四层三列立体库反射式传感器堆垛机伸叉称重仪线位联动自动堆垛机电源直流开头电源直流开头电源供步进堆垛机把握PLC:Fx-2n-80mr机驱动模块行走步进电升降步进电机驱动模块机驱动模块2-2立体仓库构造示意图依据某一物流公司对立体仓库的具体要求，本课题所设计的立体仓库具有以下功能：1、堆垛机〔机械手〕要有三个自由度，即：前进、后退；上、下；左、右；2、堆垛机的运动由步进电机驱动；3、堆垛机前进〔或后退〕运动和上〔或下〕运动可同时进展；4、堆垛机前进、后退和上、下运动时必需有超限位保护；5、每个仓位必需有检测装置〔微动开关〕，当操作有误时发出错误报警信号；；6、当按完仓位号后，没按入或取前，可以按取消键进展取消该操作。7、整个电气把握系统必需设置急停按钮，以防发生意外。立体仓库技术参数确实定出/入货柜台最重物品20Kg每个仓位的高度出/入货柜台最重物品20Kg每个仓位的高度4．5CM仓位的上下距离0．5CM仓位的平行距0．5CM仓位的体积4M3可编程把握器〔PLC〕电源24VDC堆垛机电源220VAC,50Hz系统硬件设计把握系统构造设计本设计是运用PLC把握系统来把握立体仓库的运动的方式。能快速的对输入信号做出反响把握立体仓库，便于检修。把握系统构造图如图3-1所示。启动启动手动/自动取出送进取消前进急停 后退1号仓库键 向上12PLC向下检验0号仓送进检验12号仓取出前进限制后退限制 后退超过 向上限制 向下限制 向下超过前时限制3-1把握系统构造图可编程把握器(PLC)的选型PLC概述ProgrammableController，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电把握器。它源于继电器把握技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的把握。PLC基于电子计算机，但并不等同于一般计算机。一般计算机进展入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的牢靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于修理及抗干扰等问题,入出信息变换及牢靠的物理实现，可以说是PLC实现把握的两个根本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电把握装置多的多、强的多。PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有牢靠的自身监控系统，因而具有以下根本的功能：1规律处理功能；2数据运算功能；3准确定时功能；4高速计数功能；5中断处理〔可以实现各种内外中断〕功能；6程序与数据存储功能；7联网通信功能；8自检测、自诊断功能。可以说，凡一般小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。像PLC这样。集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电把握电路所无法比较的。丰富的功能为PLC的广泛应用供给了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化制造了条件。PLC的选型在PLC系统设计时，首先应确定把握方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。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，应具体分析工艺过程的特点、把握要求，明确把握任务和范围确定所需的操作和动作，然后依据把握要求，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，最终选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的把握系统。输入输出〔I/O〕点数的估算I/O10%～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，还需依据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进展圆整。依据估算的方法故本课题的I/O点数为输入40点，21点。存储器容量的估算存储器容量是可编程序把握器本身能供给的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用工程使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。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，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有确定估算，通常承受存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，很多文献资料中给出了不同公式，大体上都I/O10～15I/O100倍，以此数为内存的总字数〔16位为一个字〕，另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应5000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。把握功能的选择该选择包括运算功能、把握功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。依据本课题所设计的自动门把握的需要，主要介绍以下几种功能的选择。把握功能PLC主要用于挨次规律把握，因此，大多数场合常承受单回路或多回路把握器解决模拟量的把握，有时也承受专用的智能输入输出单元完成所需的把握功能，提高PLC的处理速度和节约存储器容量。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只为编程器供给效劳，不对现场设备进展把握。