畢業(yè)論文--規(guī)整與秩序（小型nc立體倉庫設(shè)計(jì)）

1、<p>　　規(guī)整與秩序（小型NC立體倉庫設(shè)計(jì)）</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　小型NC立體倉庫設(shè)計(jì)是面向高校機(jī)械及自動化專業(yè)的經(jīng)濟(jì)型實(shí)驗(yàn)裝置，其機(jī)械系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對9個(gè)貨位物料的存取，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對裝置的邏輯控制。根據(jù)物料重量及加減速初始條件，計(jì)算X、Y、Z三個(gè)方向分力及折算轉(zhuǎn)矩，選擇直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和軸承，設(shè)計(jì)絲杠螺母副、同步

2、帶傳動、導(dǎo)軌和機(jī)體，完成機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；根據(jù)三臺電機(jī)的動作邏輯和硬件I/O配置，完成接口電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。上位機(jī)使用VB的MSComm控件，編寫FX2N-PLC通信協(xié)議代碼，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的串行通信,完成顯示貨位號、尋貨、取貨、存貨、急停、回零等動作的控制。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)了小型NC立體倉庫的機(jī)械系統(tǒng)和基于PLC的下位機(jī)控制系統(tǒng)及基于VB控制的上位機(jī)監(jiān)控。本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)了機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、PLC控制

3、系統(tǒng)及軟件設(shè)系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)通過計(jì)算后采用Proe建模和動畫及AutoCAD畫工程圖；電路系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用Protel設(shè)計(jì)了相應(yīng)的邏輯電路；PLC控制系統(tǒng)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)要求的邏輯功能構(gòu)思了相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及相應(yīng)的梯形圖和程序；軟件系統(tǒng)采用VB編程軟件編程設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)PLC觸點(diǎn)之間的通信，通過控制界面的運(yùn)行證明實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)軟件界面對下位機(jī)PLC的遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：小

4、型NC立體倉庫；機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)；PLC；接口電路設(shè)計(jì)；VB通信　</p><p>　　Regularity and Order（Design of Small NC Warehouse）</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Small NC Warehouse Design is experiment for

5、 colleges’ machinery and automation, which has nine racks, we can realize control logic of the device. According to the material weight and initial conditions of acceleration, through computing component of forces in X,

6、Y, Z three directions and convert torque, we can compute selection of DC motor 、Stepper motor and bearings, design of screw-nut pairs, Belt drive guide ways and airframe, According to the action logic of DC motors and ha

7、rdware configurat</p><p>　　The paper designs mechanical system, control system based on PLC and monitoring control system based on VB of instructional warehouse. It also mainly designs the systems of mechani

8、cal, circuit, control of PLC, and software. At the part of mechanical system, we calculate the data, then establish the 3D-model and animation by Pro-E software, and draw two-dimensional map by Auto-CAD software. As for

9、circuit, according the needs, we design the logic schematic with Protel. Considering all kinds of re</p><p>　　Keywords: Small NC Warehouse; Mechanical system design; PLC; Interface circuit design; VB Communi

10、cations</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　課題設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　自動化倉庫應(yīng)用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。本設(shè)計(jì)的微型自動化立體倉庫模型主要應(yīng)用于機(jī)械及自動化等相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)， 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容能滿足學(xué)生了解自動化立體倉庫的基本結(jié)構(gòu)、動作原理及控制過程

11、，了解電氣控制、PLC的相關(guān)應(yīng)用及通信實(shí)現(xiàn)的基本方法。掌握PLC的外圍電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)流程等要求，也為自動化立體倉庫的具體實(shí)施拓展了技術(shù)參考途徑。</p><p><b>　　課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計(jì)9個(gè)存儲位的機(jī)械系統(tǒng)。利用Pro/Engineer軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)及裝配和利用CAD 進(jìn)行工程制圖</p><p>　　

12、設(shè)計(jì)基于PLC的下位機(jī)控制系統(tǒng)。采用PLC完成三臺步進(jìn)電機(jī)（或直流電機(jī)）的動作邏輯和硬件I/O配置的接口電路及程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　基于VB的上位機(jī)監(jiān)控。上位機(jī)使用VB的MSComm控件，編寫FX2N-PLC通信協(xié)議代碼，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的串行通信,完成顯示貨位號、尋貨、取貨、存貨、急停、回零等動作的控制。</p><p>　　課題設(shè)計(jì)的目的和意義</p><p

13、>　　傳統(tǒng)條件下的庫房管理作業(yè)，主要依據(jù)人工裝卸，特別是對于一些大型物資，不僅工作效率低，浪費(fèi)大量的人力、物力、存在較大的安全隱患，同時(shí)還占據(jù)大量的庫房面積。立體倉庫的投入使用徹底解決了這一難題。</p><p>　　自動化立體倉庫可以產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。它通過高層貨架存儲，使存儲區(qū)大幅度地向高空發(fā)展，提高了空間利用率；自動化立體倉庫采用層積式存放，通過自動存取系統(tǒng)，加快了運(yùn)行和處理速度，提高了勞

14、動生產(chǎn)率，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度；采用自動化技術(shù)后，還能較好地適應(yīng)黑暗、低溫、污染、有毒和易爆等特殊場合的物品存儲需要；計(jì)算機(jī)控制能夠始終準(zhǔn)確無誤地對各種信息進(jìn)行存儲和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯(cuò)；同時(shí)借助于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉庫存儲能力，便于清點(diǎn)和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動資金，從而提高倉庫的管理水平。</p><p>　　自動化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)集成，

15、實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動化。同時(shí)，由于使用自動化倉庫，促使企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費(fèi)，保證均衡生產(chǎn)，提高了工作人員的素質(zhì)和管理人員的水平。</p><p>　　此次課題設(shè)計(jì)旨在通過具體的工程實(shí)踐，進(jìn)一步深入了解、掌握和綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)理論知識，進(jìn)行小型NC立體倉庫設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，從而提升自己的機(jī)械設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案確定<

16、/p><p><b>　　機(jī)械部分方案確定</b></p><p>　　現(xiàn)有的立體倉庫實(shí)例中，從倉庫類型分有單元貨架倉庫、貫通式貨架及循環(huán)貨架倉庫。從堆垛機(jī)來分有巷道式堆垛機(jī)、橋式堆垛機(jī)等。本課題設(shè)計(jì)的是教學(xué)型立體倉庫，所以體積較小，貨叉的行程也較小。結(jié)合所學(xué)知識可以采用鏈條傳動，同步帶傳動，齒輪齒條傳動，絲杠螺母副傳動還可也采用鋼索牽引式。如圖2-1、圖2-2所示為同步

