1、 摘要随着国民经济的飞速发展,全自动的现代生产物流系统在各行各业中得到越来越广泛的应用。货物堆垛系统是现代物流系统的重要组成部分,是一个将零散的单件箱体集中在一起的码垛系统,由托盘供给器机构、托盘传送机构、货物提升机构、货物推进机构、货物传送机构及其他辅助设备组成。整个控制系统以西门子 S7-200 系列 PLC 作为核心控制元件,控制各电动机及其他辅助器设备的运动完成货物的接受、堆垛、传送工作。由变频器控制的交流异步电动机控制货物传送带的运行;直流电动机带动各工作部件完成码放工作。另外,为了保证整个控制系统运行的稳定性和可靠性,我们还采用了限位开关对其进行限位保护。 本文首先对该课题的可行性
2、及课题实现的现实意义进行了介绍;其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析;再次对本控制系统的核心?软件进行了编写;最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结。关键字:货物堆垛 可编程控制器(PLC) 定位 自动控制AbstractWith the rapid development of the national economy, fully automated modern production and logistics systems are widely applied in all walks of life. Goods stacking system is an
3、important part of modern logistics system. It is used to scattered single piece box stacking system together. And it is consist by the tray supply mechanism,tray transport mechanism,goods lifting mechanism,goods promoting mechanism,goods transport mechanism and other auxiliary equipment.In this syst
4、em we use the PLC of Siemens S7-200 as the whole control system and a dedicated keyboard as a man-machine interface unit to control the movement of the motor and other ancillary equipment which will complete the job of cargos acceptance, stacking and transfer. The AC induction motor controlled by in
5、verter will control the operation of the cargo conveyor. The DC motor will drive the various components to complete the laying work. In addition, in order to ensure the stability and reliability of the entire control system, we also adopted limit switches to protect the system.Firstly, the subject i
6、ntroduce the feasibility and the practical significance; followed by the elaborate and analysis of the hardware systems composition, structure, principle, then to write the core of this control system-the software; at last, to sum up the knowledge and conclusions in this topic.Keywords: Goods stacki
