PLC控制的堆垛式立体车库设计毕业论文Word文档格式.docx
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自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分。
立体车库库应用围很广，几乎遍布所有行业。
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。
随着社会、经济、交通的发展以及人们生活水平的不断提高，车辆无处停放的问题入去突出。
采用立体仓库进行存放车辆与传统的自然地下车库相比，在许多方面显示出优越性。
首先，立体仓库具有突出的节地优势。
仓库可以大幅度的向高空发展，充分利用仓库地面和空间，节省了库存占地面积，提高了空间利用率。
立体仓库存放车辆与传统地下车库相比更加有效的保证人身和车辆的安全，立体车库从管理上可以做到彻底的人车分流。
因此对这个课题的研究是具有重大意义的。
第二章立体车库的概述硬件部分
1立体仓库的基本结构
立体车库的外形结构下图2-1所示。
图2-1立体车库的外形结构
1-垂直方向步进电动机2-汽车3-立体车库本体4-垂直方向定位传感器5-垂直方向滚珠丝杠6-货台叉车7-货台直流电动机8-急停按钮9-水平方向定位传感器10-按钮11-仓位检测传感器（13个）12-定位标条13-水平方向步进电动机14-PLC15-接口板16-按钮板17-底板
立体仓库主体由立体车库本体单元、PLC控制单元、接口单元及电源单元等组成。
如下图2-2所示。
图2-2立体仓库组成图
A．立体车库本体单元。
该单元由12个仓位和巷道式堆垛起重机等组成。
B．PLC控制单元。
该单元可分别选用松下PLC、西门子PLC、欧姆龙PLC、三菱PLC等。
PLC主体具有脉冲输出功能，能同时实现二轴定位功能。
C．接口单元。
给单元将系统中所有控制单元、执行单元、检测单元、输入/输出单元的信号都引到面板上，由学生自行完成电路的设计，不同性质的节点采用不同的颜色进行标识，并且每个单元自身的电路具有独立性，具备扩展功能。
D．电源单元。
电源单元是由开关电源提供系统工作的DC24V电压。
该系统在设计上设置了各种保护功能，包括短路保护、反向保护、限位保护、定位保护。
TVT-99V立体仓库系统中为了防止不确定因素对系统硬件的损坏，分别在机械手臂运行的横轴和纵轴上设置了仓库的定位孔，当机械手臂运行时，位于移动模块下方的光电传感器分别检测运行X轴、Y轴的定位点，当且仅当机械手臂停止于点位孔点时，对应的Z轴才能进行取货和移货的动作。
机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、直流电机作为拖动元件。
电气控制是由松下电工生产的FP0型可编程序控制器（PLC）、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。
本系统采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠作为主传动机构，电机采用步进电机和直流电机，其关键部分是堆垛机，它由水平移动、竖直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和竖直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构有一台直流电机来控制它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，下层装有丝杠等传送机构。
当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当货物已送入，则铲叉向后缩回。
控制面板上的开关及按钮功能及仓位号（见图2-3、图2-4）
图2-3控制面板上的开关及按钮功能图2-4控制面板上的仓位号
表2-1、控制面板上的按钮功能表
按键号
功能选择
定义
1
自动
选择1号仓位
手动
机构水平向左移动
2
选择2号仓位
机构垂直向下移动
3
选择3号仓位
机构水平向右移动
4
选择4号仓位
机构水平向后移动
5
选择5号仓位
机构垂直向上移动
6
选择6号仓位
机构水平向前移动
7
选择7号仓位
无意义
8
选择8号仓位
9
选择9号仓位
10
选择10号仓位
11
选择11号仓位
12
选择12号仓位
2FP0系类PLC的特点及配置
FP0系列可编程控制器（PLC）是松下电工生产的一种超小型PLC，其体积小巧（W25×
H90×
D60mm），不受安装场所限制。
FP0系列PLC主机有10点（FP0-10R）、14点（FP0-14R）为继电器输出，16点（FP0-16T）、32（FP0-32T）点为晶体管输出，I/O最大可扩展到3个单元128点，并且3个I/O扩展单元采用堆叠方式不需要任何电缆，结构紧凑。
