2022年PLC立体仓库控制系统设计方案【范文仅.docx

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1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习摘 要随着国民经济地飞速进展 , 自动化立体仓库必定会在各行各业中得到越来越广泛地应用 . 自动化立体仓库是现代物流系统地重要组成部分, 是一种多层存放货物地高架仓库系统 , 由自动掌握与治理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、运算机治理掌握系统以及其他帮助设备组成.本仓库模型掌握系统是依据自动化立体仓库运行地基本原理而设计地.在整个掌握系统中以三菱 FX2N系列PLC作为核心掌握元件 ,专用键盘作为人机接口部件,掌握步进电机来驱动一个有三自由度地仓库模型在高强度导轨上做三维运动. 以步进电机每转输出地脉冲数为基础,通过键盘对每个仓位

2、予以地址编码,通过PLC对命令键盘进行扫描并得到相应地仓位号,当PLC接收到来自键盘地输入命 令后,便输出对应仓位地脉冲数 ,经过驱动器驱动步进电机按设定地方向转动肯定地角度 ,进而掌握传动部件丝杠旋转进行精确地定位,以完成货物地存取功能.另外,为了保证整个掌握系统运行地稳固性和牢靠性,我们仍采纳了限位开关对其进行限位爱护 .本文第一对该课题地可行性及课题实现地现实意义和价值进行了介绍；其 次对该系统地硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本掌握系统地 核心软件进行了编写 , 论文中即有梯形图又有相应地语句表；最终对设计本课题所学到地学问和结论进行归纳和总结, 并对本论文有待完善地地方进

3、行扼要地说明.关键字： 立体仓库可编程掌握器（ PLC）步进电机物流治理目 录1. 绪论 51.1 本课题设计地背景51.2 本课题设计地内容61.3 本课题设计地目地和意义6 2.系统掌握方案地确定72.1 自动化立体仓库地概述72.2 采纳 PLC 掌握立体仓库地优点72.3 系统设计地基本步骤82.4 系统掌握方案 82.5 立体仓库技术参数地确定10 3.系统硬件设计 103.1 掌握系统结构设计103.2 可编程掌握器 PLC 地选型 103.2.1 PLC 概述 103.2.2 PLC 地选型 113.3 步进电机地挑选 133.3.1步进电机地原理133.3.2步进电机地挑选13

4、3.4 步进电机驱动器地挑选153.5 传感器地挑选 173.6 微动开关地挑选 183.7 PLC 输入输出安排表 183.8 电气原理图地设计19 4 系统掌握软件设计194.1 PLC 梯形图概述 194.2 三菱编程软件地特点204.3 系统流程图 214.4 梯形图地设计 21 5.系统调试及结论225.1 梯形图程序地下载（传送）225.2 程序运行过程记录225.3 结论 23附录 I PLC 设计地梯形图 24参考文献 24引言可编程掌握器 Programmable Logic Controller, 简称 PLC. 它是 20 世纪 70 岁月以来 ,在集成电路、运算机技术基

5、础上进展起来地一种新型工业掌握设备.由于它具有功能强、牢靠性 高、配置敏捷、使用便利以及体积小、重量轻等优点,国外已广泛应用于自动化掌握地各个 领域 ,并已成为实现工业生产自动化地支柱产品.近年来 ,国内在 PLC 技术与产品开发应用方面进展很快 ,除有很多从国外引进地设备、自动化生产线外,国产地机床设备已越来越多地采 用 PLC 掌握系统取代传统地继电-接触器掌握系统 . 与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器掌握系统小；价格上能与继电接触器掌握系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、爱护、修理；能直接推动电磁阀、接触器与于之相当地执行机构；能向中心执行机构；能向中心数据处理

6、系统直接传输数据等自动化立体仓库也称立库 ,是在不直接进行人工参加地情形下自动地储备和取出物料地系统 .它是采纳高层货架储备货物,用特地地仓储作业设备进行货物出入库作业地仓库.与传统继电器接触装置相比,PLC 具有体积小、抗干扰才能强和牢靠性高等优点. 现代意义上地立体仓库 ,是物流机械和运算机技术地完善结合,仓库作业全部实现自动化.1. 绪论1.1 本课题设计地背景立体仓库一般是指采纳几层、十几层乃至几十层高地货架储存单元货物,用相应地物料搬运设备进行货物入库和出库作业地仓库.由于这类仓库能充分利用空间储存货物,故常形象地将其称为“立体仓库”.立体仓库地产生和进展是其次次世界大战之后生产和技

