基于PLC的立体化仓库的设计Word文档格式.docx

1、可以经由控制脉冲频率和控制脉冲个数等参数的修改来控制电机转动的速度和加速度以及角位移量，精确定位和速度调整。型号 17HS101 驱动器 2H202D （默认800）表2.1 步进电机驱动参数Microstep settingSW 1 2 steps0 04000 18001 016001 1N/aSW 3 4Kept “1”类型说明2相细分数2 、4、8步距角0.9、0.45、0.225电流范围1.7A图2.2 驱动器及电机连接图2.2.2 滚珠丝杆模块两套滚珠丝杆模块安装成垂直的方式，形成一个平面轴运动系统。滚珠丝杆驱动模块能够改变机械装置的运动模式，将旋转运动转换成直线往复运动，在推料机

2、工作台的左、右、上、下极限处均装有极限开关B1和B2。螺旋丝杆的螺距经测量为：4 mm极限开关B1和B2为感应式传感器，属性参数见下图。电感式接近开关就是利用电涡流效应制造的传感器。高频振荡型电感式接近开关：它以高频振荡器（LC 振荡器）中的电感线圈作为检测元件，利用被测金属物体接近电感线圈时产生的涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测的目的。图2.2 电感式传感器表2.2 电感式传感器参数MB系列 直流两线型号输出类型工作电压输出电路连接方式FN1.5-M8G8-D0D1DC 2线制DC10-30VDC/NO连接器FN1.5-M8G

3、8-DCD1DC/NC表2.3 B1/B2传感器参数基本参数安装类型齐平非齐平额定感应距离SN1.5 mm2mm滞后3 . 10 % of Sr输出指示红色LED2.2.3 工件推出组件工件推出模块采用气动控制系统作为执行机构，其中有两个接近开关1B1和1B2，用以判断推出气缸的位置。1Y1控制气缸的运动，工作原理和过程与两位五通电磁换向阀相同。接近开关1B1和1B2为磁感应式传感器，属性参数见下图。差动线圈型电感式接近开关：它有两个电感线圈，由其中一个电感线圈作为检测线圈，另一个电感线圈作为比较线圈；由于被测金属物体接近检测线圈时会产生涡流效应，从而引起检测线圈中磁通的变化，检测线圈的磁通与

4、比较线圈的磁通进行比较，然后利用比较后的磁通差，经由传感器的信号调理电路将该磁通差转换成电的开关量输出，从而达到检测的目的。图2.3 磁感式传感器图2.4 气动阀原理表2.4 磁感式传感器参数M12系列 直流两线FN4-M12-D0D12米电缆FN4-M12-DCD1表2.5 1B1/1B2传感器参数2 mm2.2.4 立体仓库推块槽的宽度：36 mm立体仓库规格尺寸： 6 X 6（横向6格，竖向6格），每一个为40mm的正方规格。3 S7-200 PLC （CPU-224）3.1 PLC 概述 图3.1 西门子S7-200 CPU224 3.1.1 PLC 的主要优点 1、模块接线方便简单、

5、功耗低、通用性好等优点。 2、数据处理功能强大，还能够实现数据的通信和PID参数调节。 3、抗扰能力强，具有工作稳定性好、准确度高、响应速度快等特点。 4、PLC能够用MX.X、TXX、CXX等软元件取代实际继电器，降低成本。 5、良好的自诊断功能和动态的显示功能，而且故障时易于诊断和修护。 6、能够与其他职能控制设备通信，由网络组成的集成控制的分布式控制系统，大幅度提高了控制系统的可靠性。 可编程逻辑控制器通信包括主机与远程I/O之间的通信，它还有多种人-机对话的接口模块和多种通讯联网的接口模块，形成网络化统一管理。3.1.2 PLC的工作原理将PLC接入电气控制系统，下载程序后，就可以运行

6、工作了。扫描过程分为三个阶段，第一阶段为输入采样，第二阶段为程序执行，第三阶段为输出刷新。一个扫描周期是指三个阶段运行一次的时间。而“周期”则反复循环运行，只要PLC不关机，将会重复执行上述三个阶段。图3.2 西门子S7-200 扫描方式 3.2 PLC 编程3.2.1 编程语言STEP 7 为用户提供了多种编程语言，S7-300相比s7-200增加的编程语言有结构控制 SCL、顺序控制 S7 Graph等，我们常用的小型PLC编程语言一般有三种，梯形逻辑 LAD、语句表 STL、功能块图 FBD，其中最常用的是LAD。3.2.2 编程方式 主要有经验法和顺控法。33.2.3 程序的基本组件.

