基于某PLC的立体车库控制系统设计.doc

word1 / 76PLC 实训设计任务书论文题目基于 PLC 控制的立体车库系统的设计 某某专业、年级指导教师任务下达日期一.实训的主要容根据实际要求，以 S7-200 型 PLC 为核心，设计立体车库控制系统。设计控制系统硬件电路，编写软件控制系统程序，目的是掌握 PLC 控制的根本原理、直流电机、传感器等器件的原理与使用。 二.实训报告任务车库模型以 205 实验室的立体车库模型为准立体停车库实物教学实验装置的主要结构分为控制柜和停车库模型两局部。控制柜局部由按键显示板、信号接口板电气控制板几局部组成停车库模型局部由停车层模型和停车盘模型组成。 停车层分为上中下三层上层有四个车位共有四个车盘可停放四辆汽车模型从左到右分别是 1 号位2 号位3 号位4 号位简记符为 3-1、3-2、3-3、3-4中层有四个车位共有三个车盘可停放三辆汽车模型从左到右分别是 2-1 车盘2-2 车盘2-3 车盘下层有四个车位共有三个车盘可停放三辆汽车模型从左到右分别是 1-1 车盘1-2 车盘1-3 车盘。 对立体车库的控制可以有两种方法第一种是由现场操作人员通过相应的按钮控制立体车库设备的动作第二种是根据实际的生产工艺要求编制出控制程序按照现场要求来控制立体车库设备的动作。 按下存车按钮选择存车位置。如果选择的车位上已有车停放将发出警示信息。该警示信息可以通过控制系统点亮警示灯或发出警示声来实现。如果选择的车位上无车系统将做如下动作如果选择存放 1-1 号车位汽车进入车库。当检测到光电开关的信号后表明车辆己经进库。如果选择存放 1-2 号车位载车盘 1-1 右移载车盘 1-2 下移到第一层汽车进入车库。1-2 号车位上移到第二层原位停止。 按下取车按钮选择取车位置。如果选择的车位上没有车停放将发出警示信息。如果选择的车位上有车系统将做如下动作如果选择取 1-1 号车位的车此时车辆可以离开车库。当检测到限位开关的信号后明确车辆已经出库车位 1-1 车辆出库过程完成。如果选择取 1-2 号车位的车载车盘 1-1 右移载车盘 1-2 下移到第一层汽车出库。车位 1-2 车辆出库过程完成上移回原位车位 1-2 车辆出库过程完成。 word2 / 76三. 实训报告要求1写完整实训报告说明书3000字。2完成系统硬件配置，合理进展地址分配，列出I/O表，画出接线图。3设计梯形图控制程序，并在仿真软件上调试。4软件仿真调试成功后，到实验室接线调试。四、实训报告要求进度安排日期时间容备注查资料确定 I/O 数量和配置画程序流程图并软件仿真实验室调试实验室调试指导教师签字：word3 / 76摘 要立体车库是专门实现各种车辆的自动停放与科学存放的仓储设施。随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造本钱和运行效率的双重因素。本文在对国外车库现状与开展趋势做了充分调研的根底上，选择四层三列式车库结构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成局部而言，可分为三大局部：车库结构局部、传动机构局部和控制系统局部。本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也作了简单的说明。在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的可编程序控制器(PLC)控制，运用西门子公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用 PLC 作为控制系统简单易行。其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。关键词：关键词：立体车库；控制系统；可编程序控制器word4 / 76ABSTRACTStereo garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has bee a mon phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, and maximize the number of parking cars. It has bee an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically.On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose four-layer and three-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The paper adopted PLC as control system in designing the up-down and translation stereo garage, PLC software of SIEMENS pany was used to weave the program of control system, through debugging running. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth.Keywords：Stereo garage; Control system; PLCword5 / 76目 录第 1 章 绪论11.1 此题设计的背景 11.2 此题设计的容 21.3 此题设计的目的与意义 2第 2 章 系统控制方案的设定 32.1 自动化立体车库的描述 32.2 系统设计的根本步骤 3第 3 章 立体车库系统硬件方面的设计 43.1 硬件系统的总体设计43.2 PLC 控制模块的设计93.3 步进驱动模块的设计103.4 丝杆驱动模块的设计14 3.5 电气原理图的设计14第 4 章 升降横移式立体车库系统软件方面的设计151516参考文献 22附录 1: 电气原理图设计 23附录 2: PLC 梯形图设计 2word6 / 76第 1 章 绪论1.1 此题设计的背景随着我国城市经济和汽车工业的迅速开展，拥有私家车的家庭越来越多，截至2011 年 8 月底，全国机动车保有量达到 2.19 亿辆。其中，汽车保有量首次突破 1 亿辆。而早在 2000 年，全国机动车保有量仅为 1249 万辆，汽车保有量为 625 万辆。通过以上数据可以看出，短短 10 年里，中国的机动车辆增加了 17 倍，汽车增加了 16 倍。而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。以市为例，截止 2007 年底，市区仅有公共停车场 828 处，共计车位 5.7 万个，仅占市区机动车拥有量的 8.6，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。的情况也让人无法乐观，仅有的 229 个地下车库使用面积不足 60 万平方米，只能满足 1.3 万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势，比例高达64，而且还有继续上升之势。据建设部城市交通工程技术中心对全国 15 个大城市停车现状的调查，城市机动车保有量与停车位之比平均为 4：84：1，这一比值对于渴望“车者有其位的车主来说，形式不容乐观。停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。上世纪 80 年代初期，市权威部门对 2000 年汽车开展数的预测仅仅是 70 万80 万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，市汽车总量如此足足比预期多了100 万辆，其中私人小客车的数量就高达 45 万辆。面对迅速开展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推广中心介绍，市停车设施的“欠账最保守估计应为 2030。停车问题是城市在开展过程中出现的静态交通问题，静态交通是相对于动态交通而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要容，随着城市的不断开展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在 15%-20%，而同时期城市停车根底设施的平均增长速度只有 2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车根底设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。所谓软措施，就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使局部车主更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。而硬措施，主要包括增建停车场，建设地word7 / 76下与立体停车场、利用其它空间满足停车需求。1.2 此题设计的容本课题的主要容是基于西门子 S-200 系列 PLC 的立体车库控制系统的设计，升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道,实现高层车位升降存取车辆。其车位结构为 2 维矩阵形式,可设计为多层和多列。由于受收链装置与进出车时间的限制,一般为 24 层(国家规定最高为 4 层),2 层、3 层者居多,现以典型的地上 43 升降横移式为例,说明停车库的运行原理。立体车库结构特点是：底层只能平移,顶层只能升降。除顶层外,底层都必须预留一个空车位,供进出车升降之用。当底层车位进出车时,无需移动其他托盘就可直接进出车;顶层进出车时,先要判断其对应的下方位置是否为空,不为空时要进展相应的平移处理,直到下方为空才可进展下降动作,进出车完成后再上升回到原位置。其运动的总原如此是：升降复位,平移不复位。1.3 此题设计的目的与意义作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著开展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，开展立体停车已成为人们的共识。目前我国经济正处在高速开展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据 40 平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高 8090，如果采用地上 21 层立体式车库的话，50 平方米的土地面积上便可存放 40 辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发本钱。机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，立体车库的设计目的：是解决城市用地紧，缓解停车难的一个有效手段。