基于PLC的桶裝水堆疊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于,plc,桶裝,堆疊,重疊,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
論文（設(shè)計(jì)）題目： 基于PLC的桶裝水堆疊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)號(hào)： 姓名： 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 系主任：
一、主要內(nèi)容及基本要求
在桶裝水的生產(chǎn)線中，需要把桶裝水按需要堆放在一起，該工作如果采用人工方式， 勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且效率低。桶裝水堆疊機(jī)能極大地減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。
1、利用PLC控制伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)堆疊機(jī)各機(jī)構(gòu)之間協(xié)調(diào)運(yùn)作。
2、要求：定位準(zhǔn)確、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、故障率低、容易維護(hù)。
3、繪制1張A0圖。
4、論文字?jǐn)?shù)要求：8000字以上。
二、重點(diǎn)研究的問題
利用PLC控制伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)堆疊機(jī)各機(jī)構(gòu)之間協(xié)調(diào)運(yùn)作，達(dá)到定位準(zhǔn)確、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、故障率低、容易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。
三、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
查閱資料、熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容
2013.12.21-2014.1.22
2
開題報(bào)告、方案設(shè)計(jì)
2014.1.23~2014.3.10
3
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與編程
2014.3.11~2014.4.20
4
寫出初稿
2014.4.21~2014.5.10
5
修改，寫出第二稿
2014.5.11~2014.5.20
6
寫出正式稿
2014.5.21~2014.5.31
7
答辯
2014.6
8
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1] S Sharma, T Y Ladakhi, A P Tiwary, et al. Application of PLC for Elevator Control Systemp[C]. International Symposium on Deviecs MEMS, Intelligent Systems & Communication (ISDMISC) 2011: 4-7.
[2] Programmable Logic Controller User Manual, V. I. Microsystems Pvt. Ltd.
[3] L Cheded, M A Mulla. Control of a four-level elevator system using a programmable logic controller[J], International Journal of Electrical Engineering Education, 2002, 39(2): 110-117.
[4] 趙燕, 江征風(fēng). 可編程邏輯控制器原理與應(yīng)用[M]. 第2 版. 北京: 北京大學(xué)出版社, 2010.
摘要
針對(duì)勞動(dòng)力日趨緊張，工人工資成本的增加,各中、大型飲用水廠勞動(dòng)力資源不足等情況，通過對(duì)多數(shù)飲用水生產(chǎn)廠家的實(shí)際調(diào)查，設(shè)計(jì)基于PLC的桶裝水堆疊機(jī)（以下稱堆疊機(jī)），該自動(dòng)堆疊機(jī)占地面積少，運(yùn)行費(fèi)用低，每小時(shí)可將600-3000桶裝水按要求疊成1-3層（每層4*4桶或每層3*4桶），以便于運(yùn)輸和存放，整臺(tái)設(shè)備只需一人即可輕松操作，最大程度上減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度及降低整個(gè)生產(chǎn)線的人員編制。設(shè)備占地面積少，運(yùn)行費(fèi)用低，可將桶裝水按要求疊成1-3層（每層4*4=16桶或任意），以便于運(yùn)輸和存放，整臺(tái)設(shè)備只需一人即可輕松操作，最大程度上減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度及降低整個(gè)生產(chǎn)線的人員編。本文基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展要求，介紹桶裝水堆疊機(jī)的應(yīng)用及其功能和作用，結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展，著重研究桶裝水堆疊機(jī)控制系統(tǒng)的控制技術(shù)。本文詳細(xì)闡述了本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，以及整個(gè)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)。
傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備與產(chǎn)品,多是以機(jī)械為主,是電氣、液壓或氣動(dòng)控制的機(jī)械設(shè)備。隨著工業(yè)水平的不斷發(fā)展,機(jī)械設(shè)備已逐步地由手動(dòng)操作改為自動(dòng)控制,設(shè)備本身也發(fā)展成為機(jī)電一體化的綜合體?？删幊绦蚩刂破?PLC)是以微處理器為核心,綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。經(jīng)過30多年的發(fā)展,目前,可編程序控制器已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置,已躍居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化四大支柱(可編程序控制器、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造)的首位。其應(yīng)用的深度和廣度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)先進(jìn)與自動(dòng)化程度高低的標(biāo)志。
關(guān)鍵詞：堆疊機(jī)，可編程序控制器(PLC)，控制系統(tǒng)
ABSTRACT
Increasingly nervous for Labour, the increased cost of workers' wages, great drinking water plant, in the labor force resources, etc., through the actual survey of most of the drinking water production factory, stack design based on PLC bottled water machine (hereinafter referred to as the \"stacker crane), the automatic palletizing machine covers an area of less, low operating cost, bottled water can be 600-600 per hour lay in 1-3 layers as required (each layer of 4 * 4 barrels or each layer 3 * 4 barrels), for transportation and storage, and the whole device needs a person can be easily operation, the largest extent, reduce the labor intensity of the staff and reduce staffing of the whole production line. Equipment covers an area of less, low operating cost, bottled water can be folded into 1-3 as required layer (each layer of 4 * 4 = 16 barrels or arbitrary), transportation and storage, in order to facilitate the whole device needs a person can be easily operation, the largest extent, reduce the labor intensity of workers and reduce the whole production line of the staff. In this paper, based on the requirement of application and development of modern science and technology, introduces the application of bottled water stacker crane and its function and role, and in combination with the development of modern science and technology, this paper studies bottled water control technology of stacker crane control system. This paper expounds the design idea of this control system, and the implementation of the whole system hardware and software design.
More than the traditional mechanical equipment and products, mainly on mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic control is the mechanical equipment. With the continuous development of industrial level, mechanical equipment has been gradually from manual to automatic control, the device itself also developed into a complex of electromechanical integration. Programmable controller (PLC) is a microprocessor as the core, integrated computer technology, automation technology and communication technology, developed a kind of new industrial automatic control device. After 30 years of development, at present, the programmable controller has become the most important and most used in industrial automation control equipment, industrial production automation has become the four pillars (programmable controller, CNC machine, robot, computer aided design and manufacturing) of the first. The application of the depth and breadth of has become a measure of a country advanced industrial and automation level.