7、术进展地结果.50 岁月初 ,美国显现了采纳桥式堆垛起重机地立体仓库；50 岁月末60 岁月初显现了司机操作地巷道式堆垛起重机立体仓库； 1963 年美国领先在高架仓库中采纳运算机掌握技术,建立了第一座运算机掌握地立体仓库.此后 ,自动化立体仓库在美国和欧洲得到快速进展,并形成了特地地学 科.60 岁月中期 ,日本开头兴建立体仓库,并且进展速度越来越快,成为当今世界上拥有自动化 立体仓库最多地国家之一.我国对立体仓库及其物料搬运设备地研制开头并不晚,1963 年研制成第一台桥式堆垛起重机（机械部北京起重运输机械讨论所）,1973 年开头研制我国第一座由运算机掌握地自动化立体仓库（高15M, 机

8、械部起重所负责）,该库 1980 年投入运行 .到目前为止 ,我国自动化立体仓库数量已超过200 座.立体仓库由于具有很高地空间利用率、很强地入出库才能、采用运算机进行掌握治理而利于企业实施现代化治理等特点,已成为企业物流和生产治理不行缺少地仓储技术 ,越来越受到企业地重视 .自动化仓库应用范畴很广,几乎遍布全部行业 .在我国 ,自动化仓库应用地行业主要有机械、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 .1969 年美国数字设备公司（DEC ）研制书世界第一台可编程掌握器,并胜利地应用在美国（ GM ）地生产线上.但当时只能进行规律运算, 故称为可编程规律

9、掌握期, 简称PLC（programmable logic controller ） .70 岁月后期 ,随着微电子技术和运算机地迅猛进展,使 PLC 从开关量地规律掌握扩展到数字掌握及生产过程掌握域,真正成为一种电子运算机工业掌握装置,故称为可编程掌握器, 简 称 PC （ programmablecontroller ） . 但 由 于 PC 容 易 与 个 人 计 算 机 （ programmablecomputer）相混淆 ,故交们仍习惯地用PLC 作为可编程器地缩写 .1985 年国际电工委员会（ IEC ）对 PLC 地定义如下：可编程掌握器是一种进行数字运算地电子系统,是专为在工

10、业环境下地应用而设计地工业掌握器 ,它采纳了可以编程地储备器,用来在其内部储备执行规律运算、次序掌握、定时、 计数和算术运算等操作地指令,并通过数字或模拟式地输入和输出,掌握各种类型机械地生产过程 .PLC 是继电器规律掌握系统进展而来,所以它在数学处理、次序掌握方面具有肯定优势.继电器在掌握系统中主要起两种作用：（1）规律运算（ 2）弱电掌握强电 .PLC 是集自动掌握技术 ,运算机技术和通讯技术于一体地一种新型工业掌握装置,已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT 、CAD/CAM）地首位 .可编程掌握器 ,简称 PLC. 它在集成电路、运算机技术地基础上进展起来地一中新型工业掌握设备

11、. 具有 1.牢靠性高、抗干扰才能强 2.设计、安装简洁 ,爱护工作量少 4.功能强、通用性好5.开发周期短 ,胜利率高 6. 体积小 ,重量轻、功耗底等特点.已经广泛应用于自动化掌握地各个领域,并已成为实现工业生 产自动化地支柱产品 .与继电接触器系统相比系统更加牢靠；占位空间比继电接触器掌握系统小；价格上能与继电接触器掌握系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、爱护、修理；能直接推动电磁阀、触器与于之相当地执行机构；能向中心执行机构； 能向中心数据处理系统直接传输数据等 .因此 ,进行立体仓库地 PLC 掌握系统地设计 ,可以推动机械手行业地进展 ,扩大 PLC 在自动掌握领域地应用 ,具

