2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院</p><p><b>  畢業(yè)設(shè)計論文</b></p><p>  論文題目:小型立體倉庫電器系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>  學 院: 機電技術(shù)學院 </p><p>  專 業(yè): 機電一體化 專業(yè)</

2、p><p>  班 級: 08高職 班 </p><p>  學生姓名: 羅京京 </p><p>  學 號: 32號 </p><p>  指導教師: 劉占斌指導教師 </p><p> 

3、 2013年 06月 </p><p><b>  摘 要</b></p><p>  隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,自動化立體倉庫必然會在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應用。自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分,是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng),由自動控制與管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機、自動入庫、自動出庫、計算機管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。</p&g

4、t;<p>  本課題的電氣控制是由日本三菱公司生產(chǎn)的FX2型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。該電氣控制系統(tǒng)分手動和自動兩種方式。它實現(xiàn)的功能主要有:?。ㄓ闪阄怀霭l(fā)到指定倉位號取貨并送到入貨臺);入(到零位取貨并送入指定倉位號)等等,在執(zhí)行完任務后自動返回到零位等待下一個指令。</p><p>  本文首先對該課題的可行性及課題實現(xiàn)的現(xiàn)實意義和價值進行

5、了介紹;其次對該系統(tǒng)的硬件組成、結(jié)構(gòu)、原理進行了闡述和分析;再次對本控制系統(tǒng)的核心——軟件進行了編寫,論文中即有梯形圖又有相應的語句表;最后對設(shè)計本課題所學到的知識和結(jié)論進行歸納和總結(jié),并對本論文有待完善的地方進行扼要的說明。 </p><p>  關(guān)鍵詞:立體倉庫 電氣控制 PLC 步進電機 物流管理</p><p><b>  目 錄</b>&

6、lt;/p><p>  第1章 緒論…………………………………………………………………………2</p><p>  1.1 立體倉庫在自動化生產(chǎn)過程中………………………………………………2</p><p>  1.2 此課題的設(shè)計內(nèi)容及主要思路………………………………………………2</p><p>  1.3 設(shè)計此課題的可行性……………………

7、……………………………………3</p><p>  1.4 設(shè)計此課題的實用價值及現(xiàn)實意義…………………………………………4</p><p>  第2章 硬件部分 …………………………………………………………………5</p><p>  2.1 立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………………5</p><p>  2.2 立

8、體倉庫的硬件原理…………………………………………………………6</p><p>  2.2.1 步進電機的原理…………………………………………………………6</p><p>  2.2.2 步進電機驅(qū)動器的原理…………………………………………………6</p><p>  2.2.3 傳感器的工作原理………………………………………………………7</p>

9、<p>  2.2.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理…………………………………………………7</p><p>  第3章 元器件的選擇 ……………………………………………………………9</p><p>  3.1 步進電機的選擇 ……………………………………………………………9</p><p>  3.2 步進電機驅(qū)動器的選擇 ……………………………………

10、………………11</p><p>  3.3 傳感器及微動開關(guān)的選擇 …………………………………………………14</p><p>  3.4 PLC的選擇 …………………………………………………………………16</p><p>  3.4.1 I/O點的選擇 …………………………………………………………16</p><p>  3.4

11、.2 PLC型號的選擇 ………………………………………………………17</p><p>  第4章 結(jié)論與展望 ………………………………………………………………18</p><p>  4.1 結(jié)論 ………………………………………………………………………18</p><p>  4.2 展望 ………………………………………………………………………19&l

12、t;/p><p>  參考文獻 ……………………………………………………………………………20</p><p>  附錄……………………………………………………………………………………21</p><p><b>  第一章 緒 論</b></p><p>  隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,自動化立體倉庫必然會在各行業(yè)中得到越來越

13、廣的應用。自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分,是一種多層存放貨物的高架倉庫系統(tǒng),由自動控制與管理系統(tǒng)、高位貨架、巷道堆垛機、自動入庫、自動出庫、計算機管理控制系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備組成。通過出入輸送系統(tǒng)將貨物送至倉庫貨架前,由巷道堆垛機實現(xiàn)自動出庫和入庫存,整個過程通過計算機網(wǎng)絡化管理和自動控制系統(tǒng)。</p><p>  1.1 立體倉庫在自動化生產(chǎn)過程中的重要性</p><p>

14、  自動化立體倉庫具有普通倉庫無可比擬的優(yōu)越性。首先是節(jié)約空間、節(jié)約勞力。據(jù)國際倉庫自動化會議資料:以庫存11000托盤、月吞吐10000托盤的冷庫為例,自動化立體倉庫與普通倉庫比較情況為:用地面積為13%、工作人員為21.9%、吞吐成本為55.7%、總投資為63.3%。立體倉庫的單位面積儲存量為普通倉庫的4-7倍。其次是提高倉庫管理水平,減少貨損,優(yōu)化、降低庫存,縮短周轉(zhuǎn)期,節(jié)約資金。近年來,特別在冷凍行業(yè),自動化立體倉庫的發(fā)展極快。