7、2.3 程序的基本组件 一个程序块主要包括有可执行指令、符号地址和注释等。程序由OB1主程序和SFB子程序或者INTO中断组成。4 系统硬件设计4.1 硬件设计组成 立体存储单元依据控制器和执行器的设计特点可以有以下几个方案： 1、基于PLC运动控制器和步进电机的组合进行立体存储单元的设计。 2、基于单片机运动控制器和步进电机的组合进行立体存储单元的设计。3、基于嵌入式运动控制器和步进电机的组合进行立体存储单元的设计。 由于s7-200具有强大的指令系统，具有功能齐全的编程软件和界面友好的工控组态软件，同时它有多种功能模块，便于组网，有良好的扩展性。尤其它的两路高速脉冲功能在步进电机控制上非常

8、方便，从系统实现和系统设计性价等方面比较，采用基于PLC和两台步进电机的立体存储单元的设计。图4.1立体仓库系统组成4.2 硬件控制接线图4.2.1 输入电气连接图4.2立体存储单元IN4.2.2 控制面板电气连接图4.3控制面板各开关的控制功能定义为：带灯按钮，绿色 开始带灯按钮，蓝色 复位按钮，黄色 特殊两位开关，白色 切换手、自动两位开关，白色 切换独立、级联按钮，红色 （完成当初动作后）停止带灯按钮，红色 上电 带灯按钮，（停止所有动作）急停4.2.3输出电气连接图4.4立体存储单元OUT4.2.4系统整体电气连接及I/O分配表4.1 I/O分配输入I 输出OI0.0 B1感应式左行程

9、开关（X轴）Q0.0 步进电机CP1脉冲I0.1 B2感应式下行程开关（Z轴）Q0.1 步进电机CP2脉冲I0.2 IB1接近开关（推料气缸推杆缩回状态）Q0.2 步进电机DIR1方向控制（0 前进 1 后退）I0.3 IB2接近开关（推料气缸推杆伸出状态）Q0.3 步进电机DIR2方向控制（0 前进 1 后退）T1-T4 四个手动型限位开关Q0.4 1Y1控制气动电磁阀I1.0 开始按钮Q1.0 开始指示灯I1.1 复位按钮Q1.1 复位指示灯I1.2 特殊按钮I1.3 手自动开关I1.4 单联动开关I1.5 停止按钮图4.5系统控制连接4.3系统工作原理4.3.1 系统的功能要求按“上电”

10、后，复位灯以默认的周期1s闪烁。按“复位”后，灯熄灭，并调用复位子程序开始动作，推料机处于缩回状态，由丝杆驱动模块带动推料机运转复位（X、Z轴归零）。开始灯以默认的周期1s闪烁，按“开始”后，灯熄灭，由丝杆驱动模块带动推料机运转到开始位置，等待工件的放入。按“特殊”后，由丝杆驱动模块带动推料机运转到达预定的仓位，推杆再将工件推入相应存储单元（存储单元有分类，运转到达的仓库是根据工件信息选择的）。最后由丝杆驱动模块带动推料机复位后再次去开始位置处等待接收工位，直到按下后续的“特殊”按钮信号。在不考虑联机的情况下，暂时把对物料的材质及颜色的分类用I1.3“手/自”和I1.4“单/联”两个按钮代替：

11、表4.2 仓库分配 按钮材质及颜色银色、铝合金白色、塑料黑色、塑料银色、塑料 手动1 单/联图4.6工件4.3.2 系统的工作流程上电：复位灯闪烁（Q0.1），SM0.5实现闪烁 ,I0.2亮（IB1工作，即气缸处于收缩状态）。复位：复位到指定位置，开始灯闪烁（Q0.0），I0.0 I0.1 10.2亮（左下角）若检查到堆料机不在复位的位置，则调用输出脉冲子程序（即Q0.0 X轴工作或 Q0.1 Z轴工作 ，Q0.2 Q0.3亮，因为此时推料机后退，步进电机反转）开始：开始到指定位置后，开始指示灯亮（Q0.0），I0.0 I0.2 亮（向上走了一段距离，经测量为45MM，停留在第二排存储单元开