17、帶傳動和絲杠螺母副傳動：</p><p>　　圖2-1 同步帶傳動式 圖2-2 絲桿螺母副傳動式</p><p>　　采用滾珠絲桿副傳動形式結(jié)構(gòu)更為緊湊，在使用絲杠螺母副傳動又可以分為滾珠絲杠、滾動導(dǎo)軌式和滑動絲杠、滑動導(dǎo)軌式。采用滾珠絲杠、滾動導(dǎo)軌式傳動傳動精度高，但造價(jià)同時(shí)也是很高，傳動效率也很低，綜合考慮教學(xué)型立體倉庫采用這種傳動方式從經(jīng)濟(jì)考慮不是最佳方案。

18、</p><p>　　由于此設(shè)計(jì)是用于教學(xué)型立體倉庫，考慮到尋找貨位的精度 ，再通過效率比較，在滿足條件下這里貨叉選擇同步帶傳動，電機(jī)選用小型直流電機(jī)；考慮到自鎖，升降機(jī)構(gòu)選擇滑動絲杠副傳動，電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)；水平行走機(jī)構(gòu)選擇同步帶傳動，電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)。最后方案采用如圖2-3 所示：</p><p>　　圖 2-3 機(jī)械設(shè)計(jì)部分的最終方案</p><p><

19、b>　　控制部分方案確定</b></p><p>　　本課題采用PLC控制立體倉庫貨叉動作，具有很多優(yōu)點(diǎn)。在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源，并且對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡化安裝，因此PLC具有很強(qiáng)的抗振動沖擊性能；無觸點(diǎn)的導(dǎo)體電路來完成頻繁的開關(guān)動作，就不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的器件老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等問題；輸入輸出接口采用了光電隔離措施，使外部電路和P

20、LC內(nèi)部電路能有效地進(jìn)行隔離；PLC模塊式結(jié)構(gòu)，可以在其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)迅速地判斷出故障的模塊并進(jìn)行更換，這樣就能盡量縮短系統(tǒng)的維修時(shí)間。</p><p>　　根據(jù)堆垛機(jī)的運(yùn)行邏輯，可采用PLC步進(jìn)順控編程方式程序結(jié)構(gòu)采用選擇性的取和存分支與匯合方式，計(jì)數(shù)模式是堆垛機(jī)尋找貨位主要方法，在9個(gè)貨位中，X和Y方向各布局三個(gè)行程開關(guān)，貨位由X和Y方向行程開關(guān)被觸發(fā)的次數(shù)確定。若選擇取貨指令時(shí)，水平移動電機(jī)驅(qū)動移動部

21、件觸發(fā)行程開關(guān)達(dá)計(jì)數(shù)器C0設(shè)定值，制動停止，轉(zhuǎn)成豎直電機(jī)驅(qū)動移動部件觸發(fā)行程開關(guān)達(dá)計(jì)數(shù)器C1設(shè)定值，制動停止，轉(zhuǎn)成貨叉伸出，定時(shí)托起后回縮，移動部件回原點(diǎn)位，將物料放置暫存臺。</p><p>　　使用VB編程可設(shè)計(jì)立體倉庫的上位機(jī)控制界面，完成界面控件加載及屬性設(shè)置后，對各控件編寫代碼，通過代碼來定義控件的動作的功能?？刂平缑姘浳贿x擇、貨位顯示和操作控制區(qū)域。應(yīng)用VB串行通信的MSComm控件，按照FX2N

22、通信協(xié)議編寫通信代碼，可實(shí)現(xiàn)各控件與PLC編程口的串行通信。強(qiáng)制通斷PLC中定義的輸入口。</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟</b></p><p>　　立體倉庫設(shè)計(jì)過程中主要考慮一下幾點(diǎn)：</p><p>　　（1）深入了解和分析立體倉庫的工藝條件和控制要求；</p><p>　?。?）確定機(jī)械傳動設(shè)備，

23、根據(jù)精度要求，經(jīng)濟(jì)性，效率來確定；</p><p>　?。?）根據(jù)負(fù)載功率和轉(zhuǎn)矩選擇合適的電機(jī)；</p><p>　?。?）根據(jù)立體倉庫控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備；</p><p>　　（5）根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)來選擇合適的PLC類型；</p><p>　　（6）根據(jù)I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或

24、輸出端子的接線圖；</p><p>　　（7）根據(jù)設(shè)計(jì)要求編出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再設(shè)計(jì)出周密完整的步進(jìn)順控梯形圖程序；</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)要求用VB做控制界面，編出相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　貨叉伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p>&

25、lt;p>　　因?yàn)槿∝浐头咆洸捎猛綆Ь湍軡M足要求，且同步帶的傳動效率高，所以采用同步帶傳動。</p><p>　　3.1.1工作臺設(shè)計(jì)</p><p>　　初定，由,碳素結(jié)構(gòu)鋼的密度：。工作臺得尺寸為：300L、90W、10H，所以體積為：代入公式計(jì)算得：，取，所以；由設(shè)計(jì)任務(wù)知,所以；總體質(zhì)量。</p><p>　　3.1.2同步帶的設(shè)計(jì)</p>

26、;<p>　　以下是根據(jù)文獻(xiàn)【1】來計(jì)算的：導(dǎo)軌材料初定為鋼Q235，查文獻(xiàn)【2】表7-1得;滑塊材料為青銅，查文獻(xiàn)【2】表17-2得鋼和青銅的摩擦系數(shù)f=0.1，所以。</p><p><b>　　(1)傳動比的確定</b></p><p><b>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)可定。</b></p><p>　　(2)主

27、動輪的轉(zhuǎn)速n、傳遞功率P</p><p>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)可知,則傳遞功率由公式得：</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　預(yù)選電機(jī)轉(zhuǎn)速為:。</b></p><p>　　(3)確定帶的設(shè)計(jì)功率Pd</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】查表3-18取

28、工作情況系數(shù)，由公式:</p><p>　　(4)選擇帶型和節(jié)距</p><p>　　根據(jù)帶的設(shè)計(jì)功率Pd=0.75W和主動輪轉(zhuǎn)速n=50r/min，由文獻(xiàn)【1】圖3-14和表3-10中選擇同步帶、型號為XL型節(jié)距。</p><p>　　(5)確定主帶輪齒數(shù)Z和主帶輪節(jié)圓直徑d1</p><p>　　?。冢?2則小帶輪節(jié)圓直徑:</p&

