毕业设计基于plc的立体车库控制系统设计(编辑修改稿)

毕业设计基于plc的立体车库控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

仓库。 ③ 当程序运行时，货台上已经货物时，在 5秒后，程序将把货台上的物品自动运至没有放货物的最小仓号的仓库里。 14 PLC 控制模块的设计 PLC 的概述 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是 :一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械 或生产过程。 可编程序控制器是六十年代末在美国首先出现的，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，由此日本称它为顺序控制器（ Sequence Controller)。 提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司。 当时，根据汽车制造业生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制盘，以减少汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。 随着半导体技术尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到七十年代中期以后， PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出组件和外围电路也都采用了中、 大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 “PLC” 已不再是仅有逻辑（ Logic）判断功能了，同时具有数据处理、 PID 调节和数据通讯功能。 美国电气制造商协会 NEMA（ National Electrical Manufactory Association）从 1976 年开始，经过四年的调查，于 1980 年把它正式命名为可编程序控制器，简称 “PC”. 可编程序控制器硬件由六部分构成 :中央处理器（ Central Processor Unit 简称 CPU）：它是可编程序控制器的心脏部分。 CPU 由微处理器（ Microprocessor）存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。 电源（ Power Supply）：给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件（ Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。 现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。 输出组件（ Outputs）：输出组件接收 CPU的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。 输入输出（简称 I/O）是可编程序控制器的 “ 手 ” 和 “ 脚 ” 或者叫作系统的 “ 眼睛 ” 和 “ 视觉 ”。 输入信号包括按扭开关、限位开关、接近开关、光电传感器、热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。 输出信号包括继电器、指示灯、显示器、电机启动等直流和交流设备。 编程器（ Programmer）：在正常情况下，编程器用于系统初始状态的配置，控制逻辑程序编制和加载，不能对系统操作。 编程器也可用于控制程序的调试和控制系统故障时作为检查故障的有效工具。 PLC 的选型 及特点 ，抗干扰能力强 （ 1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离。 （ 2）各输入端 均采用 RC滤波器，其滤波时间常数一般为 10~20ms。 （ 3） 15 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （ 4）采用性能优良的开关电源。 （ 5）对采用的器件进行严格的筛选。 （ 6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况， CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。 （ 7）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 ,使可靠性更进一步提高。 ，控制程序可变，使用方便 PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。 用户在硬件确 定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变 PLC 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。 因此， PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。 ，适应面广 现代 PLC 不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。 既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。 ，容易掌握 目前，大多数 PLC 仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。 既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业 电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。 梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。 通过阅读 PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。 同时还提供了功能图、语句表等编程语言。 由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。 同时， PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。 并且，由于 PLC 的低故障 率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。 