KEY WORDS: stacker crane, control systembagging ,Programmable controller
目 錄
摘 要 1
ABSTRACT 2
目 錄 3
1 緒論 4
1.1 引言 4
1.2 PLC概述 4
1.3 桶裝水堆疊機(jī)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 6
1.3.1 桶裝水堆疊機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀 6
1.3.2 桶裝水堆疊機(jī)設(shè)計(jì)的要求 6
2 桶裝水堆疊機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 7
2.1 概述 7
2.2 桶裝水堆疊機(jī)系統(tǒng)組成及其特點(diǎn) 7
3 桶裝水堆疊機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11
3.1 PLC控制的優(yōu)點(diǎn)及選取 11
3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14
4 桶裝水堆疊機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 19
4.1 堆疊機(jī)自檢和復(fù)位/歸位程序 20
4.2 自動(dòng)方式下的堆疊機(jī)運(yùn)行控制 22
4.3 手動(dòng)方式下的堆疊機(jī)運(yùn)行控制 26
4.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 29
5系統(tǒng)抗干擾措施 30
5.1抗電源干擾 30
5.2 控制系統(tǒng)接地 30
5.3 防I/O信號(hào)干擾 31
結(jié)論 32
參考文獻(xiàn) 33
致謝 34
附錄 35
1 緒論
1.1 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)力水平的不斷提高，人們對(duì)降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善工作環(huán)境同時(shí)重視起來。桶裝純凈水等行業(yè)對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量和勞動(dòng)效率的要求也日益提高，從而促進(jìn)了這些企業(yè)的現(xiàn)代化改造。而傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)由于其生產(chǎn)效率低下而成為這些行業(yè)產(chǎn)量和生產(chǎn)質(zhì)量提高的巨大障礙，已不能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。用戶為了便于產(chǎn)品的運(yùn)輸和存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)基于PLC的桶裝水堆疊機(jī)，設(shè)備采用PLC+觸摸屏控制，實(shí)現(xiàn)智能化操作管理，簡便、易掌握?？纱蟠蟮販p少勞動(dòng)力和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
1.2 PLC概述
上世紀(jì)六十年代末，美國最大的汽車制造商——通用汽車公司(GM)為滿足市場需求，適應(yīng)汽車生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，提出了著名的十條技術(shù)指標(biāo)公開向社會(huì)招標(biāo)，要尋求一種比繼電器更可靠，響應(yīng)速度更快、功能更強(qiáng)大的通用工業(yè)控制器。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)十條要求研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器PDP-14，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功?？删幊炭刂破魇且晕⑻幚砥鳛楹诵?，把電氣傳動(dòng)和邏輯控制、自動(dòng)測量和調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)計(jì)算和處理有機(jī)地結(jié)合起來，具有豐富的軟件資源的現(xiàn)代化工業(yè)自動(dòng)化控制器。經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在可編程控制器己經(jīng)成為最重要、最可靠、應(yīng)用場合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。在可編程控制器中，充分應(yīng)用了大規(guī)模集成電路技術(shù)、微電子技術(shù)及通信技術(shù)，迅速地從早期的邏輯控制發(fā)展到進(jìn)入位置控制、過程控制等領(lǐng)域。
可編程序邏輯控制器(Programmable Logical Controller)，又稱PC或PLC，它是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的一種為用于工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，這種系統(tǒng)用可編程序存儲(chǔ)面向用戶指令的內(nèi)部寄存器，完成規(guī)定的功能，如：邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等，通過數(shù)字量的輸入、輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。
可編程控制器是“專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)”，由于其具有很強(qiáng)的抗干擾能力，很高的可靠性，能在惡劣環(huán)境下工作的大量的I/O接口，因此，伴隨著新產(chǎn)品、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，始終保持著旺盛的市場生命力?？删幊炭刂破鞯某霈F(xiàn)，除了取代傳統(tǒng)的繼電器控制外，正在逐步占領(lǐng)DCS和PID市場份額。國際市場,當(dāng)今世界的PLC生產(chǎn)廠家約200多家，生產(chǎn)400多種PLC。全球最大的5家PLC制造商，德國SIEMENS公司、美國A-B公司、SCHNEIDER公司、日本的MITSUBISHI公司、OMRON公司、三菱公司約占全球市場銷售額的67％。我國對(duì)可編程控制器的研制始于1974年，目前全國有幾十個(gè)生產(chǎn)廠家，但產(chǎn)品多為128個(gè)開關(guān)量I/O點(diǎn)以下的小型機(jī)。
我國應(yīng)用PLC還處于初級(jí)階段，而且局限于鋼鐵、化工、汽車、機(jī)床、煤炭、電站等領(lǐng)域，其他行業(yè)的應(yīng)用尚未普及，中國尚有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域等待開拓。我國90％的PLC市場由國外占領(lǐng)，中、大型PLC中，幾乎100％是國外產(chǎn)品，以美國MODICON公司、GE公司、德國SIEMENS，日本富士公司為主。我國的包裝設(shè)備在許多方面采用了PLC，并取得了非常好的效果。
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化愈來愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關(guān)量控制的時(shí)代已經(jīng)過去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)是向超小型專用化和低價(jià)格方向發(fā)展；另一個(gè)是向高速多功能和分布式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。趨勢如下：