15、 自動化立體倉庫(以下簡稱立庫)系統(tǒng),能在計算機的控制下,實現(xiàn)自動化入庫管理、在庫管理、出庫管理、盤庫管理、具有自動查詢管理功能。系統(tǒng)管理計算機能與上位(工廠)中心計算機連通,能與全廠計算機相互通訊,及時匯總提供庫存信息;監(jiān)視貨物流向;具有經(jīng)濟情報分析功能;具有先進的功能及設(shè)備進行故障檢測和查詢顯示功能。立庫可充分利用空間,減少占地面積,有效利用倉儲能力,合理減少庫存,高速存取,加快儲備資金周轉(zhuǎn),適應現(xiàn)代企業(yè)的柔性化生產(chǎn)。可廣泛

16、應用于醫(yī)藥、電子、汽車、機械、化工等行業(yè)。</p><p>  1.2 此課題的設(shè)計內(nèi)容及主要思路</p><p>  該立體倉庫主體由底盤、四層十二倉位庫體、運動機械及電氣控制等四部分組成。</p><p>  機械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機械元件組成,采用步進電機作為拖動元件。</p><p>  該控制系統(tǒng)主要由日本三菱公司

17、生產(chǎn)的FX2型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。小型立體倉庫的電氣控制系統(tǒng)由PLC來實現(xiàn),控制系統(tǒng)分手動和自動兩種方式。</p><p>  此系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要有:取(由零位出發(fā)到指定倉位號取貨并送到入貨臺);入(到零位取貨并送入指定倉位號)等功能,在執(zhí)行完任務后自動返回到零位等待下一指令。</p><p>  小型立體倉庫的應具備的功能主要

18、有幾下幾點:</p><p>  1、開機時首先要回零位操作,這樣的目的就是給堆垛機有個工作參考點;</p><p>  2、堆垛機(機械手)要有三個自由度,即:前進、后退;上、下;左、右;</p><p>  3、堆垛機的運動由步進電機驅(qū)動,伸縮由直流電機控制(Y方向);</p><p>  4、堆垛機前進(或后退)運動和上(或下)運動可同

19、時進行;</p><p>  5、堆垛機前進、后退和上、下運動時必須有超限位保護;</p><p>  6、每個倉位必須有檢測裝置(微動開關(guān)),當操作有誤時發(fā)出錯誤報警信號;</p><p>  7、倉位共有12個,3行4列;</p><p>  8、當按完倉位號后,沒按入或取前,可以按取消鍵進行取消該操作。</p><p

20、>  9、整個電氣控制系統(tǒng)必須設(shè)置急停按鈕,以防發(fā)生意外。</p><p>  本系統(tǒng)設(shè)計的主要思路是:第一、對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃,此階段主要進行資料搜集和閱讀工作;第二、對系統(tǒng)的硬件原理的理解和消化并對其進行合理地選擇;第三、對系統(tǒng)軟件的編寫并在模擬系統(tǒng)中進行軟件的核對;第四、在時間允許的情況下對系統(tǒng)進行運行調(diào)試;最后、整理資料進行論文撰寫工作。</p><p><b> 

21、 此課題設(shè)計的可行性</b></p><p> ?。犛捎趥}儲物流設(shè)備是在通用的場合使用,工作并不很繁重,因此具有操作方便,易維護并具有耐久性、無故障性和良好的經(jīng)濟性,以及較高的安全性、可靠性和環(huán)保性。這類設(shè)備批量較大、用途廣,考慮綜合效益,可降低外型高度,簡化結(jié)構(gòu),降低造價,同時也可減少設(shè)備的運行成本。隨著物流的多樣性,物流活動的系統(tǒng)性、一致性、經(jīng)濟性、機動性和快速化,要求一些設(shè)備向?qū)iT化方向發(fā)展,又

22、有一些設(shè)備向通用化、標準化方向發(fā)展。</p><p>  此課題的控制系統(tǒng)主要由PLC來控制,目前PLC生產(chǎn)廠商較多易于購買,且使用壽命和低故障率是世人所共認的。又因PLC控制程序能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化,降低物流系統(tǒng)的故障率,提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。而PLC所用的電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡,它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡無法比擬的。PLC 不用進行額外布線可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡作為傳輸線路,從而大大減少了網(wǎng)絡的投資,

23、降低了成本。從硬件設(shè)備購置方面來說已備設(shè)計條件;其次此課題從設(shè)計時間和系統(tǒng)的調(diào)試角度考慮也完全可以做到,因為該課題有四個月左右的時間,設(shè)計時間應該足夠;再次,此課題的設(shè)計是在具有四年P(guān)LC設(shè)計和維護工作經(jīng)驗的侍壽永老師的指導下進行的,并在我校實驗室已有設(shè)備的基礎(chǔ)上設(shè)計和調(diào)試的。從這以上幾個方面來說,此課題的設(shè)計是完全可行的。</p><p>  1.4 設(shè)計此課題的實用價值及現(xiàn)實意義</p>&l