7、ng system Programmable logic controller PLC Locate Automatic control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
8、收集、保存、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: 目录摘要 IAbstract II目录 III第一章 绪论 11.1 本课题设计背景 11.2 本课题设计的内容 21.3 课题的目的与要求 2第二章 系统总体设计 32.1 货物堆垛的概述 32.2 采用 PLC 控制货物堆垛的优点 32.3 货物堆垛 PLC 控制系统设计的基本步骤 42.4
9、系统控制方案 6第三章 货物堆垛 PLC 控制系统硬件的选择 93.1 可编程逻辑控制器 PLC 选型 93.1.1 PLC 概述 93.1.2 PLC 的选型 103.2 PLC 输入/输出设备 133.2.1 直流电动机选择 133.2.2 三相异步电动机的选择 143.2.3 传感器选择 153.2.4 继电器的选择 16第四章 电动机控制 174.1 传送带变频调速部分 174.1.1 变频调速的原理 174.1.2 变频器的基本原理 184.1.3 变频器的选择 184.1.4 西门子 MM420 变频器简介 194.1.5 变频调速系统设计 204.2 直流电动机的迅速停车 25第
10、五章 货物堆垛 PLC 控制系统的硬件连接 285.1 货物堆垛 PLC 控制系统 I/O 分配 285.2 货物堆垛 PLC 控制系统的硬件连接 29第六章 货物堆垛 PLC 控制系统分步程序设计 306.1 系统复位 326.2 货物传送 356.3 堆垛 36总结 44参考文献 45致谢 46第一章 绪论1.1 本课题设计背景产物流作业系统是生产制造各个环节组成有机整体的纽带,可完成货物的装箱、搬运、分类、堆垛、仓储等过程。从 20 世纪中叶开始,物流产业作为国民经济的一个重要的产业在全球化范围内迅速发展。传统生产物流系统设备和管理落后,缺乏集成化和系统化,越来越不能适应现代的大型物流仓
11、储。而现代物流系统综合了电子、机械、自动化控制等技术及计算机科学、管理学等于一体,具有先进的技术优越性,已经取得了较高的经济效益。堆垛系统是现代物流系统的第三个单元,通过对货物的自动堆垛,可减轻劳动强度,提高生产效率。传统条件下的堆垛作业,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,浪费大量的人力、物力,存在较大的安全隐患,货物堆垛 PLC 控制系统能够有效地解决这些问题,同时在经济上产生巨大的效益。目前,发达国家普遍采用四代集成物流。其现代形物流系统已经完成加工配送一体化、包装标准化、装卸机械化、运输合理化、仓储自动化、信息管理网络化等技术。其发展正沿着集成化、虚拟化、绿色化和
12、标准化的方向飞速发展发展。其货物堆垛系统已经发展到相当成熟的程度。我国于 80 年代末 90 年代初开始对国外的先进物流系统设备与技术进行引进和消化吸收,现已经有了突飞猛进的发展。但是,我国的现代物流起步较晚,目前的发展还处于方兴未艾的阶段。而货物堆垛系统作为物流系统的一个子单元,在我国的发展较发达国家还相对落后。目前只有少数物流系统的堆垛单元实现了全自动化,而其他多数仍是手动或半自动操作甚至是人工堆垛,真正采用计算机管理和控制实现堆垛单元的全自动堆垛的还很少。究其原因,主要是我国堆垛基础设施落后,技术装备陈旧,堆垛系统现代化程度低,从而影响其效率的提高。综上所述,我国现代物流作业系统的发展虽
13、然已取得很大的进步,但仍然不能满足市场日益增长的需求。货物堆垛系统作为现代物流系统中的重要环节,其发展尤为重要。1.2 本课题设计的内容本课题的要完成的主要任务是基于西门子 S7-200 系列 PLC 的货物堆垛系统控制程序的设计,主要包括硬件系统的设计和软件程序的编写两个方面。具体是1.确定被控系统必须完成的动作及逻辑关系;2.选择合理的输入/输出硬件设备;3.绘制 PLC 外部接线图;4.完成具有良好可读性的 PLC 梯形图程序。通过 PLC 程序控制,自动的实现各工作部件的三维运动、精确定位、速度调节等功能,通过各部分的有机协调,完成货物的接受、堆垛、传送工作。提高货物堆垛工作的效率与自