29、gt;<p>　　當(dāng)n=50r/min </p><p>　　(6)確定從帶輪齒數(shù)和從帶輪節(jié)圓直徑</p><p>　　(7)初選中心距，帶的節(jié)線長度，帶的齒數(shù)</p><p>　　由機(jī)構(gòu)尺寸確定=260則帶的節(jié)線長度：</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】表3-13選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度:</p>

30、<p><b>　　相應(yīng)的齒數(shù)。</b></p><p>　　(8)計(jì)算實(shí)際中心距a</p><p><b>　　實(shí)際中心距為：</b></p><p><b>　　,取260mm。</b></p><p>　　(9)校驗(yàn)帶與帶輪的嚙合齒數(shù)</p>&

31、lt;p><b>　　[()]=6</b></p><p>　　嚙合齒數(shù)等于6滿足要求，此處表示取整</p><p>　　(10)計(jì)算基準(zhǔn)額定功率</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】基準(zhǔn)額定功率P0為：</p><p>　　式中：—所選型號同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，單位為KW；</p>

32、<p>　　—帶寬為bs0時(shí)的許用工作拉力，單位為N，如文獻(xiàn)【1】P30表3-21所示，查得；</p><p>　　—帶寬為bs0時(shí)的單位長度的質(zhì)量，單位為kg/m,如文獻(xiàn)【1】P30表3-21所示，查得；</p><p>　　—同步帶的線速度，單位為m/s。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)算得：P0=0.0025KW</p><p>

33、;　　(11)確定實(shí)際所需同步帶寬度</p><p>　　實(shí)際所需同步帶寬度為為：</p><p>　　式中：—選定型號的基準(zhǔn)帶寬，如文獻(xiàn)【1】P30表3-21所示，查得；</p><p>　　—小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，如文獻(xiàn)【1】P31表3-22所示，查得。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)算得bs≥3.29。</p><p&g

34、t;　　由上式求得最小寬度后，根據(jù)文獻(xiàn)【1】P21表3-11選擇最近的標(biāo)準(zhǔn)帶寬bs得：</p><p>　　(12)帶的工作能力驗(yàn)算</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】P31公式：</p><p>　　式中: Ｋｚ—嚙合系數(shù)，如文獻(xiàn)【1】P31表3-22所示，查得；</p><p>　?。耍鳌X數(shù)系數(shù)，，；</p><p&

35、gt;　　—基準(zhǔn)帶寬為時(shí)的許用工作拉力，單位為N，如文獻(xiàn)【1】P30表3-21所示，查得</p><p>　　m —帶寬為時(shí)的單位長度的質(zhì)量，單位為kg/m, 如文獻(xiàn)【1】P30表3-21所示, 查得；</p><p>　　V—同步帶的線速度，單位為m/s，V=3m/s。 </p><p>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得而滿足因此帶的工作能力合格。</p><

36、;p><b>　　3.1.3帶輪設(shè)計(jì)</b></p><p>　　以下是根據(jù)文獻(xiàn)【1】來計(jì)算的：</p><p><b>　　(1)帶輪的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　因?yàn)閹л喌闹睆胶蛶У膶挾缺容^小，因此采用雙邊擋圈整體式同步帶帶輪。</p><p><b>　　(2)帶輪寬度&

37、lt;/b></p><p>　　因?yàn)閹У膶挾葹?.4mm,有擋圈時(shí)，帶輪的寬度一般比帶大。根據(jù)文獻(xiàn)【1】的標(biāo)準(zhǔn)帶輪寬度表3-15得帶輪寬度為：。</p><p>　　(3)帶輪的齒數(shù)和直徑</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】表3-16得帶輪直徑和齒數(shù)分別為：</p><p>　　節(jié)圓直徑；外徑為；帶輪齒數(shù)。</p>&l

38、t;p><b>　　(4)帶輪的材料</b></p><p>　　帶輪的材料一般采用鑄鐵或鋼，高速鋼、小功率時(shí)可采用塑料或輕合金。本設(shè)計(jì)選用鋼。</p><p>　　3.1.4電機(jī)的計(jì)算與選型</p><p><b>　　(1)初選電機(jī)</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【3】初選易順企業(yè)的

39、型號為TH37JB520型號的直流電機(jī)，其電壓為；功率；額定輸出扭矩；空載轉(zhuǎn)速為；其外形尺寸為：。</p><p>　　(2)傳動裝置總效率</p><p>　　傳動總效率： </p><p>　　聯(lián)軸器的傳動效率，查文獻(xiàn)【2】表1-2得：</p><p>　　同步帶的傳動效率，查文獻(xiàn)【1】得：</p>&

40、lt;p>　　(3)計(jì)算加在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　?、賻л喌霓D(zhuǎn)動慣量</b></p><p>　　由回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量公式: </p><p>　　式中：d—-回轉(zhuǎn)體直徑 </p><p>　　B—-回轉(zhuǎn)體寬度 </p><p>　　—-材料比重

41、 </p><p>　　g—-重力加速度 </p><p><b>　　代入公式得:</b></p><p><b>　?、陔姍C(jī)的轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p>　　由電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)代入上述公式可得：</p><p>　?、垭姍C(jī)轉(zhuǎn)動軸上的總轉(zhuǎn)動慣量</p>

42、;<p><b>　　由動能守恒可得：</b></p><p>　　式中：—-電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　—-帶輪的轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p><b>　　代入公式可得：</b></p><p>　　(4)計(jì)算加在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)矩</

43、p><p><b>　　由功率守恒得：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　根據(jù)來選擇電機(jī)可見對于前面選的TH37JB520型號的直流電機(jī)完全滿足要求。</p><p>　　3.1.5聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　選用廣州凌科自動化設(shè)

44、備有限公司的LK6-16-0606系列的聯(lián)軸器。</p><p>　　3.1.6導(dǎo)軌的計(jì)算</p><p>　　(1)選擇導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【4】表6.2-1因取貨精度不需要太高且滑動導(dǎo)軌簡單還比較經(jīng)濟(jì)，所以選用滑動導(dǎo)軌。</p><p>　　(2)導(dǎo)軌的截面選擇</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)

45、【4】表6.2-2和表6.2-4結(jié)合工作條件選擇圓柱形導(dǎo)軌，采用兩導(dǎo)軌四滑塊的形式。</p><p><b>　　(3)初定導(dǎo)軌直徑</b></p><p><b>　　初定導(dǎo)軌直徑為。</b></p><p><b>　　(4)初定滑塊尺寸</b></p><p>　　導(dǎo)軌直