24、t;p>  1、低成本 利用電力線上網(wǎng),最大的優(yōu)點就是成本低。由于利用電力線上網(wǎng),直接使用現(xiàn)有電力網(wǎng)就可以實現(xiàn)通信,而不需要另外鋪設(shè)電話線、光電纜等,大大地減少了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡上的投資。</p><p>  2、范圍廣 無所不在的電力線網(wǎng)絡也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡,它的規(guī)模之大,是其他任何網(wǎng)絡無法比擬的。因為家家都有電力線,由此,運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡接入服務滲透到每一個家庭.因此,這

25、一技術(shù)一旦進入商業(yè)化階段,將會促進電信市場的變革,并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。 </p><p>  3、高 速 利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商RWE承諾,運用他們的電力線上網(wǎng)技術(shù),其速度要比ISDN拔號上網(wǎng)快30多倍, 比ADSL更快!足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡上的各種應用。更高速率的PLC產(chǎn)品正在研制之中。 </p><p>  4、便 捷 不管在家里的哪個角

26、落,只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上,就可立即擁有PLC帶來的高速網(wǎng)絡享受!</p><p>  5、永遠在線 PLC屬于"即插即用",不用煩瑣的撥號過程,接入電源就等于接入網(wǎng)絡!</p><p>  6、結(jié)構(gòu)靈活 通過PLC技術(shù)實現(xiàn)Internet接入,可以靈活擴展接入端口數(shù)量,使資源保持較高的利用率。目前還未有效解決電力線信號通過變壓器的技術(shù),因此,電力線通信設(shè)

27、備都是集中在220V線路變壓器的用戶端。</p><p>  7、家庭數(shù)字化 PLC技術(shù)能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡聯(lián)為一體,在室內(nèi)的設(shè)備之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng),使人們能夠通過網(wǎng)絡來控制自己家里的電器設(shè)備。</p><p><b>  第2章 硬件部分</b></p><p><b>  立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)<

28、;/b></p><p>  立體倉庫主體由底盤、四層十二倉位庫體、運動機械及電氣控制等四部分組成。</p><p>  機械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機械元件組成,采用步進電機、直流電機作為拖動元件。</p><p>  電氣控制是由日本三菱公司生產(chǎn)的FX2型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。</p

29、><p>  圖一 控制面板上的開關(guān)及按鈕功能 圖二 控制面板上的倉位號</p><p>  表一、控制面板上的按鈕功能表</p><p>  2.2 立體倉庫的硬件原理2.2.1 步進電機的原理</p><p>  步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機,當系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時,轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一

30、步,當電脈沖按某一相序加到電動機時,轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。因此,改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的大小;改變輸入脈沖的通電相序,就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向,實現(xiàn)位置的控制。當電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進電動機時,轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此,改變電脈沖的頻率大小和通電相序,就能控制步進電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向,實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。步進電動機的這種控制功能,是其它電動

31、機無法替代的。步進電動機可分為磁阻式、永磁式和混合式,步進電動機的相數(shù)可分為:單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進電動機的性能,但電動機的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源就會復雜,成本就會增加,應按需要合理選用。</p><p>  2.2.2 步進電機驅(qū)動器的原理</p><p>  當物體相對于傳感器移動時,反射回來的信號與原先的信號相比較,產(chǎn)生頻移,集成電路再把微弱的頻移

32、信號進行放大,再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施,最后取得和物體移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。</p><p>  2.2.3 傳感器的工作原理</p><p> ?。?)、反射式傳感器的工作原理:</p><p>  當物體相對于傳感器移動時,反射回來的信號與原先的信號相比較,產(chǎn)生頻移,集成電路再把微弱的頻移信號進行放大,再經(jīng)多普勒檢測、放大、限幅等措施,最后取得

33、和物體移動信號相關(guān)的直流信號輸出電平。</p><p>  圖三 反射式傳感器結(jié)構(gòu)圖</p><p>  (2)、對射式傳感器的工作原理:</p><p>  對射式傳感器的輸出狀態(tài)一般為 NPN輸出,輸出晶體管的動作狀態(tài)可分為入光時ON和遮光時ON兩種。入光時為ON的對射式傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖四所示,</p><p>  圖四 對射式傳感器的

34、結(jié)構(gòu)圖</p><p>  當24V電壓加到發(fā)光二極管LED1時,它將光發(fā)射給發(fā)光二極管LED2,LED2接收到光導通,三極管導通,輸出為ON;當發(fā)光二極管LED1發(fā)射出的光被物體擋住使發(fā)光二極管LED2接收不到時,LED2不導通,三極管也不導通,輸出為OFF。</p><p>  2.2.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理</p><p>  (1)、并聯(lián)型開關(guān)式穩(wěn)壓電源