12、有肯定地经济和理论讨论地价值 .1.2 本课题设计地内容课题地主要任务是基于三菱FX2N 系列 PLC 地立体仓库掌握系统地设计.仓位地主体框架除包括十二个库位外,仍配有一个物品入口位和一个出口位,并在这十二个库位地底部均设置有检测开关 , 如库内有物品 ,就压制相应地检测开关使之闭合,如无物品 ,就相应地检测开关断开 .1.3 本课题设计地目地和意义传统条件下地库房治理作业 ,主要依据人工装卸 ,特殊是对于一些大型物资 , 不仅工作效率低 ,铺张大量地人力、物力 ,存在较大地安全隐患 , 同时仍占据大量地库房面积 .立体库地投入使用 ,完全解决了这一难题 .自动化立体仓库可以产生庞大地社会效

13、益和经济效益. 它通过高层货架储备, 使储备区大幅度地向高空进展, 提高了空间利用率；自动化立体仓库采纳层积式存放, 结合运算机治理, 可以很简洁实现先入先出, 防止货物地自然老化、变质和损坏；通过自动存取系统AS/RS, 加快了运行和处理速度, 提高了劳动生产率 , 降低操作人员地劳动强度；采纳自动化技术后 , 仍能较好地适应黑暗、低温、污染、有毒和易爆等特殊场合地物品储备需要；计算机掌握能够始终精确无误地对各种信息进行储备和治理, 削减了货物处理和信息处理过程中地差错；同时借助于运算机治理仍能有效地利用仓库储备才能, 便于清点和盘库 , 合理削减库存 , 加快资金周转 , 节约流淌资金 ,

14、 从而提高仓库地治理水平.自动化仓库地信息系统可以与企业地生产信息系统集成, 实现企业信息治理地自动化.同时 , 由于使用自动化仓库 , 促进企业地科学治理 , 削减了铺张 , 保证均衡生产 , 也提高了操作人员素养和治理人员地水平.2. 系统掌握方案地确定2.1 自动化立体仓库地概述自动化立体仓库是指在不直接进行人工处理地情形下, 自动地完成物品仓储和取出地系统, 它以高层立体货架为主体, 以成套搬运设备为基础, 是集自动掌握技术、通信技术、机电技术于一体地高效率、大容量储备机构.自动化立体仓库地显现, 实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型地转变.用 PLC 掌握地自动化立体仓库达到仓储技

15、术地全面自动化.自动化立体库基本由以下部分组成:高层货架 : 用于储备货物地钢结构 .目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式.托盘（货箱）：用于承载货物地器具,亦称工位器具 .巷道堆垛机 :用于自动存取货物地设备.按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式； 按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式.输送机系统 : 立体库地主要外围设备,负责将货物运输到堆垛机或从堆垛机将货物移走.输送机种类特别多 ,常见地有辊道输送机 ,链条输送机 ,升降台 ,安排车 ,提升机机 ,皮带机等 . AGV 系统 :即自动导向小车 .依据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车.自动掌握系统 :驱动自动

16、化立体库系统各设备地自动掌握系统.目前以采纳现场总线方式为掌握模式为主 .库存信息治理系统 :亦称中心运算机治理系统.是全自动化立体库系统地核心.目前典型地自动化立体库系统均采纳大型地数据库系统（如ORACLE,SYBASE等）构筑典型地客户机/ 服务器体系 ,可以与其他系统（如ERP 系统等）联网或集成 .2.2 采纳 PLC 掌握立体仓库地优点1、低成本利用电力线上网,最大地优点就是成本低.由于利用电力线上网 ,直接使用现有电力网就可以实现通信,而不需要另外铺设电话线、光电缆等,大大地削减了在基础网络上地投资 .2、范畴广无所不在地电力线网络也是这种技术地优势.电力线是最基础地网络,它地规

17、模之大 ,是其他任何网络无法比拟地.由于家家都有电力线,由此 , 运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭.因此 ,这一技术一旦进入商业化阶段,将会促进电信市场地变革 ,并给互联网普及带来极大地进展空间.3、高 速利用电力线上网能够供应高速传输.德国最大地电力设备生产商RWE 承诺 ,运用他们地电力线上网技术,其速度要比ISDN 拔号上网快30 多倍, 比 ADSL 更快！足以支持现有网络上地各种应用.更高速率地 PLC 产品正在研制之中 .4、便 捷不管在家里地哪个角落,只要连接到房间内地任何电源插座上, 就可立刻拥有PLC 带来地高速网络享受 .5、永久在线 PLC 属于 即插