14、动化程度。1.3 课题的目的与要求本单元针对物料输送和堆垛系统结构,设计堆垛的 PLC 控制过程及程序,控制系统各部分的协调运动,实现货物的自动垛码,从而减轻劳动强度,提高生产效率。 本单元的正常运行对整个物流作业系统起着至关重要的作用。本课题要求学生有一定的电气与 PLC 基础,通过本课题的设计锻炼学生综合运用专业知识的能力,初步学会 PLC 运动控制系统的设计方法。第二章 系统总体设计2.1 货物堆垛的概述货物堆垛系统是指在不直接进行人工处理的情况下,?自动地完成物品堆垛和传送的系统,?它以码盘堆垛机为主体,?将单件货物集中到一块,便于以后的装箱处理。用 PLC 控制的货物堆垛系统实现了货
15、物堆垛的全面自动化。货物堆垛系统基本由以下部分组成: 托盘供给器机构 托盘供给器由直流电动机、型材基体框架、传送平行带、井式托盘储备机构、放托盘气缸组成。托盘传送机构主要是使托盘自动放入传送带。托盘传送机构 托盘传送机构由交流电动机、传动滚子链、型材基体组成。其中,载货托盘由滚子链的运动直接传送到指定的载货位置。此机构主要是实现货物输送。货物提升机构 货物提升机构由直流电动机、传动滚子链、货物输送机构、货物提升架、型材基架、上升限位传感器、下降限位传感器组成。此机构主要实现货物不同高度的码放。货物推进机构 货物推进机构由送料挡板机构、限位传感器、载货台、直流电动机、型材基架组成。此机构组要实现
16、货物输送。货物传送带机构 货物传送带机构由平行带、交流电动机、同步带、型材基架组成。货物传送机构组要是实现货物的传送,其中交流电动机通过同步带把驱动力传给平行带。2.PLC 作为货物堆垛控制核心的优点(1)系统的设计、安装、调试工作量少PLC 用软件控制功能取代了继电器来控制系统运行,减少了以往大量使用的继电器的使用量,使系统的控制方面的设计变得更加容易。同时,减少了现场安装、调试工作量。用户可以在实验室完成货物堆垛 PLC 控制程序的编写与调试。系统的安装和接线工作完成后,可以在现场调试过程中发现系统存在的问题,然后只需修改程序便可以改变对系统的不同控制。(2 硬件齐全,使用方便,适应性强经
17、过长久的发展,PLC 行业已经形成了一定的标准,各厂家的 PLC 产品已经形成也已经形成了自己的系列和模块。用户可以选择的 PLC 产品及相应的硬件设备非常丰富。通过已选择的硬件设备,用户就能灵活的配置系统和编写程序,完成目的功能。对于现在的 PLC,我们可以方便的通过其接线端子与相应的控制设备和被控制设备相连,形成控制系统。同时,PLC 具有较强的适应性,能够驱动多种不同的负载,比如能够直接驱动一些电磁阀和接触器。(3 可靠性高,抗干扰能力强由于传统的继电-接触控制系统使用了很多继电器硬件设备(如时间继电器、中间继电器等),不可避免的会发生触点接触不良的状况,这就会严重影响系统运行的稳定行与
18、可靠性。而 PLC 通过软件程序控制系统的运行,这就省去不少时间继电器和中间继电器等硬件设备,仅剩下输入和输出端少量必要的控制和运行设备,这就了减少触点接触不良造成的故障,提高了系统的稳定性。同时,对于外部信号产生的干扰,PLC 可通过一系列硬件和软件来消除或减弱。这使得 PLC 的平均无故障时间大大提高,达到数万小时。即便是在一些干扰强烈的作业环境中也能应对自如。4 功能强,性能价格比高 一台小型 PLC 内部有许多可供用户使用的编程元件(如计时器 T,计数器 C,继电器 R 等),有很强的功能,可以实现复杂的控制功能。2.3 货物堆垛 PLC 控制系统设计的基本步骤货物堆垛 PLC 控制系
19、统设计与调试的主要步骤如图 2-1 所示:在货物堆垛控制系统的设计过程中要考虑以下几点:1.深入了解和分析堆垛系统的工艺条件和控制要求;2.确定 I/O 设备。根据货物堆垛控制系统的功能要求,确定系统所需的输入、输出设备;3.根据 I/O 点数选择 PLC;4.分配 PLC 的输入/输出点;5.设计货物堆垛控制系统的梯形图程序,根据工作要求设计出周密完整、具有良好可读性的梯形图程序;6.归纳总结,发现设计中遇到的问题图 2-1 系统设计步骤2.4 系统控制方案本次设计的货物堆垛系统的硬件分布图如图 2-2 示,系统有 16 台电动机,16 个传感器,2 个电磁阀,1 个变频器。本课题所设计的货