35、的原理</p><p>  并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是由開關(guān)晶體管V和二極管及儲能電感L、濾波電容C組成的。除此以外,通常還有較為復雜的驅(qū)動電路,調(diào)節(jié)電路、保護電路、基準電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合電路等各個部分,用來對輸出電壓的大小以及特性進行控制和調(diào)節(jié),圖五并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖。</p><p>  圖五 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理??驁D</p>&l

36、t;p>  設(shè)開關(guān)晶體管V的開關(guān)轉(zhuǎn)換周期T,導通期的時間為,截止期的時間為,占空比為δ(δ=/T)。</p><p>  圖六 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電路的電壓、電流波形</p><p>  其工作原理如下:當開關(guān)晶體管V處于導通期間,輸入電壓加到儲能電感L的兩端(這里我們忽略了V的飽和壓降),二極管因被反向偏置而截止。在此期間流過L的電流為近似線性地增加的鋸齒波電流(見圖十六),并

37、以磁能的形式儲存在L中。當開關(guān)晶體管V截止時,儲能電感L兩端的電壓極性相反,此時二極管被正向偏置而導通。儲存在L中的能量通過二極管輸送給負載電阻和濾波電容C。在此期間,L中的泄放電流是鋸齒波電流的線性下降部分。同理,當開關(guān)晶體管V導通期間在儲能電感L中增加的電流數(shù)值應該等于開關(guān)管V截止期間在儲能電感L中減少的電流值。只有這樣才能達到動態(tài)平衡,才能給負載電阻提供一個穩(wěn)定的輸出電壓。</p><p>  (2)、開關(guān)

38、式穩(wěn)壓電源的選擇</p><p>  在該立體倉庫控制系統(tǒng)中,考慮到PLC和步進電機驅(qū)動器都要求直流24V電源,綜合考慮系統(tǒng)用電量、系統(tǒng)運行可靠性和系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)整性,我們選用了DM150-24型并聯(lián)式開關(guān)電源。DM150系列開關(guān)電源輸出功率大,體積小,重量輕, 高可靠性,適應寬范圍的輸入電壓變動,具有完備的過壓、過流保護功能;內(nèi)置輸入EMI濾波器,具有高抗干擾能力;根據(jù)UL478標準設(shè)計,耐壓1500Vac/1分

39、鐘;采用端子方式連接,全金屬外殼,有臥式和立式兩種安裝方式。</p><p>  DM150系列開關(guān)電源的性能指標見表二</p><p>  表二、DM150系列開關(guān)電源的性能指標</p><p>  第3章 元器件的選擇</p><p>  3.1 步進電機的選擇</p><p> ?。?)、步進電動機的特點&l

40、t;/p><p> ?、佟⒉竭M電動機是一種作為控制用的特種電機,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運行的,其特點是沒有積累誤差(精度為100%),所以廣泛應用于各種開環(huán)控制。</p><p>  ②、步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比</p><p>  ③、步距值不容易因為電氣、負載、環(huán)境條件的變化而改變,使用開環(huán)控制(或半閉環(huán)控制)就能進行良好的定位

41、控制。</p><p> ?、堋⑵鹬苿?、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。</p><p>  ⑤、價格便宜,可靠性高。</p><p> ?、蕖⒉竭M電動機的主要缺點是效率較低,并且需要配上適當?shù)尿?qū)動電源。</p><p> ?、?、步進電動機帶負載慣性的能力不強,在使用時既要注意負載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負載轉(zhuǎn)動慣量的大小,只有當兩者選取在合適的范圍時,

42、電機才能獲的滿意的運行性能。</p><p> ?、?、由于存在失步和共振,因此步進電機的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復雜多變。</p><p> ?。?)、步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成</p><p>  與交直流電動機不同,僅僅接上供電電源,步進電機不會運行的。為了驅(qū)動步進電動機,必須由一個決定電動機速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器(在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作

43、脈沖發(fā)生器進行位置控制)、一個使電動機繞組</p><p>  圖七 步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成</p><p>  電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機正常運行的功率放大器,以及一個直流功率電源等組成一個驅(qū)動系統(tǒng),如圖七所示。</p><p> ?。?)、步進電動機的選擇計算</p><p>  在選擇步進電動機時首先考慮的是步進電動

44、機的類型選擇,其次才是具體的品種選擇,在該立體倉庫控制系統(tǒng)中要求步進電動機電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置,確定步進電動機采用2相8拍混合式步進電機;在進行步進電動機的品種選擇時,要綜合考慮速比i、軸向力F、負載轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩和運行頻率,以確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。</p><p>  由于我們使用螺栓機構(gòu)的定位裝置,已知條件和要求條件為:</p><p>  移

45、動部分總重 M=25kg </p><p>  外力 Fa=4kg.cm</p><p>  磨擦系數(shù) =0.04</p><p>  螺栓機構(gòu)的效率 =O. 9</p><p>  螺栓軸徑 =1.2cm</p><p>  螺栓長