12、端处，故I0.1下限位灭）特殊：开始指示灯熄灭 运动方向：右上-上-气阀工作-左-下-上（“上”指上升到开始指定位置图4.7蓝色为开始位置5 系统软件设计5.1 软件编程顺序控制图5.1 顺序控制流程图5.1 软件设计流程图图 5.2 主程序流程图5.3 步进电机实现方法及重要指令说明5.3.1 PTO位置控制向导配置首先确定脉冲输出模块，定义模块参数和需要的运动包络。位控向导能够引导我们对设备和包络进行设置，并且完成后生成一系列的子程序和包络表。其次选择测量系统，选择好使用的输出点。为了降低步进电机运行的不平稳性，一般而言需要设置加、减速的时间（MS）。模式一般有两种，一种是单速连续转动模式

13、，另外一种是相对位置模式，一个包络中最多包络四个步，一般情况下，我们选择单步包络就足够了。脉冲输出子程序：通过位置控制向导就生成了4个PTO函数，分别是PTOx_CTRL、PTOx_RUN、PTOx_MAN、PTOx_LDPOS。多段PTO操作的包络表设置（位置控制向导）图5.3 向导设置速度图5.4 向导设置包络电机配置最高速度设置为：8000 /S ；最低速度设置为：800 /S启动/停止速度设置为：800 /S ； 包络的目标速度设置为：2000 /S重要PTOx_RUN子程序说明（运行包络）：EN位：启用此子程序的使能位。START参数：包络的执行的启动信号。对于在START参数已开启

14、且PTO当前不活动时的每次扫描，此子程序会激活PTO。为了确保仅发送一个命令，请使用上升缘以脉冲方式开启START参数。Profile（包络）参数：包含为此运动包络指定的编号或符号名。Abort（终止）参数命令，开启时位控模块停止当前包络并减速至电机停止。Done（完成）参数：当模块完成本子程序时，此参数 ON。Error（错误）参数：包含本子程序的结果。C_Profile参数：包含位控模块当前执行的包络。C_Step参数：包含目前正在执行的包络步骤。图5.5 PTOx_RUN子程序 SCR指令使您能够按照自然工艺段在LAD、FBD或STL中编制状态控制程序。只要您的应用中包含的一系列操作需要

15、反复执行，就可以使用SCR使程序更加结构化，以至于直接针对应用。这样可以使得编程和调试更加快速和简单。装载SCR指令（LSCR）将S位的值装载到SCR和逻辑堆栈中。SCR堆栈的结果值决定是否执行SCR程序段。SCR堆栈的值会被复制到逻辑堆栈中，因此可以直接将盒或者输出线圈连接到左侧的功率流线上而不经过中间触点。5.3.2 SCR指令 SCR指令是基于SFC的编程方式，专门用于编制顺序控制程序。由于此设计的工作流程是按顺序执行的，因此可以采用SCR指令来控制系统对应的步，各个步的设定见系统顺控流程图。5.3.3 S置位、R复位指令 根据执行顺序，我们也可以采用置位与复位指令来编写顺控程序。除了用

16、于顺控程序编写外，也可以使用置位复位的基本功能，特别是在适合替换双线圈输出情况下的继电器输出。5.3.4 SHRB移位寄存器指令 根据执行顺序，我们也可以采用移位寄存器指令来编写顺控程序。为了使得配合动作顺序执行，一般会将S_BIT输入端大于等于动作的步数，N输入端设 置为“1”，表示一次执行一步，并且当前有效，当执行下一步时，失效。DATA输入端设置为初始步，并且初始步在进入移位指令前需有效，即值为“1”。图5.6 SHRB移位寄存器指令5.3.5 PLS指令当EN端有效时，指令检测各相关特殊功能寄存器的状态，根据定义的控制字节执行高速脉冲输出操作。脉冲输出指令（PLS）用于在高速输出（Q0

17、.0和Q0.1）上控制脉冲串输出（PTO）和脉宽调制（PWM）功能。 S7-200提供了开环运动控制： 脉宽调制（PWM）一一内置于S7-200，用于速度、位置或占空比控制。 脉冲串输出（PTO）一一内置于S7-200，用于速度和位置控制。高速脉冲输出指令是用于产生高速脉冲进而驱动负载工作。图5.7 PLS指令5.4 两种编程方法及程序说明5.4.1 符号地址图5.8 编程软件中定义的符号地址（ 经验法）图5.9 编程软件中定义的符号地址（ 顺控法）5.4.2 顺序控制法 根据绘制好的步序编程，既可以采用复位、置位指令写好各步，也可以直接利用顺控指令进行各步的编写。 在这个方法中，实现了物料手