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进展把握，不能进展编程。离线编程方式可降低系统本钱，但使用和调试不便利。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场把握，并在一个扫描周期内与编程器进展数据交换，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，主机就依据收到的程序运行。这种方式本钱较高，但系统调试和操作便利，在大中型PLC中常承受。五种标准化编程语言：挨次功能图〔SFC〕、梯形图〔LD〕、功能模块图〔FBD〕三种图形化语言和语句表〔IL〕、构造文本〔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C，Basic等，以满足特别把握场合的把握要求。诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的规律推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展诊断是内诊断，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展诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术力气的要求，并影响平均修理时间。机型的选择(1)PLC的类型FX2系列可编程把握器主机分为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，不必转变机型，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把握系统有输入信号40个，输出信号21个。其中，外部输入元件包括：检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限位保护等等；输出有三个步进电机的正反向、动作指示、错误显示等等。依据上述配置，所选I/O点不得低于61点，结合实际状况，所选I/O80点。因此我所选型号为FX2N-80MR。〔2〕经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。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，进展比较和兼顾，最终选出较满足的产品。输入输出点数对价格有直接影响。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、把握功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个把握系统有较合理的性能价格比。本课题所设计的立体仓库属于小型把握系统，结合经济性的考虑因此选择整体型PLC。依据我组设计的立体仓库其输入点数为 40点、输出电数为21点，所以选择三菱FX2N-80MR。步进电机的选择步进电机的原理步进电机是数字把握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，转变输入脉冲的数目就能把握步进电动机转子机械位移的大小；转变输入脉冲的通电相序，就能把握步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的把握。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，转变电脉冲的频率大小和通电相序，就能把握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把握。步进电动机的这种把握功能，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，但电动机的构造和驱动电源就会简洁，本钱就会增加，应按需要合理选用。步进电机的选择、步进电动机的特点①、步进电动机是一种作为把握用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积存误差(精度为100％)，所以广泛应用于各种开环把握。②、步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比③、步距值不简洁由于电气、负载、环境条件的变化而转变,使用开环把握(或半闭环把握)就能进展良好的定位把握。④、起制动、正反转、变速等把握便利。⑤、价格廉价,牢靠性高。⑥、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。⑦、步进电动机带负载惯性的力气不强,在使用时既要留意负载转矩的大小,又要留意负载转动惯量的大小,只有当两者选取在适宜的范围时,电机才能获的满足的运行性能。⑧、由于存在失步和共振，因此步进电机的加减速的方法依据利用状态的不同而简洁多变。、步进电机驱动系统的根本组成与交直流电动机不同，仅仅接上供电电源，步进电机不会运行的。为了驱动步进电动机，必需由一个打算电动机速度和旋转角度的脉冲发生器〔在该立体仓库把握系统中承受PLC作脉冲发生器进展位置把握〕、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲安排器、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3-2所示。3-2步进电机驱动系统的组成、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，在该立体仓库把握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，确定步进电动机承受2相8拍混合式步进电机；在进展步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩定步进电机的具体规格和把握装置。