46、 =42cm</p><p>  螺距 P=3mm</p><p>  分辨率 L=0.01mm</p><p>  移動距離 =0.0075mm/步</p><p>  速度 V=2m/min </p><p><b>  

47、計算: </b></p><p>  設(shè)擬選用2相、1.8°步距角的HB型電動機</p><p>  速比(設(shè)使用直接驅(qū)動方式)</p><p>  i=m×/(360×L)=2×1.8/(360×O.01)=1</p><p><b>  軸向力</b>&l

48、t;/p><p>  F=Fa+M=4+0.04×25=5kg.cm</p><p><b>  負載轉(zhuǎn)矩</b></p><p>  =F×P/(2 )+(××)/2 </p><p>  =5×0.3/(2 ×3.14×0.9)+ (0.3×

49、1.67× 0.3)/(2 ×3.14)</p><p>  =0.289kg.cm</p><p><b>  螺栓的慣量</b></p><p><b>  =(×××)/32</b></p><p>  =(3.14×7.9×

50、;×42×)/32</p><p>  =0.0675kg.</p><p><b>  移動體的慣量</b></p><p><b>  =M×</b></p><p><b>  =25×</b></p><p&g

51、t;  =0.0571 kg.</p><p><b>  負載慣量為</b></p><p><b>  =+</b></p><p>  =0.0675+0.00571</p><p>  =0.1246kg.</p><p>  根據(jù)以上計算可以初步選定步進電動機,其慣

52、量為=0.03 kg.,空載起動頻率=3000H。</p><p>  由要求的速度可求出運行的頻率:</p><p>  f=V/L=2000/(60×0.01)=3333HZ</p><p>  可知需要加減速的驅(qū)動方式。</p><p>  齒輪比:G=360°/L=0.0075 ×360°/ (

53、1.8°×0.01)=150</p><p>  換算到電機軸的負載轉(zhuǎn)矩為</p><p>  T=G×L(+F)/ 2 </p><p>  =150×0.01×(0.289+5)/(6.28×0.9)</p><p>  =1.40 kg.cm</p><p&

54、gt;  對首次設(shè)計的裝置來講,所選用的電動機通常留有2~3倍的余量,所以電機轉(zhuǎn)矩=3T=3×1.40=4.2 kg.cm =0.41N.M</p><p>  根據(jù)以上的計算,我們在該立體倉庫控制系統(tǒng)中的步進電動機采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2相8拍混合式步進電機,它的主要特點:體積小,具有較高的起動和運行頻率,有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。型號:42BYGHl01。電氣原理圖如圖八所示??旖泳€插頭:

55、紅色表示A相,藍色表示B相;如果發(fā)現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)向不對時可以將A相或B相中的兩條線對調(diào)。</p><p>  圖八 步進電機的出線圈</p><p>  此步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為:</p><p>  3.2 步進電機驅(qū)動器的選擇</p><p>  (1)、步進電機驅(qū)動器的選擇</p><p>  步進電機的運行要

56、有一電子裝置進行驅(qū)動,這種裝置就是步進電機驅(qū)動器,它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移,或者說:控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號,通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。</p><p>  所有型號驅(qū)動器的輸入信號都相同,共有三路信號,它們是:步進脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機信號FREE(此端為低電平有效,這時電機處于無力矩狀態(tài);此端為高電平或懸空不接時,此

57、功能無效,電機可正常運行)。它們在驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都相同,見下圖。OPTO端為三路信號的公共端,三路輸入信號在驅(qū)動器內(nèi)部接成共陽方式,所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的VCC,如果VCC是+5V則可直接接入;如果VCC不是+5V則須外部另加限流電阻R,保證給驅(qū)動器內(nèi)部光耦提供8-1 5mA的驅(qū)動電流,參見圖九和圖十。在該立體倉庫中由于FP0提供的電平為24V,而輸入部分的電平為5V,所以須外部另加1.8K的限流電阻R。</p>

58、<p>  圖九 輸入信號接口電路 圖十 外接限流電阻R</p><p>  步進電機驅(qū)動器的輸出信號有兩種:</p><p> ?、佟⒊跸辔恍盘枺候?qū)動器每次上電后將使步進電機起始在一個固定的相位上,這就是初相位。初相位信號是指步進電機每次運行到初相位期間,此信號就輸出為高電平,否則為低電平。此信號和控制系統(tǒng)配合使田,可產(chǎn)生相位記憶功能,其接

59、口見圖十一。</p><p>  圖十一 初相位信號接口電路</p><p> ?、?、報警輸出信號:每臺驅(qū)動器都有多種保護措施(如:過壓、過流、過溫等)。當保護發(fā)生時,驅(qū)動器進入脫機狀態(tài)使電機失電,但這時控制系統(tǒng)可能尚未知曉。如要通知系統(tǒng),就要用到‘報警輸出信號’。此信號占兩個接線端子,此兩端為一繼電器的常開點,報警時觸點立即閉合。驅(qū)動器正常時,觸點為常開狀態(tài)。觸點規(guī)格:DC24V/1A或