46、徑10mm即滑塊的內(nèi)徑，滑塊外徑20mm，滑塊長度為30mm。</p><p>　　(5)滑塊座的整體尺寸</p><p>　　滑塊座長度為100mm，高為40mm，寬為40mm，兩滑塊之間的距離為30mm,導(dǎo)套中間內(nèi)徑為12mm。</p><p>　　(6)初定導(dǎo)軌的長度</p><p>　　由機(jī)構(gòu)尺寸可定導(dǎo)軌長度為400mm。</p

47、><p>　　(7)導(dǎo)軌撓度變形計(jì)算</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【5】采用極限法計(jì)算導(dǎo)軌的撓度變形，因?yàn)樽饔迷趯?dǎo)軌中間的力產(chǎn)生撓度變形最大，工作臺的受力如圖3-1所示：</p><p>　　圖 3-1 工作臺受力圖</p><p>　　根據(jù)材料力學(xué)知識求得：， 負(fù)號表示方向向下?？紤]最不利的工作條件將、全部作用于一根導(dǎo)軌上計(jì)算導(dǎo)軌受力圖如圖3-

48、2所示，且最大的力作用于導(dǎo)軌的中點(diǎn)位置上。</p><p>　　圖 3-2 導(dǎo)軌受力圖</p><p><b>　　產(chǎn)生的變形：</b></p><p><b>　　產(chǎn)生的變形：</b></p><p>　　所以導(dǎo)軌產(chǎn)生的變形為：σ=。產(chǎn)生的變形遠(yuǎn)小于導(dǎo)軌工作的允許變形量，所以導(dǎo)軌滿足條件。<

49、/p><p>　　3.1.7 貨叉伸縮機(jī)構(gòu)部分整體圖</p><p>　　升降機(jī)構(gòu)部分整體圖如圖3-3所示：</p><p>　　圖 3-3貨叉伸縮機(jī)構(gòu)爆炸圖</p><p><b>　　升降機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)</b></p><p>　　因升降機(jī)構(gòu)需要考慮自鎖，所以采用絲杠螺母傳動。以下是根據(jù)文獻(xiàn)【2】

50、來計(jì)算的。</p><p>　　3.2.1上升機(jī)械所承受的重力G</p><p>　　貨叉與貨物的總重量為20kg,所以總體質(zhì)量G=200N。</p><p>　　3.2.2螺桿和螺母設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【2】傳動形式：采用絲桿傳動，螺母移動的方式。螺母為整體式螺母，螺紋為梯形螺紋，牙型角，高傳導(dǎo)螺紋，采用單線頭。</p&

51、gt;<p>　?。?）螺桿和螺母的材料</p><p>　　螺桿的材料初定為合金鋼40Cr，查文獻(xiàn)【2】得:</p><p>　　螺母的材料初定為鑄造青銅，查文獻(xiàn)【2】得：</p><p>　?。?）初定螺桿螺母尺寸</p><p><b>　　①螺桿中徑</b></p><p>

52、　　根據(jù)文獻(xiàn)【2】的公式：</p><p>　　式中：—許用比壓（），查文獻(xiàn)【2】表17-1；</p><p>　　—螺母高徑比系數(shù)，整體式螺母取為，取φ；</p><p>　　—軸向力，在此軸向力F=G=200N。</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　根據(jù)計(jì)算的

53、查文獻(xiàn)【2】表9-3得：</p><p>　　由和查文獻(xiàn)【2】表9-2得：</p><p><b>　　②螺母的高度H</b></p><p><b>　?、坌先?shù)</b></p><p><b>　　式中：P—螺距</b></p><p><b

54、>　?、苈菁y的工作高度</b></p><p><b>　?、菪：寺菽副葔?lt;/b></p><p><b>　?、掾?yàn)算自鎖條件</b></p><p>　　式中： α—螺紋牙型角；</p><p><b>　　—螺紋升角（度）；</b></p>

55、<p>　　—螺紋導(dǎo)程（mm）；</p><p>　　—當(dāng)量摩擦角（度）；</p><p>　　—摩擦系數(shù)，查文獻(xiàn)【2】表17-2，查得。 </p><p>　　代入公式得：， ， ，滿足自鎖條件。</p><p><b>　?、唑?yàn)算螺桿強(qiáng)度</b></p><p>　　式中

56、： </p><p>　　代入?yún)?shù)計(jì)算得：， </p><p>　　查文獻(xiàn)【2】表17-3 ，取，因?yàn)樗月輻U滿足強(qiáng)度要求。</p><p><b>　?。?）螺母計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)耐磨性計(jì)算確定之后，初步擬定螺母尺寸如圖3-4所示：</p><p>

57、;　　圖 3-4 絲桿螺母結(jié)構(gòu)尺寸 </p><p><b>　?、俾菁y牙剪切強(qiáng)度</b></p><p>　　式中：—材料許用剪切應(yīng)力,</p><p>　　查文獻(xiàn)【2】表17-3得：； </p><p>　　b—螺紋牙根部寬度，梯形螺紋代入數(shù)據(jù)

58、； 代入式中計(jì)算得：，所以螺紋剪切強(qiáng)度符合工作條件。</p><p><b>　　②螺紋牙彎曲強(qiáng)度</b></p><p>　　式中： 彎曲力臂，；</p><p>　　—許用彎曲應(yīng)力，查文獻(xiàn)【2】表17-3得：；</p><p>　　代入公式計(jì)算得：，符合要求。</p><p>　?、勐菽缚估?/p>

59、、扭強(qiáng)度核算 </p><p>　　式中：—螺母材料的許用壓力：;</p><p>　　σ，S指螺母面積，代入數(shù)據(jù)得：σ。</p><p>　　因?yàn)?，所以螺母抗拉、扭?qiáng)度符合要求。</p><p>　?。?）螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算</p><p>　　絲桿采用兩端固定，其長度系數(shù)由文獻(xiàn)【6】表5-14得：μ=0.5，螺桿的安

60、全系數(shù)：</p><p>　　式中：—螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)取為；</p><p>　　—臨界壓力（N），視柔度為的不同分別確定；是螺桿危險(xiǎn)剖面的慣性半徑；</p><p>　　l—螺桿的工作長度， l=900mm；</p><p>　　代入公式可得： </p><p><b>　　,</b>&

61、lt;/p><p>　　所以螺桿穩(wěn)定性足夠。</p><p>　　3.2.3軸承的選擇</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【6】螺桿的公稱直徑，求軸承所受的軸向力和徑向力：</p><p>　　圖3-5 軸承受力分析</p><p>　　查文獻(xiàn)【2】表10-2初選7002AC角接觸球軸承，，,。</p><p