（1）系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展。大是指大容量、高速度、多功能、高性能。小是指小型化、專用化、模塊化、低成本。
（2）功能不斷增強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出。
（3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。
1.3 桶裝水堆疊機(jī)設(shè)計(jì)的內(nèi)容
1.3.1 桶裝水堆疊機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀
在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器人堆疊機(jī)可以集成在任何生產(chǎn)線中，為生產(chǎn)現(xiàn)場提供智能化、機(jī)器人化、網(wǎng)絡(luò)化，可以實(shí)現(xiàn)啤酒、飲料和食品行業(yè)多種多樣作業(yè)的堆疊物流，廣泛應(yīng)用于紙箱、塑料箱、瓶類、袋類、桶裝、膜包產(chǎn)品及灌裝產(chǎn)品等。配套于三合一灌裝線等，對(duì)各類瓶罐箱包進(jìn)行堆疊。堆疊機(jī)自動(dòng)運(yùn)行分為自動(dòng)進(jìn)箱、轉(zhuǎn)箱、分排、成堆、移堆、提堆、進(jìn)托、下堆、出垛等步驟。如果能提高給料系統(tǒng)的精度、自動(dòng)化程度，就有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
堆疊機(jī)屬于工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于40年代的美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械操作手。工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能、多關(guān)節(jié)的操作機(jī)。它可以是固定式或移動(dòng)式的，用于工業(yè)自動(dòng)化作業(yè)中。工業(yè)機(jī)器人與其他專用自動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于，專用自動(dòng)機(jī)是適應(yīng)于大量生產(chǎn)的專用自動(dòng)化設(shè)備，而工業(yè)機(jī)器人是一種能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更,具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化設(shè)備。
1.3.2 桶裝水堆疊機(jī)設(shè)計(jì)的要求
（1）進(jìn)行對(duì)桶裝水堆疊機(jī)系統(tǒng)的控制工藝流程分析，確定系統(tǒng)原理。
（2）完成對(duì)桶裝水堆疊機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程分析及控制系統(tǒng)功能，系統(tǒng)硬件分析控制參數(shù)選擇及電控系統(tǒng)的需求，PLC的選型，確定此系統(tǒng)的布置形式。
（3）電路系統(tǒng)等供電設(shè)計(jì)，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及方案論證。
（4）系統(tǒng)軟件分析，系統(tǒng)狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)，系統(tǒng)抗干擾措施。
2 桶裝水堆疊機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.1 概述
所謂堆疊機(jī)是將已裝入容器的紙箱，按一定排列碼放在托盤、棧板（木質(zhì)、塑膠）上，進(jìn)行自動(dòng)堆碼，可堆碼多層，然后推出，便于叉車運(yùn)至倉庫儲(chǔ)存。本設(shè)備采用PLC+觸摸屏控制，實(shí)現(xiàn)智能化操作管理，簡便、易掌握?？纱蟠蟮販p少勞動(dòng)力和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。堆疊機(jī)是輸送機(jī)輸送來的料袋、紙箱或是其它包裝材料按照客戶工藝要求的工作方式自動(dòng)堆疊成垛，并將成垛的物料進(jìn)行輸送的設(shè)備。
桶裝水堆疊機(jī)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。所謂的機(jī)電一體化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的主功能、信息處理功能和控制功能等方面引進(jìn)了電子技術(shù)，并把機(jī)械裝置、執(zhí)行部件、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)，即機(jī)械、執(zhí)行、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術(shù)的支配下，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行組合而形成的一種新型機(jī)械系統(tǒng)。該系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)(機(jī)構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計(jì)算機(jī))、動(dòng)力系統(tǒng)(動(dòng)力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機(jī))等五大子系統(tǒng)組成。其五種內(nèi)部功能即主功能、動(dòng)力功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。
機(jī)電一體化系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是由于機(jī)電一體化系統(tǒng)的微電子裝置取代了人對(duì)機(jī)械的絕大部分的控制功能，并加以延伸和擴(kuò)大，克服了人體能力的不足和弱點(diǎn)。另一大特點(diǎn)是節(jié)省能源和材料消耗。其主要特征是自動(dòng)化操作。
2.2 桶裝水堆疊機(jī)系統(tǒng)組成及其特點(diǎn)
①系統(tǒng)組成
該機(jī)采用滑道式自重力進(jìn)瓶，侍機(jī)狀態(tài)無功率消耗，能耗極低；內(nèi)置接近信號(hào)檢測機(jī)構(gòu)跟據(jù)產(chǎn)量自動(dòng)調(diào)節(jié)堆疊速度達(dá)到與灌裝出瓶線配套。提瓶系統(tǒng)采用最新式設(shè)計(jì)氣動(dòng)對(duì)向型夾瓶，不傷瓶口及收縮膜、不掉瓶，耗氣量小。?升降系統(tǒng)采用直線軸承滑塊式軟連接結(jié)構(gòu)，具有提升速度穩(wěn)定，意外故障機(jī)械保護(hù)等功能，有效保障了機(jī)器在特殊故障下的自保護(hù)功能。該機(jī)提升、平移位置采用數(shù)控技術(shù)檢測定位，提瓶、放瓶位置相當(dāng)精確，避免了過多使用定位開關(guān)引起故障率高的缺點(diǎn)。提桶采用伺服系統(tǒng)，水桶在提升及平移過程中以高、低、中多段速運(yùn)行（低速夾瓶-中高速運(yùn)行-低速放瓶），叢而使整個(gè)運(yùn)作過程動(dòng)作協(xié)調(diào)，運(yùn)行平穩(wěn)。該機(jī)升降運(yùn)動(dòng)位置均設(shè)光電檢測保護(hù)開關(guān)，機(jī)器運(yùn)行時(shí)，如果檢測部位檢測到異?，F(xiàn)象產(chǎn)刻停機(jī)并報(bào)警，最大程度上保護(hù)了生產(chǎn)人員及設(shè)備的安全。