20、物堆垛系统具有以下功能:1.传送带由交流电动机控制,堆垛过程由直流电动机控制完成;2.堆垛过程中各部件的进、退和上、下运动必须有限位保护;3.整个电气控制系统设有急停按钮,以防发生意外。图 2-2 货物堆垛系统硬件结构图货物堆垛系统的工作原理框图如图 2-3 所示。图 2-3 货物堆垛 PLC 控制系统的工作原理框图其工作过程为:先由传感器识别货物的到来,并完成记数;带式货物传送机构将货物送至堆垛系统,在此阶段,由程序控制推杆完成货物的翻转与否;待货物数量至限额时,货物推进机构将货物推至提升机构的货台上,然后推至载货托盘上;载货台上的货物达到额定层数后,通过托盘传送机构送进自动化立体仓库单元。
21、此时,托盘供给机构通过托盘传送机构送入货物提升机构,进入工作区,等待下一轮货物堆垛。第三章 货物堆垛 PLC 控制系统硬件的选择3.1 可编程逻辑控制器 PLC 选型3.1.1 PLC 概述可编程逻辑控制器(PLC)作为一种控制器主要用于工业现场的控制。它通过数字运算来执行操作,采用可编程的存储器,通过其内部的程序执行算术运算、逻辑运算、定时计数和顺序控制等操作指令,并通过数字式和模拟式的输入/输出控制各种机械或生产过程。世界上首台可编程逻辑控制器的设计规范是由美国通用汽车公司提出的。它的目的在于以一种简单易懂、操作方便、高可靠性和灵活性的新的控制装置取代传统的操作繁琐的继电器。随着这一设想的
22、提出,第一台 PLC 应运而生,这就是 PDP-14。其在生产线控制中的应用,取得了令人满意的效果,并短时间内扩展到其他工业部门。经过 30 多年的发展,现代 PLC 已形成了编程方便、功能强大,维护方便等强大功能。目前,PLC 正朝着以下几个方向发展:小型化,专用化,低成本大容量,高速度,信息化智能化模块可靠性进一步提高PLC 虽然是在传统计算机的基础上发展而来,但它与普通计算机又有明显区别。普通计算机在进行信息变换时通常只重视信息本身,很少考虑其物理过程。而 PLC 进行信息变换时则要考虑信息的可靠性、实时性和实用性。PLC 可以通过它的外部设备或通信接口完成与外界的交换信息。其功能要比继
23、电控制装置多的多、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,有大容量的内存和可靠的自身监控系统,因而具有以下基本的功能:数据运算功能;逻辑处理功能;定时功能;计数功能;5 中断处理(可以实现各种内外中断)功能;6 数据与程序存储功能;7 自检测、自诊断功能。3.1.2 PLC 的选型现存的 PLC 种类繁多,但其在结构组成和工作原理上基本相同。PLC 采用了典型的计算机结构,其基本部分包括 CPU、存储器、I/O 模块、电源等部件组成,其结构图如图 3-1 示。进行货物堆垛 PLC 控制系统设计时,首先要明确本系统的控制方案,然后再进行 PLC 的选型。系统设备选
24、型的主要依据是系统的目的功能和应用要求。此外,价格因素也是选择 PLC 型号的重要依据。因此,在进行设备型号的选择和参数的估算时,应首先仔细分析第二章中系统控制的要求。在确定了货物堆垛PLC 控制系统的控制要求后,参照控制任务确定本系统所需的操作和动作。以上工作完成后,就可以根据控制要求,计算出 PLC 的存储器容量、I/O 点数、控制功能和外部设备特性等。以此为基础,参照性价比就可以最终确定 PLC 的型号。图 3-1 PLC 结构框图西门子 S7-200 系列 PLC 广泛应用于各个行业、场合的检测与控制,实现操作的自动化。无论是独立运行还是多模块的联机运行,都能实现复杂的控制功能,而且运
25、行稳定,使用简单方便,价格便宜。因此,在本次设计中我采用了SIMATIC S7-200 系列 PLC,其结构如图 3-2 示。S7-200 系列 PLC 具有强大控制功能,完全能够满足货物堆垛 PLC 控制系统的设计要求。除了能替代继电器完成简单控制外,S7-200 系列 PLC 还能完成更为复杂的自动化操作。其应用领域非常广泛,基本能够覆盖所有与自动化控制,自动化检测有关的工业及民用领域,包括各种机械设备、机床设备及民用设施等。图 3-2 S7-200 系列 PLC CPU 的外形模型图S7-200 系列 PLC 共提供了 5 种不同规格的 CPU 模块。包括CPU221、CPU222、CP