62、><b>　　求和</b></p><p>　　徑向力可認(rèn)為全部作用在導(dǎo)軌上，所以, </p><p>　　圖 3-6 軸承正裝受力分析</p><p><b>　　求和</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【6】表13-7得：</p><p><b>　　由

63、：，所以有，；</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　由：，所以有，，</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　驗(yàn)算軸承壽命</b></p><

64、;p>　　由于，，所以按軸承1受力大小驗(yàn)算：</p><p>　　所以所選軸承滿足要求；所選軸承為：7002AC角接觸球軸承，，,。</p><p>　　3.2.4 電機(jī)的選擇</p><p><b>　?、艂鲃涌傂?</b></p><p>　　傳動總效率為： </p>

65、<p>　　式中：—滑動絲杠傳動效率，查文獻(xiàn)【4】式5-7-3</p><p><b>　　=0.46；</b></p><p>　　—軸承的傳動效率，查文獻(xiàn)【2】表1-2得：；</p><p>　　—聯(lián)軸器傳動效率，查文獻(xiàn)【2】表1-2得：。</p><p><b>　　代入?yún)?shù)得：。</b

66、></p><p><b>　?、妻D(zhuǎn)動慣量</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】絲杠轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算公式：</p><p>　　工作臺折算到絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　所以： </p><p><b>　?、乔?</b></p

67、><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】 的計(jì)算公式：</p><p>　　式中： ，其中 ,取1s，代入公式計(jì)算得：；</p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　所以有 </p><p>&l

68、t;b>　?、入姍C(jī)選擇 </b></p><p>　　根據(jù)力矩選擇上海昀研自動化科技有限公司生產(chǎn)的57RB76-156型號的步進(jìn)電機(jī)，， 。</p><p>　　3.2.5滑動導(dǎo)軌的計(jì)算 </p><p>　　以下是根據(jù)文獻(xiàn)【4】來計(jì)算的：</p><p>　?、胚x擇圓柱形導(dǎo)軌，采用兩導(dǎo)軌兩滑塊的形式。</p>

69、<p><b>　?、瞥醵▽?dǎo)軌尺寸</b></p><p>　　取圓柱導(dǎo)軌直徑，導(dǎo)軌長度根據(jù)絲杠長度計(jì)算，因?yàn)榻z桿長度為，所以導(dǎo)軌長度也初定為。</p><p>　?、浅醵ɑ瑝K及滑座的尺寸</p><p>　　滑塊為圓柱形，內(nèi)徑為，外徑為長度為；滑座為一長方體長為：；寬為；高為。導(dǎo)軌與絲桿的中心距為。</p><

70、;p><b>　　導(dǎo)軌的撓度變形計(jì)算</b></p><p>　　計(jì)算貨叉帶來的扭矩，受力分析如圖3-7所示，貨叉部分的重力為，力到導(dǎo)軌之間的距離為。 </p><p>　　圖 3-7 豎直導(dǎo)軌受力分析</p><p>　　所以扭矩，由力學(xué)知識可知在導(dǎo)軌中間產(chǎn)生的撓度變形大，所以設(shè)力矩產(chǎn)生在中間處。</p><p>

71、;<b>　　根據(jù)公式：</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　當(dāng)時(shí)，代入數(shù)據(jù)得： ，撓度變形符合條件。</p><p>　　3.2.6聯(lián)軸器的選用 </p><p>　　選用廣州凌科自動化設(shè)備有限公司的LK6-25-0612系列的聯(lián)軸器。</p&

72、gt;<p>　　3.2.7 升降機(jī)構(gòu)部分整體圖</p><p>　　升降機(jī)構(gòu)部分整體圖如圖3-8所示：</p><p>　　圖 3-8 升降機(jī)構(gòu)爆炸圖</p><p><b>　　水平行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　因?yàn)樗叫凶卟捎猛綆Ь湍軡M足要求，且同步帶的傳動效率高，所以采用同步帶傳動。&

73、lt;/p><p>　　3.3.1行走機(jī)構(gòu)所承受的重力G</p><p>　　升降機(jī)構(gòu)的總體重力為，貨叉及貨物的重力為，所以水平行走機(jī)構(gòu)所受的總體質(zhì)量。</p><p>　　3.3.2同步帶的設(shè)計(jì)</p><p>　　以下是根據(jù)文獻(xiàn)【1】來計(jì)算的：導(dǎo)軌材料初定為鋼Q235，查文獻(xiàn)【2】表7-1得;滑塊材料為青銅，查文獻(xiàn)【2】表17-2得鋼和青銅的

74、摩擦系數(shù)f=0.1，所以。</p><p><b>　　⑴傳動比的確定</b></p><p><b>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)可定。</b></p><p>　?、浦鲃虞喌霓D(zhuǎn)速n、傳遞功率P</p><p>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)可知,則傳遞功率由公式得：</p><p><b>

75、　　。</b></p><p><b>　　預(yù)選電機(jī)轉(zhuǎn)速為:。</b></p><p>　?、谴_定帶的設(shè)計(jì)功率Pd</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】查表3-18取工作情況系數(shù)，由公式:</p><p><b>　?、冗x擇帶型和節(jié)距</b></p><p>　　根

76、據(jù)帶的設(shè)計(jì)功率和主動輪轉(zhuǎn)速，由文獻(xiàn)【1】圖3-14和表3-10中選擇同步帶、型號為XL型節(jié)距。</p><p>　?、纱_定主帶輪齒數(shù)Z和主帶輪節(jié)圓直徑d1</p><p>　　?。冢?8則小帶輪節(jié)圓直徑:</p><p>　　當(dāng)n=60r/min </p><p>　?、蚀_定從帶輪齒數(shù)和從帶輪節(jié)圓直徑</p>

77、<p>　?、顺踹x中心距，帶的節(jié)線長度，帶的齒數(shù)</p><p>　　由機(jī)構(gòu)尺寸確定=1000則帶的節(jié)線長度：</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】表3-13選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度:</p><p><b>　?、逃?jì)算實(shí)際中心距a</b></p><p><b>　　實(shí)際中心距為：</b>&

78、lt;/p><p><b>　　,取1067mm。</b></p><p>　?、托ｒ?yàn)帶與帶輪的嚙合齒數(shù)</p><p><b>　　[()]=9</b></p><p>　　嚙合齒數(shù)大于6滿足要求，此處表示取整。</p><p><b>　?、斡?jì)算基準(zhǔn)額定功率<