② 堆疊機(jī)特點(diǎn)
堆疊機(jī)技術(shù)特點(diǎn)：低位進(jìn)箱，占用空間少，生產(chǎn)能力大；整機(jī)PLC控制，全自動(dòng)運(yùn)行；適應(yīng)多種垛型及瓶型，調(diào)整方便；多處安全保護(hù)，可帶觸摸屏控制；采用優(yōu)質(zhì)輸送鏈分段傳動(dòng)，輸出段可任意加長；電機(jī)、氣缸傳動(dòng)及控制全部采用進(jìn)口名牌元件；盡量采用304材料，整機(jī)美觀大方；特別適應(yīng)于碼熱收縮膜包裝的產(chǎn)品。
通過自帶水氣混合裝置或客戶原有水氣混合系統(tǒng)，將臭氧氣體與水充分混合生成臭氧水，直接作用于原料用水，達(dá)到消毒滅菌的效果。
桶裝純凈水生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)參數(shù)：
生產(chǎn)能力：900-1500桶/小時(shí)(變頻控制);1500-2400桶/小時(shí)(伺服控制)
適用桶型：3加侖或5加侖
堆疊層數(shù)：三層(加高堆疊層數(shù)可特殊定制)
托盤尺寸：1200*1200(可特殊定制)
機(jī)型尺寸：L7757*W6255*H3052-4580
設(shè)備功率：8KW
控制電源：DC24V
壓縮空氣：0.4-0.6Mpa，20L/Min
設(shè)備重量：5500KG
桶裝純凈水生產(chǎn)設(shè)備具體情況介紹：
桶裝純凈水生產(chǎn)設(shè)備是由全自動(dòng)控制、自動(dòng)取托盤、自動(dòng)進(jìn)桶、自動(dòng)抓桶堆疊、自動(dòng)取放層隔板、自動(dòng)出垛。
桶裝純凈水生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
1、由鋁合金、工程塑料及碳鋼噴涂電鍍制成的安全防護(hù)裝置符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
2、采用側(cè)進(jìn)桶方式：占地面積小，簡化堆疊機(jī)前的輸送系統(tǒng)，降低整線設(shè)備投資成本。
3、采用框架式結(jié)構(gòu)：四根立柱受力，結(jié)構(gòu)更先進(jìn)合理，動(dòng)作更輕便平穩(wěn)，功耗也較小。
4、采用德國IGUS直線定位系統(tǒng)：定位精度高、運(yùn)動(dòng)動(dòng)作準(zhǔn)確，有效降低設(shè)備運(yùn)行時(shí)的沖擊及振動(dòng)，大大提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性及可靠性;免潤滑、免維護(hù)，衛(wèi)生狀況好，使用壽命長。
5、主傳動(dòng)采用變頻調(diào)速(伺服調(diào)速)及PLC控制技術(shù)，結(jié)合人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，主控制采用SIEMENS可編程控制器，具有快速的通訊能力和強(qiáng)大的診斷功能，保證了系統(tǒng)的可靠性。操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊合理，自動(dòng)化程度高。
6、運(yùn)行平穩(wěn)：整個(gè)堆疊過程的動(dòng)作通過變頻電機(jī)(伺服電機(jī))獨(dú)立驅(qū)動(dòng)不同的機(jī)械機(jī)構(gòu)使產(chǎn)品提升、平移、降落，并與氣動(dòng)、電、光控制相結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。動(dòng)作協(xié)調(diào)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)準(zhǔn)確。堆疊動(dòng)作由水平移動(dòng)及垂直移動(dòng)結(jié)合而成：水平移動(dòng)是由變頻電機(jī)(伺服電機(jī))驅(qū)動(dòng)同步皮帶來完成。
7、符合食品衛(wèi)生要求：采用無油潤滑的氣動(dòng)元件，大部份運(yùn)動(dòng)部件之間均采用了終生不需要注油潤滑的人性化設(shè)計(jì)，為用戶減少了大量的使用成本。小部份運(yùn)動(dòng)件需要用戶加油潤滑的部位采用了集中潤滑方案，加油方便，日常維護(hù)簡便省事;同時(shí)噪音小，又沒有油污染。
8、本機(jī)設(shè)有多種保護(hù)功能，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)停機(jī)。人員進(jìn)入安全隔離線時(shí)自動(dòng)停機(jī)等。故障停機(jī)時(shí)觸摸屏上有故障顯示，實(shí)現(xiàn)快速診斷及排除。
生產(chǎn)時(shí)機(jī)器上板倉機(jī)自動(dòng)放置一個(gè)托盤通過輸垛系統(tǒng)輸送至堆疊位，桶裝水在套袋后由輸送帶輸送至堆疊機(jī)，通過氣動(dòng)控制的理桶機(jī)構(gòu)排列成2排(每排4桶或5桶，每排5桶時(shí)須錯(cuò)位排列)，抓桶機(jī)構(gòu)將桶裝水抓取放到托盤上，碼完一層后自動(dòng)取一塊層隔板放到桶裝水上，再重復(fù)進(jìn)行第二層堆疊作業(yè)。
3 桶裝水堆疊機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 PLC控制的優(yōu)點(diǎn)及選取
① 高可靠性；
（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。
（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.
（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。
（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。
（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。
（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。
② 豐富的I/O接口模塊；
PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。
另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。
③ 采用模塊化結(jié)構(gòu)；
為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化PLC，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。
④編程簡單易學(xué)；
PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。
⑤安裝簡單，維修方便；
工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。
由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。
根據(jù)實(shí)際的控制點(diǎn)數(shù)和系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求，在本設(shè)計(jì)中選用西門子的S7-200系列的PLC作為控制中心。