可以预见立体车库具有非word8 / 76常广阔的市场前景。word9 / 76第 2 章 系统控制方案的设定2.1 自动化立体车库的描述目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。在对国外各种同类产品进展分析的根底上，再结合造价、技术难度以与用户需求等各个方面的因素，可以发现升降横移式立体车库形式比拟多，规模可大可小，而且对场地的适应性较强，同时采用这类设备的车库十分普遍。因此，最终确定研究对象为升降横移式立体车库。2.2 系统设计的根本步骤立体车库系统设计与调试的主要步骤，如图 1 所示 图 1 立体车库控制系统的修订步骤word10 / 76在本次课题设计过程中主要考虑以下几点：1深入的了解和分析立体车库的工艺条件和控制要求。2根据立体车库的控制系统的功能要求，确定系统的设计系统结构。3根据所设计的场所，选择电动机的类型。4根据 I/O 的点数选择适宜的 PLC 的类型。5分配 I/O 点，分配 PLC 的输入、输出点。6设计立体车库系统的梯形图设计。7将程序输入 PLC 程序进展调试，查出错误，让程序更加完善。第 3 章 立体车库系统硬件方面的设计3.1 硬件系统总体设计3 硬件系统结构设计立体仓库存储系统主要由PLC控制模块、步进驱动模块、丝杆驱动模块、工件推出模块、立体仓库、气源处理组件等部件组成。系统结构模型如图2所示。图 2 立体车库模型word11 / 763 准确定位原理准确定位原理PLC每发出一个脉冲，步进电机转动一个步距角度，X轴步进电机带动X轴丝杆做左右直线运动或Z轴步进电机带动Z轴丝杆做上下直线运动，实现载物台的上、下、左、右运动。通过控制X轴、Z轴步进电机的脉冲个数，就可以控制载物台在X轴、Z轴上移动的距离，实现载物台在XZ轴平面的准确定位，从而把物体放到仓库的指定位置。当PLC输出5000个脉冲时，平移距离=步距角脉冲个数螺距/360o，。3.2 升降横移式立体车库的根本结构升降横移式立体车库由底盘、四层十二车位停车场、运动机械与电气控制等四局部组成。机械局部采用滚珠丝杠、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。电气控制是由西门子 S-200 系列可编程序控制器(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、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构，电机采用步进电机和直流电机，其关键局部是堆垛机，它由水平移动、垂直移动与伸叉机构三局部组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由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，低层装有丝杠等传动机构。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，当取到货物或货已送入，如此铲叉向后缩回。整个系统需要三维的位置控制。控制面板上的开关、按钮功能与车位号如图 3 所示图 3 控制面板上的开关、按钮功能与车位号控制面板上的按钮功能如表 1 所示word12 / 76表 1 控制面板上的按钮功能表具体的操作步骤如下：1手动操作1接通电源。2将选择开关置于手动位置此时 16 号有效3分别点动按键1、2、3、4、5、6，观察水平X 轴 、垂直Y 轴 、前后Z 轴各丝杠运行情况，运行应平稳，在接近极限位置时，应执行限位保护运行自动停止 。注意：只有 X、Y 轴运行到相应位置左侧数码管显示“ 时，伸叉机构方可运行。2自动运行1将程序下载到 PLC2将选择开关置“自动位置通电状态下，各机构复位，即返回零位 。3将一带托盘汽车模型置零号仓位，放置模型时，入位要准确，并注意到仓位底部检测开关已动作。4执行“送指令a、选择欲送仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。b、按动送指令按钮，观察送入动作假如被选择仓位已有汽车，如此该指令不被执行 。c、指令完成后，机械自动返回。d、零号仓位已无汽车，如此下一个“送指令误操作将不被执行。按键号手动自动1 1机构水平向左移动选择 1 号仓位2 2机构垂直向下移动选择 2 号仓位3 3机构水平向右移动选择 3 号仓位4 4机构水平向后移动选择 4 号仓位5 5机构垂直向上移动选择 5 号仓位6 6机构水平向前移动选择 6 号仓位7 7无意义选择 7 号仓位8 8无意义选择 8 号仓位9 9无意义选择 9 号仓位1010无意义选择 10 号仓位1111无意义选择 11 号仓位1212无意义选择 12 号仓位word13 / 765执行“取指令a、选择欲取仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上的数码管显示仓位号。b、按动“取按钮，观察取出动作假如被选择仓位无汽车，如此该指令不被执行。c、指令完成后，机构自动复位。d、零号仓位已有汽车，如此下一个“取指令误操作 ，将不被执行。6演示程序中的其它容当 0#仓位上有货物时，假如无外部操作指令， “就绪灯亮，延时 15 秒后，自动将货物放在仓库号最小的空位上，依次类推。如 1#、2#、3#、4#都已有货物，程序延时 15 秒，15 秒假如无外部操作指令，自动将货物放在 5#仓库。如 1#、3#、4#都已存放货物， 15 秒假如无外部操作指令，自动将货物放在 2#仓库。