60、AC11OV/O.3A。</p><p>  一般來說,對于兩相四根線電機,可以直接和驅(qū)動器相連,如圖十二所示。</p><p>  圖十二 電機與驅(qū)動器接線圖</p><p>  所以我們采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的SH系列步進電動機驅(qū)動器,型號為SH-2H057。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。SH-2H057步進電動機驅(qū)動器采用鑄鋁

61、結(jié)構(gòu),此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動器,這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu),本身不帶風機,其外殼即為散熱體,所以使用時要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機柜內(nèi),接觸面之間要涂上導熱硅脂,在其旁邊加一個風機也是一種較好的散熱辦法。</p><p>  此步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為:</p><p>  (2)、步進電機驅(qū)動器接線示意圖見圖十三</p><p>  圖十三

62、 步進電機驅(qū)動器接線示意圖</p><p>  (3)、步進電機驅(qū)動器細分數(shù)和電機相電流的設(shè)定</p><p><b>  ①、細分數(shù)的設(shè)定</b></p><p>  要了解“細分”,先要弄清“步距角”這個概念:它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號,電機所轉(zhuǎn)動的角度。SH系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(shè)定細分數(shù)的,您只需根據(jù)面板上的提示設(shè)定

63、即可。在系統(tǒng)頻率允許的情況下,盡量選用高細分數(shù)。</p><p>  對于兩相步進電機,細分后電機的步距角等于電機的整步步距角除以細分數(shù),例如細分數(shù)設(shè)定為40、驅(qū)動步距角為0.9°/1.8°的電機,其細分步距角為1.8÷40=0.045。可以看出,步進電機通過細分驅(qū)動器的驅(qū)動,其步距角變小了,如驅(qū)動器工作在40細分狀態(tài)時,其步距角只為電機固有步距角的十分之一,也就是說:當驅(qū)動器工作在

64、不細分的整步狀態(tài)驅(qū)動上例的電機時,控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖,電機轉(zhuǎn)動1.8°;而用細分驅(qū)動器工作在40細分狀態(tài)時,電機只轉(zhuǎn)動了0.045°,這就是細分的基本概念。細分功能完全是由驅(qū)動器靠精確控制電機的相電流所產(chǎn)生的,與電機無關(guān)。</p><p>  驅(qū)動器細分后將對電機的運行性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍,但是這一切都是由驅(qū)動器本身產(chǎn)生的,和電機及控制系統(tǒng)無關(guān)。在使用時,唯一需要注意的一點是步進電機步距角的

65、改變,這一點將對控制系統(tǒng)所發(fā)出的步進信號的頻率有影響;因為細分后步進電機的步距角將變小,要求步進信號的頻率要相應提高。</p><p>  驅(qū)動器細分后的主要優(yōu)點為:</p><p>  A、完全消除了電機的低頻振蕩。低頻振蕩(約在200Hz左右)是步進電機的固有特性,而細分是消除它的唯一途徑,如果您的步進電機有時要在共振區(qū)工作(如走圓弧),選擇細分驅(qū)動器是唯一的選擇。</p>

66、<p>  B、提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對三相反應式電機,其力矩比不細分時提高約30~4096。</p><p>  C、提高了電機的分辨率。由于減小了步距角、提高了步距的均勻度,提高電機的分辨率是不言而喻的。</p><p>  以上這些優(yōu)點,尤其是在性能上的優(yōu)點,并不是一個量的變化,而是質(zhì)的飛躍。所以我們最好選用細分驅(qū)動器。在沒有細分驅(qū)動器時,用戶主要靠選擇不同相數(shù)的

67、步進電機來滿足自己步距角的要求。但現(xiàn)在的情況不同了,細分驅(qū)動器的出現(xiàn)改變了這種觀念,用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù),就可以改變步距角。所以如果用戶采用細分驅(qū)動器,‘相數(shù)’將變得沒有意義。</p><p>  ②、電機相電流的設(shè)定</p><p>  SH系列驅(qū)動器是靠驅(qū)動器上的撥位開關(guān)來設(shè)定電機的相電流,您只需根據(jù)面板上的電流設(shè)定表格進行設(shè)定。</p><p>  (

68、4)、步進電機驅(qū)動器指示燈說明</p><p>  驅(qū)動器的指示燈共有兩種:電源指示燈(綠色或黃色)和保護指示燈(紅色)。當任一保護發(fā)生時,保護指示燈變亮。</p><p>  (5)、步進電機驅(qū)動器電源接口</p><p>  對于超小型驅(qū)動器(SH—2H057、SH—3F075、 SH—2H057M、SH-3F075M),采用一組直流供電DC(24-40V),