S7-200系列PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種超小型PLC,超小型是指其功能具有大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻和小型PLC的價(jià)格一樣。可以單機(jī)運(yùn)行，也可以輸入/輸出擴(kuò)展。它結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，繼承和發(fā)揮了它在大、中型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，又極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有功能豐富的擴(kuò)展模塊，性能價(jià)格比非常高。因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。
S7-200硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的I/O輸入輸出，同時(shí)還可以擴(kuò)展各種功能模塊。
（1）基本單元：基本單元有時(shí)又稱作CPU模塊，也有的稱之為主機(jī)或本機(jī)。特包括CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入輸出點(diǎn)和電源等,是PLC的主要部分。它實(shí)際上就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)的完成一定的控制任務(wù)。
（2）擴(kuò)展單元：主機(jī)I/O數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的I/O點(diǎn)數(shù)是多種因素共同決定的。
（3）特殊功能模塊：當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，可與SIMATIC S7-200主機(jī)相連，已完成某種特殊的控制任務(wù)而特制的一種裝置。
（4）相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便的利用SIMATIC S7-200系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人際操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。
（5）工業(yè)軟件：工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要有標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾大類構(gòu)成。
SIMATIC S7-200的CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。輸入部分則輸出控制信號(hào)，控制工業(yè)過程中的設(shè)備。
根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)來計(jì)算，可以選用CPU-226這個(gè)型號(hào)的CPU，CPU226有24輸入/16輸出，最大可以擴(kuò)展為248點(diǎn)數(shù)字量或35點(diǎn)模擬量。其特點(diǎn)如下：
① 集成的24V電源：可直接連接到傳感器和變送器、執(zhí)行器，可用作負(fù)載電源。
② 高速脈沖輸出：具有2路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達(dá)20KHZ，用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。
③ 通信口：CPU226具有2個(gè)RS-485通信口，支持PPI、MPI協(xié)議，有自由口通信能力。
④ 模擬電位器：CPU226有兩個(gè)模擬電位器，用來改變特殊寄存器中的數(shù)值，以改變程序運(yùn)行的參數(shù)，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)值，過程量的控制參數(shù)。
⑤ 中斷輸入允許以極快的速度對(duì)過程信號(hào)的上升沿做出響應(yīng)。
⑥ 數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)：CPU226具有24輸入/16輸出，輸出點(diǎn)為24V直流雙向偶看光電耦合輸入電路，輸出有繼電器和直流兩種類型，可擴(kuò)展模塊為7個(gè)。
⑦ CPU226有6個(gè)30KHZ的高速計(jì)數(shù)器，用于捕捉比CPU掃描頻率更高的脈沖信號(hào)。
由于S7-200-CPU226的集成24輸入/16輸出不能滿足設(shè)計(jì)的要求，所以又選用了EM221擴(kuò)展模塊和EM235擴(kuò)展模塊，正好滿足設(shè)計(jì)的需要。所選模塊型號(hào)如表3.1所示。
表3.1 擴(kuò)展模塊選型表
系列號(hào)
類別
描述
選型型號(hào)
數(shù)量
EM221
輸入擴(kuò)展模塊
DI16
6ES7221-1BH22-0XA0
1
EM235
輸入/輸出擴(kuò)展模塊
AI4/AO1
6ES7235-0KD22-0XA0
2
由于CPU226的輸入點(diǎn)只有24個(gè)，不能滿足設(shè)計(jì)的輸入點(diǎn)的需要，所以加入一個(gè)EM221模塊，該模塊有16個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)，總體上可以滿足系統(tǒng)輸入的要求。另外加入兩個(gè)EM235模擬量輸入/輸出模塊是為控制水平和垂直運(yùn)行的交流電機(jī)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如3.1所示：
圖3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
PLC控制系統(tǒng)為桶裝水堆疊機(jī)的核心部分，而在堆疊過程中，動(dòng)作多，運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，這就要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性、良好的節(jié)能措施、很強(qiáng)的故障診斷能力，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。本系統(tǒng)中堆疊機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)行的行走機(jī)構(gòu)，垂直運(yùn)行的起升機(jī)構(gòu)及取送貨的伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成。水平部分運(yùn)動(dòng)電機(jī)和垂直部分運(yùn)動(dòng)電機(jī)分別采用220W的三相交流異步電動(dòng)機(jī)和200W的單相交流異步電動(dòng)機(jī)，由西門子S7-200PLC通過變頻器進(jìn)行控制。伸叉機(jī)構(gòu)電機(jī)采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，由西門子S7-200通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。由堆疊機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及工作要求可知，能否保證堆疊機(jī)的穩(wěn)定工作，關(guān)鍵在堆疊機(jī)的三維位置移動(dòng)定位的精確性。
主要技術(shù)指標(biāo)和和主要設(shè)計(jì)參數(shù)
堆疊機(jī)運(yùn)行的速度范圍：
水平方向：2m/min~360m/min；
垂直方向：2m/min~80/min；
貨叉：2m/min~60/min
堆疊機(jī)的控制方式有自動(dòng)和手動(dòng)控制。
