PLC在仓库码垛机中的设计应用(已读)

PLC在仓库码垛机中的设计应用 7

- nf 光电编码器反馈 图2.6 PLC变频调速闭环系统结构图

（1）运用指令系统中的PID指令，偏差信号按照PID算法计算出控制量，用传送指令输出电压控制量到变频器的模拟量输入AIN1口。

（2）运用指令系统中的HDEF、HSC指令，进行高速计数中断程序设计，高速计数器设为HSC0和模式9，增计数，实时采集并存储光电编码器反馈的A、B两相正交脉冲数。

（3）在上位机监控系统中，实时测取系统各参数和输出特性，并能在上/下位机进行系统控制。

（4）采用模块化程序结构设计出控制程序，包括主程序、子程序和中断程序。

采用带传感器矢量控制闭环调速，能满足像码垛机这样动态特性要求较高，并且在低频时输出高转矩以及转速精度要求较高的场合。由于码垛机在工作过程中是频繁启动和停车的，在高速运行的状态下还要求码垛机能够快速精准地停在目的地，因此在制动方面采用了动能制动，将电动机运行在发电状态下所回馈的能量消耗在制动电阻中，从而达到快速停车的目的。

变频器参数设定如表2-3所示。

表2-3 变频器参数设定

参数号 P0003 P0004 P0700 P1000 P1300 P2010 P2011 设定值 3 0 2 2 1 6 0 功能说明 专家模式，使能读/写所有参数 全参数 外部按钮或上位机启动/停止系统 上位机或PLC程序给定设定 带磁通电流的V/f控制方式 通讯波特率设为9600 MM440变频器通讯地址

2.4.3垂直方向变频调速系统设计

垂直运行电动机采用200W的单向交流异步电动机，运行速度要求为2m/min~80m/min。垂直方向变频调速系统与水平方向变频调速系统结构相似，但是由于单相异步电动机和三相异步电动机有所区别，所以垂直变频调速系统和水平变频调速系统也有不同的地方。

从结构上看单相异步电动机与三相笼型异步电动机相似，其转子也为笼型，只是钉子绕组为单相工作绕组，但通常为起动的需要，定子上除了工作绕组外，还设有起动绕组，它的作用是产生起动转矩，一般只在起动时接入，当转速达到70%~80%的同步转速时，由离心开关将其从电源自动切除，所以正常工作时只有工作绕组在电源上运行。但也有一些电容或电阻电动机，在运行时将起动绕组接于电源上，这实质上相当于一台两相电机，但由于它接在单相电源上，故称为单相异步电动机。图2.7是电容分组式单相异步电动机原理图。

K12CM图2.7 电容分组式单相异步电动机原理图

1— 工作绕组；2—起动绕组 K—离心式开关；C—电容器

单相异步电动机的突出特点是没有启动转矩和固定的转向。为此要设置启动装置，以及电机中产生一个与主磁场在空间和时间上不同相得磁场，从而形成一定大小的旋转磁场以产生启动转矩。

单相交流电动机的变频调速与三相交流电动机的变频调速不同，将单相220V输入、三相输出的变频器的三个输出端子（U、V、W），接任意两端。输出单相变频调速电源在输出端上串上一个足够电感量的电感，用于隔离电动机电容对变频器的危害作用（同时对变频器的高载波率起到一定的滤波作用），并保护电动机电容，此电路只适用于小功率单相电容运转式和罩极式电动机，不适用

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于带离心开关的单相电动机。另外，变频器的输出电压和电动机的输出电压相匹配，变频器要留有足够的容量（应比电动机的使用功率大三倍）。串联的电感要有足够的电感量和通过电流的流量，电感的磁性材料应与变频器的载波率相匹配。

变频器和单相电容式运转电动机的接线如图2.8所示。

变频调速器运行电容R S U V W单相电容式运转电动机AC220

图2.8 变频器与单相电容式运转电动机的接线图

2.7通信方案的确定

为了控制无人运转码垛机，必须向码垛机发送运转和作业的信息。一个指令执行完了之后，必须从码垛机向地面发送响应信号，即确认信号，之后才能执行下一个指令。码垛机的信息传递顺序是：码垛机首先接受的作业信息是从什么地方取货，之后把它存入什么货位。码垛机控制盘在收到作业信息之后向地面控制盘发出响应信息。码垛机根据作业信息进行作业。作业完了之后，向地面发出“作业结束”信息。这样把一系列作业进行完了之后，成为等待下一个作业信息的待机状态。

串行通信中最常用的物理层协议为RS-232C和RS-485。本文采用RS-485标准。主要基于以下两点考虑：

（1） RS-232C接口标准只能用于点对点的通信，而RS-485能实现多点对多点的通信。RS-485允许平衡电缆上连接32个发送器/接收器。立体仓库控制系统要求监控系统和3台码垛机控制系统连接，要求物理层的协议必须支持一点对多点的通信。

（2） RS-485采用差动发送/接收，所以共模抑制比高，抗干扰能力强。立体仓库的工作环境较恶劣，热、电、磁等干扰信号较多，要求通信网络的抗干扰能力较强，才能保证数据的正确接收。RS-485标准除上述优点外，还具有传输速率高、传输距离远等优点。

由于PLC带有串行通信接口，只需用RS-485总线分别连接到计算机即可，可见系统的构建十分简单。当需要增加新设备时，只需要将新设备也连接到计算机，系统的扩展也较容易。为了利用计算机带有的RS-232接口与下层的各个模块通信，在计算机上需要安装232-485转换器。

2.8输入输出点的分配

码垛机控制系统采用的PLC是S7-200 CPU226，总共使用了所有的24个输入点和11个输出点，具体I/O点分配如表2-4所示码垛机控制系统使用扩展I/O模块EM221，其I/O分配表如表2-5 。扩展模块EM235是模拟量4输入/1输出模块，在本文所设计的控制系统中，只用到两个扩展模块EM235的输出通道MO、VO，接变频器MM440的端口3和4。

表2-4 PLC（CPU226）输入输出I/O点分

输入部分 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 十六 进制 显示 键盘值1位 键盘值2位 键盘值3位 键盘值4位 机械手到位限位 机械手回位限位 货台是否有物 自动/手动（1/0） 小车前限 小车后限 升降台上限 升降台下限 层寻址1 层寻址2 列寻址1 输出部分 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q2.0 机械手控制脉冲 机械手方向改变 升降台上升 升降台下降 小车向前运动 小车向后运动 存物指示灯 取物指示灯 BCD输出 显示 BCD码1位 BCD码2位 BCD码3位 BCD码4位 小车停止向前运动 小车停止向后运动 手动时层到位指示灯