79、/b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】基準(zhǔn)額定功率P0為：</p><p>　　式中：P0—所選型號同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，單位為KW；</p><p>　　Ta—帶寬為bs0時(shí)的許用工作拉力，單位為N，如文獻(xiàn)【1】P30表3-21所示，查得；</p><p>　　m—帶寬為bs0時(shí)的單位長度的質(zhì)量，單位為kg/m,

80、如文獻(xiàn)【1】P30表3-21所示，查得；</p><p>　　V—同步帶的線速度，單位為m/s。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)算得：P0=0.040KW</p><p>　?、洗_定實(shí)際所需同步帶寬度</p><p>　　實(shí)際所需同步帶寬度為為：</p><p>　　式中：—選定型號的基準(zhǔn)帶寬，如文獻(xiàn)【1】P30表3-2

81、1所示，查得；</p><p>　　—小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，如文獻(xiàn)【1】P31表3-22所示，查得。</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)算得。</b></p><p>　　由上式求得最小寬度后，根據(jù)文獻(xiàn)【1】P21表3-11選擇最近的標(biāo)準(zhǔn)帶寬得：</p><p><b>　　⑿帶的工作能力驗(yàn)算</b>

82、;</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】P31公式：</p><p>　　式中：Ｋｚ—嚙合系數(shù)，如文獻(xiàn)【1】P31表3-22所示，查得；</p><p>　?。耍鳌X數(shù)系數(shù)，，；</p><p>　　—基準(zhǔn)帶寬為時(shí)的許用工作拉力，單位為N，如文獻(xiàn)【1】P30表3-21所示，查得</p><p>　　m —帶寬為時(shí)的單位長

83、度的質(zhì)量，單位為kg/m, 如文獻(xiàn)【1】P30表3-21所示, 查得；</p><p>　　V—同步帶的線速度，單位為m/s，V=10m/s。 </p><p>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得而滿足因此帶的工作能力合格。</p><p><b>　　3.3.3帶輪設(shè)計(jì)</b></p><p>　　以下是根據(jù)文獻(xiàn)【1】來計(jì)算的：<

84、;/p><p><b>　　⑴帶輪的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　因?yàn)閹л喌闹睆胶蛶У膶挾缺容^小，因此采用雙邊擋圈整體式同步帶帶輪。</p><p><b>　　⑵帶輪寬度</b></p><p>　　因?yàn)閹У膶挾葹?有擋圈時(shí)，帶輪的寬度一般比帶大。根據(jù)文獻(xiàn)【1】的標(biāo)準(zhǔn)帶輪寬度表3-15得帶輪寬度為

85、：。</p><p><b>　　⑶帶輪的齒數(shù)和直徑</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】表3-16得帶輪直徑和齒數(shù)分別為：</p><p>　　節(jié)圓直徑；外徑為；帶輪齒數(shù)。</p><p><b>　?、葞л喌牟牧?lt;/b></p><p>　　帶輪的材料一般采用鑄鐵或

86、鋼，高速鋼、小功率時(shí)可采用塑料或輕合金。本設(shè)計(jì)選用鋼。</p><p>　　3.3.4電機(jī)的計(jì)算與選型</p><p><b>　　⑴初選電機(jī)</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【3】初選易順企業(yè)的型號為85HB80-554型號的步進(jìn)電機(jī)。 </p><p><b>　　⑵傳動裝置總效率</b>&

87、lt;/p><p>　　傳動總效率： </p><p>　　聯(lián)軸器的傳動效率，查文獻(xiàn)【2】表1-2得：</p><p>　　同步帶的傳動效率，查文獻(xiàn)【1】得：</p><p>　?、怯?jì)算加在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　①帶輪的轉(zhuǎn)動慣量</b></p&

88、gt;<p>　　由回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量公式: </p><p>　　式中：d—-回轉(zhuǎn)體直徑 </p><p>　　B—-回轉(zhuǎn)體寬度 </p><p>　　—-材料比重 </p><p>　　g—-重力加速度 </p><p><b>　　代入公式得:</b>&l

89、t;/p><p><b>　?、陔姍C(jī)的轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p><b>　　由電機(jī)的參數(shù)可得：</b></p><p>　　③電機(jī)轉(zhuǎn)動軸上的總轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　由動能守恒可得：</b></p><p>　　式中：—-電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量

90、</p><p><b>　　—-帶輪的轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p><b>　　代入公式可得：</b></p><p>　?、朴?jì)算加在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　由功率守恒得：</b></p><p><b>　　代入

91、數(shù)據(jù)得：</b></p><p>　　根據(jù)來選擇電機(jī)可見對于前面選的85HB80-554型號的步進(jìn)電機(jī)完全滿足要求，其轉(zhuǎn)矩為， 。</p><p>　　3.3.5聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　選用廣州凌科自動化設(shè)備有限公司的LK6-16-1010系列的聯(lián)軸器。</p><p>　　3.3.6導(dǎo)軌的計(jì)算</p>&

92、lt;p>　?、胚x擇導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【4】表6.2-1因精度不需要太高且滑動導(dǎo)軌簡單還比較經(jīng)濟(jì)，所以選用滑動導(dǎo)軌。</p><p><b>　　⑵導(dǎo)軌的截面選擇</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【4】表6.2-2和表6.2-4結(jié)合工作條件選擇圓柱形導(dǎo)軌，采用兩導(dǎo)軌四滑塊的形式。</p><

93、;p><b>　　⑶初定導(dǎo)軌直徑</b></p><p><b>　　初定導(dǎo)軌直徑為。</b></p><p><b>　　⑷初定滑塊尺寸</b></p><p>　　導(dǎo)軌直徑20mm即滑塊的內(nèi)徑，滑塊外徑40mm，滑塊長度為20mm。</p><p><b>

94、　?、苫瑝K座的整體尺寸</b></p><p>　　滑塊座長度為100mm，高為40mm，寬為40mm，兩滑塊之間的距離為50mm,滑座中間內(nèi)徑為30mm。</p><p><b>　?、食醵▽?dǎo)軌的長度</b></p><p>　　由機(jī)構(gòu)尺寸可定導(dǎo)軌長度初定為1200mm。</p><p><b>

95、　　⑺導(dǎo)軌撓度變形計(jì)算</b></p><p>　　計(jì)算重力帶來的撓度變形，受力圖如圖3-9所示，總重力為,因?yàn)樽饔迷趯?dǎo)軌中間的時(shí)候?qū)к壸冃巫畲螅袁F(xiàn)在計(jì)算作用在中間的撓度變形，則有,,而導(dǎo)軌的實(shí)際長度小于1200mm。</p><p>　　圖 3-9 導(dǎo)軌極限受力分析</p><p>　　下面計(jì)算作用在中間處一根導(dǎo)軌上的力所產(chǎn)生的撓度，有公式得：&l