18、即用 , 不用烦琐地拨号过程 ,接入电源就等于接入网络！6、结构敏捷通过PLC 技术实现Internet 接入 ,可以敏捷扩展接入端口数量,使资源保持较高地利用率 .目前仍未有效解决电力线信号通过变压器地技术,因此 ,电力线通信设备都是集中在 220V 线路变压器地用户端 .7、家庭数字化PLC 技术能够通过电力线将整个家庭地电器与网络联为一体,在室内地设备之间构筑起可自由交换信息地局域网,使人们能够通过网络来掌握自己家里地电器设备.2.3 系统设计地基本步骤立体仓库系统设计与调试地主要步骤,如下图 2-1 所示： 在立体仓库掌握系统地设计过程中主要要考虑以下几点： 1.深化明白和分析立体仓库

19、地工艺条件和掌握要求.2. 确定 I/O 设备 .依据立体仓库掌握系统地功能要求,确定系统所需地用户输入、输出设备.3. 依据 I/O 点数挑选合适地 PLC 类型 .4. 安排 I/O 点,安排 PLC 地输入输出点 ,编制出输入输出安排表或者输入输出端子地接线图.5. 设计立体仓库系统地梯形图程序,依据工作要求设计出周密完整地梯形图程序,这是整个立体仓库系统设计地核心工作.6. 将程序输入PLC 进行软件测试 ,查找错误 ,使系统程序更加完善 .7. 立体仓库整体调试 ,在 PLC 软硬件设计和现场施工完成后,就可以进行整个系统地联机调试 ,调试中发觉地问题要逐一排除,直至调试胜利 .图

20、2-1 立体仓库掌握系统设计步骤2.4 系统掌握方案德马物流公司需要装一立体仓库十二个仓库位、有物品出入口位与输出口位,各仓位能自检 ,其动作示意图 2所示 .立体仓库地结构示意图见下图2-2 所示 :堆垛机动作指示灯自动堆垛机四层三列立体库反射式传感器堆垛机伸叉称重仪紧停按钮 紧停 叉中联动 单动 手动 复位 功能 伸叉 升降 行走线位联动 自动堆垛机电源直流开头电源直流开头电源供 步 进机 驱 动模块堆垛机掌握 PLC:Fx-2n-80mr行走步进电升降步进电机驱动模块机驱动模块图 2-2 立体仓库结构示意图依据某一物流公司对立体仓库地具体要求,本课题所设计地立体仓库具有以下功能： 1、堆

21、垛机（机械手）要有三个自由度,即：前进、后退；上、下；左、右；2、堆垛机地运动由步进电机驱动；3、堆垛机前进（或后退）运动和上（或下）运动可同时进行；4、堆垛机前进、后退和上、下运动时必需有超限位爱护；5、每个仓位必需有检测装置（微动开关）,当操作有误时发出错误报警信号；6、当按完仓位号后, 没按入或取前 , 可以按取消键进行取消该操作.7、整个电气掌握系统必需设置急停按钮, 以防发生意外 .2.5 立体仓库技术参数地确定立体仓表 2-1 立体仓库具体参数出/ 入货柜台最重物品20Kg每个仓位地高度4 5CM仓位地上下距离0 5CM仓位地平行距0 5CM3仓位地体积4M可编程掌握器（ PLC）

22、电源24V DC堆垛机电源220V AC,50Hz3. 系统硬件设计3.1 掌握系统结构设计本设计是运用 PLC 掌握系统来掌握立体仓库地运动地方式.能快速地对输入信号做出反应掌握立体仓库 ,便于检修 .掌握系统结构图如图3-1 所示.启 动手动 / 自动图 3-1 掌握系统结构图3.2 可编取程出掌握器 PLC 地选型送 进3.2.1 PLC取 概消述前 进急 停后 退可编程1控号制仓器 库,英文键称 Programmable Controller, 简称 PLC, 本课题中用 PLC 作为它地简向 上P称.PLC 是1用2号于仓工业库现键场地电掌握器.它源于继电器掌握技术,但基于电子运算机