在延时的 15 秒，假如按下数字 5#，然后按下“送键，如此运行机构将货物放入 5#库，假如按下 5#键后，想取消此操作，可按下“放弃键。此时，程序又处在待命状态， “就绪灯亮，又可进展其它操作。当 0#仓位上无货物时，假如无人操作， “就绪灯亮 15 秒后，程序将把数值最大仓库号里的物品转运至没有放货物的仓号比它小的仓库里。如 1#、2#、5#有物，该程序将自动把 5#物品转至 3#仓库。操作步骤如下：“就绪灯亮时，延时 15 秒后，程序将自动把 5#物品先转至 0#仓库，再延时 15 秒后，自动将货物放在 3#仓库。当程序运行时，货台上已经货物时，在 5 秒后，程序将把货台上的物品自动运至没有放货物的最小仓号的仓库里。 PLC 控制模块的设计3.2.1 PLC 的概述 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器是六十年代末在美国首先出现的，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，由此日本称它为顺序控制器Sequence Controller)。 提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司。当时，根据汽车制造业生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制盘，以减少汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘的本钱和时间。随着半导体技术尤其是微处理器和微型计算机技术的开展，到七十年代中期以后，PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出组件和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的“PLC已word14 / 76不再是仅有逻辑Logic判断功能了，同时具有数据处理、PID 调节和数据通讯功能。美国电气制造商协会 NEMA National Electrical Manu-factory Association从1976 年开始，经过四年的调查，于 1980 年把它正式命名为可编程序控制器，简称“PC.可编程序控制器硬件由六局部构成:中央处理器 Central Processor Unit 简称 CPU：它是可编程序控制器的心脏局部。CPU 由微处理器Microproce-ssor存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。电源Power Supply：给中央处理器提供必需的工作电源。输入组件Inputs：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。输出组件Outputs：输出组件接收 CPU 的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。输入输出简称 I/O是可编程序控制器的“手和“脚或者叫作系统的“眼睛和“视觉。输入信号包括按扭开关、限位开关、接近开关、光电传感器、热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。输出信号包括继电器、指示灯、显示器、电机启动等直流和交流设备。编程器Programmer：在正常情况下，编程器用于系统初始状态的配置，控制逻辑程序编制和加载，不能对系统操作。编程器也可用于控制程序的调试和控制系统故障时作为检查故障的有效工具。3.2.2PLC 的选型与特点1.可靠性高，抗干扰能力强1所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 部电路之间电气上隔离。 2各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms。 3各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 4采用性能优良的开关电源。 5对采用的器件进展严格的筛选。 6良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。 7大型 PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2.通用性强，控制程序可变，使用方便PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变 PLC 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC 除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3.功能强，适应面广现代 PLC 不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。word15 / 764.编程简单，容易掌握目前，大多数 PLC 仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯与编程水平，所以非常容易承受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读 PLC 的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于 PLC 的低故障率与很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，巩固，体积小，重量轻，功耗低，具有强抗干扰能力，易于装入设备部，是实现机电一体化的理想控制设备。