Tl、额定转矩

TN和运行频率

fy，以确由于我们使用螺栓机构的定位装置，条件和要求条件为：移动局部总重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 DB=1.2cmB螺栓长 B

=42cm螺距 P=3mm区分率 L=0.01mm移动距离 =0.0075mm/步速度 V=2m／min计算：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× b/(360×L)=2×1.8／(360×O.01)=1轴向力F=Fa+M=4+0.04×25=5kg.cm负载转矩×l00T =F×P／(2)+( F×P)/2×l00=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BBBJ =〔××L×D4〕/32BBB=〔3.14×7.9×103×42×1.24〕/32=0.0675kg.cm2移动体的惯量tJ=M×(P/2)2t=25×(0.3/6.28)2=0.0571kg.cm2负载惯量为JL=JB+Jt=0.0675+0.00571=0.1246kg.cm2依据以上计算可以初步选定步进电动机，其惯量为JM=0.03kg.cm2，空载起动频fs=3000H。由要求的速度可求出运行的频率：f=V／L=2023／(60×0.01)=3333HZ可知需要加减速的驱动方式。b齿轮比：G=360°/ L=0.0075×360°/(1.8°×0.01)=150b换算到电机轴的负载转矩为T=G×L(Tl+F)/2=150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9)=1.40kg.cm对首次设计的装置来讲，所选用的电动机通常留有 2～3倍的余量，所以电机转矩NT =3T=3×1.40=4.2kg.cm=0.41N.MN依据以上的计算，在该立体仓库把握系统中的步进电动机承受北京斯达特机电科技发展生产的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3-3所示。快接线插ABA相或B相中的两条线对调。3-3步进电机的出线圈3-1步进电机的电气技术数据电机型号相数步距角相电流驱动电压额定转矩重量42BYGH10121.801.7ADC24V0.44N·M0.24kg步进电机驱动器的选择、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展驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把把握系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：把握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。全部型号驱动器的输入信号都一样，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一样，见以以下图。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，OPTOVCCVCC是+5VVCC不是+5V则须外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光耦供给8-15mA的驱动电流，参见图3-4和图3-5FP024V5V，所以须1.8K的限流电阻R。图3-4输入信号接口电路 图3-5外接限流电阻R步进电机驱动器的输出信号有两种:①、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。此信号和把握系统协作使田，可产生相位记忆功能，其接口见图3-6。3-6初相位信号接口电路②、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，但这时把握系统可能尚未知晓。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，报警时触点马上闭合。驱动器正常时，触点为常开状态。触点规格： DC24V／1A或AC11OV／O．3A。一般来说，对于两相四根线电机，可以直接和驱动器相连，如图3-7所示。3-7电机与驱动器接线图所以我承受SHSH-2H057。主要由电源输入局部、信号输入局部、输出局部组成。SH-2H057步进电动机驱动器承受铸铝构造，此种构造主要用于小功率驱动器,这种构造为封闭的超小型构造，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方法。此步进电机驱动器的电气技术数据为：3-2步进电机驱动器的电气技术数据驱动器型号 相数 类别