23、 .它通过运行向 下储备在其内存中地程序,把经输入电路地物理过程得到地输入信息,变换为所要求地输出信息,检 验 0号 仓进而再通过输出电路地物理过程去实现对负载地掌握.送 进检 验 12 号仓L取 出PLC 基于电子运算机 ,但并不等同于一般运算机.一般运算机进行入出信息变换时,大多只考虑信息本身 ,信息入出地物理过程一般不考虑地.而 PLC 就要考虑信息入出地牢靠性、前进限制C显示取出实时性 ,后退限制.特殊要考虑怎么适应于工业环境,如便显于示安送装进,便于修理及抗干以及信息地实际使用扰等问题 ,入出后信退息超变过换及牢靠地物理实现,可以说是PLC 实现控显制示地操两作个错基误本要点.PLC

24、 可以通过它地外向设上或限通制信接口与外界交换信息.其功能要比继电掌握装置多地多、强地多.显示 1号仓库向下限制向下超过前时限制显示 12号仓库PLC 有丰富地指令系统 ,有各种各样地I/O 接口、通信接口,有大容量地内存 ,有牢靠地自身监控系统 ,因而具有以下基本地功能：1 规律处理功能；2 数据运算功能；3 精确定时功能；4 高速计数功能；5 中断处理（可以实现各种内外中断）功能；6 程序与数据储备功能；7 联网通信功能；8 自检测、自诊断功能 .可以说 ,凡一般小型运算机能实现地功能 ,PLC 几乎也都可以做到 .像 PLC 这样 .集丰富功能于一身 ,是别地电控器所没有地 ,更是传统地

25、继电掌握电路所无法比拟地 .丰富地功能为 PLC 地广泛应用供应了可能 ,同时 ,也为自动门行业地远程化、信息化及智能化制造了条件 .3.2.2 PLC 地选型在 PLC 系统设计时 ,第一应确定掌握方案 ,下一步工作就是PLC 工程设计选型 .工艺流程地特点和应用要求是设计选型地主要依据.因此 ,工程设计选型和估算时,应具体分析工艺过程地特点、掌握要求,明确掌握任务和范畴确定所需地操作和动作,然后依据掌握要求 ,估算输入输出点数、所需储备器容量、确定PLC 地功能、外部设备特性等,最终挑选有较高性能价格比地 PLC 和设计相应地掌握系统 .1. 输入输出（ I/O ）点数地估算I/O 点数估

26、算时应考虑适当地余量 ,通常依据统计地输入输出点数 ,再增加 10% 20% 地可扩展 .余量后 ,作为输入输出点数估算数据 .实际订货时 ,仍需依据制造厂商 PLC 地产品特点 , 对输入输出点数进行圆整 .依据估算地方法故本课题地 I/O 点数为输入 40 点,输出 21 点.2. 储备器容量地估算储备器容量是可编程序掌握器本身能供应地硬件储备单元大小,程序容量是储备器中用户应用工程使用地储备单元地大小,因此程序容量小于储备器容量.设计阶段 ,由于用户应用程序仍未编制 , 因此 ,程序容量在设计阶段是未知地, 需在程序调试之后才知道.为了设计选型时能对程序容量有肯定估算,通常采纳储备器容量

27、地估算来替代.储备器内存容量地估算没有固定地公式,很多文献资料中给出了不同公式,大体上都是按数字量 I/O 点数地 10 15 倍,加上模拟 I/O 点数地 100 倍,以此数为内存地总字数（16 位为一个字） ,另外再按此数地25%考虑余量 .因此本课题地 PLC 内存容量挑选应能储备5000 条梯形图 ,这样才能在以后地改造过程中有足够地空间.3. 掌握功能地挑选该挑选包括运算功能、掌握功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性地挑选 .依据本课题所设计地自动门掌握地需要,主要介绍以下几种功能地挑选.（ 1）掌握功能PLC 主要用于次序规律掌握,因此,大多数场合常采纳单回路或多回路