① 手動(dòng)方式通過堆疊機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)及按鈕控制堆疊機(jī)水平和提升運(yùn)動(dòng)及貨叉伸縮。同時(shí)運(yùn)動(dòng)速度可以手動(dòng)選擇。手動(dòng)操作時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)給予相應(yīng)的警示信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)將解除大部分的保護(hù)控制。手動(dòng)操作主要用于安裝、調(diào)試和排除故障。
② 單機(jī)自動(dòng)用人機(jī)界面對(duì)堆疊機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)的控制，控制系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的參數(shù)進(jìn)行全自動(dòng)的取送貨動(dòng)作。界面操作時(shí)，應(yīng)具備對(duì)貨物的單送、單取操作。人機(jī)界面應(yīng)具備實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行工況，故障及歷史故障查詢等功能。
堆疊機(jī)控制系統(tǒng)中上位機(jī)完成的只是數(shù)據(jù)輸入和傳送，主要的控制任務(wù)是由PLC來完成。
① 作業(yè)命令處理：確定作業(yè)狀態(tài)時(shí)自動(dòng)還是手動(dòng)；確定作業(yè)指令是存貨入庫還是取貨出庫；確定作業(yè)地址包括列地址和層地址。
② 位置技術(shù)及判斷：沿著堆疊機(jī)的行進(jìn)方向和載貨臺(tái)的升降方向設(shè)置認(rèn)址片，PLC通過檢測認(rèn)址片來判斷堆疊機(jī)位置和載貨臺(tái)的位置，每經(jīng)過一個(gè)認(rèn)址片，PLC的高速計(jì)數(shù)器就自動(dòng)計(jì)數(shù)一次，前進(jìn)加一，后退減一，上升加一，下降減一。到達(dá)預(yù)定位置后，堆疊機(jī)停車。
③ 速度調(diào)整和準(zhǔn)確停車：根據(jù)堆疊機(jī)和目標(biāo)位置的距離，PLC輸出速度調(diào)整的控制信號(hào)給變頻器，通過變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在停車之前先把堆疊機(jī)的運(yùn)行速度降低到低速檔，使堆疊機(jī)以低速接近目標(biāo)位置，保證堆疊機(jī)的穩(wěn)定性。
④ 作業(yè)任務(wù)的順序邏輯控制：按照入庫、出庫的作業(yè)順序，確定各輸出點(diǎn)的得電狀態(tài)，完成作業(yè)順序的邏輯控制。
⑤ 安全保護(hù)：水平行走、載貨臺(tái)升降及貨叉的伸縮等都有限位保護(hù)。
⑥ PLC還有工作故障報(bào)警功能。
本系統(tǒng)由上位監(jiān)控級(jí)與直接控制級(jí)組成。監(jiān)控級(jí)對(duì)通訊、流程進(jìn)行控制，并進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像顯示，直接控制級(jí)是由PLC(可編程序控制器)組成的控制系統(tǒng)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行單機(jī)自動(dòng)操作。采用組態(tài)系統(tǒng)建立監(jiān)控界面，同時(shí)將運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)反饋到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。堆疊機(jī)采用西門子公司的S7-200型PLC控制，與變頻器結(jié)合對(duì)堆疊機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖3.2所示。
圖3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
由堆疊機(jī)的作業(yè)流程，水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)和垂直起升機(jī)構(gòu)使堆疊機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置，貨叉伸縮機(jī)構(gòu)完成存取貨。要完成對(duì)堆疊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要保證堆疊機(jī)能準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置，在設(shè)計(jì)堆疊機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確可靠的認(rèn)址和定位保證堆疊機(jī)準(zhǔn)確無誤的定位在目標(biāo)貨位。為了提高存取效率和保證堆疊機(jī)穩(wěn)定性，必須對(duì)堆疊機(jī)速度進(jìn)行合理有效的控制，其中速度位置檢測關(guān)鍵部分。
堆疊機(jī)速度位置控制的實(shí)現(xiàn)方法如圖3.3所示，控制系統(tǒng)由PLC控制器、調(diào)速系統(tǒng)、編碼器、認(rèn)址片和認(rèn)址器組成，實(shí)現(xiàn)位置和速度的雙閉環(huán)控制。
圖3.3 堆疊機(jī)位置速度控制框圖
定位控制就是確定堆疊機(jī)停止在目標(biāo)貨位的功能。自動(dòng)倉庫的認(rèn)址檢測系統(tǒng)有兩項(xiàng)任務(wù)：一是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋址，使堆疊機(jī)自動(dòng)找到被指定到達(dá)的位置；二是自動(dòng)準(zhǔn)確停準(zhǔn)，即堆疊機(jī)停準(zhǔn)位置不超出規(guī)定的精度。為此，貨架上的每個(gè)貨位必須具有堆疊機(jī)能識(shí)別的編碼，所以將貨架兩側(cè)編成X1、X2，沿堆疊機(jī)運(yùn)行方向?qū)⒇浖芫帪?~Y列，垂直方向編為0~Z層。這樣每個(gè)貨位就有了獨(dú)立的三維坐標(biāo)地址，堆疊機(jī)自動(dòng)檢測目前的坐標(biāo)地址，使其能到達(dá)目標(biāo)位置。因?yàn)樨浖軆蓚?cè)分為X1、X2，只有兩個(gè)方向，反應(yīng)到堆疊機(jī)上只是貨叉左伸、右伸運(yùn)動(dòng)，此方向不用檢測，所以實(shí)際上堆疊機(jī)位置的檢測只是對(duì)Y、Z位置的檢測。
認(rèn)址方式：
（1）絕對(duì)認(rèn)址：絕對(duì)認(rèn)址是將每一個(gè)貨位賦予唯一的開關(guān)狀態(tài)，給每個(gè)貨位制作一個(gè)專用的認(rèn)址片，堆疊機(jī)上相應(yīng)安裝一個(gè)識(shí)別器，通常是二進(jìn)制編碼板和一組光電開關(guān)的組合，通過讀取認(rèn)址片的代碼來判斷堆疊機(jī)的當(dāng)前位置。
（2）相對(duì)認(rèn)址：相對(duì)認(rèn)址時(shí)每個(gè)貨位的認(rèn)址片結(jié)構(gòu)相同。每經(jīng)過一個(gè)貨位，就對(duì)地址編碼進(jìn)行加1或減1，一直移動(dòng)到和預(yù)定位置號(hào)一致時(shí)停止運(yùn)行。
（3）編碼器定位法：編碼器定位方式主要有兩種：從動(dòng)輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測定方式、鏈輪與鏈條旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測定方式。從動(dòng)輪與軌道旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)測定方式。堆疊機(jī)的從動(dòng)輪上配有同軸旋轉(zhuǎn)編碼器，從動(dòng)輪與軌道近似純滾動(dòng)，因此通過對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)換，可以得到堆疊機(jī)的相對(duì)運(yùn)行位置。