细分数通过拨位开关设定

最大相电流开关设定

工作电源一组直流SH-2H057 二相或四相 混合式 二相八拍、步进电机驱动器接线示意图见图3-8

3.0A

DC(24V-40V)3-8步进电机驱动器接线示意图传感器的选择在该立体仓库中承受欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器作货物检测，它是日本欧姆龙公司的产品，承受能抗四周外来光干扰的变调光式；承受变调光式，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；带有简洁调整的光轴标识；带有便于调整，动作确认的入光显示灯；反射式传感器的时间图和输3-9所示。3-9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。需要留意检测距离不要离传感型号EE-SPY402立式检测方式反射型型号EE-SPY402立式检测方式反射型检测距离5mm(90﹪15×15mm)应差距离0.2mm(3mm,横方向)光源(发光波长)GaAs～红外发光二级管(940nm)显示灯(红)电源电压DC5～24V±10﹪(p-p)5﹪以下消耗电流15mA50mA以下把握输出应答频率NPN电压输出负载电源电压DC5～24V80mA以下1.0以下(80mA)0.4以下(10mA)100HZ使用环境照度受光面照度白炽灯太阳光：各3，000 x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：5～85﹪RH保存时-5～95﹪RH(不结露)耐久振动耐久冲击保护构造10～55HZ1.5mmXYZ2h500m/s2 X、Y、Z各方向三次IEC规格IP50连接方式(不行进展软钎焊)质量2.6g外壳材质聚碳酸酯(PC)此传感器的电气技术数据为:3-3传感器的电气技术数据微动开关的选择13个仓位〔0号仓位〕分别承受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X22-X36；另外为保险起见，在X轴的左限位和Y1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3-10所示。3-10微动开关原理图PLC输入输出安排表依据本课题PLC输入输出的把握要求，得出PLC输入输出I/O3-4所示。3-4PLC输入输出I/O安排X0启动X242号仓库Y0前进X1手动/自动X253号仓库Y1后退X2取出X264号仓库Y2向上X3送进X275号仓库Y3向下X4取消X306号仓库Y4送进X5急停X317号仓库Y5取出X61号仓库的键X328号仓库Y6显示取出X72号仓库的键X339号仓库Y7显示送进X103号仓库的键X3410号仓库Y10显示操作错误X114号仓库的键X3511号仓库Y111号仓库X125号仓库的键X3612号仓库Y122号仓库X136号仓库的键X37前进限制Y133号仓库X147号仓库的键X40后退限制Y144号仓库X158号仓库的键X41后退超过Y155号仓库X169号仓库的键X42向上限制Y166号仓库X1710号仓库的键X43向下限制Y177号仓库X2011号仓库的键X44向下超过Y208号仓库X2112号仓库的键X45前时限制Y219号仓库X220号仓库X46取出限制Y2210号仓库X231号仓库X47取出超过Y2311号仓库Y2412号仓库电气原理图的设计依据立体仓库的课题设计要求，得出如以以下图3-11电气原理图。启急停手动/手动/自动SB0SB4SB5SB1SB2SB3限制开关SB6SB21微动开关X0X5X.2X.3X4X37X40X41X42X43X44X45X46X47X6……X21X22……X36X1COMPLCFX2N-80MRCOMY6Y7Y10 Y11 Y24Y0Y1 Y2Y3 Y4Y5指示灯Dc24CPDIOPTO步R公进方共脉向阳步进电机驱动器3-11电气原理图系统把握软件设计PLC梯形图概述梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器把握系统的电路图很相像，具有直观易懂的优点，很简洁被工厂电气人员把握，特别适用于开关量规律把握。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、内部关心继电器等，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“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。假设该存储单元为“0”状态，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，还有特别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(Busbar)，。在分析梯形图的规律关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线〔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”从左向右流淌。右母线可以不画出。依据梯形图中各触点的状态和规律关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的规律解算。梯形图中规律解算是按从左至右、从上到下的挨次进展的。解算的结果，马上可以被后面的规律解算所利用。规律解算是依据输入映像存放器中的值，而不是依据解算瞬时外部输入触点的状态来进展的。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出局部〔I/O〕完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入〔DI〕，开关量输出〔DO〕，模拟量输入〔AI〕，模拟量输出〔AO〕等模块。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，还有特别I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。三菱编程软件的特点本设计的梯形图编程是运用三菱公司的GXDeveloper7.0编程软件完成的。1、制作程序2、对可编程把握器CPU的写入/读出3、监视功能，监视功能包括回路监视，软元件同时监视，软元件登陆监视机能。此功能对于自动门的把握系统在查找故障的时候是格外重要的。4、模拟调试功能，把制作好的可编程把握器程序模拟写入可编程把握器的CPU内，测试此程序能否正常运转。次功能对于在完成自动门程序的时候进展程序的检查是很重要的。5、PC诊断功能，由于会见现在的错误状态或是故障履历表示出来，可以在短时间内恢复作业。对于自动门系统以后的故障查找是很重要的一项功能。GXDeveloper7.0软件的特长：1、软件的共通化GXDeveloper能够制作Q系列，QnA系列，A系列〔包括运动把握〔SCPU〕〕,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。此外，选择FX系列状况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。2、利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升，能够将Excel,Word等作成的说明数据进展复制，粘贴，并有效利用。3、程序的标准化标号编程用标号编程制作可编程把握器程序的话，就不需要生疏软元件的号码而能够依据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。功能块FB是以提高挨次程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发挨次程序时反复使用的挨次程序回路块零件化，使得挨次程序的开发变得简洁。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的挨次程序时的挨次输入错误。宏只要在任意的回路模式上加上名字〔宏定义名〕登录〔宏登录〕到文档，然后输入简洁的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵敏利用了。4、能够简洁设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成简洁的系统的状况下也能够简洁的设定。系统流程图依据系统工作过程的分析得出，示意图4-1所示梯形图的设计 堆垛机初始化(各轴向询问是否有要货单本系统运用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件进展梯形图顺控程序编写，在编写梯形图的过程中遵循以下编程规章：