、重量轻、功耗低、维护方便 PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低 ，具有 强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 综上所述，本课题 系统核心部分采用 西门子 S200 系列中的 CPU224 为控制元件，CPU224 本机集成了 14点输入／ 10 点输出，共有 24个数字量 I/O。 它可连接７个扩展模块，最大扩展至 168 点数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O点。 CPU224 有 13Ｋ字节程序和数据存贮空 间，６个独立的 30KHｚ高速计数器，２路独立的 20KHｚ高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 CPU224 配有１个 RS485通讯／编程口，具有 PPI 通讯、 MPI 通讯和自由方式通讯能力，是具有较强控制能力的小型控制器。 16 I/O 口分配表 立体车库 I/O 分配表如表 2 所示 表 2 立体车库 I/O分配表 输入口 名称 输出口 名称 货台到位限位 横轴脉冲 货台回位限位 竖轴脉冲 货台是否有物 横轴方向 I／ 0 自动／手动 竖轴方向 I／ 0 键盘值 1位 货台前升 键盘值 2位 货台退回 键盘值 3位 就绪 键盘值 4位 取 横轴右限位 放 横轴左限位 十位显示 竖轴上限位 BCD码 1位 竖轴下限位 BCD码 2位 BCD码 3位 BCD码 4位 注： PLC主机输出的 1L、 2L、输入 1M、 2M、 3M、 4M 分别与电源 L+相连 输出的 3L、 4L、 5L、 6L、 1M、 2M与电源 M相连 17 步进驱动模块的设计 步进电动机的原理 步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统。 在此系统中，执行元件是步进电机。 它受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电平信号直接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。 由于该系统没有反馈检测环节，它的精度较差，速度也受到步进电机性能的限制。 但它的结构和控制简单、容易调整，故在速度和精度要求 不太高的场合具有一定的使用价值。 步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。 步进电动机的选型 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，其次是具体的品种选择，在该立体车库系统设计中要求步进电动机的电压低、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 拍混合式步进电动机；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 Tt、额定转矩 Tn 和运行频率 Fy，以确定不进电动机的具体规格和控制装置。 步进电动机有如下特点： a、 步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正 比。 因此 ,当它转一圈后 ,没有累计误差 ,具有良好的跟随性。 b、 由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统 ,既简单、廉价 ,叉非常可靠。 同时 ,它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。 c、 步进电动机的动态响应快 ,易于启停、正反转及变速。 d、 速度可在相当宽的范围内平稳调整 ,低速下仍能获得较大转矩 ,因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。 e、 步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行 ,不能直接使用交流电源和直流电源。 f、 步进电机存在振荡和失步现象 ,必须对控制系统和机械负载采取相应措施。 步进 驱动模 块 步进驱动模块由步进电机和步进驱动器组成。 仓库立体存储系统有两套步进驱动模块 ， 分别控制 X轴 、 Y轴的丝杆运动。 步进驱动器接收 PLC 发出的高速脉冲信号及方向电平信号 ， 并将这些信号转换成驱动步进电机的信号。 步进电机旋转方向由方向电平控制 ,步进电机旋转速度由脉冲信号频率控制 ,步进电机旋转度由脉冲信号的数目控制。 用四相步进电机 42J1834810， 与之配套的驱动器选用美国 IMS 公司生产的 M415B细分型步进电机驱动器 ， 其细分功能使步进电机运转精度提高 ， 振动减小 ， 杂讯降低 ， 且具有光隔离信号输入 （ 抗干扰 ）， 静止时电流 减半 ， 电源接反保护功能等优点。 42J1834810步进电机步距角为 ， 即在无细分的条件下 ， 200 个脉冲使步进电机转一圈 18 （ 200 =360o）。 通过驱动器设置细分精度 ， 最高可以达到 12800 个脉冲电机转一圈。 步进电机驱动器 M415B 细分设定由拨码开关 SW SW SW6 设定 ， 如表 1 所示。 设置SW4=ON、 SW5= OFF、 SW6=ON， 细分设置为 800 步数 /圈 ， 即 800 个脉冲使步进电机转一圈 ， 此时步距角为 （ 800 =360o）。 步进电机传动组件采用联轴器直接带动螺旋丝杠转动 ， 螺旋丝杠的 螺距为 5mm， 即步进电机每转动一周 ， 载物台位移 5mm。 通过控制载物台在 XZ 轴平面的运动 ， 从而把工件运送到仓库的指定位置。 步进电机驱动器 M415B输出相电流设定由拨码开关 SW SW SW3 设定 ， 如表 5 所示。 设置 SW1=OFF、 SW2=ON、SW3=OFF， 输出相电流为。 1．步进电机驱动器 步进电机驱动器主要有电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。 驱动器参数如下列图表所示 表 3 电气规格 说明 最小值 典型值 最大值 单位 供电电压 18 24 40 V 均值输出电流 1 A 逻辑输入电流 6 15 30 mA 步进脉冲响应频率 — — 100 kHz 脉冲低电平时间 5 — 1 μ s 表 4 电流设定 电流值 SW1 SW2 SW3 OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF 0FF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF 19 表 5 细分设定 细分倍数 步数 /圈（ 整步 ） SW4 SW5 SW6 1 200 ON ON ON。