69、注意正負極不要接錯,此電源可以由一變壓器變壓后加整流濾波(無須穩(wěn)壓)組成;或者由一開關(guān)電源提供,參考下圖。因為PLC需要采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電,所以在該用開關(guān)式穩(wěn)壓電源,如圖十四所示。</p><p>  圖十四 開關(guān)式穩(wěn)壓電源</p><p>  3.3 傳感器及微動開關(guān)的選擇</p><p><b>  1、傳感器的選擇</b></

70、p><p>  (1)、反射式傳感器的選擇</p><p>  在該立體倉庫中采用歐姆龍EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式傳感器作貨物檢測,它是日本歐姆龍公司的產(chǎn)品,采用能抗周圍外來光干擾的變調(diào)光式;采用變調(diào)光式,與直流光式比,不易受外來光干擾的影響;電源電壓為DC5-24V的大量程電壓輸出型;帶有容易調(diào)整的光軸標識;帶有便于調(diào)整,動作確認的入光顯示燈;反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖如

71、圖十五所示。</p><p>  圖十五 反射式傳感器的時間圖和輸出回路圖</p><p>  它有三根連接線(紅、藍、黑),紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、藍色為輸出信號,當與擋塊接近時輸出電平為低電平,否則為高電平。需要注意檢測距離不要離傳感器太近,否則傳感器不能動作;連接是采用接插件方式,千萬不要對端子(讀出頭)進行焊接。</p><p>  此傳感器的電

72、氣技術(shù)數(shù)據(jù)為</p><p>  (2)、對射式傳感器的選擇</p><p>  在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用8個對射式傳感器作限位控制,其中4只對射式光電傳感器分別作為X、Y軸的限位控制,當入光時輸出晶體管ON;2只對射式光電傳感器分別作為貨架在X軸和Y軸的到位檢測,當遮光時輸出晶體管ON,如果貨架未到達正確位置,Z軸電機將不能運行以確保當PLC程序出錯時也不至于損壞設(shè)備;2只對射式光電傳

73、感器作為Z軸的限位控制,當遮光時輸出晶體管ON,其信號對應PLC的輸入點是X4(后限位)和X5(前限位)。</p><p><b>  2、微動開關(guān)的選擇</b></p><p>  在該立體倉庫控制系統(tǒng)中共有13個倉位(四層十二個倉位加0號倉位)分別采用13只微動開關(guān)作為貨物檢測,當有貨物時相應開關(guān)動作,其信號對應PLC的輸入點是X40-X4C;另外為保險起見,在X

74、軸的左限位和Y軸的下限位處還分別加裝了1只微動開關(guān)作限位保護,以確保立體倉庫在程序出錯時不損壞;微動開關(guān)原理圖如圖十六所示。</p><p>  圖十六 微動開關(guān)原理圖</p><p>  3.4 PLC的選擇</p><p>  3.4.1 PLC I/O點的選擇</p><p>  根據(jù)控制要求,將個輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細列表,準確的

75、統(tǒng)計出被控設(shè)備對數(shù)需求量,然后在實際統(tǒng)計的I/O點數(shù)的基礎(chǔ)上增加15%~20%的備用量,以便以后調(diào)整和擴充。同時要充分利用好輸入和輸出擴展單元,提高主機的利用率,例如FX2系列可編程控制器主機分為16、24、32、64、80、128點六檔,還有各種輸入和輸出擴展單元,這樣在增加I/O點數(shù)時,不必改變機型,可以通過擴展模塊實現(xiàn),降低了經(jīng)濟投入。在確定好I/O點數(shù)后,還要注意它的性質(zhì),類型和參數(shù)。例如是開關(guān)量還是模擬量,是交流還是直流以及電

76、壓大小的等級,同時還要注意輸出端的負載的特點,以此選擇和培植相應機型和模塊。</p><p>  小型倉庫電氣控制系統(tǒng)有輸入信號40個,輸出信號21個。其中,外部輸入元件包括:檢測元件、按鈕、取、送、急停、限位開關(guān)、超限位保護等等;輸出有三個步進電機的正反向、動作動作指示、錯誤顯示等等。按照上述配置,所選I/O點不得低于61點,結(jié)合實際情況,所選I/O點為80點。</p><p>  3.

77、4.2 PLC型號的選擇</p><p>  PLC選擇的一般原則為:</p><p>  1、PLC機型選擇的基本原則是,在功能滿足要求的前提下,選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。 </p><p>  2、在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好(維修量較小)的場合,建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC;其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。 </p&g

78、t;<p>  3、對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目中,一般其控制速度無須考慮,因此,選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求。 </p><p>  4、而在控制比較復雜,控制功能要求比較高的工程項目中(如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等),可視控制規(guī)模及復雜程度來選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布

79、式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。</p><p>  對于一個大型企業(yè)系統(tǒng),應盡量做到機型統(tǒng)一。這樣,同一機型的PLC模塊可互為備用,便于備品備件的采購和管理;同時,其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā);此外,由于其外部設(shè)備通用,資源可以共享,因此,配以上位計算機后即可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng),這樣便于相互通信,集中管理。</p>