（4）激光測距定位：激光測距定位是近年來應(yīng)用于堆疊機(jī)準(zhǔn)確定位的新技術(shù)，用激光測距儀通過測量堆疊機(jī)到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離和事先存儲(chǔ)的位置數(shù)據(jù)比較來確定堆疊機(jī)的當(dāng)前位置。這種方法的精度很高，但是使用時(shí)堆疊機(jī)和激光發(fā)射器和反射板之間不允許有物體，否則會(huì)遮擋住激光的傳輸路徑，使系統(tǒng)無法準(zhǔn)確定位。
為完成對(duì)堆疊機(jī)的位置控制，必須能檢測出堆疊機(jī)的運(yùn)行位置，本文設(shè)計(jì)的堆疊機(jī)系統(tǒng)認(rèn)址方式有：
（1）水平認(rèn)址系統(tǒng)：水平方向采用激光測距傳感器，當(dāng)前數(shù)據(jù)為位移值，經(jīng)過PLC計(jì)算后的數(shù)據(jù)為當(dāng)前速度值。激光測距傳感器安裝在堆疊機(jī)上，目標(biāo)放射板安裝在巷道末端。在立體倉庫巷道通道中的激光測距范圍(激光發(fā)射器與反射板之間)內(nèi)不得有任何物體遮擋激光光線。激光測距的原理是通過發(fā)射出的激光光線長度來測定距離，其光線就好比一把光尺，如果物體遮擋激光光線，讓它脫離原標(biāo)準(zhǔn)原點(diǎn)的測定位置，將影響實(shí)際要求的測定距離，從而使道堆疊機(jī)走位偏離所設(shè)定的位置，產(chǎn)生貨叉取/存儲(chǔ)錯(cuò)位或起始點(diǎn)撞擊巷道堆疊機(jī)端部緩沖制動(dòng)器的情況。因此，在巷道堆疊機(jī)工作時(shí)不允許有任何物體遮擋激光光線，對(duì)于激光光線通道應(yīng)采取隔離保護(hù)措施，保證激光測距的準(zhǔn)確性和自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性。
（2）縱向認(rèn)址系統(tǒng)：堆疊機(jī)縱向方向的層定位采用光電開關(guān)和認(rèn)址片組合定位，即在堆疊機(jī)的上下安裝兩個(gè)光電開關(guān)，在每層的貨位上安裝認(rèn)址片。低位為取貨開始伸叉或放貨完畢收叉的位置，高位為放貨開始伸叉或取貨完畢收叉的位置。為使貨叉能完成作業(yè)，堆疊機(jī)在垂直方向上必須要提供使貨叉能停在高位或低位的檢測裝置。所以在堆疊機(jī)的升降臺(tái)上安裝三個(gè)光電開關(guān)，與升降臺(tái)一起上升下降，中間的一個(gè)共用，其他兩個(gè)分別為上位置和下位置。存貨開始或取貨結(jié)束時(shí)，升降臺(tái)貨叉停在高位置，下面兩個(gè)光電開關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi)；取貨開始或存貨結(jié)束時(shí)，貨叉停在低位置，此時(shí)上面兩個(gè)光電開關(guān)處于認(rèn)址片內(nèi)。
其認(rèn)址狀態(tài)如表3.2所示：
表3.2 認(rèn)址狀態(tài)表
上升
下降
傳感器
存貨高位
取貨低位
存貨高位
取貨低位
A1
……
計(jì)數(shù)、減速、定位
……
定位、停止
A2
計(jì)數(shù)、減速、定位
定位、停止
定位、停止
計(jì)數(shù)、減速、定位
A3
……
計(jì)數(shù)、減速、定位
……
4 桶裝水堆疊機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
S7-200可編程控制器主要使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程和其它一些相關(guān)處理。STEP7-Micro/WIN 32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為SIMATIC S7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)，功能強(qiáng)大，主要由用戶用來開發(fā)控制程序，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序執(zhí)行狀態(tài)。
它提供三種編輯器來創(chuàng)建你的程序：梯形圖、語句表和功能塊圖。用任何一種程序編寫程序，都可以用另外一種程序編輯器來瀏覽和編輯，但要遵守一些輸入規(guī)則。語句表編輯器按照文本語言的形式顯示程序，此編輯器允許你輸入指令助記條款來創(chuàng)建你的控制程序。
本文設(shè)計(jì)的堆疊機(jī)控制系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式，其中自動(dòng)又有自動(dòng)入庫和自動(dòng)出庫兩種工作狀態(tài)。
（1）自動(dòng)：由操作員在下層控制臺(tái)輸入貨單，發(fā)出運(yùn)行命令，碼跺機(jī)根據(jù)貨單和命令自動(dòng)運(yùn)行完成任務(wù)，實(shí)現(xiàn)甩手操作。
（2）手動(dòng)：由操作員親自駕駛碼跺機(jī)進(jìn)行取貨和放貨操作，其中可以操作貨叉的升降、伸縮，碼跺機(jī)的上升下降，前進(jìn)，后退操作，來完成貨單任務(wù)。
程序采用模塊化的方式進(jìn)行編寫，最后再將程序的各個(gè)部分集成為能完成完整功能的完整的程序。系統(tǒng)采用中間信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)具體運(yùn)行動(dòng)作的控制，從而更準(zhǔn)確更安全的完成作業(yè);并采用指示燈在現(xiàn)場指示系統(tǒng)具體的工作狀態(tài)，并將工作信息寫入到內(nèi)存中，方便上位機(jī)對(duì)碼跺機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視。圖4.1是系統(tǒng)主程序流程圖。
圖4.1 主程序流程圖
4.1堆疊機(jī)自檢和復(fù)位/歸位程序
堆疊機(jī)自檢程序：
堆疊機(jī)每次開機(jī)上電時(shí)，PLC系統(tǒng)通電，然后執(zhí)行用戶編寫的功能模塊程序。PLC系統(tǒng)上電后，首先執(zhí)行圖4.2堆疊機(jī)自檢程序。堆疊機(jī)自檢子程序主要是判斷上次系統(tǒng)是否正常關(guān)機(jī)，如果屬于非正常關(guān)機(jī)，堆疊機(jī)有無不安全因素（貨叉是否在收叉位置，載貨臺(tái)上有無貨物，貨位位置是否正常等），如果存在不安全因素，堆疊機(jī)開始報(bào)警，等待故障處理。如果正常關(guān)機(jī)，則判斷堆疊機(jī)工作模式。在手動(dòng)操作模式下，執(zhí)行手動(dòng)操作子程序。在自動(dòng)模式下，則由堆疊機(jī)機(jī)載控制柜上的觸摸屏操作下發(fā)作業(yè)任務(wù)。
圖4.2 堆疊機(jī)自檢子程序流程圖
堆疊機(jī)復(fù)位/歸位程序：
當(dāng)碼跺機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)(如認(rèn)址認(rèn)數(shù)器計(jì)數(shù)錯(cuò)誤等)，若不及時(shí)糾正，就會(huì)使倉庫管理出現(xiàn)混亂，所以就需要系統(tǒng)能通過控制按鈕方便的恢復(fù)系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)或設(shè)置，及時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)不同錯(cuò)誤的嚴(yán)重情況，設(shè)立系統(tǒng)歸位和系統(tǒng)復(fù)位兩種方式。