26、U224、224XP、CPU226,其各自的性能指标如表 3-1 所示。表 3-1 S7-200 CPU 的技术指标特性 CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 224XP CPU 226本机 I/O?数字量模拟量 6 入/4 出- 8 入/6 出- 14 入/10 出- 14 入/10 出2 入/1 出 24 入/16 出-最大扩展模块数量 0 个模块 2 个模块 7 个模块 7 个模块 7 个模块数据存储区 2048 字节 2048 字节 8192 字节 10240 字节 10240 字节掉电保持时间 50 小时 50 小时 100 小时 100 小时 100 小时程序存储
27、器:?可在运行模式下编辑不可在运行模式下编辑 4096 字节4096 字节 4096 字节4096 字节 8192 字节12288 字节 12288 字节16384 字节 16384 字节24576 字节高速计数器单相双相 4 路 30KHz2 路 20KHz 4 路 30KHz2 路 20KHz 6 路 30KHz4 路 20KHz 4 路 30KHz2 路 200KHz3 路 20KHz1 路 100KHz 6 路 30KHz4 路 20KHz脉冲输出(DC) 2 路 20KHz 2 路 20KHz 2 路 20KHz 2 路 100 KHz 2 路20KHz模拟电位器 1 1 2 2 2
28、通讯口 1RS-485 1RS-485 1RS-485 2RS-485 2RS-485布尔指令执行速度 0.22s /指令 0.22s /指令 0.22s /指令0.22s /指令 0.22s /指令本次设计中,需用到的输入点数为 16 个,输出点 16 个。其中,CPU226 的I/O 点数为 24/16 共 40 个数字量。同时,具有较强的扩展能力,可扩展 7 个外部模块。13KB 的存储空间,完全能够满足本次设计的需要。综合比较,CPU226 的I/O 点数、存储容量、控制功能及其他相关数据均能满足本次设计需要,故选用CPU226。3.2 PLC 输入/输出设备选择3.2.3 直流电动机
29、选择直流电动机是将直流电能与机械能相互转换的旋转电机,它具有以下优点:优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力强,能承受频繁的冲击和负载;可实现频繁的无级快速启动、制动和反转;能满足生产过程中自动化系统各不同的特殊运行要求。鉴于直流电动机以上特点,我们选择直流电动机作为堆垛电动机,其功率计算如下:(3-1)(3-2)其中 m 为堆垛系统中运动部分质量,a 为电动机运行的最大加速度为电动机稳定运行时的速度为摩擦系数为电动机运行速度以上方法只是对电动机功率的估算,实际需要的电动机功率可能有一定的偏差。故实际选择时还要留有一定余量。3.2.2 三相异步电动机的选择三相交流异步电动机用在货
30、物传送机构中,选择时应考虑其功率和电流大小。选择原则如下:电动机的启动转矩应大于负载转矩电动机在运行时的温升不超过其容许值电动机应有一定的过载选择笼异步电动机:结构简单,工作可靠,维护方便。在传送带系统中,负载属于恒转矩负载,根据机械功率选择电动机的容量(3-3)传动滚筒轴功率()计算: (3-4) 本次设计中可选用 Y 系列三相异步电动机。该系列电机具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点3.2.3 传感器选择(1)光敏传感器的工作原理 光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号,它是利用物体对光线的遮挡,进而产生电信号,用来判断被检测物体的有无。它对附近可见光的红外线和
31、紫外线波长敏感。虽然光敏传感器的原理基于光敏传感器,但是它不只局限于探测光线。它还可以对许多非电量进行检测。只要将光敏传感器作为探测元件,将这些非电量转换为光信号即可。其工作原理图为 3-3。图 3-3 光敏传感器工作原理(2)光敏传感器的分类 光敏开关根据工作方式的不同可分为漫反射式、镜反射式、对射式、槽式、光纤式五种。 本次设计采用的是德国 SICK(施克)生产的 WTB4-3 N1164 漫反射式光敏传感器,它集发射和接收信号于一体,原理是:当将经过传感器的光线反射到接收器上产生信号。该传感器不受周围光源干扰,具有可调校的高精度遮蔽功能,红外光检测,检测距离 4?150mm。3.2.4