综上所述，本课题系统核心局部采用西门子 S-200 系列中的 CPU224 为控制元件，CPU224 本机集成了 14 点输入10 点输出，共有 24 个数字量 I/O。它可连接个扩展模块，最大扩展至 168 点数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。CPU224 有 13字节程序和数据存贮空间，个独立的 30KH高速计数器，路独立的 20KH高速脉冲输出，具有 PID 控制器。CPU224 配有个 RS-485 通讯编程口，具有 PPI 通讯、MPI 通讯和自由方式通讯能力，是具有较强控制能力的小型控制器。3.2.3 I/O 口分配表立体车库 I/O 分配表如表 2 所示表 2 立体车库 I/O 分配表输入口名称输出口 名称货台到位限位横轴脉冲货台回位限位竖轴脉冲货台是否有物横轴方向 I0自动手动竖轴方向 I0I0.4键盘值 1 位货台前升I0.5键盘值 2 位货台退回I0.6键盘值 3 位就绪word16 / 76I0.7键盘值 4 位取I1.0横轴右限位放I1.1横轴左限位十位显示I1.2竖轴上限位BCD 码 1 位I1.3竖轴下限位BCD 码 2 位BCD 码 3 位BCD 码 4 位注：PLC 主机输出的 1L、2L、输入 1M、2M、3M、4M 分别与电源 L+相连 输出的 3L、4L、5L、6L、1M、2M 与电源 M 相连3.3 步进驱动模块的设计3.3.1 步进电动机的原理步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统。在此系统中，执行元件是步进电机。它受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电平信号直接变换为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。由于该系统没有反应检测环节，它的精度较差，速度也受到步进电机性能的限制。但它的结构和控制简单、容易调整，故在速度和精度要求不太高的场合具有一定的使用价值。步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。步进电动机的选型在选择步进电动机时首先考虑的是步进电动机的类型选择，其次是具体的品种选择，在该立体车库系统设计中要求步进电动机的电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，确定步进电动机采用 2 相 8 拍混合式步进电动机；在进展步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比 i、轴向力 Tt、额定转矩 Tn 和运行频率 Fy，以确定不进电动机的具体规格和控制装置。步进电动机有如下特点：a、步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。因此,当它转一圈后,没有累计误差,具有良好的跟随性。b、由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既简单、廉价,叉非常可靠。同word17 / 76时,它也可以与角度反应环节组成高性能的闭环数控系统。c、步进电动机的动态响应快,易于启停、正反转与变速。d、速度可在相当宽的围平稳调整,低速下仍能获得较大转矩,因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。e、步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行,不能直接使用交流电源和直流电源。f、步进电机存在振荡和失步现象,必须对控制系统和机械负载采取相应措施。3.3.3 步进驱动模块步进驱动模块由步进电机和步进驱动器组成。仓库立体存储系统有两套步进驱动模块，分别控制 X 轴、Y 轴的丝杆运动。步进驱动器接收 PLC 发出的高速脉冲信号与方向电平信号，并将这些信号转换成驱动步进电机的信号。步进电机旋转方向由方向电平控制,步进电机旋转速度由脉冲信号频率控制,步进电机旋转度由脉冲信号的数目控制。用四相步进电机 42J1834-810，与之配套的驱动器选用美国 IMS 公司生产的 M415B细分型步进电机驱动器，其细分功能使步进电机运转精度提高，振动减小，杂讯降低，且具有光隔离信号输入抗干扰，静止时电流减半，电源接反保护功能等优点。o，即在无细分的条件下，200 个脉冲使步进电机转一圈2001.8=360o。通过驱动器设置细分精度，最高可以达到 12800 个脉冲电机转一圈。步进电机驱动器 M415B 细分设定由拨码开关 SW4、SW5、SW6 设定，如表 1 所示。设置 SW4=ON、SW5= OFF、SW6=ON，细分设置为 800 步数/圈，即 800 个脉冲使步进电机转一圈，此时步距角为8000.45=360o。步进电机传动组件采用联轴器直接带动螺旋丝杠转动，螺旋丝杠的螺距为 5mm，即步进电机每转动一周，载物台位移 5mm。通过控制载物台在 X-Z 轴平面的运动，从而把工件运送到仓库的指定位置。步进电机驱动器 M415B 输出相电流设定由拨码开关 SW1、SW2、SW3 设定，如表 5 所示。设置SW1=OFF、SW2=ON、SW3=OFF，。1步进电机驱动器步进电机驱动器主要有电源输入局部、信号输入局部、输出局部等。