18、动和自动两种功能的存储，故用到了跳转指令。而且，需要在上电时就用置位指令将S0.0设为“1”，主要是因为在没有设置开关为“1”选择进入手动子程序手动操作时，可以顺利实现物料的自动存储。当然，在调用手动子程序时，需要将S0.1以后的各步复位设为“0”，以防开关为“0”不调用手动时，能够从S0.0开始执行，进行正确地步操作。电机控制没有用PLS指令，而是采用了位置控制向导，向导的编程方法见相关指令介绍。复位，作为一个子程序，主要是用于将推料机复位到原点。开始，也作为一个子程序，主要是将推料机上升到机械手放物料的位置。位置子程序一共有5个位置，分别为第一排第一格至第五格，用C0来进行选择。手动子程序

19、，用于手动操作，可以实现其动作单独执行，手动存储到指定位置。主程序STL如下，LAD梯形图见附录。Network 1 LD SM0.1S S0.0, 1Network 2 LD I1.3JMP 1 Network 3 LDN I1.3CALL SBR13R S0.1, 4Network 4 LBL 1Network 5 LSCR S0.0Network 6 LD SM0.5= Q1.1Network 7 LD I1.1SCRT S0.1S M0.0, 1Network 8 SCRELSCR S0.1Network 10 LD I0.0A I0.1A SM0.5= Q1.0Network 11

20、LD M0.0CALL SBR0R M0.0, 1S M0.1, 1Network 12 LD I1.0Network 13 Network 14LSCR S0.2Network 15 LD M0.1CALL SBR9R M0.1, 1S M0.2, 1Network 16 LD I1.2LD C0CTU C0, 6Network 17 SCRT S0.2Network 18 Network 19 LSCR S0.3Network 20 LD M0.2CALL SBR10R M0.2, 1Network 21 LD I0.2SCRT S0.4Network 22 Network 23 LSCR

21、 S0.4Network 24 Network 25 LD I0.1A I0.0Network 26 5.4.3 经验编程法脉冲串可以作为步进电机的输入控制信号，完成定位以及调速等控制。S7-200 CPU提供两个PTO/PTM发生器，一个高速脉冲输出点是Q0.0，另外一个高速脉冲输出点是Q0.1。根据输出要求以及控制过程确定PTO参数相关存储单元，确定参数量值，如控制输出点的脉冲数和周期值，编制相关的PLC程序，利用脉冲输出指令（PLS），使得步进电机工作。PTO 编程步骤： 1、设置PTO/PW 控制字 2、写入周期值 3、写入脉冲串数目 4、允许中断 5、执行PLS指令，对PTO编程。P

22、TO可以产生单段脉冲串或者多段脉冲串，各段脉冲串的属性参数可存在由存储单元构成的脉冲包络表中。PTO有两种脉冲串模式，一次只能存储一段脉冲串单管线模式和一次设定多段脉冲串的多管线模式。属性设置可存储在V变量存储区的多段PTO操作包络表中，可以使用MOV指令设置好包络表中每个脉冲串的属性参数，然后调用PLS指令控制Q0.0和Q0.1两个输出点。其中，Q0.0脉冲控制X轴水平方向的步进电机运动，Q0.1脉冲控制垂直方向的步进电机运动，Q0.2控制水平轴步进电机的方向电平，Q0.3控制垂直轴步进电机的方向电平。在这个方法中，我们采用PTO编程控制电机运动。并且采用移位寄存器指令实现各个动作的切换，类

23、似于顺序控制电机动作。MOVB 16#85, SMB67MOVB 16#85, SMB77MOVW 300, SMW68MOVW 300, SMW78MOVD 60000, SMD72MOVD 60000, SMD82MOVD 1, MD1LD M4.0A I1.1LD M4.1A SM66.7A I0.2OLDLD M4.2A SM76.7LD M4.3A I1.0LD M4.4A T40LD M4.5A I1.2LD M4.6LD M4.7A I0.3LD M3.0LD M3.1LD M3.2SLD MD1, 1LD M3.3MOVD 2#10000, MD1O M3.1LPSEUPLS 0LPPR SM67.7, 1O M3.2PLS 1R SM77.7, 1