32、继电器的选择3.2.4.1 交流继电器 由于牵引传送带的电机是交流异步电动机,可选用 GJH 系列交流固态继电器。它具有开关速度快,无噪声,耐腐蚀,抗干扰等优点,能与计算机系统、自动控制装置直接接口,其参数见表 3-2。表 3-2 GJH25-W-3 交流固态继电器型号 控制电压 V 负载电压(V) 负载电流 A 通态压降(V)GJH25-W-3 4.532DC 380AC 55AC 1.8AC3.2.4.2 直流继电器 由于控制各部分协调运动完成堆垛任务的电机是直流电机,我们可选用 GZ 系列的直流固态继电器。直流固态继电器输入输出光电隔离,抗干扰能力强,输出饱和压降小,功耗低。其具体参数见
33、表 3-3 所示。表 3-3 GZ1-L 直流固态继电器型号 控制电压 V 负载电压(V) 负载电流(A) 通态压降(V)CZ1-L 4.532DC 110DC 1DC1.8DC第四章 电动机控制4.1 传送带变频调速部分4.1.1 变频调速的原理交流异步电动机具有多种调速方法,比如:通过变频调速,痛过改变极对数调速,串联电阻调速,串极调速。在这些方法当中,由于变频调速具有调速范围大,静态稳定性好,运行效率高等优势,因而在工业生产中广泛使用。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。由电动机的基本知识可知(4-1)式中 ?同步转速(r/min)?定子频率(Hz) P?磁极对数而
34、异步电动机轴的转速为(4-2)式中 s?转差率,。对于已经出厂的成品电机,它的磁极对数 p 已经确定,转差率 s 变化不大,故电机的转速与电源的频率成正比。因此,要想改变电机的同步转速,只需改变输入电流的频率即可,进而完成异步电机的调速。传送带变频调速的控制原理如图4-1 所示。图 4-1 变频调速的控制原理4.1.2 变频器的基本原理变频器的原理是:利用电力半导体器件的通断作用,把工频电源 50Hz 或60Hz 变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行。其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆变成交流电
35、。4.1.3 变频器的选择合理选择变频器,首先要确定负载机械特性,再选择变频器和电机,否则所选电器不能充分发挥性能,如产生大马拉小车或电机过热等现象。负载的机械特性有:恒转矩负载 转速 变化,转矩基本不变。恒功率负载 转速越高,转矩越小。泵类、风机负载 转速降低,转矩也变小。负载特性确定后,我们就能够根据负载特性来选择合适的变频器控制方式。常见的变频器控制方式有:/线性关系 主要用于同步电机以及多台电机的并联。磁通电流控制(FCC) 保持电机处于全磁通状态,降低功耗。/关系 用于风机、泵类。免测速机矢量控制 变频器可计算出用于维持所需电机转速的输出电压变化量,该方式提供最优磁通控制和较高转矩。
36、目前变频器均有第一种控制方式,但不一定有后三种控制方式,因此,要根据已确定的控制方式,选择变频器。不同种类的变频器具有不同的功能,变频器按功能可分为以下三类。通用变频器 这种变频器具有第、 、种控制方式,一般用于恒功率和风机、泵类负载。如西门子 MM420 系列(最大适用 11kW),台达 VFD-A 系列,三菱 FR-E540系列等。矢量控制变频器 这种变频器具有第、 、种控制方式,基本适用于所有负载,特别是恒转矩负载,如西门子 MM440 系列,台达 VFD-B 系列,三菱 FR-A540 系列等。泵类、风机专用变频器 这种变频器在通用变频器的基础上添加了更多输入/输出端,能够控制泵类、风
37、机负载,如西门子 MM430 系列,台达 VFD-P 系列,等。正确选择通用型变频器对于传动系统的正常运行起着决定性的作用。在选择变频器时,我们主要是在充分了解变频器所驱动负载的特性的基础上,依照生产机械的类型、启动转矩调、速范围、速度响应和控制精度等,选定合适的变频器构成传送带控制系统的核心。此次设计中变频器属于恒转矩负载用于传送带的速度调节。转速与负载转矩无关,任何转速下转矩总是保持恒定或基本不变。变频器拖动恒转矩性质的负载时,低速下的转矩要足够大,并且有足够的过载能力。控制方式采用电压/频率线性关系,综合以上所选定的交流异步电动机的电流、功率等参数,本次设计采用西门子 MM420 变频器