80、<p>  本課題根據(jù)I/O的信號數(shù)量,類型及控制要求,同時考慮到維護和保養(yǎng),改造和經(jīng)濟等諸多因素,可編程控制器擬選用FX2-80MR,足以滿足要求。</p><p>  第4章 結(jié)論與展望</p><p><b>  4.1 結(jié)論</b></p><p>  通過4個多月的立體倉庫電氣控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計,基本上在規(guī)定的時間內(nèi)完成

81、了指導老師和學校下達的任務。經(jīng)過本次設(shè)計,使我更進一步了解到可編程控制器在現(xiàn)代工業(yè)以及其他行業(yè)中的應用,以及它的優(yōu)點,如:成本底、使用范圍廣、高速、便捷、永遠在線、結(jié)構(gòu)靈活等等。PLC的應用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機械的自動控制,擴展到以下應用領(lǐng)域:中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服務系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng),以及與生活關(guān)連的機器、與環(huán)境關(guān)連的機器,而且均有急速的上升趨勢。值得注意的是,隨著PLC、DCS相互滲透,二者的界線日趨模糊的時候,P

82、LC從傳統(tǒng)的應用于離散的制造業(yè)向應用到連續(xù)的流程工業(yè)擴展。</p><p>  從方案的論證到最終的設(shè)計,涉及的領(lǐng)域包括:可編程控制器的原理及應用、電機電氣、我國物流設(shè)備發(fā)展趨勢及應對措施等等;在進行畢設(shè)的同時,我還學到了許多新的知識,如CAD 2000的使用和WORD、和畫板的使用等。我深刻的認識到,要想成為一名合格的工程設(shè)計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的,我們應該具有更加淵博的知識,如應該對計算機應用,

83、市場營銷,外語交流等各個方面能力進行加強。 此外,我并沒有過多從經(jīng)濟性的角度來考慮系統(tǒng),由于對材料成本方面了解的欠缺,我們只能從性能的角度來討論問題,經(jīng)濟性能方面的問題有所提及,但是涉及的非常少。這也是這篇論文的一個不足之處。</p><p>  通過大量資料的查找,使我不僅熟悉了立體倉庫的組成部分和運動過程,對其中的步進電機,微動開關(guān),PLC原理及設(shè)計程序等有關(guān)事項有了深刻地認識與學習,并從方方面面深

84、刻的體會到了立體倉庫在現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)中的重要性和必要性。</p><p><b>  展望</b></p><p>  隨著時代的發(fā)展,當今的技術(shù)也日趨完善、競爭愈演愈烈;單人工的操作已不能滿足于目前的制造業(yè)前景,也無法保證更高質(zhì)量的要求和高新技術(shù)企業(yè)的形象.權(quán)威人士預測,21世紀,可編程控制器會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上來看,計算機技術(shù)的新成果更多的應用與可編程控制

85、器的設(shè)計和制造上,會有運算速度更快、存儲容量更大、只能更強的品種出現(xiàn)。從產(chǎn)品的規(guī)模上來看,會進一步向小型和超小型的方向發(fā)展。從產(chǎn)品的配套性來看,產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)模更齊全。完美的人機界面,完備的通信設(shè)備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求。這是有利于可編程技術(shù)的發(fā)展及可編程產(chǎn)品的普及的。伴隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展,可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡或國際網(wǎng)絡的重要的作成部分,將在工業(yè)幾工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。</p>

86、<p>  因時間倉促,加之本人能力有限,此課題設(shè)計未能全面,如:立體倉庫的動作只有兩個送、入,而沒有換(從這個倉位直接換到另一個倉位);從手動切換到自動,必須先手動讓拖動機構(gòu)回零位,方可執(zhí)行自動動作,在這過程中控制系統(tǒng)沒有記憶功能,這就使得系統(tǒng)在執(zhí)行動作時運行時間較長,程序上編寫不太合理等。若以后還有機會從事此行業(yè),我會把該系統(tǒng)不足之處全部完善起來。</p><p><b>  參考文獻

87、</b></p><p>  1、吳嘵軍編 《電氣控制與可編程控制器應用》 西安:西安建筑科技大學,2002</p><p>  2、廖常初 《可編程序的控制器的編程方法與工業(yè)應用》 重慶:重慶大學出版社,2001</p><p>  3、陳立定,吳玉香,蘇開才編 《電氣控制與可編程控制器》 廣州:華南理工大學出版社</p><

88、p>  4、臺方主編 《可編程控制器應用教程》 北京:中國水利水電出版社,2001</p><p>  5、宋德玉主編 《可編程控制器原理應用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)》 北京:冶金工業(yè)出版社,2002</p><p>  6、徐建俊主編 《電機與電氣控制》清華大學出版社,北京交通大學出版社 2004</p><p>  7、天津源峰科技公司 《步進電機應用手冊》

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