28、掌握器解决模拟量地掌握 ,有时也采纳专用地智能输入输出单元完成所需地掌握功能,提高 PLC 地处理速度和节约储备器容量 .（ 2）编程功能离线编程方式： PLC 和编程器公用一个CPU,编程器在编程模式时 ,CPU 只为编程器供应服务 ,不对现场设备进行掌握.完成编程后 ,编程器切换到运行模式,CPU 对现场设备进行掌握,不能进行编程 .离线编程方式可降低系统成本,但使用和调试不便利.在线编程方式：CPU 和编程器有各自地CPU,主机 CPU 负责现场掌握 ,并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换,编程器把在线编制地程序或数据发送到主机,下一扫描周期 ,主机就依据新收到地程序运行.这种方式成本

29、较高,但系统调试和操作便利,在大中型 PLC 中常采纳 .五种标准化编程语言：次序功能图（SFC）、梯形图（ LD ）、功能模块图（ FBD ）三种图形化语言和语句表（IL ）、结构文本（ ST）两种文本语言.选用地编程语言应遵守其标 准（ IEC6113123 ） ,同时 ,仍应支持多种语言编程形式,如 C,Basic 等,以满意特殊掌握场合地掌握要求 .（ 3）诊断功能PLC 地诊断功能包括硬件和软件地诊断.硬件诊断通过硬件地规律判定确定硬件地故障位置 ,软件诊断分内诊断和外诊断.通过软件对 PLC 内部地性能和功能进行诊断是内诊断,通过软件对 PLC 地 CPU 与外部输入输出等部件信息

30、交换功能进行诊断是外诊断.PLC 地诊断功能地强弱 ,直接影响对操作和爱护人员技术才能地要求,并影响平均修理时间.4. 机型地挑选1PLC 地类型FX2 系列可编程掌握器主机分为16、 24、32、64、80、128 点六档 ,仍有各种输入和输出扩展单元 ,这样在增加 I/O 点数时 ,不必转变机型 ,可以通过扩展模块实现,降低了经济投入 . 本课题设计地立体仓库掌握系统有输入信号40 个,输出信号 21 个.其中 ,外部输入元件包括：检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限位爱护等等；输出有三个步进电机地正反向、动作指示、错误显示等等.依据上述配置 ,所选 I/O 点不得低于 61 点,

31、结合实际情形,所选 I/O 点为 80 点.因此我所选型号为FX2N-80MR.（ 2）经济性地考虑挑选 PLC 时, 应考虑性能价格比.考虑经济性时 , 应同时考虑应用地可扩展性、可操作性、投入产出比等因素,进行比较和兼顾 ,最终选出较中意地产品.输入输出点数对价格有直接影响.当点数增加到某一数值后,相应地储备器容量相应增加, 因此 ,点数地增加对CPU 选用、储备器容量、掌握功能范畴等挑选都有影响.在估算和选用 时应充分考虑 ,使整个掌握系统有较合理地性能价格比.本课题所设计地立体仓库属于小型控制系统 ,结合经济性地考虑因此挑选整体型PLC.依据我组设计地立体仓库其输入点数为40 点、输出

32、电数为 21 点,所以挑选三菱 FX2N- 80MR.3.3 步进电机地挑选3.3.1 步进电机地原理步进电机是数字掌握系统中地执行电动机,当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时 ,转子就转一步 ,当电脉冲按某一相序加到电动机时,转子沿某一方向转动地步数等于电脉冲个数 .因此 ,转变输入脉冲地数目就能掌握步进电动机转子机械位移地大小；转变输入脉冲地通电相序,就能掌握步进电动机转子机械位移地方向,实现位置地掌握 .当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时,转子以正比于电脉冲频率地转速沿某一方向旋转. 因此 ,转变电脉冲地频率大小和通电相序,就能掌握步进电动机地转速和转向,实现宽广范畴内速度地

33、无 级平滑掌握 .步进电动机地这种掌握功能,是其它电动机无法替代地.步进电动机可分为磁阻 式、永磁式和混合式 ,步进电动机地相数可分为：单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种 .增加相数能提高步进电动机地性能,但电动机地结构和驱动电源就会复杂,成本就会增加 ,应按需要合理选用 .3.3.2 步进电机地挑选（ 1）、步进电动机地特点、步进电动机是一种作为掌握用地特种电机,它地旋转是以固定地角度称为 “步距角 ” 一步一步运行地 ,其特点是没有积存误差 精度为 100 ,所以广泛应用于各种开环掌握.、步进电机地转速与脉冲信号地频率成正比、步距值不简洁由于电气、负载、环境条件地变化而转变,使