38、。4.1.4 西门子 MM420 变频器简介西门子变频器 MM420 是模块化设计具有多种功能标准的全新一代变频器。它具有友好的用户界面、灵活方便的安装控制方式、全新的 IGBT 技术、强大的通讯能力、精确的控制性能和和较高的可靠性。MM420 用于控制三相交流电动机,该系列有多种型号。其输入电源从单相电源电压 AC200-240V/额定功率 120W 到三相电源电压 AC200-240V/AC380-480V/额定功率 11KW。MM420 变频器的控制面板如图 4-2 所示。图 4-2 MM420 变频器的控制面板4.1.5 变频调速系统设计本次调速设计采用开环调速控制,直接给 PLC 设
39、定控制信息,没有反馈信息的比较。其控制思想的结构框图如下图所示:图 4-3 速度开环控制的结构控制图其硬件电路连接图如图 4-4 所示。图 4-4 变频调速系统硬件设计如果所用的变频器刚刚出厂的变频器,则需对它进行快速调试,其参数设定如表 4-1 所示。表 4-1 变频器参数设定序号 变频器参数 出厂值 设定值 功能说明P0304 230380 电动机的额定电压 380V P0305 3.25 0.35 电动机的额定电流 0.35A P0307 0.75 0.06 电动机的额定功率 60W P0310 50.00 50.00 电动机的额定频率 50Hz P0311 0 1430 电动机的额定转
40、速 1430 r/min P1000 2 1 用操作面板(BOP)控制频率的升降P1080 0 0 电动机的最小频率 0Hz P1082 50 50.00 电动机的最大频率 50Hz P1120 10 10 斜坡上升时间 10S P1121 10 10 斜坡下降时间 10S P0700 2 2 选择命令源( 由端子排输入 )P0701 1 10 正向点动P0702 12 11 反向点动P1058 5.00 30 正向点动频率(30Hz)P1059 5.00 20 反向点动频率(20Hz)P1060 10.00 10 点动斜坡上升时间(10S)P1061 10.00 5 点动斜坡下降时间(5S)
41、注:(1)在设置变频器参数时,我们前先要将变频器参数复位到工厂的缺省设定值 (2)设定 P00032 允许访问扩展参数 (3)设定电机参数时先设定 P00101快速调试,电机参数设置完成设定 P00100 准备 变频调速系统程序设计如下图所示,主程序中断程序子程序图 4-5 变频调速系统程序设计4.2 直流电动机的迅速停车直流电动机有多种制动方式,如能耗制动、反接制动和回馈制动等。在货物堆垛 PLC 控制系统中,我们选择能耗制动作为直流电动机的制动方式。当直流电动机开始制动后,电动机的转速从稳态转速迅速降低到零。如图 4-6 所示,制动之前,转速 n 不为零,甚至相对较大,电动机平稳的运行。此
42、时直流电动机的反电动势存在甚至在某些场合很大,由于电枢电阻较小,。当我们开始制动瞬间,电动机系统因为惯性继续旋转,n 的方向不变,由于磁场方向不变,故 E 的方向也不变。由于电源被瞬间切除,此时相对于之前正常运转状态,电流方向改变,而磁场方向不变,使得 T 反向成为制动转矩。此时电动的转速就迅速下降至零(在 T 和 TL 的共同作用下)。当 n0 时,E0; 0;制动转矩和负载转矩都消失,电动机自动停机。图 4-6上述过程我们也可以用公式来说明,电动状态时,如图 4-7:图 4-7n 与 T 关系如下: (4-3)能耗制动时,如图 4-8:图 4-8,电枢回路中又增加制动电阻。n 与 T 关系
43、如下:(4-4)在制动的瞬间,E 的大小不变,一般情况 E 的值较大,那么此时的电流将会很大,很可能超出电枢回路电流的最大允许值,所以我们一般在迅速停机制动的同时,串入一个电阻,且满足一下关系:(4-5)式中,是工作于 b 点和 a 点时的电动势。由此求得:4-6第五章 货物堆垛 PLC 控制系统的硬件连接 5.1 货物堆垛 PLC 控制系统 I/O分配表 5-1 货物堆垛 PLC 控制系统 I/O 分配输入接口 输出接口I0.0 翻转计数 Q0.0前带电动机I0.1 码料计数 Q0.1I0.2 货盘仓检测 Q0.3 后带电动机I0.3 盘架上 Q0.4 盘架上I0.4 盘架下 Q0.5 盘架
44、下I0.5 货盘到位 Q0.6 推板进I0.6 推板回位 Q0.7 推板退I0.7 推板中位 Q1.0 刮板进I1.0 推板到位 Q1.1 刮板退I1.1 刮板回位 Q1.2 货架上I1.2 刮板到位 Q1.3 货架下I1.3 货架下位 Q1.4 挡板动I1.4 货架上位 Q1.5 挡板回位I1.5 货架定位 Q1.6 放盘电磁阀I1.6 挡板下位 Q1.7 转向电磁阀I1.7 挡板上位 5.2 货物堆垛 PLC 控制系统的硬件连接第六章 货物堆垛 PLC 控制系统分步程序设计在现代生产物流系统中,码盘堆垛系统主要用于将货物自动识别系统分拣、识别、装箱后的散货存放于托盘上,然后将其传送给下一单