96、t;/p><p><b>　　其中，當(dāng)時(shí)，</b></p><p>　　所以導(dǎo)軌產(chǎn)生的變形遠(yuǎn)小于導(dǎo)軌工作的允許變形量，所以導(dǎo)軌滿足條件。</p><p>　　3.3.7 行走機(jī)構(gòu)部分整體圖</p><p>　　升降機(jī)構(gòu)部分整體圖如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10行走機(jī)構(gòu)爆炸圖</

97、p><p>　　機(jī)械部分PRO/e建模后的虛擬裝配圖</p><p>　　通過PRO/e建模后的立體倉庫的虛擬裝配圖如圖3-11所示,爆炸圖如圖3-12所示，整體裝配圖如圖3-13所示，詳細(xì)的立體倉庫CAD裝配工程圖請見見附錄E。</p><p>　　圖 3-11 立體倉庫虛擬裝配圖</p><p>　　圖 3-12 立體倉庫虛擬裝配爆炸圖<

98、;/p><p>　　圖 3-12 立體倉庫整體裝配圖</p><p>　　第四章 PLC接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)是運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)來控制立體倉庫運(yùn)動方式。PLC控制能快速的對輸入信號做出反應(yīng)控制立體倉庫，便于檢查維修。其控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)如圖4-1所示：</p><p&g

99、t;　　圖中各輸入點(diǎn)說明如下：</p><p>　　（1）啟動、急停、回零、取貨及放貨分別為命令操作選擇的輸入點(diǎn)。</p><p>　?。?）1號至9號的貨位輸入點(diǎn)為選擇貨位的輸入點(diǎn)。</p><p>　?。?）限位輸入點(diǎn)分別為X、Y、Z方向上極限位置開關(guān)的輸入點(diǎn)。</p><p>　　（4）行程開關(guān)輸入點(diǎn)和貨叉前伸開關(guān)輸入點(diǎn)用于移動部件尋位

100、、定位時(shí)依靠移動部件的觸發(fā)行程開關(guān)，實(shí)現(xiàn)信號的開關(guān)量輸入。</p><p>　?。?）原位輸入點(diǎn)為堆垛機(jī)及貨叉回原位的輸入點(diǎn)。</p><p>　　圖中個(gè)輸出點(diǎn)說明如下：</p><p>　?。?）水平信號輸出點(diǎn)為水平步進(jìn)電機(jī)控制信號輸出點(diǎn)。用于實(shí)現(xiàn)水平步進(jìn)電機(jī)的動作。</p><p>　?。?）豎直信號輸出點(diǎn)為豎直步進(jìn)電機(jī)控制信號的輸出點(diǎn)。

101、用于實(shí)現(xiàn)水平步進(jìn)電機(jī)的動作。</p><p>　?。?）貨叉前伸、貨叉回縮、貨叉電機(jī)制動輸出點(diǎn)為貨叉直流電機(jī)控制的輸出點(diǎn)。用于實(shí)現(xiàn)貨叉電機(jī)的動作。</p><p>　　（4）A、B、C、D輸出點(diǎn)為LED顯示器四個(gè)BCD驅(qū)動的輸入點(diǎn)。用于實(shí)現(xiàn)貨位號得顯示。</p><p>　　4.2 可編程控制器（PLC）的選型</p><p>　　4.2.1

102、 PLC的概述</p><p>　　可編程控制器英文為 Programmable Controller，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器，它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它通過運(yùn)行存儲在內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息變換為所要求得輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的控制。</p><p>　　PLC基于電子

103、計(jì)算機(jī)，但不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行出入信息變換時(shí)，太多只考慮信息本身，信息出入的物理過程一般不考慮。而PLC則要考慮信息出入的可靠性、實(shí)時(shí)性以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題，出入信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，這都是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。PLC可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能比繼電器控制裝置多且強(qiáng)的多。</p><p>　　PLC有豐富

104、的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通訊接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，它具有邏輯處理功能，數(shù)據(jù)運(yùn)算功能、準(zhǔn)確定時(shí)功能、高速計(jì)數(shù)功能、中斷處理功能、程序與數(shù)據(jù)存儲功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能、自檢測自診斷功能?？梢赃@么說凡普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能，PLC幾乎也能做到。</p><p>　　像PLC這樣集豐富功能于一身，這是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)繼電控制電路無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可

105、能，同時(shí)也為自動行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。</p><p>　　4.2.2 PLC的選型</p><p>　　在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇

106、有較高性價(jià)比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。</p><p>　　⑴輸入輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)的估算</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，在增加10%~20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算方法故本設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入31點(diǎn)，輸出13點(diǎn)。</p>

107、<p><b>　?、拼鎯ζ魅萘康墓浪?lt;/b></p><p>　　存儲器容量是可編程控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定的估算，通常采用存儲器容量的估算來代替。</p>

108、;<p>　　存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給了不同公式，但大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10~15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)據(jù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)(16位為一個(gè)字)，另外再按此數(shù)據(jù)的25%考慮余量。因此本設(shè)計(jì)的PLC內(nèi)存容易選擇應(yīng)能存儲5000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。</p><p><b>　?、强刂乒δ艿倪x擇</b>&

109、lt;/p><p>　　該功能包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)所涉設(shè)計(jì)的自動門控制的需要，主要介紹在線編程方式。</p><p>　　在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期主

110、機(jī)就根據(jù)新收到得程序運(yùn)行，這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。而編程語言有五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C、Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。</p><p><b>　?、葯C(jī)型的選擇</b

111、></p><p>　　從PLC的類型考慮，F(xiàn)X2N系列可編程控制器主機(jī)分為16、24、32、64、80、128點(diǎn)六檔。本設(shè)計(jì)的立體倉庫控制系統(tǒng)有輸入信號31個(gè)，輸出信號13個(gè)。其中外部輸入元件包括：啟動、急停、回零、取貨、放貨、行程開關(guān)等；輸出有三個(gè)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)等。按照上述配置，所選I/O點(diǎn)不得低于31點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，所選I/O點(diǎn)為64點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)所選型號為FX2N-64MR。</p>

112、<p>　　從經(jīng)濟(jì)性考慮，選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性價(jià)比，考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性價(jià)比。本設(shè)計(jì)的立體倉庫屬于中小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮，因此選