驱动器参数如如下图表所示表 3 电气规格说明最小值典型值最大值单位供电电压182440V均值输出电流1A逻辑输入电流61530mA步进脉冲响应频率100kHz脉冲低电平时间51sword18 / 76表 4 电流设定电流值SW1SW2SW3OFFONONONOFFONOFFOFFONONONOFF0FFONOFFONOFFOFFOFFOFFOFF表 5 细分设定细分倍数整步SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON81600OFFOFFON163200ONONOFF326400OFFONOFF6412800OFFONOFF由外部确定动态改细分/禁止工作OFFOFFOFF表 6 接线信号描述信号功能PUL脉冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步DIR方向信号：用于改变电机转向，TTL 平驱动OPTO光耦驱动电源ENA使能信号：禁止或允许驱动器工作，低电平禁止GND直流电源地+V直流电源正极，典型值+24VA+电机 A 相A-电机 A 相word19 / 76B+电机 B 相B-电机 B 相PLC 控制器与步进电机驱动器工作原理如图 4 所示：图 4PLC 控制器与步进电机驱动器工作原理图2步进电机采用二相八拍混合式步进电机,型号为 42J1834-810，主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。本模型中采用串联型接法，其电气图如如下图 5 所示：图 5 二相八拍混合式步进电机串联型接法3.4 丝杆驱动模块的设计word20 / 76丝杆驱动模块是将步进电机输出的旋转运动转换成直线往复运动，两套丝杆驱动模块成90度垂直安装，形成一个X-Y轴的平面运动系统。在两个丝杆驱动模块上均设有一个零点，用以校正位置与提供一个位置参考点。同时为了防止丝杠驱动模块过冲而产生机械物理损伤 ，在丝杆驱动模块的极限位置均装有碰撞保护开关，用来防止丝杆驱动模块过冲。工件推出模块采用直流电机作为执行机构，型号为32ZYC2503.5 硬件接线图的设计见附录word21 / 76第 4 章 升降横移式立体车库系统软件方面的设计4.1 系统主程序设计 主程序流程框图主程序流程框图如图 6 所示图 6 主程序流程框图4.1.2 主程序梯形图见附录开始系统初始化首次接通装入脉冲串初值：500000分别装入VD300、VD400调用Q0.0控制X轴脉冲输出子程序调用Q0.1控制Y轴脉冲输出子程序X轴运动、Y轴运动子程序返回脉冲输出完成？定位完成？程序结束YYNNword22 / 764.2 系统子程序设计4.2.1X 轴、Y 轴脉冲输出子程序流程框图X 轴、Y 轴脉冲输出子程序流程框图分别如图 7、图 8 所示。图 7X 轴脉冲输出子程序流程框图图 8Y 轴脉冲输出子程序流程框图4.2.2X 轴、Y 轴脉冲输出子程序梯形图X 轴、Y 轴脉冲输出子程序梯形图见附录开始设置包络段数：4装入VB500设定初始周期：1050微秒装入VW501设定脉冲的周期增量设定X轴输出脉冲数Q0.0输出脉冲子程序返回设定PTO0控制寄存器SMB67设置包络表的起始位置：500装入SMW168允许中断：ENI执行PLS指令Q0.0输出脉冲串开始设置包络段数：4装入VB600设定初始周期：1050微秒装入VW601设定脉冲的周期增量设定Y轴输出脉冲数Q0.1输出脉冲子程序返回设定PTO0控制寄存器SMB77设置包络表的起始位置：500装入SMW178允许中断：ENI执行PLS指令Q0.1输出脉冲串word23 / 76参考文献1 常斗南PLC 运动控制实例与解析.：机械工业，2010Dounan Chang. PLC motion control instance and analysis M . Beijing: Mechanical Industry Press,20102 吕景泉可编程控制器技术教程.：高等教育，2001 JingquanLv. The programmable controller technology ( M ). Beijing: Higher Education Press,2001.：航空航天大学，2002 YonghuaWang. Modern electric and PLC control technology M . Beijing: BeihangUniversity press,2002.：化学工业，2007PeizhiZhang. Electrical control and PLC M . Beijing: Chemical Industry Press,20075 阳胜峰西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程.：中国电力，2009Sheng FengYang. Siemens PLC and frequency converter, touch screen integrated application guide ( M ). Beijing: China Electric Power Press,2009word24 / 76附录 1硬件接线图图设计word25 / 76附录 2PLC 主程序图word26 / 76word27 / 76word28 / 76word29 / 76word30 / 76word31 / 76word32 / 76word33 / 76word34 / 76word35 / 76word36 / 76word37 / 76word3