碼跺機(jī)復(fù)位程序流程圖如圖4.3所示。當(dāng)按下歸位按鈕超過3s碼跺機(jī)開始在水平與垂直兩個(gè)方向同時(shí)以中速返回原位。當(dāng)碼跺機(jī)經(jīng)過強(qiáng)制限速點(diǎn)時(shí)，強(qiáng)制為低速，直到運(yùn)動(dòng)到原位停止。到達(dá)原位后，復(fù)位計(jì)數(shù)器；當(dāng)水平與垂直兩個(gè)方向均到達(dá)原位后，歸位動(dòng)作完成。若重新啟動(dòng)被按下超過3s，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行初始化程序，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)內(nèi)存區(qū)及自由端口進(jìn)行重新定義，同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)返回原位程序，以重新設(shè)定計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值；若不需要碼跺機(jī)歸位，則可以再松開重新啟動(dòng)按鈕后，再短按一次重新啟動(dòng)按鈕(小于3s)，就可停止系統(tǒng)回歸原位。
圖4.3 復(fù)位程序流程圖
4.2 自動(dòng)方式下的堆疊機(jī)運(yùn)行控制
堆疊機(jī)執(zhí)行自動(dòng)入庫作業(yè)的初始條件為堆疊機(jī)位于入庫口，升降臺(tái)位于最下位置，入庫臺(tái)車在堆疊機(jī)前進(jìn)方向的右邊，車上有貨物，堆疊機(jī)貨叉上無貨物。操作開始先在上位機(jī)的監(jiān)控界面上輸入待入庫目標(biāo)貨位的列、層數(shù)，選擇入庫動(dòng)作，然后按下運(yùn)行鍵，系統(tǒng)開始執(zhí)行入庫作業(yè)。于是堆疊機(jī)向入庫口的貨位伸叉,伸叉到位后貨叉向上托起，托到貨物后堆疊機(jī)收叉，然后貨叉托著貨物回到貨叉中位，貨叉停止，載著貨物的堆疊機(jī)向目的貨位移動(dòng)，到達(dá)目的貨位之后檢測目標(biāo)貨位是否有貨，如無貨堆疊機(jī)向入庫目標(biāo)貨位伸叉，伸叉到位后貨叉下降，將貨物放到貨位上后堆疊機(jī)收叉，然后貨叉回到貨叉中位，貨叉停止，堆疊機(jī)返回到入庫口位置待命，準(zhǔn)備下一次作業(yè)。出庫的作業(yè)順序與入庫的作業(yè)順序類似。
初始化程序設(shè)計(jì)：
這段程序主要是對(duì)所需的計(jì)數(shù)器、寄存器進(jìn)行初始化復(fù)位。
網(wǎng)絡(luò)1和2是對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位，其中計(jì)數(shù)器C2是對(duì)輸入的倉庫號(hào)的列數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，C3是對(duì)輸入倉庫號(hào)的層數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如圖4.4所示。
網(wǎng)絡(luò)3中VW100,VW102分別放置輸入的列數(shù)和層數(shù)，VB100中放置鍵盤的十六進(jìn)制輸入值。如圖4.5所示。
圖4.4 網(wǎng)絡(luò)1，網(wǎng)絡(luò)2
圖4.5 網(wǎng)絡(luò)3
運(yùn)行方式選擇程序：
圖4.6 網(wǎng)絡(luò)4，網(wǎng)絡(luò)6
如圖4.6所示，當(dāng)I0.7得電時(shí)，選擇自動(dòng)方式，然后調(diào)用自動(dòng)子程序（SBR_0），I0.7失電時(shí)，即選擇了手動(dòng)運(yùn)行方式，然后調(diào)用手動(dòng)子程序（SBR_1）。
自動(dòng)控制中的尋址定位：
自動(dòng)控制子程序中的網(wǎng)絡(luò)，采用兩對(duì)光電開關(guān)來定位，當(dāng)兩對(duì)同時(shí)閉合時(shí)，說明已經(jīng)到達(dá)所到的列或?qū)印?
如圖4.7，4.8所示，網(wǎng)絡(luò)11，C2中的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)和VW100中輸入的倉庫的列數(shù)進(jìn)行比較，相等時(shí)說明已經(jīng)到達(dá)列，小車停止前進(jìn)，到達(dá)列標(biāo)志M30.0。
圖4.7 網(wǎng)絡(luò)11
網(wǎng)絡(luò)13中，當(dāng)列和層都到位時(shí)，調(diào)用步進(jìn)電機(jī)子程序，機(jī)械手前伸取/放貨物。
圖4.8 網(wǎng)絡(luò)12
M30.2是取/放完成標(biāo)志，當(dāng)取放完成時(shí)，手臂縮回如圖4.9所示，并置動(dòng)作完成標(biāo)志M30.3。
圖4.9 網(wǎng)絡(luò)13，網(wǎng)絡(luò)14
4.3 手動(dòng)方式下的堆疊機(jī)運(yùn)行控制
手動(dòng)控制中的尋址定位：
手動(dòng)控制子程序中，手動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過每一列或?qū)訒r(shí)指示燈都會(huì)亮如圖4.10所示（網(wǎng)絡(luò)1中Q2.0\Q2.1分別接層/列顯示燈），燈亮后才可以伸縮機(jī)械手臂如圖4.11所示（見網(wǎng)絡(luò)2中）。
圖4.10 網(wǎng)絡(luò)1
圖4.11 網(wǎng)絡(luò)2
手動(dòng)方式下的貨叉運(yùn)行控制：
手動(dòng)方式下貨叉的運(yùn)行控制是分步進(jìn)行的，貨叉的任何兩個(gè)動(dòng)作均不聯(lián)動(dòng)。程序流程圖如4.12所示。
圖4.12 手動(dòng)方式貨叉運(yùn)行程序圖
4.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序
圖4.13 網(wǎng)絡(luò)1
如圖4.13所示，將16#85送給SMB67是設(shè)置PTO的控制字節(jié)，選擇PTO方式，時(shí)基為1us。然后設(shè)置周期為50us,脈沖數(shù)為70000個(gè)。
當(dāng)動(dòng)作完成時(shí)，完成標(biāo)志M30.3置1，然后返回起點(diǎn)。
5系統(tǒng)抗干擾措施
PLC系統(tǒng)中混入輸入、輸出的干擾，或感應(yīng)電壓，容易引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，從而引起錯(cuò)誤的控制信號(hào)。為了使控制器穩(wěn)定地工作，提高整體控制系統(tǒng)的可靠性，在控制系統(tǒng)采取一些有效的抗干擾措施是非常必要的。
5.1抗電源干擾
（1）使用隔離變壓器 使用隔離變壓器將屏蔽層良好地接地，對(duì)抑制電網(wǎng)中的干擾信號(hào)有良好的效果。為了改善隔離變壓器的抗干擾效果，必須注意兩點(diǎn):一是屏蔽層要良好接地，二是次級(jí)連接線要使用雙絞線。雙絞線能減少電源線間干擾。
（2） 使用濾波器 使用濾波器代替隔離變壓器，在一定的頻率范圍內(nèi)有一定的抗電網(wǎng)干擾作用，慣用的方法是既使用濾波器，同時(shí)使用隔離變壓器。連接方法如圖5.1所示。
圖5.1 濾波器和隔離變壓器同時(shí)用的系統(tǒng)
（3） 分離供電系統(tǒng) 將控制器、I/O通道和其他設(shè)備的供電分離開來，也有助于抗電網(wǎng)干擾。
本系統(tǒng)采用分離供電系統(tǒng)措施，PLC控制器遠(yuǎn)離供電系統(tǒng)。
5.2 控制系統(tǒng)接地
控制系統(tǒng)的接地一般有如圖5.2所示的三種方法:圖(a)為控制器和其他設(shè)備分別接地方式，這種接地方式最好;如果做不到每個(gè)設(shè)備專用接地，也可以使用圖
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