113、擇整體性PLC。</p><p>　　最后根據(jù)輸入輸出，選擇三菱公司出產(chǎn)的FX2N-64MR。</p><p>　　4.3 PLC輸入輸出分配表</p><p>　　據(jù)PLC輸入輸出的控制要求，得出下列的輸入輸出的分配表，見表4-1。</p><p>　　表4-1 PLC輸入輸出分配表</p><p>　　4.4 PL

114、C接口圖</p><p>　　微型立體倉庫采用PLC控制。根據(jù)立體倉庫的動作要求及I/O點(diǎn)數(shù)要求，選擇三菱FX2N型PLC，由此構(gòu)建微型立體倉庫的控制接口圖。微型立體倉庫PLC控制接口電路如圖4-2所示，詳細(xì)請見附錄F PLC控制接口電路所示。電路所用的原件清單如表4-2所示。</p><p>　　圖 4-2 PLC控制接口電路圖</p><p>　　表4-2電路元

115、件清單</p><p>　　輸入模塊：X0-X15為按鈕輸入，用于選擇貨位號、存取貨物、急停、回零操作，X16-X36為行程開關(guān)輸入，用于移動部件的尋位、定位及超越控制，依靠移動部件的觸發(fā)行程開關(guān)，實(shí)現(xiàn)信號的開關(guān)量輸入。</p><p>　　電機(jī)控制模塊：Y0-Y2和Y4-Y6分別為水平和升降步進(jìn)電機(jī)的脈沖、方向和使能信號的輸出。電路的設(shè)計(jì)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù)，選定相應(yīng)的驅(qū)動芯片THB7

116、128，設(shè)計(jì)外圍電路，如電流設(shè)定端的電壓大小和外接檢測電阻大小。因步進(jìn)電機(jī)的電壓較大而驅(qū)動芯片的電壓較小，所以在驅(qū)動芯片和電機(jī)之間設(shè)計(jì)了一個(gè)放大電路，其電路圖如PLC接口電路圖所示。Y10-Y12為貨叉電機(jī)的轉(zhuǎn)動和能耗制動輸出，通過邏輯控制繼電器的通斷，把電壓加載到電樞繞組，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。停止時(shí)，控制相應(yīng)的繼電器閉合電樞回路，依靠電機(jī)的慣性轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流，實(shí)現(xiàn)能耗制動，其電路圖如PLC接口電路圖所示。</p>&

117、lt;p>　　LED顯示模塊：Y20-Y23為LED顯示輸出，顯示時(shí)，74LS48譯碼器及外圍電路將PLC輸出的BCD碼開關(guān)量信號，轉(zhuǎn)換成七段碼電平信號控制LED顯示貨位號。為了在現(xiàn)場能顯示按下的是哪個(gè)貨位，所以在現(xiàn)場控制面板中設(shè)置一個(gè)LED顯示器，LED顯示時(shí)通過PLC-驅(qū)動-LED順序來實(shí)現(xiàn)的，本LED顯示模塊中LED驅(qū)動芯片采用的是74LS48譯碼芯片，芯片管腳的定義：a~g連接到相應(yīng)的LED管腳上，A~D連接到PLC的Y2

118、0~Y23上，、、腳與+5V的電壓連接。其電路圖如圖4-3所示。其中譯碼芯片的真值表見表4-3。</p><p>　　圖 4-3 LED顯示模塊電路圖</p><p>　　表4-3 74LS48譯碼芯片真值表</p><p>　　放大電路模塊:因步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動芯片電壓與步進(jìn)電機(jī)的電壓不匹配，所以在驅(qū)動芯片與步進(jìn)電機(jī)之間加入一個(gè)放大電路。根據(jù)文獻(xiàn)【7】圖3-14所示，

119、本設(shè)計(jì)采用3DD15的一級放大電路，其具體電路設(shè)計(jì)如總電路設(shè)計(jì)圖所示。下面以水平步進(jìn)電機(jī)為例來說明：如圖4-4所示為水平步進(jìn)電機(jī)的放大電路。其中步進(jìn)電機(jī)的電流為1.5A,3DD15的放大倍數(shù)為100倍，電機(jī)相輸入端的電壓為24V即驅(qū)動芯片THB7128的電壓。由電工知識可計(jì)算得步進(jìn)電機(jī)相輸入端的電阻阻值為1.6KΩ。同理可得豎直放大電路中的步進(jìn)電機(jī)相輸入端的電阻阻值為600Ω。</p><p>　　圖4-4 水平

120、步進(jìn)電機(jī)單電壓功率放大電路</p><p>　　電源模塊：根據(jù)文獻(xiàn)【1】圖5-4所示，設(shè)計(jì)電源模塊整體電路如PLC接口電路圖所示。其中：</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【1】圖5-4所示，繼電器和THB7128芯片的電源電路圖如下圖4-5所示：</p><p>　　圖 4-5 繼電器和THB7128芯片的電源電路圖</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)

121、【1】圖5-4所示，LED、555及74L38的電源電路圖如下圖4-6所示：</p><p>　　圖4-6 LED、555及74L38的電源電路圖</p><p>　　放大電路的電源以水平放大電路模塊為例，其中用到了LM317L芯片，根據(jù)芯片的建議電路設(shè)計(jì)如下圖4-7所示的水平步進(jìn)電機(jī)放大電路的電源電路圖。其中通過滑動變阻器來調(diào)節(jié)所需電壓，根據(jù)建議電路中的計(jì)算公式：</p>

122、<p>　　得滑動變阻器的阻值范圍為：5KΩ－10KΩ。同理可得豎直步進(jìn)電機(jī)電源電路中滑動變阻器的阻值范圍為：10KΩ－20KΩ；貨叉電機(jī)電源電路中滑動變阻器的阻值范圍為：5KΩ-10KΩ。</p><p>　　圖 4-7 水平步進(jìn)電機(jī)放大電路的電源電路圖</p><p><b>　　4.5 PLC編程</b></p><p>　　4

123、.5.1三菱FX系列編程軟件</p><p>　　三菱公司FX系列PLC的編程輸入主要有手持編程器和計(jì)算機(jī)編程軟件。手持編程器體積小、攜帶方便，用于現(xiàn)場編程和程序調(diào)試，比較方便，但只能以指令的形式輸入，所以程序輸入或?qū)Τ绦虻姆治隼斫獠惶奖?。目前比較常用的方法是此案有計(jì)算機(jī)編程軟件。</p><p>　　本設(shè)計(jì)所選用的編程軟件為三菱公司的FXGP_WIN-C，該軟件操作簡單，占用內(nèi)存小，且