45、元,即自动化立体仓库系统。其具体控制流程如图 7-1 所示图 6-1 货物堆垛 PLC 控制系统6.1 系统复位托盘供给器复位 托盘供给器用于给系统提供托盘。通电初始时刻,系统首先进行自检,以判断货盘是否到达预定位置。如果没有到位,盘架就会下降。其复位梯形图程序如图 7-2 所示。图 6-2 托盘供给器复位提醒程序图在系统恢复的控制信号中应用到了 M13.0,它是用来控制系统运行,当货物自动识别系统分选的货物出库时,M13.0 就会触发,运行完一个周期后,它就会自动断开。此外,控制托盘下降还有另外一种情况。当系统完成一个托盘的堆垛过程即一次运行周期,继而进行下一轮循环时,托盘供给器就开始工作,
46、盘架开始下降。当盘架下降到下限位时,放盘气缸动作。其梯形图如图 7-3 所示。图 6-3 梯形图程序(2)托盘传送机构复位在系统自检时,提升机构会上升到其上限位置;如果货盘没有到位,就会被托盘供给器自动下放;如果传感器检测机构检测到放盘到位,传送带就会启动,将托盘送至指定位置。其复位梯形图如图 7-4 所示。 图 6-4 托盘传送机构复位梯形图程序(3)推进器复位推进器的位置是通过推板回位传感器检测的,如果推进器被检测到在不初始设定位置,就会自动运行到回位状态。其复位梯形图如图 7-5 所示图 6-5 推进器复位梯形图程序(4)挡板复位挡板上位传感器检测挡板是否位于初始设定位置,如果不是,则自
47、动运行到回位状态。其复位梯形图如图 7-6 所示。图 6-6 挡板复位梯形图程序(5)载货台复位刮板回位传感器检测刮板是否位于初始设定位置,如果不是,则自动运行到回位状态。其复位梯形图如图 7-7 所示。图 6-7 载货台复位梯形图程序(6)提升机构复位在系统自检时,提升机构会自动上升,其梯形图程序如图 6-8 所示。图 6-8 梯形图程序在货盘到位传感器检测到有货物后,提升机构就会自动下降。如果货盘到位传感器没有检测到货物,提升机构将位于其上限位。其复位梯形图如图 7-9所示。图 6-9 提升机构复位梯形图程序6.2 货物传送当托盘下放到传送带上被传感器检测到位,并且盘架机构位于下限位、提升
48、机构位于上限位时,传送带才会启动。其启动程序梯形图如图 7-10 所示。其中,M15.0 是托盘电动机启动标志位。图 6-10 梯形图程序先由货物自动识别分拣系统的出货带式传送机输出的货物进入码盘堆垛系统的带式传送机构的平行带上,我们设定货物摆放的顺序为先竖着摆放 3 个,后横着摆放 2 个。由气缸调节摆放的方向。控制平行带的梯形图程序如图 7-11所示。图 6-11 控制平行带的梯形图程序当系统收到运行信号后,送料传送带就开始运行。这时,计数传感器开始计数。当计数达到 3 时,翻转传感器收到信号,翻转气缸就会动作,货物摆放的方向由纵向变为横向。当翻转传感器计数达到 7 时,翻转气缸停止动作,
49、货物摆放由横向变为纵向。这样就完成了一组散货的码放,当下一组散货到来时,按照上述要求进行。其梯形图程序如图 7-12 所示。图 6-12 梯形图程序在图 7-12 所示的程序中,将翻转极速传感器作为触发脉冲,当计数传感器计数到 4 时,货物翻转气缸动作,计数达到 7 时,货物翻转气缸停止动作,同时,为了防止误动作,开始计数时应先用系统运行脉冲给计数器清零。同时对计数器起到复位作用的还有 R303,它是堆垛完成的标志位,用它复位是因为在一个动作周期完成后,系统自动复位一次,为下一次动作做准备。其梯形图程序如图 7-13 所示。图 6-13 梯形图程序6.3 堆垛 本次设计中,我们将货物堆垛过程可分为下面几个阶段:(1)第一阶段:堆垛计数器第一次计数到 3 时,货物推进器将货物推到转载台上,此位置定义为“推板中位” 。转载台位于载货台和推进器之间,它是用来将货物由传送带装入载货台的中间媒介。当推进器到达“推板中位”这一限位开关时,推进器就会自动返回。完成 5 件货物的传送后,推进器就会自动将货物推进到载货台(即刮板)上。(2)第二阶段:码料计数器计数到 5 后,货物推进器就会将刚进入的 2 件货物及转载台上的 3 件货物共 5 件货物一起推入载货台,这个位置定义为“推板到位”。当遇到其限
