发布时间 : 星期四 文章【原创】自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计毕业论文设计更新完毕开始阅读f21640c99f3143323968011ca300a6c30c22f1f7
可用于矢量控制，可以实现高性能的应用，带内置制动单元，可以快速制动。MM440变频器各项参数指标如表3-4。
表3-4 变频器参数
输入电压 输入电流 输出功率 输出电压 输出频率 输出电流 输出控制 控制作用 数字量输入 数字量输出 模拟量输入 模拟量输出 通讯接口 操作功能 3相380VAC，50Hz 2. 8A 0 75KW 3相(0-380) VAC可调 (0-650) Hz可调 2. 1A 输出电压、频率可调 VF，矢量一转矩、光电编码器反馈的速度控制等 6路带隔离的数字量输入 8路继电器输出 2路(0-10)V模拟量输入 2路(0-20) mA模拟量输出 RS485通讯、USS协议 AOP盘、BOP控制盘、电位器与外接端子操作 水平行走电机采用220W的三相交流异步电动机，运行速度要求为0-150mmin，系统采用转速闭环控制方式。S7-200PLC的模拟量输出信号Uk作为MM440变频器的模拟量输入，来控制变频器输出频率和输出电压的变化，从而控制三相异步电动机的运行；电动机转速由光电编码器检测并反馈到PLC高速计数口，构成闭环变频调速系统。系统如图3-2所示，ng为速度给定量，U为PLC输出的控制量，u为变频器输出电压，n
k为被控量，控制算法为PID。垂直方向同理。
图3-2 PLC变频调速闭环系统结构图
3.3 认址器的选择
要完成对堆垛机自动控制系统的设计，首先要保证堆垛机能够准确到达目标位置，所以在设计堆垛机自动控制系统时，关键在于准确可靠的认址和定位保证堆垛机准确无误的定位在目标货位。
定位控制就是确定堆垛机停止在目标货位的功能。自动仓库的认址检测系统有两项任务：一是实现自动寻址，使堆垛机自动找到被指定到达的位置；二是自动准确停准，即堆垛机停准位置不超出规定的精度。为此，货架上的每个货位必须具有堆垛机能识别的编码，所以将货架两侧编成X1、X2，沿堆垛机运行方向将货架编为0-Y列，垂直方向编为0-Z层。这样每个货位就有了独立的三维坐标地址，堆垛机自动检测目前的坐标
地址，使其能到达目标位置。因为货架两侧分为X1、X2，只有两个方向，反应到堆垛机上只是货叉左伸、右伸运动，此方向不用检测，所以实际上堆垛机位置的检测只是对Y、Z位置的检测。
主要的认址检测方式有以下几种： （1）绝对认址
将每一个货位赋予唯一的开关状态，给每个货位制作一个专用的认址片，堆垛机上相应安装一个识别器，通常是二进制编码板和一组光电开关的组合，通过读取认址片的代码来判断堆垛机的当前位置。 （2）相对认址
每个货位的认址片结构相同。每经过一个货位，就对地址编码进行加1或减1，一直移动到和预定位置号一致时停止运行。 （3）编码器定位法
主要有两种，从动轮与轨道旋转计数测定方式、链轮与链条旋转计数测定方式。从动轮与轨道旋转计数测定方式。堆垛机的从动轮上配有
同轴旋转编码器，从动轮与轨道近似纯滚动，因此通过对旋转编码器的转角的转换，可以得到堆垛机的相对运行位置。 （4）激光测距定位
近年来应用于堆垛机准确定位的新技术，用激光测距仪通过测量堆垛机到基准点的距离和事先存储的位置数据比较来确定堆垛机的当前位置。这种方法的精度很高，但是使用时堆垛机和激光发射器和反射板之间不允许有物体，否则会遮挡住激光的传输路径，使系统无法准确定位。
以上是四种常见的认址检测方式，四种方式各有优劣，表3-5是他们之间的比较对照：
表3-5 认址方式对比
认址器 认址方式 可靠性 认址精度 系统成本 光电开关 相对认址 较低 格 低 绝对认址 高 格 高 旋转编码器 绝对认址 较高 mm 高 激光测距传感器 绝对认址 最高 mm 较高
数据接口 定位方式 使用寿命 无 反射式 短 无 反射式 短 多种 接触式 较长 多种 反射式 长 认址方式确认：
激光测距传感器的精度最高，虽然成本较高，但使用寿命长，因此水平、垂直方向均采用激光测距传感器，如图3-3。当前数据为位移值，经过PLC计算后的数据为当前速度值。
激光测距传感器安装在堆垛机上，目标放射板安装在巷道末端。在立体仓库巷道通道中的激光测距范围（激光发射器与反射板之间）内不得有任何物体遮挡激光光线。激光测距的原理是通过发射出的激光光线长度来测定距离，其光线就好比一把光尺，如果物体遮挡激光光线，让它脱离原标准原点的测定位置，将影响实际要求的测定距离，从而使道堆垛机走位偏离所设定的位置，产生货叉取、存储错位或起始点撞击巷道堆垛机端部缓冲制动器的情况。
因此，在巷道堆垛机工作时不允许有任何物体遮挡激光光线，对于激光光线通道应采取隔离保护措施，保证激光测距的准确性和自动化系统的安全性。
图3-3 激光测距传感器
3.4 PLC选择及配置
根据实际的控制点数和系统需要实现的控制要求，在本设计中选用西门子的S7-200系列的PLC作为控制中心。
S7-200有很强大的指令系统，功能齐全的编程软件，同时有多种功能模块，便于组态网络，有良好的价值扩展性。
S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能价格比。
集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。CPU 221-226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。2路高频率脉冲输出（最大20KHz），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。STEP 7-MicroWIN32 编程软件可以对所有的CPU 221222224224XP226功能进行编程。 3.4.1 CPU概述
西门子S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字IO点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制。
西门子第二代产品有四种不同结构配置的CPU单元。
（a）CPU 221具有6IN4OUT，共计10个点的IO，无扩展能力，有6KB程序和数据存储空间。还具有4个独立的30kHz高数计数器，2路独立的20kHz高数脉冲输出端，一个RS-485通讯编程端口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯方式。非常适合小点数的控制系统。
（b）CPU 222具有8IN6OUT，共计14点IO，可以扩展8路模拟量和最多64个IO，因此使更广泛的全功能控制器。
（c）CPU 224在CPU 222的基础上使主机的IO点数增为24点，最大可扩展为168点数字量或者35点模拟量的输入和输出；存储量也进一步增加，还增加了一些数字指令和高数计数器的数量，具有较强的控制能力。
（d）CPU 226在CPU 224的基础上功能又进一步增强，主机输入和输出点增加到40点，最大可扩展为248点数字量和35点模拟量；增加了通讯口的数量，通讯能力大大增强；它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。 3.4.2 CPU型号的选择
根据控制点数来计算，可以选用CPU226这个型号的CPU，CPU226有24IN16OUT，最大可以扩展为248点数字量或35点模拟量。其特点如下：
（a）集成的24V电源：可直接连接到传感器和变送器、执行器，可用作负载电源。 （b）高速脉冲输出：具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHZ，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。