34、用开环掌握 或半闭环掌握 就能进行良好地定位掌握.、起制动、正反转、变速等掌握便利.、价格廉价 ,牢靠性高 .、步进电动机地主要缺点是效率较低,并且需要配上适当地驱动电源.、步进电动机带负载惯性地才能不强,在使用时既要留意负载转矩地大小,又要留意负载转动惯量地大小 ,只有当两者选取在合适地范畴时,电机才能获地中意地运行性能.、由于存在失步和共振,因此步进电机地加减速地方法依据利用状态地不同而复杂多变.（ 2）、步进电机驱动系统地基本组成与交直流电动机不同,仅仅接上供电电源 ,步进电机不会运行地.为了驱动步进电动机,必须由一个打算电动机速度和旋转角度地脉冲发生器（在该立体仓库掌握系统中采纳PLC

35、 作脉冲发生器进行位置掌握）、一个使电动机绕组电流按规定次序通断地脉冲安排器、一个保证电动机正常运行地功率放大器,以及一个直流功率电源等组成一个驱动系统,如图 3-2 所示.图 3-2 步进电机驱动系统地组成（ 3）、步进电动机地挑选运算在挑选步进电动机时第一考虑地是步进电动机地类型挑选,其次才是具体地品种挑选,在该立体仓库掌握系统中要求步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构地定位装置 ,确定步进电动机采纳2 相 8 拍混合式步进电机；在进行步进电动机地品种挑选时,要综合考虑速比i、轴向力 F、负载转矩、额定转矩和运行频率,以确定步进电机地具体规格 和掌握装置 .由于我们使用螺栓机

36、构地定位装置,已知条件和要求条件为： 移动部分总重M=25kg外力Fa=4kg.cm磨擦系数=0.04螺栓机构地效率=O. 9螺栓轴径=1.2cm螺栓长=42cm螺距P=3mm辨论率L=0.01mm移动距离=0.0075mm/ 步速度运算：V=2m min设拟选用 2 相、 1.8 步距角地 HB 型电动机速比 设使用直接驱动方式 i=m /360L=2 1.8 360 O.01=1轴向力F=Fa+M=4+0.04 25=5kg.cm负载转矩=FP 2 +/2=50.3 23.14 0.9+ 0.3=0.289kg.cm螺栓地惯量=（ ） /32=（ 3.14 7.9 42） /32=0.06

37、75kg.移动体地惯量=M=25 1.67 0.3/23.14=0.0571 kg.负载惯量为=+=0.0675+0.00571=0.1246kg.依据以上运算可以初步选定步进电动机,其惯量为 =0.03 kg., 空载起动频率 =3000H.由要求地速度可求出运行地频率：f=V L=2000 60 0.01=3333HZ可知需要加减速地驱动方式.齿轮比： G=360/L=0.0075360/ 1.8换算到电机轴地负载转矩为T=GL+F/ 20.01=150=150 0.01 0.289+5/6.28=1.40 kg.cm0.9对首次设计地装置来讲 ,所选用地电动机通常留有 2 3 倍地余量

38、,所以电机转矩=3T=3 1.40=4.2 kg.cm =0.41N.M依据以上地运算 ,在该立体仓库掌握系统中地步进电动机采纳北京斯达特机电科技进展有限公司生产地 2 相 8 拍混合式步进电机 ,它地主要特点：体积小 ,具有较高地起动和运行频率,有定位转矩等优点 .型号： 42BYGHl01. 电气原理图如图 3-3 所示.快接线插头：红色表示A 相,蓝色表示 B 相；假如发觉步进电机转向不对时可以将 A 相或 B 相中地两条线对调 .图 3-3 步进电机地出线圈表 3-1 步进电机地电气技术数据电机型号相数步距角相电流驱动电压额定转矩重量42BYGH10121.801.7ADC24V0.4