FP0系列PLC功能强大，执行每个基本指令只需0.58μs,同时脉冲捕捉和中断输入满足了高速响应的需要。
此外该PLC具有32K步的大容量存及丰富的指令系统。
（1）该型PLC还具有如下特点
A．脉冲输出功能（限于晶体管输出型）
装配了2通道，最大的为10kHz的脉冲输出。
（2通道输出时为5kHz）各自可以独立进行控制，因此可以和2轴独立的位置控制用途相对应。
配备了自动梯形控制，原点返回和JOG运行的专用指令，设定非常简单。
B．高速计数的功能
对单相配备了4通道，2相则为2通道。
在单相的情况下，4通道合计为10kHz；
2相的情况下，2通道合计为2kHz。
以此计数速度，可用于对变频器进行控制等。
C．PWM输出功能（限于晶体管输出型）
使用专用指令，可以实现频率1kHz占空比0.1%～99.9%的脉冲输出。
由于它的超小型尺寸和高度兼容性，FP0拥有广泛的应用领域，如：
继电器顺序控制、室检测、传送控制、自动货架、给料机、食品加工和包装机、停车器、行车限距仪等。
本系统采用FP0-C16T型PLC作为控制单元，该型PLC属于晶体管输出型，共有16点I/O，其中输入用X表示，有8点，对应的地址为X00-X07；
输出用Y表示，有8点，对应的地址为Y00-Y07。
该型PLC程序容量为2720步，支持83条基本指令及114条高级指令，定时器为100个，对应的标号为0-99，计数器为44个，对应的标号为100-143。
该型PLC支持32点主控（MC0-MC31），16个子程序（SUB0-SUB15），7中断（外部6点，部1点）。
（2）FP0系列PLC的I/O配置
用X表示，外部输出用Y表示。
具体的输入和输出的编号用十进制和16进制的组合表示，如图2-5所示。
：
图2-5FP0系列PLC的外部输入地址编号
外部的输入和输出既可以用位表示，也可以用字表示，即输入输出状态字，如：
WX0则表示0号输入状态字。
WX0对应X00-X0F共16位外部输入的状态。
当PLC控制单元的I/O点数不足时，可进行I/O单元扩展，FP0系列PLC连接到一个控制单元的扩展单元最多为三个，如图2-6所示。
图2-6FP0系列PLC控制单元与扩展单元连接
各型扩展单元对应的输入输出地址如表2-2所示。
表2-2FP0系列PLC各型扩展单元对应的输入输出地址对照表
单元的种类
分配点数
扩展单元1
扩展单元2
扩展单元3
FP0
扩展单元
FP0-E8X
输入（8点）
X20-X27
X40-X47
X60-X67
FP0-E8R
输入（4点）
X20-X23
X40-X43
X60-X63
输出（4点）
Y20-X23
Y40-X43
Y60-X63
FP0-E8YT/P
FP0-E8YR
输出（8点）
Y20-X27
Y40-X47
Y60-X67
FP0-E16X
输入（16点）
X20-X2F
X40-X4F
X60-X6F
FP0-E16R
FP0-E16T/P
FP0-E16YT/P
输出（16点）
Y20-X2F
Y40-X4F
Y60-X6F
FP0-E32T/P
3PLC实现步进电机库位的定位
PLC实现步进电机库位的定位主要由PLC、步进电机驱动器、步进电机及滚珠丝杠组成，如图2-7所示。
图2-7步进电机控制系统结构框图
（1）PLC部分
系统中脉冲信号由PLC提供，采用松下电工生产的FP0-C16T。
其中FP0-C16T是晶体管输出型的PLC，具备2路最高可达10KHz的脉冲输出，可实现独立控制，常用于两轴位置控制。
通过输出端子Y0，Y1分别产生一个50%占空比脉冲串，然后接到两个步进电机驱动器，从而控制X轴，Y轴步进电机，构成步进电机位置的开环控制系统。
脉冲周期和数量由PLC程序进行控制。
通过输出端子Y2，Y3分别接到两个步进电机驱动器方向控制端，实现步进电机正转、反转控制。
步进电机位置控制系统接线图如图2-8所示。
图2-8步进电机位置控制系统接线图
（2）步进电机驱动器
步进电动机的驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。
驱动电路是步进电动机应用的关键，是影响其性能发挥和可靠运行的一个最重要的因素。
步进电机驱动器采用森创SyntronSH-20403两相混合式步进电机细分驱动器，该驱动器提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分七种模式，利用驱动器上六位拨码开关的1、2、3位可以组合出不同的状态如图2-9所示。
当前的设置为2细分即改善半步。
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