39、4N M0.24kg3.4 步进电机驱动器地挑选(1) 、步进电机驱动器地挑选步进电机地运行要有一电子装置进行驱动 ,这种装置就是步进电机驱动器 ,它是把掌握系统发出地脉冲信号转化为步进电机地角位移 ,或者说：掌握系统每发一个脉冲信号 ,通过驱动器就使步进电机旋转一步距角 .所以步进电机地转速与脉冲信号地频率成正比 .全部型号驱动器地输入信号都相同,共有三路信号 ,它们是：步进脉冲信号CP、方向电平信号 DIR 、脱机信号 FREE 此端为低电平有效,这时电机处于无力矩状态；此端为高电平 或悬空不接时 ,此功能无效,电机可正常运行. 它们在驱动器内部地接口电路都相同,见下图.OPTO 端为三路

40、信号地公共端,三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式,所以 OPTO 端须接外部系统地 VCC, 假如 VCC 是+5V 就可直接接入；假如 VCC 不是+5V 就须外部另加限流电阻 R,保证给驱动器内部光耦供应 8-1 5mA 地驱动电流 ,参见图 3-4 和图 3-5.在该立体仓库中由于 FP0 供应地电平为 24V,而输入部分地电平为 5V,所以须外部另加 1.8K 地限流电阻R.图 3-4 输入信号接口电路 图 3-5 外接限流电阻 R步进电机驱动器地输出信号有两种 :、初相位信号：驱动器每次上电后将使步进电机起始在一个固定地相位上 ,这就是初相位 .初相位信号是指步进电机每次运行到初相

41、位期间 ,此信号就输出为高电平 ,否就为低电平.此信号和掌握系统协作使田 ,可产生相位记忆功能 ,其接口见图 3-6.图 3-6 初相位信号接口电路、报警输出信号：每台驱动器都有多种爱护措施如：过压、过流、过温等.当爱护发生时 ,驱动器进入脱机状态使电机失电,但这时掌握系统可能尚未知晓.如要通知系统 ,就要用到 报警输出信号 .此信号占两个接线端子,此两端为一继电器地常开点,报警时触点立刻闭合.驱动器正常时 ,触点为常开状态 .触点规格： DC24V 1A 或 AC11OV O3A.一般来说 ,对于两相四根线电机 ,可以直接和驱动器相连,如图 3-7 所示.图 3-7电机与驱动器接线图所以我采

42、纳 SH 系列步进电动机驱动器,型号为 SH-2H057. 主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成.SH-2H057 步进电动机驱动器采纳铸铝结构,此种结构主要用于小功率驱动器 ,这种结构为封闭地超小型结构,本身不带风机 ,其外壳即为散热体 ,所以使用时要将其固定在较厚、较大地金属板上或较厚地机柜内,接触面之间要涂上导热硅脂,在其旁边加一个风机也是一种较好地散热方法.此步进电机驱动器地电气技术数据为：表 3-2 步进电机驱动器地电气技术数据驱动器型号相数类别细分数 通过拨位开关设定最大 相电流开关设定工作电源一组直流SH-2H057二相或四相混合式二相八拍3.0A(2) 、步进电机驱动

43、器接线示意图见图3-8图 3-8 步进电机驱动器接线示意图DC24V-40V型号EE-SPY402形 状立式检测方式反射型检测距离5mm反射率 90 15 15mm应差距离0.2mm检测距离 3mm横,方向 光源 发光波长 GaAs红外发光二级管940nm显示灯入光时灯亮 红电源电压DC524V10脉动 p-p5 以下消耗电流平均值 15mA以上 50mA以下掌握输出NPN电压输出负载电源电压 DC5 24V负载电流 80mA以下残留电压 1.0 以下 负载电流 80mA时 残留电压 0.4 以下 负载电流 10mA时 100HZ应答频率使用环境照度受光面照度白炽灯太阳光：各3,000x 以下环境温度动作时： -10 +55 C 储存时 -25 +65C不结冰 环境湿度动作时： 585 RH 储存时 -5 95 RH 不结露 3.5 传感器地挑选在该立体仓库中采纳欧姆龙EE-SPY402 凹槽型、反射型接插件式传感器作货物检测, 它是日本欧姆龙公司地产品,采纳能抗四周外来光干扰地变调光式；采纳变调光式,与直流光式比 ,不易受外来光干扰地影响；